DE19530734A1 - Transmitter with self-synchronised planar oscillators - Google Patents
Transmitter with self-synchronised planar oscillatorsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Senderanordnung nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a transmitter arrangement according to the Ober Concept of claim 1.
Derartige Senderanordnungen werden bei monolithisch inte grierten Millimeterwellen-Sensoren für die Polarimetrie und bei Sensoren mit schaltbarer Richtcharakteristik ver wendet.Such transmitter arrangements are integer at monolithic grilled millimeter wave sensors for polarimetry and ver with sensors with switchable polar pattern turns.
Aus einer Veröffentlichung von S.T. Chew und T. Itoh in MIOP, Sindelfingen, S. 560-562 (1995) sind getrennt ange ordnete Resonator-Antennenstrukturen bekannt, deren Pha senbeziehung der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen durch leitungsgebundene Injektionssynchronisation über verschiedene Leitungslängen und eine aufwendige Phasenregelung einstellbar sind. Durch die elektrischen Zuleitungen treten hohe Leistungsverluste auf, sowie Leitungsresonanzen. Außerdem beansprucht die getrennte Anordnung von Resonator und Antenne eine relativ große Fläche.From a publication by S.T. Chew and T. Itoh in MIOP, Sindelfingen, pp. 560-562 (1995) are listed separately ordered resonator antenna structures known, their Pha relationship of the radiated electromagnetic waves from wired Injection synchronization over different line lengths and a complex phase control can be set. By the electrical leads suffer high power losses on, as well as line resonances. In addition, the separate arrangement of resonator and antenna a relative big area.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Senderanordnung mit einer möglichst einfachen Phasenreg lung anzugeben, die geringe Leistungsverluste und einen geringen Flächenbedarf aufweist.The invention is therefore based on the object Transmitter arrangement with the simplest possible phase reg to indicate the low power losses and a has a small footprint.
Die Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteran sprüchen zu entnehmen.The task is solved by the in the characterizing part of claim 1 specified features. Beneficial Refinements and / or further training are the Unteran to take sayings.
Die Erfindung beruht darauf, daß eine Senderanordnung aus selbstabstrahlenden Oszillatoren aufgebaut ist, deren Pha senlage durch gegenseitige Injektionssynchronisation über das Strahlungsfeld der Oszillatoren bestimmt ist. Ein selbstabstrahlender Oszillator besteht aus einer Antenne mit Resonatoreigenschaften (resonante Antenne) mit einem monolithisch integrierten aktiven Bauelement.The invention is based on a transmitter arrangement self-radiating oscillators is built, the Pha position by mutual injection synchronization the radiation field of the oscillators is determined. On self-radiating oscillator consists of an antenna with resonator properties (resonant antenna) with one monolithically integrated active component.
Bei monolithisch integrierten Millimeterwellenschaltungen für Sensorsysteme hat sich gezeigt, daß bei Frequenzen größer 50 GHz resonante Antennenstrukturen die Forderung nach geringem Platzbedarf und hohem Wirkungsgrad sehr gut erfüllen. Bei Verwendung von Silizium als Substratmaterial sind für die gewünschte Zielfrequenz als aktive Bauele mente z. B. IMPATT-Dioden einsetzbar. Bei komplexen Sensor systemen, z. B. für die Straßenzustandserkennung, werden verschiedene Polarisationen für die abgestrahlten Wellen mit hoher Kreuzpolarisationsunterdrückung benötigt. Durch die Verwendung von zwei selbstabstrahlenden Oszillatoren, die orthogonal zueinander linear polarisierte Wellen ab strahlen, ist z. B. eine zirkularpolarisierte Abstrahlung der Senderanordnung einstellbar. Die zwei selbstabstrah lenden Oszillatoren müssen dabei eine definierte Phasen lage zueinander besitzen, damit sich die abgestrahlten Wellen zu einer zirkularpolarisierten Welle überlagern können. Die Phasenbeziehung wird durch Injektionssynchro nisation mit Hilfe des elektromagnetischen Strahlungsfeld der Oszillatoren eingestellt.For monolithically integrated millimeter wave circuits for sensor systems it has been shown that at frequencies greater than 50 GHz resonant antenna structures the requirement very good after a small footprint and high efficiency fulfill. When using silicon as substrate material are active components for the desired target frequency elements z. B. IMPATT diodes can be used. With complex sensor systems, e.g. B. for road condition detection different polarizations for the emitted waves with high cross polarization suppression required. By the use of two self-radiating oscillators, the orthogonally linearly polarized waves radiate is z. B. a circularly polarized radiation the transmitter arrangement adjustable. The two self-emitting lending oscillators must have a defined phase position to each other so that the radiated Superimpose waves into a circularly polarized wave can. The phase relationship is through injection synchro nization with the help of the electromagnetic radiation field of the oscillators set.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen beschrieben unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen.The invention is described below with reference to exemplary embodiments play described with reference to schematic Drawings.
In Fig. 1 sind mögliche Anordnung von selbstabstrahlenden Oszillatoren zur Erzeugung verschiedener Polarisa tionen angegeben.In Fig. 1 possible arrangement of self-radiating oscillators for generating various polarizations are specified.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für drei linear polari sierte Oszillatoren zur Erzeugung von zirkularpo larisierten Wellen. Fig. 2 shows a block diagram for three linearly polarized oscillators for generating circularly polarized waves.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung von drei Oszillatoren zur Strahlsteuerung. Fig. 3 shows an arrangement of three oscillators for beam control.
Um verschiedene Polarisationen mit einer Senderanordnung einstellen zu können, ist es beispielsweise möglich, drei selbstabstrahlende Oszillatoren planar anzuordnen. In Fig. 1 sind die vier möglichen Anordnungen der Oszillatoren ausgehend von einem Oszillator a dargestellt. Die Polari sation der vom Oszillator a abgestrahlen elektromagneti schen Welle ist orthogonal zu der der Oszillatoren b₁ bis b₄. Die Phase der vier mit dem Oszillator a verkoppelten Oszillatoren b₁ bis b₄ wird über den Abstand r vorgegeben. Um eine zirkular polarisierte Abstrahlung der Senderanord nung zu erreichen, wird über den Abstand r eine Phasendif ferenz von ± 90° zwischen den linear polarisiert abstrah lenden Oszillatoren eingestellt. Die quadratische Anord nung der Oszillatoren b₁ bis b₄ um den Oszillator a als Bezugspunkt gibt das Vorzeichen der Phasendifferenz an. Werden die Oszillatoren b₁ bis b₄ punktsymmetrisch be züglich ihrer Phasenlage zum Oszillator a angeordnet, d. h. z. B. die Oszillatoren b₁, b₃ haben die gleiche positive Phasenlage und die Oszillatoren b₂, b₄ haben die gleiche negative Phasenlage bezüglich Oszillator a, so ergibt sich für die Oszillatoren b₁, b₃ eine PhasendifferenzIn order to be able to set different polarizations with one transmitter arrangement, it is possible, for example, to arrange three self-emitting oscillators in a planar manner. In Fig. 1, the four possible arrangements of the oscillators are shown starting from an oscillator a. The polarization of the electromagnetic wave radiated from the oscillator a is orthogonal to that of the oscillators b₁ to b₄. The phase of the four oscillators b₁ to b₄ coupled to the oscillator a is predetermined by the distance r. In order to achieve a circularly polarized radiation from the transmitter arrangement, a phase difference of ± 90 ° is set between the linearly polarized radiating oscillators via the distance r. The quadratic arrangement of the oscillators b₁ to b₄ around the oscillator a as a reference point indicates the sign of the phase difference. If the oscillators b₁ to b₄ are point symmetrical with respect to their phase position to the oscillator a, ie for example the oscillators b₁, b₃ have the same positive phase position and the oscillators b₂, b₄ have the same negative phase position with respect to oscillator a, this results for the oscillators b₁, b₃ a phase difference
δ = arctan (EV) - arctan (EH) = 90°δ = arctan (E V ) - arctan (E H ) = 90 °
und für die Oszillatoren b₂, b₄ δ = -90°.and for the oscillators b₂, b₄ δ = -90 °.
Gemäß IEEE Standard 145-1983 entspricht δ = 90° einer linkszirkular polarisierten Wellen (LHCP) und δ = -90° einer rechtszirkular polarisierten Welle (RHCP).According to IEEE standard 145-1983, δ = 90 ° corresponds to one left circularly polarized waves (LHCP) and δ = -90 ° a right circularly polarized wave (RHCP).
Eine Anordnung aus z. B. den selbstabstrahlenden Oszillato ren a, b₂, b₃ bietet deshalb die Möglichkeit zwischen der Abstrahlung von links- und rechts zirkular polarisierten Wellen umzuschalten (Fig. 2). Durch Verkopplung der Oszil latoren a, b₃ erhält man eine links zirkular polarisierte Welle. Werden die Oszillatoren a, b₂ verkoppelt, erhält man eine rechts zirkular polarisierte Welle. Wahlweise stehen auch noch die orthogonal linear polarisierten Ab strahlungen der Oszillatoren a, b₂ und b₃ zur Verfügung.An arrangement of z. B. the self-emitting oscillato ren a, b₂, b₃ therefore offers the possibility to switch between the radiation from left and right circularly polarized waves ( Fig. 2). By coupling the Oszil lators a, b₃ you get a left circularly polarized wave. If the oscillators a, b₂ are coupled, you get a right circularly polarized wave. Optionally, the orthogonally linearly polarized radiation from the oscillators a, b₂ and b₃ are also available.
Mit den Anordnungen der Oszillatoren a, b₁, b₄ oder a, b₁, b₂ oder a, b₂, b₄ erhält man analoge Umschaltmöglichkeiten zwischen rechts- und links zirkular polarisierten Wellen.With the arrangements of the oscillators a, b₁, b₄ or a, b₁, b₂ or a, b₂, b₄ you get analog switching options between right and left circularly polarized waves.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Verwendung von abstrahlenden Oszillatoren zur Strahlsteuerung be schrieben. Gemäß Fig. 3 sind die Oszillatoren b₁, b₂ be züglich dem selbstabstrahlenden Oszillator a in den Abstän den r₁, r₂ parallel angeordnet. Bedingt durch die unterschiedlichen Abstände zum Oszillator a haben die Os zillatoren b₁, b₂ aufgrund der Selbstsynchronisation ver schiedene Phasenlagen Φ₁, Φ₂. Die Polarisationsrichtung der einzelnen selbstabstrahlenden Oszillatoren ist gleich.In a further embodiment, the use of radiating oscillators for beam control is described. Referring to FIG. 3, the oscillators are b₁, b₂ be züglich the oscillator selbstabstrahlenden a in the issues newsletters R₁, R₂ arranged in parallel. Due to the different distances from the oscillator a, the Os zillatoren b₁, b₂ due to the self-synchronization ver different phase positions Φ₁, Φ₂. The direction of polarization of the individual self-emitting oscillators is the same.
Die Gruppencharakteristik einer Senderanordnung wird durch die Anzahl der abstrahlenden Oszillatoren b₁, b₂ sowie de ren Abstände r₁, r₂ und deren Phasenlagen Φ₁, Φ₂, bezüg lich dem Oszillator a bestimmt. Durch An- oder Ausschalten der selbstabstrahlenden Oszillatoren b₁, b₂ erhält man deshalb unterschiedliche Gruppencharakteristiken. Dies wiederum ergibt eine unterschiedliche Gesamtcharakteristik der Senderanordnung, da die Gesamtcharakteristik das Pro dukt aus Gruppencharakteristik und Antennencharakteristik des selbstabstrahlenden Oszillators a ist. Durch die Be stimmung unterschiedlicher Gesamtcharakteristiken, z. B. durch das Anschalten von b₁ oder b₂ oder b₁ und b₂ und weiterer in unterschiedlichen Abständen angeordneter selbstabstrahlender Oszillatoren läßt sich die Richtcha rakteristik der Senderanordnung verbessern. Desweiteren ist von Vorteil, daß durch die Verwendung von mehreren selbstabstrahlenden Oszillatoren in einer Senderanordnung die abgestrahlten Leistung entsprechend der Anzahl der Os zillatoren zunimmt.The group characteristic of a transmitter arrangement is determined by the number of radiating oscillators b₁, b₂ and de ren distances r₁, r₂ and their phase positions Φ₁, Φ₂, refer Lich determined the oscillator a. By switching on or off the self-emitting oscillators b₁, b₂ are obtained therefore different group characteristics. This again results in a different overall characteristic the transmitter arrangement, since the overall characteristics of the Pro product of group characteristics and antenna characteristics of the self-radiating oscillator is a. By the Be mood of different overall characteristics, e.g. B. by turning on b₁ or b₂ or b₁ and b₂ and further arranged at different intervals self-emitting oscillators, the directional cha Improve the characteristics of the transmitter arrangement. Furthermore is advantageous in that by using several self-emitting oscillators in a transmitter arrangement the radiated power corresponding to the number of Os zillators is increasing.
Mit der erfindungsgemäßen Senderanordnung erreicht man bei Verwendung von Silizium als Substratmaterial und einer IM-PATT-Diode als aktives Bauelement für eine Frequenz von 54 GHz eine Kreuzpolarisationsunterdrückung bei zirkular po larisierter Abstrahlung von 15 dB.With the transmitter arrangement according to the invention one reaches at Use of silicon as substrate material and an IM-PATT diode as an active component for a frequency of 54 GHz a cross polarization suppression at circular po larized radiation of 15 dB.
Claims (6)
- - daß eine Antennenstruktur mit Resonatoreigenschaf ten durch Zusammenwirken mit einem monolithisch integrierten aktiven Bauelement einen selbstab strahlenden Oszillator bildet, und
- - daß zwei oder mehrere linear, polarisierte, selbstabstrahlende Oszillatoren auf einem Substrat angeordnet sind und nicht leitungsgebunden verkop pelt sind, derart, daß die Phasenbeziehungen der einzelnen Oszillatoren untereinander durch gegen seitige Injektionssynchronisation ihres Strah lungsfeldes einstellbar ist.
- - That an antenna structure with Resonatoreigenschaf th forms a self-radiating oscillator by interacting with a monolithically integrated active component, and
- - That two or more linear, polarized, self-radiating oscillators are arranged on a substrate and are not wired verkop pelt, such that the phase relationships of the individual oscillators can be adjusted by mutual injection synchronization of their radiation field.
- - daß zumindest zwei selbstabstrahlende Oszillatoren in einem Abstand r angeordnet sind und linear polarisierte Wellen abstrahlen,
- - daß die Phasen der selbstabstrahlenden Oszillatoren durch ihre Lage und den Abstand r bestimmt ist, und
- - daß durch die Überlagerung der Wellen der selbstabstrahlenden Oszillatoren eine Abstrahlung beliebiger Polarisation herstellbar ist.
- that at least two self-emitting oscillators are arranged at a distance r and emit linearly polarized waves,
- - That the phases of the self-emitting oscillators is determined by their position and the distance r, and
- - That a radiation of any polarization can be produced by superimposing the waves of the self-emitting oscillators.
- - daß drei selbstabstrahlende Oszillatoren (a, b₂, b₃) planar im Abstand r angeordnet sind
- - daß die Oszillatoren (b₂, b₃) bezüglich dem Oszillator (a) senkrecht linear polarisierte Wellen abstrahlen,
- - daß durch Überlagerung der Wellen zwischen den Oszillatoren (a, b₂) eine Phasendifferenz δ = 90° und zwischen den Oszillatoren (a, b₃) δ = 90° auftritt und eine Abstrahlung von rechts bzw. links zirkular polarisierten Wellen erfolgt.
- - That three self-radiating oscillators (a, b₂, b₃) are arranged planar at a distance r
- - That the oscillators (b₂, b₃) radiate perpendicularly linearly polarized waves with respect to the oscillator (a),
- - That occurs by superimposing the waves between the oscillators (a, b₂) a phase difference δ = 90 ° and between the oscillators (a, b₃) δ = 90 ° and radiation from right or left circularly polarized waves.
- - daß zwei oder mehr selbstabstrahlende Oszillatoren (b₁, b₂) in unterschiedlichen Abständen (r₁, r₂) parallel zu einem selbstabstrahlenden Oszillator (a) derart angeordnet sind, daß sie die gleiche Polarisa tionsrichtung besitzen,
- - daß durch die unterschiedlichen Abstände (r₁, r₂) zum Oszillator (a) die Oszillatoren (b₁, b₂) mit unterschiedlichen Phasenlagen (Φ₁, Φ₂) arbeiten, und
- - daß durch Überlagerung der linear polarisierten Wellen der Oszillatoren (a, b₁, b₂) die Richt charakteristik der Senderanordnung veränderbar ist.
- - That two or more self-radiating oscillators (b₁, b₂) at different intervals (r₁, r₂) are arranged parallel to a self-radiating oscillator (a) such that they have the same direction of polarization,
- - That by the different distances (r₁, r₂) to the oscillator (a), the oscillators (b₁, b₂) work with different phase positions (Φ₁, Φ₂), and
- - That the directional characteristic of the transmitter arrangement can be changed by superimposing the linearly polarized waves of the oscillators (a, b₁, b₂).
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