DE19855115A1

DE19855115A1 - Multi-layer antenna arrangement

Info

Publication number: DE19855115A1
Application number: DE19855115A
Authority: DE
Inventors: Leila Bekraoui; Thomas Eibeck
Original assignee: TECHNISAT ELEKTRONIK THUERINGE
Current assignee: TECHNISAT ELEKTRONIK THUERINGE
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2000-06-08
Also published as: EP1006608A2; DE59909519D1; ATE267471T1; EP1006608A3; EP1006608B1

Abstract

The arrangement has at least one patch element (12) in a first conductive coating with associated first and second stimulation elements in second and third conductive coatings. The stimulation elements contain mutually orthogonal supply lines (15), each aligned towards its associated patch element and electromagnetically coupled to it. The first conductive coating has a matrix of apertures at least in the first patch element and aligned with the supply line directions.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrlagige Antennen anordnung mit wenigstens einem in einer ersten leitfähigen Schicht ausgebildeten Patch-Element, dem in wenigstens einer weiteren leitfähigen Schicht ein Anregungselement mit einer Speiseleitung zugeordnet ist, wobei die Speiseleitung zum Patch-Element ausgerichtet und mit ihm elektromagnetisch ge koppelt ist.The invention relates to a multi-layer antenna arrangement with at least one in a first conductive Layer-formed patch element, which in at least one another conductive layer, an excitation element with a Feed line is assigned, the feed line to Patch element aligned and with it ge is coupled.

Eine mehrlagige Antennenanordnung der eingangs genannten Art ist beispielsweise auf einer Internet-Page des Instituts für Höchstfrequenztechnik und Elektronik der Universität Karlsruhe (www-ihe.etec.uni-karlsruhe.de/forschung/wwwadm/ mikrostreifen_antennen.html) beschrieben. Patch-Antennenan ordnungen werden beispielsweise zum Empfang von Satelli tenrundfunksignalen verwendet. Die Satellitenrundfunksignale werden von geostationären Rundfunksatelliten im Fre quenzbereich von 10,7 bis 12,75 GHz abgestrahlt. Um die ge genseitige Beeinflussung zu verringern, sind die abge strahlten Signale benachbarter Kanäle unterschiedlich pola risiert, vorzugsweise vertikal und horizontal.A multi-layer antenna arrangement of the aforementioned Art is, for example, on a website of the institute for ultra-high frequency technology and electronics at the university Karlsruhe (www-ihe.etec.uni-karlsruhe.de/forschung/wwwadm/ mikroststreifen_antennen.html). Patch antennas regulations become, for example, the reception of Satelli broadcast signals used. The satellite broadcast signals are used by geostationary broadcasting satellites in the Fre radiated frequency range from 10.7 to 12.75 GHz. To the ge To reduce mutual interference, the abge emitted signals from neighboring channels with different pola rized, preferably vertically and horizontally.

Zum Empfang solcher Rundfunksatellitensignale wurden bisher in großem Umfang Parabolantennen verwendet, welche sich jedoch insofern als nachteilig erwiesen, als sie auf grund ihres voluminösen und sperrigen Aufbaus eine große An griffsfläche für Wind bieten, so daß zusätzliche Einrichtun gen zum Abstützen der Antenne vorgesehen wurden. Daneben wurde der optische Eindruck einer an einer Wand montierten Parabolantenne als nachteilig empfunden.To receive such broadcast satellite signals So far, parabolic antennas have been widely used, which proved to be disadvantageous, however, in that they relate to because of their voluminous and bulky structure a big thing provide grip area for wind, so that additional facilities conditions for supporting the antenna. Besides became the visual impression of a wall mounted Parabolic antenna found to be disadvantageous.

Es wurde deshalb seit einiger Zeit vorgeschlagen, die Parabolempfangsantennen durch kleinere planare Antennen zu ersetzen. Solche Planarantennen weisen beispielsweise eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten Patch-Antennenelemen ten auf. In einer dem Satelliten zugewandten leitfähigen Schicht sind in einer rechteckigen Matrix eine Mehrzahl von vorzugsweise äquidistant angeordneten Patch-Strukturen aus gebildet. Die Patch-Strukturen können kreisförmig oder rechteckig sein. Bei der eingangs genannten Veröffentlichung sind die Patch-Strukturen rechteckig, wobei die Außenkanten des rechteckigen Patch-Elements zu den Polarisationsrichtun gen vertikal und horizontal polarisierter Satellitenrund funksignale ausgerichtet sind.It has therefore been proposed for some time that Parabolic receiving antennas due to smaller planar antennas replace. Such planar antennas have, for example A plurality of patch antenna elements arranged in a matrix on. In a conductive facing the satellite Are a plurality of layers in a rectangular matrix preferably equidistantly arranged patch structures educated. The patch structures can be circular or be rectangular. At the publication mentioned at the beginning the patch structures are rectangular, with the outer edges of the rectangular patch element to the polarization direction vertically and horizontally polarized satellite round radio signals are aligned.

Wenn die rechteckigen Patch-Elemente mit den Satelliten rundfunksignalen bestrahlt werden, so kommt es zu einem Stromfluß, dessen Hauptkomponenten in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung parallel zu den Außenkanten eines rechteckigen Patches fließen.If the rectangular patch elements with the satellites broadcast signals are irradiated, so there is a Current flow, the main components of which depend on the Direction of polarization parallel to the outer edges of a flow rectangular patches.

In einer aus Richtung des Satelliten hinter den Patch- Strukturen angeordneten weiteren leitfähigen Schicht sind Anregungssysteme zum Auskoppeln der empfangenen Signale an geordnet. Die Anregungssysteme weisen Speiseleitungen auf, die beispielsweise als Streifenleitungen ausgebildet und zum Empfang der zueinander orthogonal polarisierten Satelliten rundfunksignale rechtwinklig zueinander angeordnet und zu der Patch-Struktur ausgerichtet sind.In a direction from the satellite behind the patch Structures arranged further conductive layer are Excitation systems for decoupling the received signals orderly. The excitation systems have feed lines, which, for example, are designed as strip lines and Reception of the mutually orthogonally polarized satellites broadcast signals arranged at right angles to each other and closed of the patch structure.

Die der Mehrzahl von Patch-Elementen einer Planarantenne jeweils zugeordneten Speiseleitungen der Anregungssysteme sind untereinander durch ein Streifenleitungsnetzwerk gekop pelt, welches wiederum mit einer Einrichtung zur Auskopplung des empfangenen Nutzsignals verbunden ist. Aus der US-Pa tentschrift 4,263,598 ist es bekannt, zwei Anregungssysteme in zwei unterschiedlichen leitfähigen Ebenen vorzusehen, wo bei das eine Anregungssystem eine durch ein erstes Netzwerk gekoppelte Mehrzahl von in einer ersten Richtung ausgerich teten Speiseleitungen und das andere Anregungssystem eine durch ein zweites Netzwerk gekoppelte zweite Mehrzahl von in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung aus gerichteten Speiseleitungen aufweist.The majority of patch elements of a planar antenna respectively assigned feed lines of the excitation systems are coupled to each other through a stripline network pelt, which in turn with a device for decoupling of the received useful signal is connected. From the US Pa tentschrift 4,263,598 it is known to have two excitation systems to be provided in two different conductive levels where where the one excitation system is through a first network coupled plurality of aligned in a first direction feed lines and the other excitation system second plurality of in coupled by a second network a second direction orthogonal to the first direction has directed feed lines.

Aus der eingangs genannten Internet-Veröffentlichung ist es ferner bekannt, zwischen den Patch-Strukturen und den An regungssystemen eine durchgängige Metallisierungsschicht an zuordnen, die in Zuordnung zu den Speiseleitungen zu diesen kongruente Schlitze aufweist. Die Schlitze sind jeweils in Zuordnung zu den orthogonalen Speiseleitungen rechtwinklig zueinander angeordnet. Diese Metallisierungsschicht dient der Vermeidung störender elektromagnetischer Kopplungen des Zuleitungsnetzwerkes, d. h. der Abschirmung dieses Netzwer kes.From the Internet publication mentioned above it is also known between the patch structures and the An excitation systems a continuous metallization layer assign that in assignment to the feed lines to these has congruent slots. The slots are in Assignment to the orthogonal feed lines at right angles arranged to each other. This metallization layer serves the avoidance of disturbing electromagnetic coupling of the Supply network, d. H. shielding this network kes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gegensei tige Entkopplung der zueinander orthogonal polarisierte Emp fangssignale empfangenden Anregungssysteme bei einfacher Herstellbarkeit zu verbessern.The invention is based, the opposite decoupling of the mutually orthogonally polarized Emp capture signals receiving excitation systems at simple To improve manufacturability.

Diese Aufgabe wird durch eine mehrlagige Antennenanord nung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die er findungsgemäße Antennenanordnung weist mehrere in einer ersten leitfähigen Schicht ausgebildete Patch-Elemente auf, denen in einer zweiten und in einer dritten leitfähigen Schicht erste bzw. zweite Anregungselemente zugeordnet sind. Die ersten Anregungselemente weisen jeweils in einer ersten Richtung orientierte erste Speiseleitungen und die zweiten Anregungselemente in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung orientierte zweite Speiseleitungen auf. Je de Speiseleitung ist zum zugehörigen Patch-Element ausge richtet und mit ihm elektromagnetisch gekoppelt. Die mehrla gige Antennenanordnung kann beispielsweise eben (Planarantenne) oder auch als zylindrische mehrlagige Anord nung ausgebildet sein. Die leitfähigen Schichten sind vor zugsweise Kupfer-, Aluminium- oder Gold-Metallschichten. Ein wesentliches Merkmal stellt die Substruktur der Patch-Ele mente dar. Die erste leitfähige Schicht ist in den Patch- Elementen derart ausgebildet, daß sie eine Mehrzahl von ent lang der ersten Richtung und entlang der zweiten Richtung matrixartig angeordneten Ausnehmungen aufweist. In den Aus nehmungen ist die leitfähige Schicht vollständig entfernt oder auch nur abgedünnt. Die matrixartig in Zeilen und Spal ten angeordneten Ausnehmungen können beispielsweise kreis förmig oder rechteckig sein. Durch diese Ausnehmungen bilden sich entlang der Zeilen- und dazu orthogonalen Spaltenrich tung bevorzugte Stromflußrichtungen aus. Der Stromfluß ent lang der Zeilen und Spalten ist deshalb bevorzugt, weil in jeder schräg zu den Spalten und Zeilen angeordneten Richtung sich der Strompfad aufgrund der Ausnehmungen verlängert. Die Matrix der Ausnehmungen ist dabei so angeordnet, daß die be vorzugten Stromflußrichtungen zu denjenigen Stromflüssen ausgerichtet sind, die bei der Anregung mit den zueinander orthogonalen Satellitenempfangssignalen fließen sollen.This task is accomplished through a multi-layer antenna arrangement solved with the features of claim 1. Which he inventive antenna arrangement has several in one first conductive layer formed patch elements, those in a second and a third conductive Layer first and second excitation elements are assigned. The first excitation elements each have a first one Direction oriented first feed lines and the second Excitation elements in a direction orthogonal to the first direction second direction oriented second feed lines. Each en The feed line is out of the associated patch element aligns and electromagnetically coupled with it. The Mehrla Gige antenna arrangement can, for example, just (Planar antenna) or as a cylindrical multi-layer arrangement be trained. The conductive layers are in front preferably copper, aluminum or gold metal layers. On The substructure of the patch ele is an essential feature elements. The first conductive layer is in the patch Elements formed such that they have a plurality of ent along the first direction and along the second direction Has recesses arranged in a matrix. In the out The conductive layer is completely removed or just thinned. The matrix-like in rows and columns th arranged recesses can for example circle be shaped or rectangular. Form through these recesses along the row and column orthogonal to it device preferred current flow directions. The current flow ent length of the rows and columns is preferred because in each direction diagonally to the columns and rows the current path is extended due to the recesses. The Matrix of the recesses is arranged so that the be preferred current flow directions to those current flows are aligned with each other in the excitation orthogonal satellite reception signals should flow.

Eine bevorzugte Ausführungsform der mehrlagigen Anten nenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Patch-Element von rechteckiger Form mit in der ersten und zweiten Richtung verlaufenden äußeren Begrenzungen ist und N*M Ausnehmungen aufweist, wobei jeweils N Ausnehmungen in der ersten Richtung und jeweils M Ausnehmungen in der zweiten Richtung hintereinander angeordnet sind. Die N*M Ausnehmungen bilden eine rechteckige Matrix innerhalb der Patch-Struktur. Dabei können die jeweils außen angeordneten Ausnehmungen im Begrenzungsbereich des Patch derart angeord net sein, daß die äußerer Umgrenzung eine mäanderförmige Struktur erhält. Die verbleibende Metallschicht der Patch- Struktur besteht funktionell aus in der ersten bzw. zweiten Richtung verlaufenden Metallstegen oder Streifenleitungen. Während der Stromfluß entlang dieser Streifenleitungen er leichtert ist, ist jeglicher Stromfluß quer zu den Streifen leitungen, insbesondere ein diagonaler Stromfluß, erschwert, da der diagonale Stromfluß sich einen Weg um die Ausnehmun gen herum bahnen muß, was einen verlängerten Strompfad er gibt. Diese Antennenanordnung wird beispielsweise zum Emp fang vertikal und horizontal polarisierter Funksignale so ausgerichtet, daß die Begrenzungskanten des rechteckigen Patch-Elements in der vertikalen bzw. horizontalen Polarisa tionsrichtung verlaufen.A preferred embodiment of the multilayer antenna NEN arrangement is characterized in that at least a patch element of rectangular shape with in the first and second direction extending outer boundaries and N * M has recesses, each with N recesses in the first direction and M recesses in each second direction are arranged one behind the other. The N * M Recesses form a rectangular matrix within the Patch structure. It can be arranged on the outside Recesses in the delimitation area of the patch are arranged in this way be net that the outer boundary a meandering Maintains structure. The remaining metal layer of the patch Functionally consists of the first and second Direction of metal bars or strip lines. During the current flow along these strip lines he is any current flow across the strips is easier cables, especially a diagonal current flow, difficult since the diagonal flow of electricity forms a path around the recess must go around what an elongated current path he gives. This antenna arrangement is used, for example, for the Emp catch vertically and horizontally polarized radio signals like this aligned that the boundary edges of the rectangular Patch elements in the vertical or horizontal Polarisa direction.

Die Länge der Seitenkanten des rechteckigen Patch-Ele ments beträgt λg/2, wobei λ die Wellenlänge der empfangenen Funksignale und g ein von den konstruktiven Parametern der Antennenanordnung abhängiger Verkürzungsfaktor ist. Während die. Wellenlänge λ für beide Polarisationsrichtungen gleich ist, ist das Patch-Element dennoch in der Regel nicht von quadratischer Form, da der Verkürzungsfaktor g für die bei den Polarisationsrichtungen unterschiedlich ist. Die unter schiedlichen Verkürzungsfaktoren beruhen unter anderem auf dem unterschiedlichen Abstand der zweiten und dritten leit fähigen Schicht von der Patch-Struktur sowie der unter schiedlichen Dicke und Art der zwischen den leitfähigen Schichten vorhandenen Dielektrika.The length of the side edges of the rectangular Patch-Ele ment is λg / 2, where λ is the wavelength of the received Radio signals and g a from the constructive parameters of the Antenna arrangement dependent shortening factor. While the. Wavelength λ is the same for both polarization directions the patch element is usually not from quadratic form, since the shortening factor g for the at the directions of polarization is different. The below Different shortening factors are based on, among other things the different distance between the second and third leit capable layer of the patch structure as well as the under different thickness and type of between the conductive Layers of existing dielectrics.

Die matrixartig angeordneten Ausnehmungen können bei spielsweise kreisförmig sein. Bei einer bevorzugten Ausfüh rungsform sind die Ausnehmungen jedoch im wesentlichen rechteckig, wobei deren Begrengzungskanten in der ersten bzw. zweiten Richtung verlaufen.The recesses arranged in the form of a matrix can be used for be circular, for example. In a preferred embodiment However, the recesses are essentially the same rectangular, the bounding edges of which are in the first or second direction.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der mehrlagigen Antennenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die N Aus nehmungen in der ersten Richtung und die M Ausnehmungen in der zweiten Richtung hintereinander jeweils in gleichen Ab ständen zueinander angeordnet sind. Die beiden letztgenann ten Ausführungsformen gestatten einerseits eine einfache Herstellung, andererseits bewirken sie eine gute und über das Patch gleichmäßige Ünterdrückung diagonal fließender Ströme.Another preferred embodiment of the multilayer Antenna arrangement is characterized in that the N Aus recesses in the first direction and the M recesses in in the second direction one after the other in the same ab stands are arranged to each other. The latter two On the one hand, th embodiments allow a simple one Manufacturing, on the other hand, they cause a good and over the patch even suppression diagonally flowing Currents.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Antennenanord nung hat das wenigstens eine Patch-Element eine gitterartige Struktur, die von einer ersten Anzahl von in der ersten Richtung parallel verlaufenden ersten Streifenleitern und einer zweiten Anzahl von in der zweiten Richtung parallel verlaufenden und mit den ersten Streifenleitern verbundenen zweiten Streifenleitern gebildet ist. Bei dieser Ausfüh rungsform besteht die erste leitfähige Schicht eigentlich aus zwei aufeinanderliegenden leitfähigen Teilschichten, wobei in der einen leitfähigen Teilschicht Streifenleiter in der ersten Richtung ausgebildet sind und in der anderen leitfähigen Teilschicht Streifenleiter in der zweiten Rich tung ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die ersten Strei fenleiter mit den zweiten Streifenleitern an der gesamten Fläche der gegenseitigen Überlappung elektrisch verbunden. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die ersten und die zweiten Streifenleiter jeweils von gleicher Breite und Länge und in gleichem Abstand zueinander angeordnet. Die gleichmäßige Struktur der sich kreuzenden Streifenleiter erleichtert die Herstellung und sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Stromdichte. Die Längen der ersten und zweiten Streifenleiter sind auf die Wellenlänge der zu empfangenden Funksignale unter Beachtung der Verkür zungsfaktoren abgestimmt.In an advantageous development of the antenna arrangement The at least one patch element has a grid-like Structure by a first number of in the first Direction of parallel first strip conductors and a second number of parallel in the second direction extending and connected to the first strip conductors second strip conductors is formed. With this execution the first conductive layer actually exists from two superimposed conductive sub-layers, with strip conductors in one conductive sublayer in the first direction and in the other conductive sublayer strip line in the second Rich tion are trained. Preferably the first stripes fenleiter with the second strip conductors on the whole Surface of mutual overlap electrically connected. In an advantageous development of this embodiment the first and second strip lines are each from same width and length and at the same distance from each other arranged. The uniform structure of the intersecting Stripline facilitates production and ensures an even distribution of current density. The lengths of the first and second striplines are on the wavelength the radio signals to be received taking into account the shortening factors matched.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind jeweils vier bis sieben, vorzugsweise fünf, erste und zweite Streifenlei ter vorgesehen. Bei den praktisch ausgeführten Antennenan ordnungen erwies sich eine Anzahl von jeweils fünf Streifen leitern in erster und in zweiter Richtung als vorteilhaft.In a preferred embodiment there are four each to seven, preferably five, first and second strip lines ter provided. With the practically executed antennas orders showed a number of five strips each conductors in the first and second direction as advantageous.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeich net, daß die Breite der Streifenleiter größer als der Ab stand der Streifenleiter ist, vorzugsweise das 2- bis 5-fa che des Abstands beträgt. Die so gebildeten Ausnehmungen be anspruchen nur einen geringen Teil der gesamten Metallfläche des Patch-Elements, so daß sie den Stromfluß in der ersten bzw. in der zweiten Richtung nur minimal behindern.A preferred embodiment is characterized net that the width of the stripline is greater than the Ab stood the stripline, is preferably the 2- to 5-fa of the distance. The recesses thus formed only occupy a small part of the total metal surface of the patch element so that it can flow the current in the first or only minimally hinder in the second direction.

Die Anzahl der in erster und in zweiter Richtung auszu bildenden Streifenleiter sowie deren Abstand hängen sowohl vom Frequenzbereich, der konstruktiven Gestaltung der Anre gungssysteme und deren Abstand vom Patch-Element als auch von den verwendeten dielektrischen Materialien und Metallen ab.The number of the first and second directions forming stripline and their distance depend both on the frequency range, the constructive design of the anre systems and their distance from the patch element as well of the dielectric materials and metals used from.

Vorzugsweise sind die erste, die zweite und die dritte leitfähige Schicht vor einer vierten unstrukturierten leit fähigen Schicht angeordnet, wobei die vierte leitfähige Schicht eine Masseplatte bildet, und wobei die zweite und die dritte leitfähige Schicht hinter der ersten leitfähigen Schicht angeordnet sind. In vorteilhafter Weiterbildung ist hinter der zweiten und vor der dritten leitfähigen Schicht eine fünfte leitfähige Schicht angeordnet, welche in Zuord nung zu jedem der wenigstens einen Patch-Elemente eine im wesentlichen kongruent hinter der ersten Speiseleitung ange ordnete erste schlitzartige Öffnung und eine im wesentlich kongruent vor der zweiten Speiseleitung angeordnete zweite schlitzartige Öffnung aufweist. Kongruente Anordnung bedeu tet in diesem Falle, daß die schlitzartigen Öffnungen sich in Richtung der Normalen der Patch-Elementebene in der Mitte der Patch-Struktur genau hinter bzw. vor der zugehörigen er sten bzw. zweiten Speiseleitung angeordnet sind. Sofern die erste und die zweite Speiseleitung jeweils zu einer Mittel linie eines zugehörigen rechteckigen Patch-Elements ausge richtet sind, bilden die erste und die zweite schlitzartige Öffnung eine symmetrische Kreuzschlitzöffnung. Die mit schlitzartigen Öffnungen versehene, zwischen dem Anregungs system der zweiten leitfähigen Schicht und dem Anregungssy stem der dritten leitfähigen Schicht angeordnete Metall schicht, welche auf Massepotential gelegt ist, minimiert die elektromagnetische Kopplung außerhalb der den Patch-Elemen ten zugeordneten Speiseleitungen sowohl zwischen den beiden Anregungssystemen als auch durch die einfallenden Funk signale. Außerdem wird die Kreuzpolarisationsentkopplung er höht, d. h. die gegenseitige Beeinflussung der die vertikal polarisierten bzw. die horizontal polarisierten Signale emp fangenden Systeme wird minimiert.Preferably the first, the second and the third conductive layer before a fourth unstructured conductive capable layer arranged, the fourth conductive Layer forms a mass plate, and the second and the third conductive layer behind the first conductive Layer are arranged. In an advantageous further development behind the second and before the third conductive layer a fifth conductive layer is arranged, which in assignment each of the at least one patch elements essentially congruent behind the first feed line arranged first slot-like opening and one essentially second congruently arranged in front of the second feed line has slot-like opening. Congruent arrangement meaning tet in this case that the slot-like openings towards the normal of the patch element plane in the middle the patch structure exactly behind or in front of the associated he most or second feed line are arranged. If the the first and the second feed line each to an agent line of an associated rectangular patch element are directed, form the first and the second slot-like Opening a symmetrical cross-slot opening. With slot-like openings provided between the excitation system of the second conductive layer and the excitation system stem of the third conductive layer arranged metal layer which is connected to ground potential minimizes the electromagnetic coupling outside of the patch elements assigned feed lines between the two Excitation systems as well as by the incident radio signals. Cross polarization decoupling will also occur high, d. H. the mutual influence of the vertical polarized or the horizontally polarized signals emp trapping systems is minimized.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Patch-Anordnung ist konstruktiv so ausgebildet, daß die er ste leitfähige Schicht eine auf einer der Masseplatte zuge wandten Rückseite einer ersten isolierenden Platte aufge brachte Metallschicht ist, daß die zweite leitfähige Schicht eine auf einer der Masseplatte abgewandten Oberseite einer zweiten isolierenden Platte aufgebrachten Metallschicht ist, und daß die Metallschichten der ersten und der zweiten iso lierenden Platte durch eine erste isolierende Schicht ge trennt und beabstandet sind. Die isolierenden Platten sind beispielsweise aus Kunststoff (einem Polyethylen, Polyester, Polycarbonat, PVC) hergestellt, worauf die Metallschicht (z. B. Kupfer, Aluminium, Gold) aufgedampft, aufgesputtert und/oder galvanisch abgeschieden ist. Die erste isolierende Schicht trennt und beabstandet die Patch-Elemente vom ersten Anregungssystem. Ihr Abstand beeinflußt die Bandbreite des Empfangssystems. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste isolierende Schicht eine Schaumstoffschicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von weniger als 1,2, deren Dicke größer als die Dicke der ersten und der zweiten isolierenden Platte ist. Die relativ dicke isolie rende Schicht erhöht die Bandbreite.An advantageous development of the invention Patch arrangement is designed so that it most conductive layer on one of the ground plate turned back of a first insulating plate brought metal layer is that the second conductive layer an on an upper side facing away from the ground plate second insulating plate applied metal layer, and that the metal layers of the first and second iso lating plate through a first insulating layer separates and are spaced. The insulating plates are for example made of plastic (a polyethylene, polyester, Polycarbonate, PVC) made on which the metal layer (e.g. copper, aluminum, gold) evaporated, sputtered on and / or is galvanically deposited. The first isolating Layer separates and spaces the patch elements from the first Excitation system. Their distance affects the bandwidth of the Receiving system. In a preferred embodiment the first insulating layer with a foam layer a relative dielectric constant of less than 1,2, whose thickness is greater than the thickness of the first and the second insulating plate. The relatively thick isolie layer increases the bandwidth.

In vorteilhafter Weiterbildung ist die dritte leitfähige Schicht eine auf einer der Masseplatte zugewandten Rückseite einer dritten isolierenden Platte aufgebrachte Metallschicht und sind die Metallschicht der dritten isolierenden Platte und die Masseplatte durch eine zweite isolierende Schicht getrennt. Auch hier ist die zweite isolierende Schicht vor zugweise eine Schaumstoffschicht mit einer relativen Dielek trizitätskonstante von weniger als 1,2, deren Dicke größer als die Dicke der dritten isolierenden Platte ist. Die er ste, zweite und dritte isolierende Platte können von glei cher Art sein, ebenso wie die erste und die zweite isolie rende Schicht gleich ausgebildet sein können. Dies verein facht die Herstellung der Antennenanordnung.In an advantageous further development, the third is conductive Layer one on a back side facing the ground plate a third insulating plate applied metal layer and are the metal layer of the third insulating plate and the ground plate through a second insulating layer Cut. The second insulating layer is also present here preferably a foam layer with a relative Dielek Tricity constant of less than 1.2, the thickness of which is greater than the thickness of the third insulating plate. Which he The second, third and third insulating plates can be of the same type kind, as well as the first and second isolies rende layer can be formed the same. This unite folds the manufacture of the antenna arrangement.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der aus isolierenden Platten und isolierenden Schichten aufgebauten Antennenan ordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Metall schicht der zweiten isolierenden Platte und vor der Metall schicht der dritten isolierenden Platte eine auf einer der Masseplatte zugewandten Rückseite der zweiten und/oder auf einer der Masseplatte abgewandten Oberseite der dritten iso lierenden Platte aufgebrachte Metallschicht angeordnet ist, welche in Zuordnung zu jedem der wenigstens einen Patch-Ele mente eine im wesentlichen kongruent hinter der ersten Speiseleitung angeordnete erste schlitzartige Öffnung und eine im wesentlichen kongruent vor der zweiten Speiseleitung angeordnete zweite schlitzartige Öffnung aufweist. Diese zusätzliche Metallschicht, welche auf ein Massepotential gelegt ist, erhöht - wie bereits oben ausgeführt - die Kreuzpolarisationsentkopplung und vermindert somit die uner wünschte gegenseitige Beeinflussung der den beiden Polarisa tionsrichtungen zugeordneten Systeme. In vorteilhafter Wei terbildung ist diese mehrlagige Antennenanordnung so ausge bildet, daß die zwischen der zweiten und der dritten isolie renden Platte angeordnete Metallschicht die zweite und die dritte isolierende Platte miteinander verbindet.An advantageous further development of the isolating Antennas built on plates and insulating layers Order is characterized in that behind the metal layer of the second insulating plate and in front of the metal layer of the third insulating plate one on one of the Earth plate facing back of the second and / or on an upper side of the third iso facing away from the ground plate lier plate applied metal layer is arranged, which in association with each of the at least one patch ele elements one essentially congruent behind the first Feed line arranged first slot-like opening and one essentially congruent before the second feed line arranged second slot-like opening. This additional metal layer, which has a ground potential is placed, increases - as already explained above - the Cross polarization decoupling and thus reduces the un wanted mutual interference between the two Polarisa direction assigned systems. In an advantageous way terbildung this multi-layer antenna arrangement is so out forms that between the second and the third isolie Metal plate arranged the second and the second plate third insulating plate connects together.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der aus mehreren iso lierenden Platten aufgebauten Patch-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer oder mehreren Metall schichten versehenen isolierenden Platten aus einem Leiter plattenbasismaterial mit einer Metallkaschierung bestehen. Die Verwendung von Standardmaterialien der Elektronik-Gerä teindustrie sichert eine einfache und ökonomische Herstel lung der Antennenanordnung. In vorteilhafter Weiterbildung dieser Ausführungsform ist auf der strukturierten Metallka schierung des Leiterplattenbasismaterials eine isolierende Schutzschicht aufgebracht. Die Metallstrukturen sind zwi schen dem isolierenden Basismaterial und der Schutzschicht eingehüllt und somit vor verschiedenen Umwelteinflüssen (z. B. Luftfeuchtigkeit) geschützt.An advantageous embodiment of the iso from several liling plates built patch arrangement is thereby characterized in that with one or more metal layered insulating plates from a conductor plate base material with a metal lamination. The use of standard electronic equipment materials teindustrie ensures simple and economical production development of the antenna arrangement. In an advantageous further training this embodiment is on the structured metal box The circuit board base material is insulating Protective layer applied. The metal structures are between the insulating base material and the protective layer enveloped and thus against various environmental influences (e.g. humidity) protected.

Eine bevorzugte ebene Ausführungsform der mehrlagigen Antennenanordnung, die beispielsweise zur Herstellung einer planaren Satellitenempfangsantenne verwendet werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer oder mehreren Metallschichten versehenen isolierenden Platten und die iso lierenden Schichten (z. B. dicke Schaumstoffschichten) mecha nisch mittels isolierender, durch Bohrungen der Platten bzw. Schichten hindurchgeführter Bolzen fest miteinander verbun den sind. Diese Anordnung gestattet eine einfache Montage der Antenne. A preferred flat embodiment of the multilayer Antenna arrangement, for example for the production of a planar satellite receiving antenna can be used is characterized in that the one or more Metal layers provided insulating plates and the iso layers (e.g. thick foam layers) mecha niche by means of insulating, by drilling the plates or Layers of bolts passed through firmly bonded together they are. This arrangement allows easy assembly the antenna.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are in the Subclaims marked.

Im folgenden wir die Erfindung anhand von in der Zeich nung dargestellten bevorzugten Ausführungsformen näher be schrieben. In der Zeichnung zeigen:In the following we the invention with reference to in the drawing illustrated preferred embodiments be closer wrote. The drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Explosivdarstellung eines be vorzugten Ausführungsbeispiels der mehrlagigen Antennenanordnung; Fig. 1 is a schematic exploded view of a preferred embodiment of the multilayer antenna arrangement;

Fig. 2 eine weitere schematische Explosivdarstellung der in Fig. 1 dargestellten Antennenanordnung; FIG. 2 shows a further schematic exploded illustration of the antenna arrangement shown in FIG. 1;

Fig. 3 das Layout des bei der Antennenanordnung gemäß Fig. 1 und 2 verwendeten Patch-Elements; FIG. 3 shows the layout of the in the antenna assembly according to Figures 1 and 2 patch member used.

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Zuordnung der Speiseleitungen zu den Patch-Elementen; und Fig. 4 is a schematic illustration of the allocation of the supply lines to the patch elements; and

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Stromvertei lung über dem rechteckigen Patch-Element bei ei ner Anregung in einer Polarisationsrichtung. Fig. 5 is a schematic representation of the current distribution over the rectangular patch element with egg excitation in a polarization direction.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte mehrlagige Antennenanordnung besteht aus mehreren leitfähigen und iso lierenden Schichten, wobei der überwiegende Teil der leitfä higen Schichten durch Strukturierung einer auf einer isolie renden Platte aufgebrachten Metallkaschierung hergestellt ist.The multilayer antenna arrangement shown in FIGS . 1 and 2 consists of several conductive and insulating layers, the majority of the conductive layers being produced by structuring a metal lamination applied to an insulating plate.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht, bei der die Oberseiten der Schichten dargestellt sind; Fig. 2 zeigt die zugehörigen Unteransichten. Die mehrlagige Antennenanordnung 10 weist eine erste isolierende Platte 11 auf, auf deren Unterseite sich eine matrixförmige Anordnung von rechteckigen Patch- Elementen 12 befindet. Die rechteckigen Patch-Elemente 12 sind durch eine übliche Strukturierungstechnik einer zuvor auf die isolierende Platte 11 aufgebrachten Metallschicht hergestellt. Als metallkaschierte isolierende Platte kann beispielsweise ein dünnes Leiterplattenbasismaterial FR4 oder eine mit einer Metallschicht versehene Kunststoffplatte aus Polyethylen, Polyester, Polyacryl, Polycarbonat, ABS. PVC oder einem Mischpolymer verwendet werden. Die auf der Unterseite der Platte 11 strukturierte Metallkaschierung kann darüber hinaus durch eine weitere schützende Kunst stoffschicht abgedeckt sein. Die in den Fig. 1 und 2 als kleine Rechtecke dargestellten Patch-Elemente 12 weisen eine Substruktur auf, die unten anhand von Fig. 3 näher er läutert wird. Fig. 1 shows a view showing the tops of the layers; Fig. 2 shows the associated subviews. The multilayer antenna arrangement 10 has a first insulating plate 11 , on the underside of which there is a matrix-shaped arrangement of rectangular patch elements 12 . The rectangular patch elements 12 are produced by a conventional structuring technique of a metal layer previously applied to the insulating plate 11 . A thin printed circuit board base material FR4 or a plastic plate provided with a metal layer made of polyethylene, polyester, polyacrylic, polycarbonate, ABS, for example, can be used as the metal-clad insulating plate. PVC or a mixed polymer can be used. The structured on the underside of the plate 11 metal lamination can also be covered by another protective plastic layer. The patch elements 12 shown as small rectangles in FIGS. 1 and 2 have a substructure which is explained in more detail below with reference to FIG. 3.

Die Antennenanordnung 10 weist eine zweite isolierende Platte 13 auf, auf deren Oberseite (siehe Fig. 1) ein erstes Anregungssystem 14 aufgebracht ist, welches durch Struktu rierung einer auf die Platte 13 aufgebrachten Metallschicht hergestellt ist. Das erste Anregungssystem 14 umfaßt Anre gungselemente mit ersten Speiseleitungen 15, wobei jeweils eine Speiseleitung 15 einem Patch-Element 12 zugeordnet ist. Die ersten Speiseleitungen 15 sind so zu den Patch-Elementen 12 orientiert, daß sie an Signale einer ersten Pola risationsrichtung angepaßt sind.The antenna arrangement 10 has a second insulating plate 13 , on the top (see FIG. 1) a first excitation system 14 is applied, which is produced by structuring a metal layer applied to the plate 13 . The first excitation system 14 comprises excitation elements with first feed lines 15 , each feed line 15 being assigned to a patch element 12 . The first feed lines 15 are oriented towards the patch elements 12 in such a way that they are adapted to signals of a first polarization direction.

Die Antennenanordnung 10 weist ferner eine dritte iso lierende Platte 16 auf, auf deten Unterseite (siehe Fig. 2) ein zweites Anregungssystem 17 in ähnlicher Weise ausgebil det ist, wie das Anregungssystem 14 auf der Oberseite der isolierenden Platte 13. Das zweite Anregungssystem 17 umfaßt zweite Anregungselemente mit Speiseleitungen 18, wobei jeweils eine Speiseleitung 18 jedem Patch-Element 12 zuge ordnet ist. Die Anregungselemente 18 des zweiten Anregungs systems 17 sind so orientiert, daß sie an Signale einer Po larisationsrichtung angepaßt sind, die zu der Polarisations richtung des ersten Anregungssystems 14 orthogonal ist. Vor zugsweise sind die Speiseleitungen 15 des ersten Anregungs systems 14 an horizontal polarisierte Signale angepaßt, wäh rend die Orientierung der Speiseleitungen 18 des zweiten An regungssystems 17 an vertikal polarisierte Signale angepaßt ist. Die Orientierung der Speiseleitungen in Bezug auf die Patch-Elemente wird weiter unten anhand von Fig. 4 näher beschrieben. The antenna arrangement 10 also has a third insulating plate 16 , on the underside (see FIG. 2) of a second excitation system 17 is formed in a similar manner as the excitation system 14 on the top of the insulating plate 13 . The second excitation system 17 comprises second excitation elements with feed lines 18 , one feed line 18 being assigned to each patch element 12 . The excitation elements 18 of the second excitation system 17 are oriented so that they are adapted to signals of a polarization direction that is orthogonal to the polarization direction of the first excitation system 14 . Before preferably the feed lines 15 of the first excitation system 14 are adapted to horizontally polarized signals, while the orientation of the feed lines 18 of the second excitation system 17 is adapted to vertically polarized signals. The orientation of the feed lines with respect to the patch elements is described in more detail below with reference to FIG. 4.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei alternativen Ausfüh rungsformen die Orientierungen der Anregungssysteme der iso lierenden Platten 13 und 16 miteinander vertauscht werden können. Ebenso können die strukturierten Metallschichten auf den isolierenden Platten 11, 13 und 16 auch auf der jeweils entgegengesetzten Oberfläche aufgebracht sein. Schließlich sind bei bevorzugten Ausführungsformen die auf der Oberflä che der isolierenden Platten 13 und 16 aufgebrachten struk turierten Metallschichten durch jeweils eine weitere isolie rende und schützende Kunststoffschicht abgedeckt. Auch ist es möglich, jedem Patch-Element 12 nur eine Speiseleitung, entweder im Anregungssystem 14 oder im Anregungssystem 17, zuzuordnen, wobei benachbarten Patch-Elementen abwechselnd erste Speiseleitungen 15 und zweite Speiseleitungen 18 zuge ordnet werden.It should be noted that in alternative embodiments, the orientations of the excitation systems of the insulating plates 13 and 16 can be interchanged. Likewise, the structured metal layers on the insulating plates 11 , 13 and 16 can also be applied on the opposite surface in each case. Finally, in preferred embodiments, the structured metal layers applied to the surface of the insulating plates 13 and 16 are each covered by a further insulating and protective plastic layer. It is also possible to assign only one feed line to each patch element 12 , either in the excitation system 14 or in the excitation system 17 , adjacent patch elements being alternately assigned first feed lines 15 and second feed lines 18 .

Die Anregungssysteme 14 und 17 enthalten neben den Spei seleitungen 15 und 18 jeweils Zuleitungssysteme, die sämtli che Anregungselemente mit einem Ausgangsanschluß der Anten nenanordnung 10 koppeln. Hierbei sind eine Vielzahl von Ge staltungsmöglichkeiten denkbar.The excitation systems 14 and 17 contain in addition to the Spei lines 15 and 18 each supply systems which couple all excitation elements with an output connection of the antenna arrangement 10 . A variety of Ge design options are conceivable.

Die Antennenanordnung 10 weist ferner eine leitfähige Masseplatte 19 auf, welche einerseits eine rückseitige Ab schirmfunktion erfüllt, andererseits von oben einfallende Signale reflektiert. Die Metallplatte 19 ist entweder als massive Metallplatte oder als Metallisierungsschicht auf ei ner isolierenden Platte ausgebildet. Bei alternativen Aus führungsformen kann die Metallplatte auch eine feine Gitter struktur aufweisen, wobei der Gitterabstand deutlich unter halb der Wellenlänge liegt.The antenna arrangement 10 also has a conductive ground plate 19 which on the one hand fulfills a rear shielding function and on the other hand reflects incident signals from above. The metal plate 19 is formed either as a solid metal plate or as a metallization layer on an insulating plate. In alternative embodiments, the metal plate can also have a fine grating structure, the grating spacing being clearly below half the wavelength.

Zwischen der das erste Anregungssystem 14 tragenden zweiten isolierenden Platte 13 und der das zweite Anregungs system 17 tragenden dritten isolierenden Platte 16 ist eine weitere Metallisierung 20 angeordnet, die entweder als Me tallplatte oder als Metallkaschierung auf der Unterseite der zweiten isolierenden Platte 13 oder auf der Oberseite der dritten isolierenden Platte 16 oder als die zweite isolie rende Platte 13 und die dritte isolierende Platte 16 verbin dende Zwischenschicht ausgebildet ist. Die zweite und dritte isolierende Platte einschließlich der Metallisierungsebenen des ersten Anregungssystems 14, der Schicht 20 und des zwei ten Anregungssystems 17 können eine mehrlagige Platte bil den, die beispielsweise aus einem dreilagigen Leiterplatten basismaterial hergestellt ist. Die Metallisierungsschicht 20 weist in Zuordnung zu jedem Patch-Element 12 Kreuzschlitze 21 auf. Die Kreuzschlitze 21 bestehen jeweils aus einem in einer ersten Richtung ausgebildeten Schlitz, der genau hin ter einer ersten Speiseleitung 15 angeordnet ist und einem in einer zweiten Richtung ausgebildeten Schlitz, der kongru ent vor einer Speiseleitung 18 angeordnet ist. Die Länge der Schlitze entspricht etwa den Abmessungen der rechteckigen Patch-Elemente 12; die Breite der Kreuzschlitze 21 ist auf die Streifenleiter der Speiseleitungen 15 bzw. 18 abge stimmt, wobei in die Dimensionierung der Kreuzschlitze die Abstände der Metallisierungsebenen voneinander und die Ei genschaften der dielektrischen Materialien einfließen. Die zwischen den Anregungssystemen 14 und 17 angeordnete Masse- Metallisierungsebene 20 minimiert jegliche elektromagneti sche Kopplung außerhalb der Speiseleitungen 15 und 18. Auf grund der zueinander orthogonalen Richtungen der beiden den Kreuzschlitz bildenden Schlitze und ihrer kongruenten Zuord nung zu den Anregungssystemen wird die Kreuzpolarisations entkopplung erhöht.Between the second excitation system 14 carrying the second insulating plate 13 and the second excitation system 17 carrying the third insulating plate 16 , a further metallization 20 is arranged, either as a metal plate or as metal cladding on the underside of the second insulating plate 13 or on the top the third insulating plate 16 or as the second insulating plate 13 and the third insulating plate 16 connecting intermediate layer is formed. The second and third insulating plates, including the metallization levels of the first excitation system 14 , the layer 20 and the second th excitation system 17, can be a multi-layer plate, which is made, for example, of a three-layer printed circuit board base material. The metallization layer 20 has cross slots 21 in association with each patch element 12 . The cross slots 21 each consist of a slot formed in a first direction, which is arranged exactly behind a first feed line 15 and a slot formed in a second direction, which is arranged congruent ent in front of a feed line 18 . The length of the slots corresponds approximately to the dimensions of the rectangular patch elements 12 ; the width of the cross slots 21 is tuned to the strip conductors of the feed lines 15 and 18 , the spacing of the metallization levels from one another and the properties of the dielectric materials being incorporated into the dimensioning of the cross slots. The ground metallization level 20 arranged between the excitation systems 14 and 17 minimizes any electromagnetic coupling outside the feed lines 15 and 18 . Due to the mutually orthogonal directions of the two slots forming the cross slot and their congruent assignment to the excitation systems, the cross polarization decoupling is increased.

Bei alternativen Ausführungsformen kann eine alternative oder zusätzliche abschirmende Metallschicht mit Schlitzen zwischen den Patch-Elementen und den Anregungssystemen ange ordnet sein.In alternative embodiments, an alternative or additional shielding metal layer with slots between the patch elements and the excitation systems to be in order.

Zwischen der ersten isolierenden Platte 11 und der zwei ten isolierenden Platte 13 ist eine isolierende Schicht 22 angeordnet. Die isolierende Schicht ist im Vergleich zu den isolierenden Platten 11, 13 und 16 relativ dick und besteht aus einem Material mit einer relativen Dielektrizitätskon stante ε_r von weniger als 1,2. Ein solches Material stellt beispielsweise ein geschäumter Kunststoff mit einer 5-fachen oder einer höheren Aufschäumrate dar. Die isolierende Schicht 22 dient nicht nur der elektrischen Isolation zwi schen den Patch-Elementen 12 und dem Anregungssystem 14, sie schafft auch eine Beabstandung zwischen den Patch-Elementen und den Anregungssystemen, die zu einer Erhöhung der Band breite führt. Eine ähnliche isolierende Schicht 23 ist zwi schen der das zweite Anregungssystem 17 tragenden isolieren den Platte 16 und der Masseplatte 19 angeordnet. Die Schicht 23 besteht vorzugsweise aus demselben Material wie die Schicht 22.An insulating layer 22 is arranged between the first insulating plate 11 and the two insulating plate 13 . The insulating layer is relatively thick in comparison to the insulating plates 11 , 13 and 16 and consists of a material with a relative dielectric constant ε _r of less than 1.2. Such a material is, for example, a foamed plastic with a 5-fold or a higher foaming rate. The insulating layer 22 not only serves for electrical insulation between the patch elements 12 and the excitation system 14 , it also creates a spacing between the patch Elements and the excitation systems, which leads to an increase in the bandwidth. A similar insulating layer 23 is arranged between the isolating plate 16 and the ground plate 19 carrying the second excitation system 17 . Layer 23 preferably consists of the same material as layer 22 .

Die Antennenanordnung 10 wird aufgebaut, indem die Mas seplatte 19, die isolierende Schicht 23, die isolierenden Platten 16 und 13, die isolierende Schicht 22 und die iso lierende Platte 11 aufeinander gestapelt und mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen fest miteinander verbunden werden. Die Schrauben oder Bolzen sind dabei durch Bohrungen geführt, welche vorzugsweise im Randbereich bzw. außerhalb der Anre gungssysteme 20 und 21 eingebracht sind. Der so hergestellte Schichtaufbau kann in ein Wetterschutzgehäuse eingebaut wer den, um die Antenne für den Außeneinsatz auszurüsten.The antenna arrangement 10 is constructed by the mas seplatte 19 , the insulating layer 23 , the insulating plates 16 and 13 , the insulating layer 22 and the insulating plate 11 stacked on top of each other and firmly connected with the aid of screws or bolts. The screws or bolts are guided through bores, which are preferably introduced in the edge area or outside of the excitation systems 20 and 21 . The layer structure produced in this way can be installed in a weatherproof housing in order to equip the antenna for outdoor use.

Die Auskopplung der empfangenen Signale erfolgt für je des Anregungssystem getrennt mittels elektromagnetischer Kopplung über einen zentral auf der Rückseite des Antennnen schichtaufbaus aufgebrachten und elektrisch mit der Masse platte 19 verbundenen Hohlleiter auf einen Down-Konverter. Die konvertierten Nutzsignale werden dann über Koaxialkabel an das entsprechende Empfangssystem weitergeleitet.The received signals are decoupled for each of the excitation systems separately by means of electromagnetic coupling via a waveguide applied centrally to the rear of the antenna layer structure and electrically connected to the ground plate 19 to a down-converter. The converted useful signals are then forwarded to the corresponding receiving system via coaxial cables.

Obwohl die in Fig. 1 und 2 dargestellten Schichten eben sind, ist es bei alternativen Ausführungsformen möglich, die Schichten als gekrümmte Oberflächen auszubilden. Beispiels weise können die Schichten jeweils eine Zylinderstruktur aufweisen. Die gegenseitige Überdeckung der Patch-Elemente, der Speiseleitungen und der Kreuzschlitze muß jedoch gewähr leistet bleiben, d. h. der Krümmungsradius der gekrümmten Flächen ist wesentlich größer als die Gesamtdicke des Schichtaufbaus.Although the layers shown in Fig. 1 and 2, are flat, it is possible in alternative embodiments to form the layers as curved surfaces. For example, the layers can each have a cylindrical structure. The mutual overlap of the patch elements, the feed lines and the cross slots must remain guaranteed, ie the radius of curvature of the curved surfaces is much greater than the total thickness of the layer structure.

Fig. 3 zeigt die Substruktur des erfindungsgemäßen Patch-Elements. Das Patch-Element 12 hat eine, im wesent lichen rechteckige Kontur. Parallel zu den Außenkanten 24A; 24B, 25A und 25B sind rechteckige. Ausnehmungen 26 matrixar tig in Zeilen und Spalten angeordnet. Weitere Ausnehmungen 27 sind derart auf dem Umfangsrand des Patch-Elements 12 an geordnet, daß eine mäanderförmige Außenkontur entsteht. An ders betrachtet, wird die verbleibende Metallschicht des Patch-Elements 12 aus mehreren in einer ersten Richtung ver laufenden Streifenleitungen 28 und mehreren in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung verlaufenden zweiten Streifenleitungen 29 gebildet. Fig. 3 shows the substructure of the patch element of the invention. The patch element 12 has a rectangular contour in wesent union. Parallel to the outer edges 24 A; 24 B, 25 A and 25 B are rectangular. Recesses 26 matrixar arranged in rows and columns. Further recesses 27 are arranged on the peripheral edge of the patch element 12 in such a way that a meandering outer contour is formed. In other words, the remaining metal layer of the patch element 12 is formed from a plurality of strip lines 28 running in a first direction and a plurality of second strip lines 29 running in a second direction orthogonal to the first direction.

Bei der in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausfüh rungsform wird das Patch-Element 12 von jeweils fünf zuein ander rechtwinklig verlaufenden Streifenleitungen 28 und 29 gebildet. Die fünf Streifenleitungen 28 sind von gleicher Breite, der Breite b1; die fünf dazu quer verlaufenden Streifenleitungen 29 haben die Breite b2. Der Abstand a1 zwischen den Streifenleitungen 28 entspricht der Breite der Ausnehmungen 26 in der zweiten Richtung; der Abstand a2 zwi schen den Streifenleitungen 29 entspricht der Breite der Ausnehmungen 26 in der ersten Richtung. Die jeweils äußeren Streifenleitungen 28 sind gegenüber den äußeren Rändern 25A und 25B der Rechteckkontur des Patch-Elements 12 eingerückt, ebenso wie die jeweils außen liegenden Streifenleitungen 29 gegenüber der Außenkontur 24A und 24B eingerückt sind. Da durch werden Ausnehmungen 27 entlang der Außenkontur gebil det. Die in Fig. 3 dargestellte gitterförmige Struktur kann in einer Metallisierungsebene, beispielsweise durch Her ausätzen der Ausnehmungen 26 und 27 gebildet sein. Alterna tiv kann diese Struktur mittels zweier übereinanderliegender und nacheinander hergestellter Metallschichten erzeugt wer den, wobei in der ersten Metallschicht die Streifenleitungen 28 und in der zweiten Metallschicht die Streifenleitungen 29 ausgebildet sind. Im letztgenannten Fall sind die Streifen leitungen 28 und 29 an der Fläche ihrer gegenseitigen Über lappung miteinander elektrisch verbunden.In the preferred embodiment shown in FIG. 3, the patch element 12 is formed by five mutually perpendicular strip lines 28 and 29 . The five strip lines 28 are of the same width, the width b1; the five strip lines 29 running transversely thereto have the width b2. The distance a1 between the strip lines 28 corresponds to the width of the recesses 26 in the second direction; the distance a2 between the strip lines 29 corresponds to the width of the recesses 26 in the first direction. The respective outer strip lines 28 are indented with respect to the outer edges 25 A and 25 B of the rectangular contour of the patch element 12 , just as the respective outer strip lines 29 are indented with respect to the outer contour 24 A and 24 B. Since through recesses 27 are formed along the outer contour. The illustrated in Fig. 3 lattice-like structure may in a metallization, for example by Her etching of the recesses 26 and 27 are formed to be. Alternatively, this structure can be produced by means of two superimposed and successively produced metal layers, the strip lines 28 being formed in the first metal layer and the strip lines 29 being formed in the second metal layer. In the latter case, the strip lines 28 and 29 are electrically connected to one another on the surface of their mutual overlap.

Das in Fig. 3 dargestellte bevorzugte Ausführungsbei spiel weist jeweils fünf Streifenleitungen 28 und 29 auf. Eine solche Anzahl hat sich im Frequenzbereich von 10,7 bis 12,75 GHz bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten kon struktiven Gestaltung als vorteilhaft erwiesen. Die Anzahl, Beabstandung und Dicke der Streifenleitungen 28 und 29 hän gen vom Frequenzbereich sowie vom Schichtaufbau, insbeson dere vom gegenseitigen Abstand der einzelnen in Fig. 1 dar gestellten Schichten und den Dielektrizitätskonstanten der Schichten, ab. Bei alternativen Ausführungsformen können auch mehr oder weniger Streifenleitungen verwendet werden. Auch ist eine Ausbildung des Patch-Elements 12 denkbar, bei der die Ausnehmungen 26 und 27 kreisförmige Begrenzungen aufweisen. Auch kann eine nicht-äquidistante Anordnung der Ausnehmungen gewählt werden.The preferred embodiment shown in FIG. 3 has five strip lines 28 and 29 , respectively. Such a number has proven to be advantageous in the frequency range from 10.7 to 12.75 GHz in the construction shown in FIGS. 1 and 2. The number, spacing and thickness of the strip lines 28 and 29 depend on the frequency range and the layer structure, in particular on the mutual spacing of the individual layers shown in FIG. 1 and the dielectric constants of the layers. In alternative embodiments, more or fewer strip lines can also be used. An embodiment of the patch element 12 is also conceivable, in which the recesses 26 and 27 have circular boundaries. A non-equidistant arrangement of the recesses can also be selected.

Fig. 4 zeigt die Zuordnung der Speiseleitungen 15 und 18 zu den Patch-Elementen 12. Sowohl die Speiseleitungen 18 als auch die Speiseleitungen 15 verlaufen unter den zugehö rigen Patch-Elementen 12 mittig, so daß die Speiseleitungen 18 unter dem Patch-Element 12 an einem Punkt V hervortreten, wobei V der Mittelpunkt einer Seitenkante des rechteckigen Patch-Elements 12 ist. Ebenso treten die Speiseleitungen 15 an einem Punkt H unter dem Patch-Element 12 hervor, wobei H der Mittelpunkt der anderen Seitenkante des rechteckigen Patch-Elements 12 ist. Bei der in Fig. 4 anhand von vier Patch-Elementen dargestellten Anordnung koppeln die beiden Anregungssysteme 17 und 14 zueinander orthogonal lineär po larisierte Signalanteile aus. Fig. 4 shows the assignment of the feed lines 15 and 18 to the patch elements 12. Both the feed lines 18 and the feed lines 15 run centrally under the associated patch elements 12 , so that the feed lines 18 emerge from the patch element 12 at a point V, where V is the center of a side edge of the rectangular patch element 12 . Likewise, the feed lines 15 emerge at a point H below the patch element 12 , where H is the center of the other side edge of the rectangular patch element 12 . In the arrangement shown in FIG. 4 with the aid of four patch elements, the two excitation systems 17 and 14 couple out polarized signal components orthogonally linearly to one another.

Bei alternativen Ausführungsformen ist es denkbar, daß die Speiseleitungen 18 und 15 durch die Eckpunkte R bzw. L der rechteckigen Patch-Elemente 12 verlaufen. Dann können die Anregungssysteme 14 bzw. 17 an entgegengesetzt zirkular polarisierte Signale angepaßt werden. In diesem Fall ist eine entsprechende Anpassung der Substruktur des Patch-Ele ments 12 (Fig. 3) erforderlich.In alternative embodiments, it is conceivable that the feed lines 18 and 15 run through the corner points R and L of the rectangular patch elements 12 . Then the excitation systems 14 and 17 can be adapted to opposite circularly polarized signals. In this case, a corresponding adjustment of the substructure of the patch element 12 ( FIG. 3) is required.

Fig. 5 stellt die Stromverteilung in einem rechteckigen Patch-Element 12 dar, die sich ergibt, wenn das Patch-Ele ment 12 mit einem linear polarisierten Signal beaufschlagt wird, dessen Polarisationsrichtung parallel zur Richtung der seitlichen Begrenzungen 25A und 25B liegt. Fig. 5 illustrates the current distribution in a rectangular patch element 12, which fall occurs when the patch Ele element 12 is supplied with a linearly polarized signal whose polarization direction is parallel to the direction of the lateral boundaries 25 A and 25 B.

Claims

1. Multi-layer antenna arrangement ( 10 ) with
at least one patch element ( 12 ) formed in a first conductive layer,
which are assigned a first excitation element in a second conductive layer and a second excitation element in a third conductive layer,
wherein the first excitation element comprises a first feed line ( 15 ) oriented in a first direction and the second excitation element comprises a second feed line ( 18 ) oriented in a second direction orthogonal to the first direction,
wherein each feed line ( 15 , 18 ) is aligned with the associated patch element ( 12 ) and is electromagnetically coupled to it, and
wherein the first conductive layer in the at least one patch element ( 12 ) has a plurality of recesses ( 26 , 27 ) arranged in a matrix-like manner along the first direction and along the second direction.

2. Multi-layer antenna arrangement according to claim 1, characterized in that the at least one patch element ( 12 ) of rectangular shape with in the first or second direction extending outer boundaries ( 24 , 25 ) and N * M recesses ( 26 , 27 ), N recesses in the first direction and M recesses in the second direction being arranged one behind the other.

3. Multi-layer antenna arrangement according to claim 2, characterized in that the recesses ( 26 , 27 ) are rectangular in wesentli Chen, the boundary edges of which extend in the first or second direction.

4. Multi-layer antenna arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the N recesses in the first Direction and the M recesses in the second direction one above the other at equal intervals are arranged.

5. Multi-layer antenna arrangement according to one of claims 1-4, characterized in that the at least one patch element ( 12 ) has a lattice-like structure which of a first number of first strip conductors ( 28 ) running parallel in the first direction and one A second number of second strip conductors ( 29 ) running in parallel in the second direction and connected to the first strip conductors ( 28 ) is formed.

6. Multi-layer antenna arrangement according to claim 5, characterized in that the first strip conductors ( 28 ) with the second strip conductors ( 29 ) are connected to the entire surface of the mutual overlap ge.

7. Multi-layer antenna arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the first and the second strip conductors ( 28 , 29 ) are each of the same width (b1, b2) and length and are arranged at the same distance (a1, a2) from one another.

8. Multi-layer antenna arrangement according to one of claims 5-7, characterized in that the first and / or the second number is 4 to 7 , preferably 5 each.

9. Multi-layer antenna arrangement according to one of claims 5-8, characterized in that the width (b1, b2) of the strip line ( 28 , 29 ) is greater than the distance (a1, a2) of the strip line, preferably the 2- to 5- times the distance.

10. Multi-layer antenna arrangement according to one of claims 1-9, characterized in
that the first, the second and the third conductive layer are arranged in front of a fourth, unstructured conductive layer ( 19 ), the fourth conductive layer forming a ground plate, and
that the second and third conductive layers are arranged behind the first conductive layer.

11. Multi-layer antenna arrangement according to claim 10, characterized in that a fifth conductive layer ( 20 ) is arranged behind the second and before the third conductive layer, which elements in association with each of the at least one patch elements ( 12 ) substantially first slot-like opening arranged congruently behind the first feed line ( 15 ) and a second slot-like opening arranged essentially congruently in front of the second feed line ( 18 ).

12. Multi-layer antenna arrangement according to claim 11, characterized in that the first and the second feed line are each aligned with a center line of an associated rectangular patch element, so that the first and the second slot-like opening form a cross slot opening ( 21 ).

13. Multi-layer antenna arrangement according to one of claims 10-12, characterized in that
that the first conductive layer is a metal layer applied to a rear side of a first insulating plate ( 11 ) facing the mass plate ( 19 ),
that the second conductive layer is a on one of the ground plate ( 19 ) facing away from the top of a second insulating plate ( 13 ) applied metal layer, and
that the metal layers of the first and the second insulating plate are separated and spaced by a first insulating layer ( 22 ).

14. Multi-layer antenna arrangement according to claim 13, characterized in that the first insulating layer ( 22 ) is a foam layer with a relative dielectric constant of less than 1.2, the thickness of which is greater than the thickness of the first and second insulating plates.

15. Multi-layer antenna arrangement according to claim 13 or 14, characterized in
that the third conductive layer is a on one of the ground plate ( 19 ) facing back of a third insulating plate ( 16 ) applied metal layer, and
that the metal layer of the third insulating plate and the ground plate are separated by a second insulating layer ( 23 ).

16. Multi-layer antenna arrangement according to claim 15, characterized in that the second insulating layer ( 23 ) is a foam layer with a relative dielectric constant of less than 1.2, the thickness of which is greater than the thickness of the third insulating plate.

17. Multi-layer antenna arrangement according to claim 15 or 16, characterized in that behind the metal layer of the second insulating plate and in front of the metal layer of the third insulating plate on a back side facing the ground plate of the second and / or on an upper side of the third insulating plate facing away from the ground plate Plate applied Me tallschicht ( 20 ) is arranged, which in association with each of the at least one patch elements ( 12 ) a substantially union congruently behind the first feed line ( 15 ) arranged first slot-like opening and an essentially congruent in front of the second Feed line ( 18 ) arranged second slot-like opening.

18. Multi-layer antenna arrangement according to claim 17, characterized in that the metal layer ( 20 ) arranged between the second and third insulating plate connects the second and third insulating plates ( 13 , 16 ).

19. Multi-layer antenna arrangement according to one of claims 13-18, characterized in that the insulating plates ( 11 , 13 , 16 ) provided with one or more metal layers consist of a printed circuit board base material with a metal lamination.

20. Multi-layer antenna arrangement according to claim 19, there characterized in that on the structured Metallka The circuit board base material is insulating Protective layer is applied.

21. Multi-layer antenna arrangement according to one of claims 13-20, characterized in that the insulating plates ( 11 , 13 , 16 ) provided with one or more metal layers and the insulating layer (s) ( 22 , 23 ) are mechanical are firmly connected to one another by means of insulating bolts which are passed through bores in the plates or layers.