DE2830855A1

DE2830855A1 - Matrix aus kopplungsnetzwerken und daraus aufgebaute antennenanordnung

Info

Publication number: DE2830855A1
Application number: DE19782830855
Authority: DE
Inventors: Harold A Wheeler
Original assignee: Hazeltine Corp
Current assignee: BAE Systems Aerospace Inc
Priority date: 1977-07-14
Filing date: 1978-07-13
Publication date: 1979-02-01
Also published as: SU1052174A3; GB1600346A; JPS6047763B2; NL190212B; AU3694678A; NL190212C; JPS5420639A; SE7807735L; US4143379A; FR2397722B1; DE2830855C2; SE440295B; IT1108668B; IL55041A; AU515819B2; NL7807328A; IT7868665A0; CA1098619A; FR2397722A1

Description

CORPORATION, Greenlawn,, New York Π 740 / USA

Matrix aus. Kopplungsnetzwerken and daraus aufgebaute Äntennenanordnung

Die Erfindung betrifft eine Matrix aus Koppiungsnetzwerken zur Einkopplung eingespeister Wellenenergie-Signale in abstrahlende Antennenelemente einer Antennenanordnung _r bestehend aus einer Anzahl von Netzwerken, von denen jedes einen Haupteingang und zwei Hattptausgänge sowie erste Kopplungseinrichtungen zur Übertragung von eingespeisten Wellenenergie-Signalen vom Haupteingang zu den Hauptausgängen beinhaltet.

Außerdem, bezieht sich die Erfindung auf eine unter Verwendung einer solchen Matrix aufgebaute Antennenanordnung zum Abstrahlen von Wellenenergie-Signalen in einen bestimmten Raumwinkelbereich mit einem gewünschten Strahlungsdiagramm_r die eine Strahlungsfläche (Apertur) aufweist, die aus einer Anzahl von Moduln von Antennenelementen besteht, wobei jedes Antennenelementmodul zwei Äntennenelementgruppen und jede Antennenelementgruppe eine oder mehrere abstrahlende Antennenelemente beinhaltet und die Antennenelementmoduln und die Äntennenelementgruppen entlang einer vorgegebenen Spur (Zeile, Spalte} angeordnet sind.

Eine Antennenanordnung kann so ausgelegt werden, daß sie ein jeweils gewünschtes Strahlungsdiagramm (Richtcharakteristik) in eine aus einer Anzahl von Winkelrichtungen eines ausgewählten Raumbereich abstrahlt. Bei der üblichen Auslegung von Antennenanordnungen hat jedes der Antennenelemente

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einen zugehörigen Eingang, wobei durch Veränderung der Amplitude und/oder der Phase der in die Eingänge eingespeisten Wellenenergie-Signale das Atennenstrahlungsdiagramm elektronisch im Raum derart geschwenkt werden kann, daß es in die jeweils gewünschte Strahlungsrichtung zeigt; oder die Antennenanordnung kann auf andere Weise so gesteuert werden, daß sie eine gewünschte Signalcharakteristik aussendet, z. B. ein Dopplermuster. Wenn eine Antennenanordnung ihren Strahl über einen ausgewählten, bergrenzten Bereich des Raumes aussenden soll, ist es vorteilhaft, daß das Strahlungsdiagramm der einzelnen Atennenelemente ebenfalls im wesentlichen in dem ausgewählten Winkelbereich liegt. Dies erlaubt maximalen Elementabstand bei gleichzeitiger Unterdrückung unerwünschter Nebenzipfel·. Die Beeinflussung des Strahlungsdiagramms des Antennenelementes durch Verändern seiner physikalischen Form kann deshalb unzweckmäßig sein, weil das jeweils gewünschte Elementstrahlungsdiagramm eine Elementaperturgröße erfordern würde, die den notwendigen Abstand in der Anordnung über Gebühr vergrößert. Eine brauchbare Lösung, um die Beschränkung der physikalischen Elementgröße zu.überwinden, besteht darin, durch entsprechende Netzwerke jeden Antenneneingang mit.mehr als einem Antennenelement zu verbinden, so daß das wirksame Elementstrahlungsdiagramm, das jedem Eingang zugeordnet ist, durch die überlagerung der Strahlung von verschiedenen Elementen gebildet wird.

Eine bekannte Lösung dieses Problems ist in der US-PS 3 803 625 beschrieben. Bei dieser Antennenanordnung wird eine größere, wirksame Elementabmessung dadurch erreicht, daß zwischen die Hauptantennenelernente Zwischenantennenelemente eingefügt werden, und daß Signale von den Eingängen der Hauptantennenelemente in die Zwischenelemente einge-. speist werden.

Ein wirksameres Antennenkopplungsnetzwerk ist in der US-Patentanmeldung 594 934 beschrieben. Hierbei sind die An-

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tennenelemente in Elementmoduln angeordnet, von denen jedes mit einem Eingang ausgestattet ist. Wellenleiter verbinden alle Antennenelementmoduln in der Anordnung und koppeln Signale, die an irgendeinem Eingang eingespeist werden, in bestimmte Elemente aller Antennenelementmoduln der Anordnung ein. Die so in die Elemente eingespeiste Signale weisen eine mit den Ortskoordinaten abnehmende, örtliche Amplitudenverteilung und eine periodische Phasenumkehr auf, um dadurch eine ideale -Signalverteilung auf der Fläche anzunähern, welche ein scharf abgegrenztes, sektorförmiges, wirksames Elementstrahlungsdiagramm ergibt.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Matrix von Kopplungsnetzwerken und eine Antennenanordnung zu schaffen, bei der die Strahlungsdiagramme der Antennenelemente mittels der Verkopplung der Antennenelementmoduln genau und mit geringem Aufwand beeinfluß werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs genannte Matrix durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.

Eine unter Verwendung einer solchen Matrix aufgebaute Antennenanordnung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 3 oder Anspruchs 9.

Diese Antennenanordnung weist eine Antennenfläche (Apertur) auf, die aus einer Anzahl von Antennenmoduln besteht, wobei jedes Modul wiederum aus einem Paar Elementgruppen aufgebaut ist. Jede Elementgruppe hat ein oder mehrere strahlende Antennenelemente. Die Elementmoduln und die Elementgruppen sind entlang einer vorher festgelegten Spur {Zeile, Spalte) angeordnet. Jedem der Elementmoduln ist ein Kopplungsnetzwerk zugeordnet, das einen Eingang, ein Paar Ausgänge, die mit den Elementgruppen und Kreuzkoppelanschlüssen verbunden sind, und Kreuzkoppelanschlüsse besitzt, die an die

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Kopplungsnetzwerke angeschlossen sind, welche zu den längs der Spur benachbarten Elementmoduln gehören. Die Kopplungsnetzwerke beinhalten weiterhin Kopplungseinrichtungen, um den Eingang mit den Ausgängen, den Eingang mit den Kreuzkoppelanschlüssen und die Ausgänge mit bestimmten Kreuzkoppelanschlüssen zu verbinden. In die Eingänge eingespeiste Wellenenergie-Signale werden in die Elementgruppen innerhalb des Elementmoduls und in bestimmte Elementgruppen in benachbarten Elementmoduln eingekoppelt, damit die Antennenfläche hauptsächlich in den ausgewählten Raumbereich strahlt.

Jedes Kopplungsnetzwerk kann auch eine vierte Kopplungseinrichtung enthalten, die unabhängig von der zweiten und dritten Kopplungseinrichtung Kreuzkoppelanschlüsse auf gegenüberliegenden Seiten des Kopplungsnetzwerks untereinander verbindet. Die Kopplungsnetzwerke können unter Verwendung von Wellenleitern auf einfach beschichteten, gedruckten Schaltungen hergestellt werden und beinhalten Richtungskoppler und Überkreuzungskoppler. Die Kreuzkoppelanschlüsse von den äußersten Kopplungsnetzwerken sollten vorzugsweise durch ohmsche Abschlüsse abgeschlossen werden.

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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Antennenanordnung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine weitere bekannte Antennenanordnung in schematischer Darstellung,

Fig; 3 eine Antennenanordnung gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 4 eine weitere Antennenanordnung gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 5 einen Abzweigleitungskoppler für eine Antennenanordnung gemäß der Erfindung in einer Draufsicht und im Querschnitt,

Fig. 6 einen überkreuzungskoppler für eine Antennenanordnung gemäß der Erfindung in einer Draufsicht,

Fig. 7 eine gedruckte Schaltung eines Kopplungsnetzwerks für eine Antennenanordnung gemäß der Erfindung in einer Draufsicht und

Fig. 8 eine gedruckte Schaltung eines Vielfachkopplungsnetzwerks für eine Antennenanordnung gemäß der Erfindung, die auf einem Einfachträger angeordnet ist, in einer Draufsicht.

In Fig. 1 ist eine bekannte Antennenanordnung (US-PS 3 803 625) veranschaulicht, die eine Anordnung von Antennenelementen 10, 11 zeigt, welche an Eingänge 12 angekoppelt sind. Die

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in axe Eingänge 12 eingespeisten Signale werden durch Leistungsteiler 13 und direkt über einen Wellenleiter in die Hauptantennenelemente 10 und über Wellenleiter 16 und ein Leistungszusammenschaltglied 17 in die Zwischenelemente 11 eingespeist. Diese Ausführung ergibt eine Anregung der Antennenfläche (Apertur), die für in jeden Eingang eingespeiste Signale aus drei aktiven Elementen besteht. Wenn ein Signal, angedeutet durch einen Pfeil 18 in irgendeinen der Eingänge 12 eingespeist wird, weist das zugehörige Hauptantennenelement 10 eine große Anregungsamplitüde auf, angedeutet durch einen Pfeil 19, und die benachbarten Zwischenantennenelemente eine kleinere Anregungsamplitude, angedeutet durch Pfeile 10. Diese mit dem Ort abnehmende Anregung einer Vielelementantennenfläche ergibt eine gewisse Möglichkeit,, das abgestrahlte Antennendiagramm zu beeinflussen.

Bei einer anderen bekannten Antennenanordnung (US-Patentanmeldung S.N. 594 934), dargestellt in Fig. 2, sind die Antennenelemente 22 in Elementmoduln 20 angeordnet, von denen jedes mit einem Eingang 24 ausgestattet ist. Wellenleiter 26, 28 sind an alle Antennenelementmoduln 20 der Anordnung angekoppelt, und sie koppeln Signale, die an irgendeinem der Eingänge 29 eingespeist werden, in bestimmte Elemente aller Antennenelementmoduln der Anordnung ein, wodurch eine wirksame Elementapertur erzielt wird, die von gleichem Umfang ist wie die Apertur der gesamten Anordnung. Die Signale, die den Elementen zugeführt werden, weisen eine abnehmende Amplitudenverteilung und periodische Phasenumkehr auf, um dadurch eine ideale Signalverteilung auf der Antennenfläche anzunähern, welche ein scharf abgegrenztes, sektorförmiges, wirksames Elementstrahlungsdiagramm ergibt. Hierdurch ist es wirkungsvoll und kostengünstig möglich, das wirksame Antennenstrahlungsdiagramm für jeden Eingang in beträchtlichem Maße zu beeinflussen.

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Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Antennenanordnung gemäß der Erfindung erläutert. Die Darstellung von Fig. 3 beinhaltet eine Anzahl Antennenelemente a bis h. Jedes dieser Moduln ist mit einem Eingang 31, einem Kopplungsnetzwerk 30 und einem Paar Antennenelementgruppen versehen, wobei in diesem Fall jede Gruppe aus einem einzelnen Strahlerelement 32, 34 besteht. Die Kopplungsnetzwerke weisen Richtkoppler auf, die als parallele Wellenleiter mit geringem Abstand gezeichnet sind.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung werden bezugnehmend auf ein Kopplungsnetzwerk 3Od erläutert, das dem dem Modul d zugeordnet ist und durch gestrichelte Linien eingerahmt wird. Bekanntlich ist die Wirkungsweise dieses speziellen Netzwerks typisch für die Wirkungsweise der Netzwerke, die allen Moduln der Antennenanordnung zugeordnet sind.

Das Netzwerk 3Od ist mit einem Eingang 31d versehen, der mit dem Eingang eines Leistungsteilers 36d, welcher als einfache, rückwirkende T-Verbindung dargestellt ist, verbunden ist. Bekanntermaßen kann die eingezeichnete T-Verbindung durch Gabelschaltungen oder Koppler ersetzt werden. Die Ausgänge des Leistungsteilers 36d sind über. Wellenleiter 38d und 39d mit Antennenelementen 32d, 34d verbunden. Die Verbindungen zwischen den Wellenleitern 38d, 39d und den Antennenelementen 32d, 34d bilden die Ausgänge des Kopplungsnetzwerks 30d. Der Wellenleiter 3 9d ist mit einem Koppler 48d ausgerüstet, der einen bestimmten Betrag der an dem Eingang 31d eingespeisten Wellenenergie-Signale auskoppelt und der derart geschaltet ist, daß er die ausgekoppelten Signale in einen Koppler 50f einspeist, welcher mit einem Antennenelement 32f verbunden ist. Um die Zeichnung in Fig. 3 zu vereinfachen, ist der Wellenleiter, der die Koppler 48d, 50f miteinander verbindet,als eine

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gestrichelte Linie dargestellt. Ein zweiter Koppler 4Od koppelt weitere Wellenenergie-Signale aus dem Wellenleiter 39d aus und speist diese ausgekoppelten Signale in ein Antennenelement 32e mit Hilfe eines Kopplers 42e ein. Ein Wellenleiter 38d ist in gleicher Weise mit Kopplern 52d, 44d versehen, die mittels Kopplern 54b, 46c eingespeiste Signale in Antennenelemente 34b, 34c einkoppeln* Das Modul 3Od beinhaltet weitere Koppler 46d, 54d, 42d, 50d, um ausgekoppelte Signale zu empfangen, welche Signalen entsprechenden, die in die Eingänge anderer Elementmoduln in der Antennenanordnung eingespeist werden.

Wie aus der Figur ersichtlich, ist das Netzwerk 30d mit den benachbarten Kopplungsnetzwerken über Kreuzkoppelanschlüsse auf beiden Seiten des Netzwerks verbunden. Auf jeder Seite jedes Netzwerkes sind sechs Kreuzkoppelanschlüsse vorgesehen, die die Wellenleiter bilden, welche die Richtungskoppler in den verschiedenen Netzwerken untereinander verbinden. Das Netzwerk 30d weist Kreuzkoppelanschlüsse auf, die durch die Koppler 40d, 44d, 48d, 52d~mit dem Eingang 31d verbunden sind, um einen Teil der Fingangssignalenergie in die benachbarten Elementmoduln b, c, f einzuspeisen. Zusätzliche Kreuzkoppelanschlüsse sind mit den Ausgängen des Kopplungsnetzwerks über die Koppler 42d, 46d, 50d, 54d verbunden und dienen dazu, Wellenenergie-Signale, welche in die Eingänge der Netzwerke b, c, e, f eingespeist·'werden, zu empfangen. Das Netzwerk enthält auch Kreuzkoppelanschlüsse, die zur Innernetzwerkverbindung der Wellenleiter geeignet sind, welche, angedeutet durch gestrichelte Linien, die Signale zwischen den Moduln c und e verkoppeln.

Die Kopplungsnetzwerke nach Fig. 3 bewirken, daß aus jedem der Eingänge 31 Signale jeweils in sechs Elementgruppen der Antennenfläche eingespeist werden. Die Signale, die in jede dieser Elementgruppen eingespeist werden, sind so ausgewählt, daß sie eine solche Amplitude und Phase aufweisen, die

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die Antenne, abhängig von der zugeführten Wellenenergie, hauptsächlich in einen bestimmten Raumbereich strahlen läßt. Auf diese Weise ist das wirksame Elementstrahlungsdiagramm der Anordnung auf den Bereich begrenzt, innerhalb dessen die Antenne strahlen soll; gleichzeitig kann der wirksame Antennenelementabstand vergrößert werden, wodurch die Zahl der Eingänge und folglich die Zahl der phasen- und amplitudensteuernden Element verringert wird, da Nebenzipfel außerhalb des ausgewählten Bereiches unterdrückt werden. Die Verkopplung des eingespeisten Signals entsprechend dem Netzwerk nach Fig. 3,ergibt eine wirksame Elementapertur, die ungefähr gleich fünf Elementmodulen ist. Damit sich ein näherungsweise einheitliches Elementstrahlungsdiagramm innerhalb eines ausgewählten Raumes ergibt, ent-

s in χ spricht die Anregung der Antennenfläche einer Ampli-

tudenverteilung, die durch die dargestellte Anregung angenähert ist.

Eine wichtige Eigenschaft der Erfindung besteht darin, daß die Ankopplung an jede Elementgruppe, ausgehend von den Eingängen, unabhängig von der Verkopplung anderer Elementgruppen ist. Folglich kann die Amplitude der Elementanregung durch eine Rechnersimulation des wirksamen Elementstrahlungsdiagramms vorher bestimmt werden, und es kann auch die Amplitude und Phasenlage der Anregung rückwirkungsfrei für jede der gekoppelten Elementgruppen eingestellt werden.

Fig. 4 stellt schematisch einen Teil einer Antennenanordnung gemäß der Erfindung dar, die eine komplexere Anordnung der Kreuzkopplung aufweist. Die Netzwerke, der in Fig. 4 dargestellten Antennenanordnung beinhalten einen zusätzlichen Satz von Ausgangskopplern 70, 72, die zu jedem Wellenleiter 38, 39 gehören und die mit passenden Kopplern 74, 76 verbunden sind, welche dem dritten anschließbaren Elementmodul angehören. Die Antennenanordnung nach Fig. 3 gestattet

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die Anregung von jeweils sechs Antennenelementgruppen durch Signale, die in jeden Eingang 31 eingespeist werden. Das Netzwerk, das teilweise in Fig. 4 dargestellt ist, ermöglicht hingegen die Ansteuerung von vier Paaren symmetrischer Elementgruppen oder von insgesamt acht Elementgruppen, wenn Wellenenergie-Signale eingespeist werden. Folglich kann die Anordnung nach Fig. 4, da sie komplexer ist als diejenige nach Fig. 3, eine bessere Steuerung des wirksamen Elementstrahlungsdiagrammes mit Hilfe einer großen, wirksamen Elementapertur ergeben.

Fig. 5 und 6 erläutern den Schaltungsaufbau der Wellenleiterkopplung, wie er bei der neuen Antennenanordnung verwendbar ist. Die große Zahl der Wellenleiterrichtkoppler und die große Zahl der querverbindenden Wellenleiter, die einander in einem neuen Netzwerk kreuzen sollen, machen es wünschenswert, wenn das Netzwerk mit Wellenleitern in gedruckte Einfachbeschichtungs-Schaltungstechnik (single layer-Printplatte) herstellbar ist. Diese Herstellungsart macht den Aufbau einer Antennenanordnung mit einem komplexen Netzwerk durch die Anwendung der relativ billigen gedruckten Schaltungstechnik einfach.

Fig. 5 stellt einen Abzweigrichtungskoppler dar, der bekanntlich beim Aufbau von Netzwerken nach Fig. 3 und.Fig. 4 Anwendung findet. Der Koppler in gedruckter Schaltungstechnik der Fig. 5 ist als Mikrostreifen-Wellenleiter ausgebildet und besteht aus einer dünnen Platte 56 dielektrischen Materials, die eine leitende Grundfläche 58 auf einer Oberfläche und eine dünne, leitende, gedruckte Schaltung 61 auf der gegenüberliegenden Oberfläche aufweist. Ein Abzweigrichtungskoppler 60 aus Fig. 5 verwendet zwei koppelnde Wellenleiter 66, 68, die mit Primärwellenleitern 62, 64 verbunden sind. Die Wellenleiter 62, 64 sind in Abstand B, vorzugsweise einem Viertel der Wellenlänge, und die verbindenden Wellenleiter 66, 68 sind in Abstand A, gleichfalls vor-

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zugsweise einem Viertel der Wellenlänge, angeordnet. Vier Netzwerkanschlüsse, die mit P1, P2, P3 und P4 bezeichnet sind, sind dem Koppler 60 zugeordnet. Die Wirkungsweise des Kopplers ist umkehrbar, womit die Wirkung von Signalen, die an irgendeinen Anschluß eingespeist werden, anhand eines beispielhaften Anschlusses, z.B. P1, erläutert werden kann. Wenn an dem Anschluß P1 Wellenenergie-Signale eingespeist werden, dann werden diese Signale hauptsächlich zum Anschluß P2 übertragen, der "Direkf'-Anschluß genannt wird. Entsprechend der Breite C der Wellenleiter steht dem Koppleranschluß P3 ein bestimmter Betrag des eingespeisten Signals zur Verfügung. Der Anschluß P4 ist bezüglich des Anschlusses P1 der entkoppelte Anschluß des Kopplers und bekommt r.ahzu keine in dem Anschluß P1 eingespeiste Energie. Der entkoppelte Anschluß ist normalerweise durch eine ohmsche Last abgeschlossen.

Fig. 6 erläutert eine spezielle Klasse von Abzweigrichtungskopplern 82, die "O-dB-Koppler" genannt werden. Eine Funktion, zu der der Koppler 82 dient, besteht darin, eine Uberkreuzung von zwei Wellenleitern zu ermöglichen ohne die Signale zwischen den Wellenleitern zu verkoppeln. Der Überkreuzungskoppler 82 ist mit drei verbindenden Wellenleitern 88, 90, 92 zwischen Primärwellenleitern 84, versehen. Signale die in dem Eingang eingespeist werden, werden mit "O-dB"-Kopplungsdämpfung bzw. praktisch keiner Verminderung des Signalpegels an den Anschluß P3 übertragen. Folglich wird auch keine Energie in die Anschlüsse P2 oder P4 eingespeist. In den Anschluß P4 eingespeiste Signale werden genauso in den Anschluß P2 eingekoppelt und sind somit ebenfalls von den Anschlüssen P1 und P3 entkoppelt. Hieraus ist erkennbar, daß die gedruckte Schaltung 82, die in Fig. 6 erläutert ist, tatsächlich eine Uberkreuzung von Wellenleitern innerhalb einer einzigen Ebene eines Netzwerks in gedruckter Schaltungstechnik er-

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möglicht. Ebenso wird die Notwendigkeit klar, die Abmessungen D und E der Abzweigleitungen so zu bestimmen, daß der richtige Koppelwert erreicht wird, um die Uberkreuzung zu ermöglichen.

Fig. 7 stellt ein Kopplungsnetzwerk 94d dar, das die Schaltungen 60 und 82 verwendet, um die Kopplungsfunktionen, die in Fig. 3 schematisch erläutert sind, zu ermöglichen. Das Netzwerk 94d beinhaltet einen Eingang 31d, der mit dem Eingang eines Leistungsteilers 36d verbunden ist. Ein Ausgang des Teilers 36d ist an den Kopplern 60a, 60b,die den Kopplern 48d, 4Od aus dem Netzwerk von Fig. 3 entsprechen, angeschlossen. Die Kopplungsanschlüsse der Koppler 60a, 60b sind mit Netzwerkkreuzkoppelanschlüssen 97d, 99d versehen, um diese mit Kreuzkoppelanschlüssen 10Oe, 104e eines benachbarten Netzwerkes 94e 'über Wellenleiter zu verbinden. Das Ausgangssignal von der rechten Seite des Leistungsteilers 36d läuft über einen überkreuzungskoppler 82b, einen Überkreuzungskoppler 82d schließlich zu einem Ausgang 112. Zur Verbindung von Kreuzkoppelanschlüssen 105d, 107d mit dem Ausgang 112 sind ebenfalls Koppler 6Oe, 60g vorhanden. Ein Kreuzkoppelanschluß 101d ist mit einem anderen Kreuzkoppelanschluß 102d mittels Überkreuzungskoppler 82b, 82a, 82e verbunden. In gleicher Weise ist ein weiterer Kreuzkoppelanschluß 103d an einem Kreuzkoppelanschluß 10Od durch überkreuzungskoppler 82d, 82a, 82c angeschlossen. Zusätzliche Überkreuzungen von Wellenleitern sind wegen der Anordnung der Wellenleiter, z. B. Koaxialkabel, die die Kreuzkoppelanschlüsse benachbarter Koppelnetzwerke- 94 miteinander verbinden, möglich. Da das Netzwerk nach Fig. 7 bezüglich des Eingangs symmetrisch ist, ist folglich der Ausgang der linken Seite des Leistungsteilers 36d auch mit Kopplern 60c, 6Od, 60g, 60h ausgestaltet, die an entsprechende Anschlüsse 96d, 98d, iO4d, iO6d angeschlossen sind.

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Fig. 8 erläutert eine gedruckte Schaltung 113, die sowohl die Elemente des Netzwerks 94 als auch zusätzliche überkreuzungskoppler in gedruckter Schaltungstechnik enthält, so daß eine Anzahl von Kopplungsnetzv/erken 114c, 114d, 114e auf einer einzigen gedruckten Schaltungsplatine enthalten sein kann. Wie ersichtlich, können Kreuzkoppelanschlüsse 116 bis 126 am Endnetzwerk der gedruckten Schaltungsplatine mit weiteren Wellenleitern an benachbarte gedruckte Schaltungsplatinen angeschlossen werden, oder falls das Netzwerk 113 das letzte Netzwerk in der Antennenanordnung ist, die Kreuzkoppelanschlüsse 116 bis 126 mit ohmschen Widerständen abgeschlossen sein. Jedes Netzwerk 114 der Schaltung 113 beinhaltet weitere Uberkreuzungskoppler 82f bis 82m, die zusätzlich zu den Schaltungselementen des Netzwerks 9 nach Fig. 7 hinzukommen. Hierbei handelt es sich um die entsprechenden gedruckten Schaltungen von Wellenleiterüberkreuzungen, die dazu verwendet werden, die Kreuzkoppelanschlüsse der Netzwerke nach Fig. 7 miteinander zu verbinden. Die Kreuzkoppelanschlüsse der Netzwerke 114 sind keine Endpunkte zum Anschluß an Kabel, sondern es handelt sich um spezielle Punkte 116 bis 126 auf den Wellenleitern der Schaltungen 113 zwischen den Netzwerken 114.

In der vorausgehenden Beschreibung sowie in den Fig. 3 und sind die Ausgänge jedes Kopplungsnetzwerkes so dargestellt, als ob sie mit einem einzigen Antennenelement verbunden sind. Bekanntermaßen kann anstelle des einzelnen Antennenelementes auch eine Elementgruppe treten, die aus mehr als einem strahlenden Antennenelement besteht. Die Elemente einer Gruppe können in Richtung der Elementengruppe oder -moduln der Antennenanordnung oder rechtwinklig dazu derart aneinander gereiht sein, daß eine Steuerung des Strahlungsdiagrammes in einer orthogonalen Strahlungsebene möglich ist. Dementsprechend kann jeder Ausgang mit einem der Eingänge einer orthogonal vorgesehenen Anordnung von Kopplungsnetzwerken verbunden sein, um hierdurch die Steuerung des Strah-

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lungsdiagramms in beiden Strahlungsebenen zu erreichen, wie dies in Fig. 14 der eingangs erwähnten U.S.-Patentanmeldung S.N. 594 934 erläutert ist.

Die erfindungsgemäße Antennenanordnung kann selbstverständlich je nach der Art der den Eingängen zugeführten Signale für alle in der oben erwähnten Patentanmeldung beschriebenen Anwendungsfälle benutzt werden. Wenn auch die Wirkungsweise der Antennenanordnung und der Netzwerke für Sendebetrieb beschrieben worden sind, so versteht sich doch, daß diese Antennenanordnungen und Netzwerke völlig umkehrbar sind, womit die Beschreibung und die Ansprüche auch für Antennenanordnungen gelten, die als Empfangsantennen eingesetzt sind.

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Claims

Patentanwälte Dipl.- Ing. W. Scherrmann Dr.- Ing. R. Rüger

7300 Esslingen (Neckar). Webergasse 3 Postfach 3-18

1*5 Ti" 1Q"7Q Telefon

[Z. JUlI ly/ö Stuttgart (0711)356539

PA 42 baku 35% ig

Telex 07 256610 smru

Telegramme Patentschutz Es-shnrjenneckaj

Patentansprüche

1. .'Matrix aus Kopplungsnetzwerken zur Einkopplung eingespeister Wellenenergie-Signale in abstrahlende Antennenelemente einer Antennenanordnung, bestehend aus einer Anzahl von Netzwerken, von denen jedes einen Haupteingang und zwei Hauptausgänge sowie erste Kopplungseinrichtungen zur übertragung von eingespeisten Wellenenergie-Signalen vom Haupteingang zu den Hauptausgängen beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzwerke (94) verschränkt gekoppelt sind und jeweils eine Anzahl von Kreuzkoppelanschlüssen (96 bis 107) aufweisen, daß in den Netzwerken (94) zweite Kopplungseinrichtungen (60a bis 6Od) zum Auskoppeln von Wellenenergie-Signalen aus den ersten Kopplungseinrichtungen und zum Einkoppeln von Wellenenergie-Signalen in einen ersten Satz der Kreuzkoppelanschlüsse (96 bis 99) sowie von den zweiten Kopplungseinrichtungen (60a bis 6Od) unabhängige dritte Kopplungseinrichtungen (6Oe bis 60h) zum Ankoppeln an die einzelnen Hauptausgänge (110, 112) des jeweiligen Netzwerkes (94) an einen keine Kreuzkoppelanschlüsse des ersten Satzes der Kreuzkoppelanschlüsse (96 bis 99), die durch 'die zweiten Kopplungseinrichtungen (60a bis 60d) gespeist werden,enthaltenden zweiten Satz der Kreuzkoppelanschlüsse (104 bis 107) vorhanden sind.

2. Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzwerke (94) zusätzlich mit vierten Kopplungseinrichtungen (82a bis 82e) versehen sind, die unabhängig sind von den ersten, zweiten (60a bis 6Od) und dritten (60e bis 60h) Kopplungseinrichtungen und durch die ein keine Anschlüssedes ersten (96 bis 99) oder zweiten (104 bis 107)

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Satzes der Kreuzkoppelanschlüsse enthaltender dritter Satz der Kreuzkoppelanschlüsse (100 bis 103) quer verbunden ist.

3. Unter Verwendung einer Matrix aus Kopplungsnetzwerken nach Anspruch 1 aufgebaute Antennenanordnung zum Abstrahlen von Wellenenergie-Signalen in einen bestimmten Raumwinkelbereich mit einem gewünschten Strahlungsdiagramm, die eine Strahlungsfläche (Apertur) aufweist, die aus einer Anzahl von Moduln von Antennenelementen besteht, wobei jedes Antennenelementmodul zwei Antennenelementgruppen und jede Antennenelementgruppe eine oder mehrere abstrahlende Antennenelemente beinhaltet und die Antennenelementmoduln und die Antennenelementgruppen entlang einer vorgegebenen Spur (Zeile, Spalte) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Netzwerk

(94) der Matrix einem der Antennenelementmoduln zugeordnet ist und jeder der Hauptausgänge (110, 112) der Netzwerke (94) mit den Antennenelementen einer der zugeordneten Antennenelementgruppen innerhalb eines der Antennenelementmoduln verbunden ist,und daß der erste Satz von Kreuzkoppelanschlüssen (104 bis 107) des jeweiligen Netzwerks (94) mit den Hauptausgängen der den nächsten benachbarten Antennenelementmoduln entlang der Spur zugeordneten Netzwerke (94) verbunden ist, derart, daß eingespeiste Wellenenergie-Signale in die Antennenelemente in dem zu dem jeweiligen Antennenelementmodul· gehörenden Netzwerk sowie in bestimmte Antenneneiementgruppen in benachbarten Antenneneiementmodu^i eingekoppeit werden.

4. Antennenanordnung nach Anspruch 3, unter Verwendung einer Matrix nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Satz von KreuZkoppeianschLLussen (100 bis 103) eines Netzwerks (94) mittels der vierten Kopplungseinrichtungen (82a bis 82e) jeweils derart verbunden ist, daß

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er die Kreuzkoppelanschlüsse von den Netzwerken (94), die zu benachbarten Antennenelementmoduln auf beiden Seiten dieses dazwischenliegenden Moduls und des Netzwerks (94) gehören, miteinander verbindet.

5. Äntennenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzwerke (94) aus Wellenleiterrichtkopplern (60) und Überkreuzungskopplern (82) bestehen .

6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Netzwerke (94) aus Wellenleitern in gedruckter Schaltungstechnik hergestellt ist.

7. Antennenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter in gedruckter Schaltungstechnik wenigstens eine leitende Grundplatte (58) und Leiterbahnen (60, 61) aufweisen, die von der Grundplatte (58) durch dielektrisches Material {56) getrennt sind.

8. Antennenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wetzwerke (94) aus einer einzigen Schicht von Wellenleitern in gedruckter Schaltungstechnik bestehen und daß sie Abzweigrichtungskoppler und Überkreuzungsköppler, die jeweils drei Abzweigrichtungskoppler enthalten, in gedruckter Schaltungstechnik beinhalten.

9. Unter Verwendung einer Matrix aus Kopplungsnetzwerken nach Anspruch 2 aufgebauten Antennenanordnung zum Abstrahlen von Wellenenergie-Signalen in einen bestimmten Raumwinkelbereich und mit einem gewünschten Strahlungsdiagramm, deren Antennenfläche aus einer Vielzahl von Antennenelementmoduln besteht, von denen jedes aus zwei Äntennenelementgruppen und jede Antennenelementgruppe

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aus einem oder mehreren strahlenden Antennenelementen aufgebaut ist, wobei die Antennenelementmoduln und Antennenelementgruppen entlang einer vorbestimmten Spur (Spalte, Zeile) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Netzwerk (94) einem der Antennenelementmoduln zugeordnet ist und einen Haupteingang (31), der mit dem Eingang eines Leistungsteilers (36d) verbunden ist, zwei Hauptausgänge (110, 112), von denen jeder mit den Antennenelementen einer der zugehörigen Antennenelementgruppen des jeweiligen Antennenelementmoduls in Verbindung steht und zwei Wellenleiter aufweist, die die Ausgänge des Leistungsteilers (36) und die Hauptausgänge (110, 112) verbindet; daß die ersten, zweiten und dritten Sätze von Kreuzkoppelanschlüssen jedes Netzwerks (94) derart zur Verbindung mit den auf beiden Seiten benachbarten Netzwerken (94) angeordnet sind, daß die Anschlüsse des ersten Satzes (96 bis 99) Kreuzkoppelanschlüsse mit den Ausgängen des Leistungsteilers die Anschlüsse des zweiten Satzes Kreuzkoppelanschlüsse (104 bis 107) mit den Hauptausgängen (110, 112) und die Anschlüsse des dritten Satzes Kreuzkoppelanschlüsse (100 bis 103) mit den anderen Anschlüssen desselben Satzes auf der gegenüberliegenden Seite des Netzwerks (94) verbunden sind, derart, daß in den Eingang eines der Netzwerke (94) eingespeiste Wellenenergie-Signale in die Antennenelemente innerhalb des Antennenelementmoduls, das dem jeweiligen Netzwerk zugeordnet ist und in bestimmte Antennenelementgruppen in benachbarten Antennenelementmoduln eingespeist werden.

10. Antennenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzkoppelanschlüsse (104 bis 107) des zweiten Satzes mittels Wellenleitern und Richtungskopplern (6Oe bis 60h) an die Hauptausgänge (110, 112) angekoppelt sind.

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ti. Äntennenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich-Bet, daß die Kreuzkoppeianschlusse C9G bis 99J des ersten Satzes an die Ausgänge des Leistungsteilers (36) mittels Wellenleitern und Richtungskopplern C6Oa bis 60e} angekoppelt sind.

12. Äntennenanordnraig nach Anspruch 9_t dadurch gekennzeichnet _r daß die Kreuzkoppelanschlüisse C 1OO bis 1Ο3) des
dritten Satzes auf gegenüberliegenden. Seiten des Metzwerks C94i mittels Wellenleitern lind ffberkreuzungskopplern {82a bis S2e| miteinander verbunden sind.

13« Äntennenanardnnng nach Ansprach .9, dadttrch gekennzeichnet,, daß jedes Metzwerk {94) atts Kellenleitern in gedruckter Einfachbeschichtongs-Schalttingstechnik C single layer—Printplatte) arafgebaut ist.

14. Äntennenanordnting nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,, daß an den äußeren KappelansehlSssen, die zu den
äußersten Äntennenelementmoduln entlang der Spur gehören. Jeweils ein ohitischer Abschluß angeordnet ist.

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