DE3137816A1 - Microwave antenna arrangement - Google Patents

Microwave antenna arrangement

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Abstract

In the case of a microwave antenna arrangement, in which the individual radiating elements are integrated, using the planar technology, in the surface of a substrate, the electrical power is applied to the individual radiating elements by coupling of a surface wave from a surface wave component. The polar diagram of the arrangement can be influenced by the individual radiating elements being at different distances from one another or, if magnetostatic surface waves are used, by means of an adjustable external magnetic field.

Description

Mikrowellen-AntennenanordnungMicrowave antenna array

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellen-Antennenanordnung, bei der Einzelstrahler in Planartechnik in die Oberfläche eines Substrats integriert sind.The invention relates to a microwave antenna arrangement in which Individual radiators are integrated into the surface of a substrate using planar technology.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anstelle der üblichen leitungsgeführten Einspeisung solcher Antennenanordnungen eine kontinuierlich verlaufende Einspeisung anzugeben, die verlustärmer und flexibler ist als jene. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strombelegung der Einzelstrahler durch Ankopplung an eine Oberflächenwelle eines Oberflächenwellenbauelements erfolgt.The invention is based on the object, instead of the usual line-guided Feeding such antenna arrangements a continuously running feed indicate that is less lossy and more flexible than that. This object is achieved according to the invention solved in that the current allocation of the individual radiators by coupling to a Surface wave of a surface wave component takes place.

Es ist bekannt, daß Oberflächenwellen als sekundäre, in der Regel unerwünschte Erscheinung bei Antennenanordnungen der in Rede stehenden Art auftreten, bei denen die Einspeisung und Anregung in anderer als der erfindungsgemäßen Weise geschehen; vgl. z.B. "Microwaves, Optics and Acoustics" 3(1979) Nr.5 S.205-218. Die Erfindung unterscheidet sich von solchen Anordnungen grundsätzlich dadurch, daß bei ihr die Oberflächenwellen als primäre Erscheinung gezielt für die Speisung und Anregung der Einzelstrahler eingesetzt werden.It is known that surface waves are secondary, usually undesirable phenomena occur with antenna arrangements of the type in question, in which the feed and excitation in a manner other than that according to the invention happen; See, for example, "Microwaves, Optics and Acoustics" 3 (1979) No. 5 pp.205-218. The invention differs from such arrangements fundamentally in that that with her the surface waves as the primary phenomenon are targeted for the supply and excitation of the individual radiators can be used.

Eine Antennenanordnung gemäß der Erfindung kann sowohl mit elektrostatischen als auch mit magnetostatischen Oberflächenwellen realisiert werden. Der Einsatz einer magnetostatischen Oberflächenwelle bietet die Möglichkeit, die Antennenanordnung dem Feld eines Magneten auszusetzen, dessen Nagnetisierung sich einstellbar verändern läßt. Durch Einstellung der Magnetisierung läßt sich das Strahlungsdiagramm der Antennenanordnung gemäß der Erfindung einfach beeinflussen und in gewünschter Weise verändern. Entsprechende und weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.An antenna arrangement according to the invention can be both electrostatic as well as with magnetostatic surface waves. The use a magnetostatic surface wave offers the possibility of the antenna arrangement expose to the field of a magnet, the magnetization of which can change in an adjustable manner leaves. By adjusting the magnetization, the radiation pattern of the Simply influence the antenna arrangement according to the invention and in a desired manner change. Corresponding and further advantageous developments of the invention are the subject of the subclaims.

Die Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben; von diesen Zeigt Fig. 1 grobschematisch das Prinzip einer Antennenanordnung gemäß der Erfindung; Fig. 2 ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel einer Antennenanordnung gemäß der Erfindung a) in der Aufsicht, b) im Schnitt; Fig.1 stellt einen Längsschnitt durch eine Antennenanordnung mit einem Oberflächenwellenbauelement 2 dar. In ein Substrat 3 sind senkrecht zu der angenommenen, in Richtung des Pfeils verlaufenden Fortpflanzungsrichtung einer Oberflächenwelle die senkrecht zur Zeichenebene gerichteten Einzelstrahler 1 integriert. Als Substrat 3 eignet sich insbesondere Al 203 Um einen genügend kleinen Strahlungswiderstand zu erreichen, soll die Dicke des Substrats mindestens 0,635 mm betragen.The invention is described with reference to the figures; of these shows 1 shows the principle of an antenna arrangement according to the invention in a roughly schematic manner; 2 shows a simplified embodiment of an antenna arrangement according to the invention a) from above, b) in section; 1 shows a longitudinal section through an antenna arrangement with a surface acoustic wave component 2. In a substrate 3 are perpendicular to the assumed direction of propagation in the direction of the arrow Surface wave integrates the individual radiators 1 directed perpendicular to the plane of the drawing. Al 203 Um, a sufficiently small radiation resistance, is particularly suitable as substrate 3 To achieve this, the thickness of the substrate should be at least 0.635 mm.

Die Anregung der Oberflächenwelle erfolgt in üblicher Weise durch in den Figuren nur schematisch angedeutete Interdigital-bzw. Streifenleitungswandler 4, denen die erforderliche hochfrequente Spannung von außen zugeführt wird.The surface wave is excited in the usual way only schematically indicated in the figures interdigital or. Stripline converter 4, to which the required high-frequency voltage is supplied from the outside.

Für das Oberflächenwellenbauelement kommt je nach der Art der Oberflächenwellen piezoelektrisches oder ferromagnetisches Material in Betracht. Als ferromagnetisches Material gelangen vorzugsweise Ferrite, Insbesondere Yttrium-Eisen-Granat, zur Verwendung.For the surface acoustic wave component, it depends on the type of surface acoustic wave piezoelectric or ferromagnetic material into consideration. As a ferromagnetic Material ferrites, in particular yttrium-iron-garnet, are preferably used.

Durch - im Gegensatz zu der Darstellung in den Figuren - unterschiedliche Abstände der Einzelstrahler 1 läßt sich die Phasenbelegung der Anordnung beeinflussen und somit das Strahlungsdiagramm in gewünschter Weise formen. Bei einer Antennenanordnung mit magnetostatischer Oberflächenwelle bzw. mit einem Oberflächenwellenbauelement aus ferromagnetischem Material bietet sich darüber hinaus die Möglichkeit, das Strahlungsdiagramm durch Änderung der Phasenbelegung der Antennenanordnung zu beeinflussen, bspw. eine Schwenkung der Hauptkeule des Diagramms zu bewerkstelligen, indem die Antennenanordnung so im Feld eines Magneten, vorzugsweise im Streufeld, angeordnet wird, daß dieser selbst die Strahlungszone nicht stört.By - in contrast to the representation in the figures - different The spacing of the individual radiators 1 can influence the phase allocation of the arrangement and thus shape the radiation diagram in the desired manner. With an antenna arrangement with magnetostatic surface wave or with a surface wave component from ferromagnetic material there is also the option of creating the radiation diagram to influence by changing the phase assignment of the antenna arrangement, for example Pivoting the main lobe of the diagram can be accomplished by adjusting the antenna arrangement so is arranged in the field of a magnet, preferably in the stray field, that this itself the radiation zone does not interfere.

Der Magnet kann ein Dauer- oder ein Elektromagnet sein er erhält eine elektrische zu erregende Austzwicklung, mit deren Hilfe sich die Magnetisierung einstellbar verändern un< damit die Phasenbelegung der Anordnung beeinflussen lößt. Das Magnetfeld H ist gemäß Fig.2 senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung W der Oberflächenwelle orientiert. Das Oberflächenwellenbauelement 2 ist in diesem Fall ein YIG-Kristall.The magnet can be a permanent magnet or an electromagnet, it receives one electrical development to be excited, with the help of which the magnetization can be changed and thus influence the phase assignment of the arrangement loosens. The magnetic field H is perpendicular to the direction of propagation W according to FIG Surface wave oriented. The surface acoustic wave component 2 is in this case a YIG crystal.

Die für die Antennenanordnung gemäß der Erfindung in Betracht koiiimenden elektrostatischen oder magnetostatischen Oberflächenwellen weisen Wellenlängen zwischen 1 und 100µm auf Die Antennenanordnung kann daher entsprechend miniaturisiert werden, so daß Anregung, Ausbreitung und Vorarbeitung der statischen Wellen auf einem Substrat möglich sind. Die Einzelstrahler können unmittelbar in die Gesamtschaltung integriert werden. Mit hilfe fotolithografischer oder elektronenlithografischer Verfahren läßt sich somit eine vollständige Schaltung auf das Substrat aufbringen, die auch alle zur Abstrahlung notwendigen Metallisierungen enthält.The coiiimenden for the antenna arrangement according to the invention electrostatic or magnetostatic surface waves have wavelengths between 1 and 100µm on The antenna arrangement can therefore be miniaturized accordingly, so that the excitation, propagation and preparation of the static waves on a substrate possible are. The individual radiators can be integrated directly into the overall circuit will. With the help of photolithographic or electron-lithographic processes Thus, a complete circuit can be applied to the substrate, all of which Contains metallizations necessary for radiation.

Die Antennenanordnung gemäß der Erfindung ist sowohl für Sendeals auch für Empfangszwecke einzusetzen. Sie findet vorteilhaft Anwendung in Form flächenhaft vorteilter Sensoren für Ortungs-und Navigationszwecke und in den Ausführung iit elektronisch schwenkbarer Hauptkeule zur Überwachung von Räumen oder schnell veränderlichen Bewegungszuständen, etwa bei Alarmanlagen und bei Meldegebern in der industriellen Fortigung. Weitere Anwendungsmöglichkeiten bieten sich bei der kontaktlosen und zerstörungsfreien Prüfung geschichteter Oberflächen, etwa in der Halbleiterfertigung, sowie in der Elektromedizin zur innigen Kontaktierung der Hautoberfläche mit elektrischer Anpassung für Zwecke der Hyperthermie sowie zur Vorverstärkung und passiven Messung sehr kleiner Leistungen in Form von Eingestrahllung biologischer Gewebe bei der Mikrowellendiagnose.The antenna arrangement according to the invention is for both transmission and can also be used for reception purposes. It is advantageously used in the form of a large area advantageous sensors for location and navigation purposes and in the execution iit electronically swiveling main lobe for monitoring rooms or changing them quickly Movement states, for example in alarm systems and signaling devices in industrial applications Advancement. There are other possible applications for contactless and non-destructive testing of layered surfaces, e.g. in semiconductor production, as well as in electromedicine for intimate contact with the skin surface with electrical Adaptation for hyperthermia purposes as well as for pre-amplification and passive measurement very small services in the form of irradiation of biological tissue in the Microwave diagnostics.

Claims (12)

Patentansprüche 1. Mikrowellen-Antennenanordnung, bei der Einzelstrahler in Planartechnik in die Oberfläche eines Substrats integriert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombelegung der Einzelstrahler (1) durch Ankopplung an eine Oberflächenwelle eines Oberflächenwellenbauelements (2) erfolgt. Claims 1. Microwave antenna arrangement in the single radiator are integrated into the surface of a substrate using planar technology, characterized in that that the current consumption of the individual radiators (1) by coupling to a surface wave a surface acoustic wave component (2) takes place. 2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahler (1) senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Oberflächenwelle in ein Substrat (3) aus Al2O3 mit einer Schichtdicke von mindestens 0,635 mm integriert sind. 2. Antenna arrangement according to claim 1, characterized in that the individual radiators (1) perpendicular to the direction of propagation of the surface wave integrated into a substrate (3) made of Al2O3 with a layer thickness of at least 0.635 mm are. 3. Antennenanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch unterschiedliche Abstande der Einzelstrahler voneinander. 3. Antenna arrangement according to claim 2, characterized by different Distances between the individual radiators. 4. Antennenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektrostatische Oberflächenwelle des Oberflächenwellenbauelements. 4. Antenna arrangement according to claim 1, characterized by an electrostatic Surface wave of the surface wave component. 5. Antennenanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Oberflächenwellenbauelement aus piezoelektrischem Material. 5. Antenna arrangement according to claim 4, characterized by a surface acoustic wave component made of piezoelectric material. 6. Antennenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine magnetostatische Oberflächenwelle des Oberflächenwellenbauelements. 6. Antenna arrangement according to claim 1, characterized by a magnetostatic Surface wave of the surface wave component. 7. Antennenanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Oberflächenwellenbauelement aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise Ferrit. 7. Antenna arrangement according to claim 6, characterized by a surface acoustic wave component made of ferromagnetic material, preferably ferrite. 8. Antennenanordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Yttrium-Eisen-Granat (YIG) als ferromagnetisches Material. 8. Antenna arrangement according to claim 7, characterized by yttrium-iron-garnet (YIG) as a ferromagnetic material. 9. Antennenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenwellenbauelement (2) im Feld (M), vorzugsweise im Streufeld, eines außerhalb der Strahlungszone befindlichen Dauer- und/oder Elektromagneten angeordnet ist.9. Antenna arrangement according to claim 7, characterized in that the surface acoustic wave component (2) in the field (M), preferably in the stray field, one permanent magnets and / or electromagnets located outside the radiation zone is. 10. Antennenanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Zusatzwicklung des Magneten, mit deren Hilfe sich die Magnetisierung einstellbar verändern läßt.10. Antenna arrangement according to claim 9, characterized by an additional winding of the magnet, with the help of which the magnetization can be changed in an adjustable manner. 11. Antennenanordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Beeinflußbarkeit des Strahlungsdiagramms der Anordnung durch Einstellbarkeit der Magnetisierung (Phasenbelegung).11. Antenna arrangement according to claim 10, characterized by the ability to be influenced of the radiation diagram of the arrangement through the adjustability of the magnetization (phase allocation). 12. Antennenanordnung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der sprüche 2, 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung insgesamt in Schichttechnologie hergestellt ist.12. Antenna arrangement according to claim 1 and one or more of the Claims 2, 5 and 7, characterized in that the arrangement is entirely in layer technology is made.
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