DE3784569T2

DE3784569T2 - Mikrowellenantenne.

Info

Publication number: DE3784569T2
Application number: DE87108204T
Authority: DE
Inventors: Keiji Fukuzawa; Fumihiro Ito; Junichi Kajikuri; Shinobu Tsurumaru
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-06-05
Filing date: 1987-06-05
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2007-06-06
Also published as: AU7369687A; AU603103B2; AU6108890A; EP0253128B1; AU634568B2; KR950013143B1; EP0253128A1; US4827276A; DE3784569D1; KR880001069A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mikrowellenantennen insbesondere auf Planarfeld-Antennen zum Empfangen von kreisförmig polarisierten Wellen einer Hochfrequenz-Satelliten-Rundfunkübertragung.
Es sind zahlreiche Konstruktionen für Hochfrequenz-Planarfeldantennen vorgeschlagen worden, insbesondere bezüglich Antennen, die dazu vorgesehen sind, Satellitenübertragungen im 12-GHz-Band zu empfangen. Ein kürzlich gemachter Vorschlag betrifft eine Mikrostreifen-Leitungszuführungs-Feldantenne, die den Vorteil aufweist, daß sie durch Ätzen eines Substrats gebildet werden kann. Indessen treten selbst dann, wenn ein Niedrigverlust-Substrat, wie Teflon oder dgl., benutzt wird, merkliche dielektrische Verluste und Abstrahlungsverluste bei dieser Art von Antennen auf.
Dementsprechend ist es nicht möglich, eine hohe Effektivität zu erreichen, und wenn ein Substrat benutzt wird, das eine Niedrigverlust-Charakteristik hat, sind die Kosten relativ hoch.
Weitere vorgeschlagene Antennen-Konstruktionen sind eine Radialleitungsschlitz-Feldantenne und eine Wellenführungsschlitz-Feldantenne. Diese Antennen neigen dazu, verringerte dielektrische Verluste und verringerte Abstrahlungsverluste verglichen mit der Mikrostreifen-Leitungszuführungs-Feldantenne aufzuweisen. Indessen ist deren Struktur relativ kompliziert, so daß die Fertigung einer Antenne dieser Konstruktion zu einem schwierigen Herstellungsproblem führt. Zusätzlich ist es, da jede dieser Konstruktionen als eine resonante Konstruktion ausgebildet ist, sehr schwierig, einen Gewinn über ein breites Paßband, z. B. 200 bis 300 MHz, zu erzielen. Des weiteren sind diese Konstruktionen durch die Kosten für die Kopplung zwischen den Schlitzen kompliziert, was es sehr schwierig macht, eine gute Effektivitäts-Charakteristik zu erreichen.
Ein weiterer Vorschlag besteht für eine Aufhängungszuführungsleitungs-Öffnungsstrukturfeldantenne. Diese Konstruktion hat eine Struktur, die einige der zuvor genannten Mängel überwindet, und kann außerdem eine Breitband-Charakteristik schaffen, und zwar unter Benutzung eines nichtteuren Substrats. Aufhängungszuführungsleitungs-Öffnungsstrukturfeldantennen sind in den europäischen Patentanmeldungen Nr. 108463-A und 123350-A sowie in MSN Microwave System News., veröffentlicht im März 1984, S. 110-126 gezeigt.
Die Antenne, die in den ersten der zuvor genannten Anmeldungen offenbart ist, beinhaltet Kupferfolien, die senkrecht relativ zu den beiden Oberflächen eines dielektrischen Blatts ausgebildet sein müssen, das als das Substrat dient. Da die Struktur über beide Oberflächen des Substrats hinweg ausgebildet ist, wird der Verbindungsvorgang kompliziert, und die Antenne ist in ihren Abmessungen notwendigerweise relativ groß.
Die Antenne, die in der anderen der zuvor genannten Anmeldung offenbart ist, erfordert Kupferfolien, die auf zwei getrennten dielektrischen Blättern ausgebildet sind. Es ist schwierig, eine akkurate Positionierung dieser Folien zu erreichen, und der Aufbau wird relativ kompliziert und teuer. In der Antenne, die in der MSN-Veröffentlichung offenbart ist, ist ein Erregungskoppelelement in jeder einer Vielzahl von Öffnungen ausgebildet, um eine Antenne für eine linear polarisierte Welle zu bilden. Eine derartige Antenne kann nicht effektiv zum Empfangen einer kreisförmig polarisierten Welle benutzt werden, weil der Gewinn gering ist und zwei getrennte Substrate benutzt werden müssen, was den Aufbau relativ kompliziert und teuer macht.
Ferner hat der Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung kürzlich eine Planarfeldantenne für kreisförmig polarisierte Wellen für ein Videopaßband und eine hohe Effektivität (US-Patentanmeldung Serial Nr. 888,117) vorgeschlagen. Die Antenne hat die Form einer Planarantenne des Aufhängungszuführungsleitungs-Typs, wobei sie ein Substrat hat, das zwischen einem Paar von Metallblättern, wie Aluminium und metallisiertes Plastikmaterial, eingebettet ist, wobei die Metallblätter eine Vielzahl von einen Abstand voneinander aufweisenden Öffnungen haben, die Strahlungselemente definieren. In dieser Antenne sind eine Vielzahl von Öffnungen, welche ein Paar von Erregungskoppelelementen haben, senkrecht zueinander in einer gemeinsamen Ebene ausgebildet, und Signale, die bei dem Paar von Erregungskoppelelementen empfangen werden, werden der Aufhängungsleitung in Phase miteinander zugeführt.
Die kürzlich vorgeschlagene Planarfeldantenne für kreisförmig polarisierte Wellen wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 5 beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines Wellenabstrahlungs-Elements, das in einer derartigen Antenne benutzt wird, während Fig. 2 eine Querschnittsansicht längs einer Linie I-I in Fig. 1 zeigt.
Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ist ein isolierendes Substrat 3 zwischen ersten und zweiten Metallplatten 1 und 2 (die aus Metallblättern oder Platten, wie Aluminium oder metallisiertes Plastikmaterial, gebildet sein können) eingebettet. In den Platten 1 und 3 ist eine Anzahl von Öffnungen 4 und 5 ausgebildet, wobei die Öffnung 4 als eine konkave Vertiefung oder Ausnehmung in der Platte 1 und die Öffnung 5 als eine Öffnung in der Platte 2 ausgebildet ist.
Ein Paar von Erregungskoppelelementen 8 und 9, die senkrecht zueinander orientiert sind, ist in dem Substrat 3 in einer gemeinsamen Ebene in Ausrichtung mit den Öffnungen 4 und 5 ausgebildet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Erregungskoppelelemente 8 und 9 sind jeweils mit einem Aufhängungsleiter 7 verbunden, der innerhalb eines Hohlraumteils 6 angeordnet ist, welcher eine koaxiale Leitung zum Leiten von Energie zwischen den Erregungskoppelelementen 8 und 9 und einem entfernten Punkt bildet. Das Substrat 3 liegt in der Form eines dünnen flexiblen Films vor, der zwischen den ersten und zweiten Metallplatten oder metallisierten Platten 1 und 2 eingebettet ist. Vorzugsweise sind die Öffnungen 4 und 5 kreisförmig und haben denselben Durchmesser, und die obere Öffnung 5 ist mit einer konischen Form ausgebildet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.
Der Aufhängungsleiter 7 umfaßt eine leitende Folie, die auf dem Substrat 3 zentral in dem Hohlraumteil 6 gehalten ist, um eine Aufhängungs-Koaxialzuführungsleitung zu bilden.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht längs einer Linie II-II in Fig. 2. Wie in Fig. 3 angegeben, bildet die leitende Folie den zentralen Leiter, und die leitende Oberfläche der Platten 1 und 2 bilden den äußeren koaxialen Leiter.
Vorzugsweise ist die Folie 7 als eine gedruckte Schaltung durch Ätzen einer leitenden Oberfläche auf dem Substrat 3 gebildet, um so alle Teile der leitenden Oberfläche mit Ausnahme der leitenden Teile zu entfernen, die verbleiben müssen, wie die Folie 7, die Erregungskoppelelemente 8 und 9 usw. Vorzugsweise hat die leitende Folie eine Dicke von z. B. 25 bis 100 um. Da das Substrat 3 dünn ist und nur als ein Tragelement für die Folie 7 dient, ist, obwohl es nicht aus einem Niedrigverlustmaterial hergestellt ist, der Übertragungsverlust in der koaxialen Leitung klein. Beispielsweise beträgt der typische Übertragungsverlust einer offenen Streifenleitung, die ein Teflonglassubstrat benutzt, 4 bis 6 dB/m bei 12 GHz, während die Aufhängungsleitung einen Übertragungsverlust von nur 2,5 bis 3 dB/m hat, die ein Substrat von 25 um Dicke benutzt. Da das flexible Substrat 3 nicht teuer im Vergleich mit dem Teflonglassubstrat ist, ist diese Anordnung wirtschaftlicher.
In Fig. 3 bezeichnet t die Dicke des Substrats 3, L die Breite des Hohlraumteils 6, d die Höhe des Hohlraumteils 6 und W die Breite des Aufhängungsleiters 7. Dann beträgt in der Praxis in dem bekannten Strahlungselement für kreisförmig polarisierte Wellen t 25 um, d 1,4 mm, L 2 mm und W 1 mm. Unter der Frequenz von 12 GHz beträgt der Übertragungsverlust ungefähr 3 dB/m, wie dies mit gestrichelter Linie a in Fig. 4 gezeigt ist.
Fig. 5 zeigt, daß die leitende Folie 7 in Form von länglichen Zuführungsleitungen ausgebildet ist, die senkrecht zueinander angeordnet sind, wobei sie mit den Erregungskoppelelementen 8 und 9 verbunden und zusammen durch eine gemeinsame Leitung verbunden sind. Die Folien sind mit einer Zuführungsleitung an einem Punkt 11 verbunden, der relativ zu dem Zentrum der gemeinsamen Leitung versetzt ist, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, so daß das Erregungskoppelelement 9 durch eine Leitung gespeist wird, die eine größere Länge hat, was durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, und zwar von einem Viertel einer Wellenlänge relativ zu der Länge der Zuleitung in dem Erregungskoppelelement 8. Die Wellenlänge, auf die hier (und an sonstiger Stelle dieser Anmeldung) Bezug genommen ist, ist die Wellenlänge der Energie innerhalb der Wellenführung oder der Aufhängungsleitung 7, was durch λ/g angegeben ist, welche Wellenlänge aus der Frequenz der Energie und der Geometrie der Wellenführung bestimmbar ist. Mit dieser Anordnung (wobei die Antenne als eine Sendeantenne betrachtet wird) ergibt sich eine kreisförmig polarisierte Welle als das Ergebnis von linear polarisierten Wellen, die von den Erregungskoppelelementen 8 und 9 abgegeben werden, die um π/2 (90º) oder eine Viertelwellenlänge außer Phase sind.
Wie in Fig. 5 gezeigt, eilt die Phase des Signals, das dem Erregungskoppelelement 8 (als eine Sendeantenne) zugeführt wird, um ein Viertel der Wellenlänge (relativ zu der Mittenfrequenz des Übertragungsbandes) verglichen mit demjenigen vor, das dem Erregungskoppelelement 9 zugeführt wird. Diese Anordnung erlaubt, wenn sie als eine Empfangsantenne benutzt wird, eine im Uhrzeigersinn kreisförmig polarisierte Welle zu empfangen, da das Erregungskoppelelement 8 in Ausrichtung mit den Drehungsvektoren E und H der Welle eines Viertelzyklus kommt, nachdem sich das Erregungskoppelelement 9 in einer derartigen Ausrichtung befindet. Wegen der erhöhten Länge 10 der Folienleitung, die mit dem Erregungskoppelelement 9 verbunden ist, leisten die Erregungskoppelelemente 8 und 9 einen nahezu gleichen Beitrag in der Phasenkomponente zu einem zusammengesetzten Signal bei dem T- oder Zusammenführungspunkt 11.
Falls die Extralänge 10 in die Folie 7 eingeführt wurde, die mit dem Erregungskoppelelement 8 verbunden ist, würde die Anordnung dann eine im Gegenuhrzeigersinn kreisförmig polarisierte Welle aufnehmen. Es wäre zu verstehen, daß dies wirkungsvoll lediglich durch Umdrehen der Blätter 3 erreicht werden kann, auf denen die Erregungskoppelelemente 8 und 9 und die Zuführungsleitungen 7 getragen sind, so daß die Struktur dieser Antenne beide Arten von kreisförmiger Polarisation bei geringfügigen Veränderungen während des Zusammenbauens empfangen kann.
Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung, in welcher eine Vielzahl von Strahlungselementen, jedes gleich dem in Fig. 1 bis Fig. 5 gezeigten, durch Folienleitungen, die auf das Blatt 3 gedruckt sind, miteinander verbunden sind. Jedes der Strahlungselemente trägt ein Signal in Phase mit dem Signal bei, das durch jedes andere Strahlungselement beigetragen wird, die miteinander an einem Zuführungspunkt 12 verbunden sind. Es wird aus einer Überprüfung von Fig. 6 zu verstehen sein, daß die Länge der Folienleitung 7 von dem Punkt 12 zu irgendeinem der Erregungskoppelelemente 8 und 9 eine gleiche Länge zeigt, so daß die Signale, die von jedem Strahlungselement empfangen werden, an dem Zuführungspunkt 12 in Phase mit den anderen anlangen. Das Feld gemäß Fig. 6 zeigt die gedruckte Oberfläche auf dem Substrat 3 und die ausgerichtete Position der Öffnungen 4 in der Platte 2. Das Substrat ist zwischen den leitenden Platten 1 und 2 eingebettet, die die Öffnungen 4 und 5 (Fig. 2) haben, welche mit jedem der Strahlungselemente ausgerichtet sind, so daß alle derselben in der Weise fungieren, die zuvor in Verbindung mit Fig. 1 bis Fig. 5 beschrieben ist. Bei Benutzung der allgemeinen Anordnung, die in Fig. 6 gezeigt ist, ist es möglich, verschiedene Strahlungsmuster durch Ändern der Charakteristika der Leitungen zu erzielen. Beispielsweise kann, falls die Distanz von dem gemeinsamen Zuführungspunkt 12 zu den Erregungskoppelelementen 8 und 9 einiger der Strahlungselemente geändert wird, die Phase der Energie, die durch diese Strahlungselemente beigetragen wird, geändert werden. Ferner ist es, falls das Verhältnis der Impedanz durch Verringern oder Erhöhen der Dicke der Aufhängungsleitungen an den Orten, wo die Verzweigung stattfindet (wie in Fig. 5 gzeigt), möglich, die Amplitude der Signale zu ändern, die von den Zweigen zu der gemeinsamen Leitung der Verzweigung beigetragen werden. Dies beeinträchtigt die relative Energie und Phase der Signale, die von jedem der empfangenen Elemente beigetragen werden, mit dem Ergebnis, daß das Strahlungsmuster der Antenne geändert wird.
Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht längs einer Linie III-III in Fig. 6. Eine gestrichelte Linie in Fig. 7 zeigt, daß die Schaltung in Fig. 6 mit der zweiten Metallplatte 2 bedeckt ist. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß die Hohlraumteile 6 in Ausrichtung mit individuellen Leiterfolien ausgeführt sind.
Die zuvor erläuterte Planarfeldantenne für kreisförmig polarisierte Wellen hat indessen die folgenden Nachteile:
Die Abstände zwischen in horizontaler Richtung benachbarten Strahlungselementen müssen in dem Bereich von 0,9 bis 0,95 Wellenlänge relativ zu 12-GHz-Wellen im freien Raum (reichend von 22,5 bis 23,6 mm) ausgewählt sein, um einen hohen Gewinn (hohen Wirkungsgrad) zu erzielen. Dies verursacht, daß die Breite der Nut der Aufhängungsleitung, die durch die Strahlungselemente verbunden ist, oder die Breite des Hohlraumteils 6 unter ungefähr 2 mm begrenzt ist, auf welche Weise eine Begrenzung bezüglich der Verringerung des Übertragungsverlustes herbeigeführt wird. Ferner ist, um eine ausreichende Breite der Nut sicherzustellen, die Freiheit beim Auslegen der Antenne eingeschränkt. Des weiteren muß die Nut (Hohlraumteil), die eine schmale Breite hat, auf der Gesamtheit der Feldoberfläche längs der leitenden Folie ausgebildet werden, so daß der Herstellungsprozeß kompliziert ist und eine strikte Genauigkeit erforderlich ist, weil die Nut durch die Metallplatten 1 und 2 eingebettet werden muß. Zusätzlich ist die Genauigkeit der Abmessung, die zum Entfernen von Metall und zum Bilden der metallisierten Plastikplatte erforderlich ist, nur schwierig sicherzustellen, insbesondere für die Massenherstellung. Dieses Problem wird für den Nutteil der Aufhängungsleitung schwierig.
Ferner kann die Antenne, obwohl dies praktisch nicht beschrieben ist, wegen des Aufbaus der Antenne, der zuvor beschrieben ist, sehr dünn und mit einer einfachen mechanischen Anordnung hergestellt werden. Selbst wenn nichtteure Substrate benutzt werden, ist der Gewinn, der von der Antenne erzielt wird, gleich oder größer als derjenige einer Antenne, die die relativ teure Mikrostreifenleitungs-Substrattechnologie benutzt.
Wenn der Abstand der Strahlungselemente in dem Bereich von 0,9 bis 0,95 Wellenlänge relativ zu einer 12-GHz-Welle ausgewählt ist, ist die Breite des Hohlraumteils für die Aufhängungsleitung zu 1,75 mm ausgewählt, und der Durchmesser des Strahlungselements oder der Öffnungen 4 und 5, die in den Platten 1 und 2 ausgebildet sind, ist zu 16,35 mm ausgewählt. Indessen ist es für die wirksamste Aufnahme des Satellitenrundfunk-Frequenzbandes (11,7 bis 12,7 GHz) wünschenswert, die Leitungsbreite so auszuwählen, daß sie größer als 2 mm ist, und einen verringerten Durchmesser des Strahlungselements zu wählen. Beispielsweise muß für die wirksamste Aufnahme der Durchmesser von 16,35 auf ungefähr 15,6 mm verringert werden.
Indessen wird, falls der Durchmesser des Strahlungselements so klein wie ungefähr 15,6 mm ausgewählt ist, die Ausschaltfrequenz der dominanten Betriebsart (TE&sub1;&sub1;-Betriebsart) der kreisförmigen Wellenführung, die diese Durchmesser hat, ungefähr 11,263 GHz. Als Ergebnis wird es schwierig, eine Impedanzanpassung zwischen dem Hohlraumteil, der durch die Öffnungen 4 und 5 gebildet ist, und den Erregungskoppelelementen 8 und 9 zu erzielen, und die Antenne wird in der Bandbreite relativ schmal. Demzufolge ändern sich die Charakteristika der Rückwärtsverluste mit dem Ergebnis, daß sich der Rückwärtsverlust nahe der Arbeitsfrequenz (11,7 bis 12,7 GHz) verschlechtert. Der "Rückwärtsverlust" bezieht sich auf den Verlust, der sich aus der Reflexion wegen der unangepaßten Impedanzen ergibt. Daher hat der Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung kürzlich eine Planarfeldantenne des Typs mit Aufhängungszuführungsleitung mit demselben Aufbau vorgeschlagen, der insbesondere mit leitenden Segmenten versehen ist, die mit den Erregungskoppelelementen innerhalb jedes Strahlungselements ausgerichtet sind, um eine bessere Impedanzanpassung zu erzielen (s. US-Patentanmeldung Serial No. 888,117).
Insbesondere ist, wenn eine Leitung als ein Streifenleitungs-Zuführungssystem verschiedener Planarfeldantennen benutzt wird, um Satellitenrundfunk zu empfangen, der in dem 12-GHz-Wellenband gesendet wird, der Verlust, welcher durch die Zuführungsleitung verursacht wird, ein Hauptfaktor, der den Antennengewinn (Betriebsgewinn) bestimmt. Dies führt zu Schwierigkeiten, insbesondere dann, wenn ein Gewinn von 30 dB oder mehr erreicht wird.
Dementsprechend kann, falls eine Zuführungsleitung realisiert wird, die einen kleinen Verlust aufweist, das zuvor erwähnte Problem bis zu einem gewissen Maße gelöst werden. Indessen beträgt, wenn das Zuführungsschaltungsnetzwerk zum Empfangen einer kreisförmig polarisierten Welle mit einer Energie und Phase wie zuvor erwähnt versorgt wird, wenn der Abstand zwischen den benachbarten Strahlungselementen in einem Bereich von 0,9 bis 0,95 Wellenlänge ausgewählt ist, um den maximalen Gewinn zu erzielen, die Breite der Nut, die die Aufhängungsleitung schafft, ungefähr 2 mm für das 12-GHz-Band. Demzufolge ist der Übertragungsverlust groß.
In anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß wegen des Abstands zwischen den Elementen und dem Mischabschnitt für die kreisförmig polarisierten Wellen zum Erzielen des hohen Gewinns die Leitungsbreite so ausgewählt wird, daß sie konstant und schmal ist, so daß der Zuführungsverlust (Übertragungsverlust) nicht minimiert werden kann. Ferner verbleibt, selbst obwohl der Durchmesser des Strahlungselements verringert ist und die Breite der Zuführungsleitung so weit wie möglich unter der Bedingung erhöht ist, daß der Abstand zwischen den Strahlungselementen konstant gemacht ist, nach wie vor eine Begrenzung in bezug auf die Minimierung des Übertragungsverlustes.
Ein Satellitenrundfunk-Empfangssystem umfaßt im allgemeinen eine Empfangsantenne, die im Freien aufgestellt ist, einen Niedrigverlust-Konverter, ein Verbindungskabel und einen Empfänger, der in einem Gebäude aufgestellt ist und elektrisch durch das Verbindungskabel verbunden ist, um dadurch ein Fernsehbild und einen Ton zu empfangen. Eine Parabolantenne wird normalerweise als eine Empfangsantenne benutzt und enthält einen Primärstrahler, der in dem Fokuspunkt angeordnet ist, um Rundfunkwellen zu gewinnen, die durch einen Reflexionsspiegel und einen nachfolgenden Konverter mit einem niedrigen Rauschen gesammelt sind.
Andererseits hat der Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung kürzlich eine Planarfeldantenne zum Empfangen von Satellitenrundfunk (s. US-Patetanmeldung Serial No. 888,117) vorgeschlagen. In dieser kürzlich vorgeschlagenen Planarfeldantenne sind Erregungskoppelelemente auf einem Substrat in einer gemeinsamen Ebene in Ausrichtung mit der Anzahl von Öffnungen vorgesehen, die jede einen Teil eines Strahlungselements bildet, und wobei ein Strahlungselement nahe dem Koppelelement des zentralen Bereichs entfernt und durch einen Zuführungspunkt ersetzt ist, wodurch der Übertragungsverlust der Zuführungsleitung verringert ist und die Antenne in ihrem Aufbau vereinfacht ist, einen hohen Gewinn aufweist und wirtschaftlicher ist.
Wenn eine Antenne, wie eine Parabolantenne, benutzt wird, um Satellitenrundfunk zu empfangen, ist die Vorrichtung in einem dreidimensionalen Raum untergebracht, so daß die Montage der Antenne schwierig wird und ein großer Raum erforderlich ist. Zusätzlich wird, da ein Primärstrahler und ein Konverter des Niedrigrausch-Typs beide in der gekrümmten Oberfläche innerhalb des Raums angeordnet sind, die Wirksamkeit der Antenne durch Schneefall oder dgl. beeinträchtigt und wird dadurch in ihrem Wirkungsgrad verschlechtert.
Eine Planarfeldantenne des Typs mit Aufhängungsleitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Druckschrift EP-A1-010846 bekannt.
Die Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Halteteile ringförmig sind und um jede der Öffnungen herum angeordnet sind und die Platten eine Aussparung aufweisen, um einen Hohlraum zu schaffen, der die Halteteile umgibt.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines Beispiels eines bekannten Strahlungselements für eine kreisförmig polarisierte Welle.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie II-II in Fig. 2.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das benutzt wird, um eine Beziehung zwischen der Breite des Aufhängungsleiters und dem Übertragungsverlust der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 zu erklären.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht eines der Strahlungselemente der bekannten Antenne, die die Aufhängungsleitungen zum Versorgen der Erregungskoppelelemente darstellt.
Fig. 6 zeigt eine Ansicht, die die Verbindung einer Vielzahl von Strahlungselementen darstellt.
Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie III-III in Fig. 6.
Fig. 8 zeigt eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel der Verbindung einer Vielzahl von Strahlungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 8.
Fig. 10 zeigt eine Draufsicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des Strahlungselements für eine kreisförmig polarisierte Welle darstellt.
Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie V-V in Fig. 10.
Fig. 12 zeigt eine Draufsicht eines der Strahlungselemente der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung, die Aufhängungsleitungen zum Versorgen der Erregungskoppelelemente darstellt.
Fig. 13 zeigt eine Ansicht, die die Verbindung einer Vielzahl von Strahlungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 14 zeigt eine Ansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des filmförmigen Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 15 und Fig. 16 zeigen jeweils Ansichten, die eine Anordnung eines Filters darstellen, das bei der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Fig. 17 zeigt ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik des in Fig. 15 und Fig. 16 gezeigten Filters darstellt.
Fig. 18 zeigt eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Konverters der Wellenführungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 19 zeigt eine Rückansicht des Konverters gemäß Fig. 18.
Fig. 20 zeigt eine Rückansicht, die verdeutlicht, daß der Konverter gemäß Fig. 18 an der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
Fig. 21 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 20.
Fig. 22 zeigt eine Seitenansicht, die eine Gesamtanordnung des Ausführungsbeispiels darstellt, das in Fig. 18 bis Fig. 21 gezeigt ist.
Fig. 23 zeigt eine Rückansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 22.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung im einzelnen anhand der Figuren beschrieben.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in welchem eine Vielzahl von Strahlungselementen für kreisförmig polarisierte Wellen (Fig. 1 bis Fig. 5) alle in Phase von einem Zuführungspunkt 12 mit Energie versorgt werden. In Fig. 8 sind gleiche Teile, wie sie gemäß Fig. 6 vorgesehen sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und müssen daher nicht mehr im einzelnen beschrieben werden. Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht längs einer Linie VI-VI in Fig. 8. Eine gestrichelte Linie in Fig. 9 zeigt, daß die zweite Metallplatte 2 während des Zusammenbauens auf das Feld gemäß Fig. 8 gesetzt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigt ist, ist um jede der Öffnungen 4, die durch die erste Metallplatte 1 gebohrt sind, ein Halteteil 13 vorgesehen, um das Substrat 3 zu halten. Ferner ist um den Zuführungsteil 12, der durch die Metallplatte 1 ausgebildet ist, ein Halteteil 13a vorgesehen, um das Substrat 3 zu halten. Außerdem ist ein Halteteil 13b über dem äußeren Umfangsabschnitt des Feldes ausgebildet. Weitere verbleibende Teile sind so ausgebildet, daß sie eine Tiefe gleich z. B. derjenigen des Hohlraumteils 6 haben, der in Fig. 2 gezeigt ist, um dadurch eine Nut oder einen Hohlraumteil 14 auf der Metallplatte 1 zu bilden, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Es besteht dann die Möglichkeit, daß eine Vielzahl von Leiterfolien 7 gekoppelt sind, weil diese innerhalb desselben Hohlraumteils 14 vorgesehen sind. Eine derartige Möglichkeit kann durch Auswählen des Abstands zwischen den leitenden Folien 7 und einen Raum zwischen den oberen und unteren Wandungen des Hohlraumteils 14 beseitigt werden, um dadurch die notwendige Isolierung dazwischen herzustellen. Zu dieser Zeit konzentrieren sich elektrische Kraftlinien auf den oberen und unteren Wandungen des Hohlraumteils 14, die auf diese Weise im wesentlichen das elektrische Feld beseitigen, das längs des Substrats erzeugt wird. Als Ergebnis wird der dielektrische Verlust mit dem Ergebnis verringert, daß der Übertragungsverlust der Aufhängungsleitung verringert wird.
in Fig. 8 ist ein Bereich 15 gezeigt, durch den keine Aufhängungsleitung geführt ist. Dementsprechend muß der Bereich nicht in der Dicke verringert sein, um einen Hohlraumteil zu bilden, bleibt aber als ein Halteteil bestehen. In diesem Fall muß der Zuführungsteil 12 nicht um sich herum den speziellen Halteteil 13a haben, und der Bereich 15 dient als der Halteteil. Falls der Zuführungsteil 12 an dem Teil vorgesehen ist, an dem ein zentrales Strahlungselement entfernt ist, um den Übertragungsverlust durch Verringern der Länge der Zuführungsleitung zu verringern (s. US-Patentanmeldung Serial No. 888,117), ist der spezielle Halteteil 13a um den Zuführungsteil herum vorgesehen, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.
Die Halteteile und die Hohlraumteile sind auf der zweiten Metallplatte 2 in Ausrichtung mit denjenigen der ersten Metallplatte 1 ausgebildet. Obwohl nicht gezeigt, sind die Halteteile um jede der Öffnungen 5 herum, die durch die zweite Metallplatte 2 gebohrt sind, um den Zuführungsteil (dessen obere Oberfläche ist geschlossen) und um den äußeren Umfangsteil des Antennenfeldes herum ausgebildet. Weitere Teile sind so ausgebildet, daß sie eine konkave Eindrückung oder Ausnehmung haben, um so die Hohlraumteile zu bilden.
Da das Substrat 3 gleichförmig durch die Halteteile 13, 13a und 13b gehalten ist, wird eine Verformung des Substrats 3 verhindert. Zusätzlich schließen die ersten und zweiten Metallplatten 1 und 2 dicht die Umfänge der Strahlungselemente, die Zuführungsteile usw. zwischen sich ein, wodurch das Auftreten einer Resonanz bei einer speziellen Frequenz vermieden wird.
Obwohl nicht gezeigt, sind eine Vielzahl von Stiften auf einer der ersten und zweiten Metallplatten 1 und 2 bei deren Teilen ausgebildet, durch welche keine Aufhängungsleitungen geführt sind, und es sind Durchgangslöcher durch das Substrat 3 und die andere Metallplatte ausgebildet, um die zuvor erwähnten Stifte aufzunehmen. Daher kann die Positionierung der Metallplatten 1 und 2 und des Substrats 3 durch Eingreifenlassen der Stifte in die Durchgangslöcher mit Leichtigkeit bewerkstelligt werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfordert die Antenne, da der gemeinsame Hohlraumteil im wesentlichen durch Entfernen der Unterteilungswandung des Hohlraumteils bei jeder Leitung beim Stand der Technik keine hohe Genauigkeit, und sie kann mit Leichtigkeit durch eine Maschine hergestellt werden. Ferner ist die Freiheit beim Auslegen der Aufhängungsleitung erhöht und der Übertragungsverlust ist verringert, mit dem Ergebnis, daß der Gewinn (oder der Wirkungsgrad) der Antenne erhöht werden kann.
Entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie angegeben ist, ist die Aufhängungsleitung, da die Halteteile um eine große Anzahl von Öffnungen herum ausgebildet sind, wovon jede einen Teil des Strahlungselements bildet, und da der Hohlraumteil zumindest zwischen benachbarten Öffnungen als ein Nutteil vorgesehen ist, nicht durch den Hohlraumteil beschränkt, so daß die Feldantenne mit Leichtigkeit mechanisch bearbeitet und geformt werden kann und die Genauigkeit der Abmessungen vernachlässigt werden kann. Der Übertragungswert der Leitung wird verringert, mit dem Ergebnis, daß der Antennengewinn (oder -wirkungsgrad) erhöht werden kann. Ferner kann die Planarfeldantenne durch ein einziges dünnfilmförmiges Substrat verbessert werden und kann kreisförmig polarisierte Wellen empfangen. Des weiteren kann die Aufhängungsleitung, da das Substrat aus einem dünnen Film besteht, der durch Halteteile gehalten ist, die um die Kreisform-Strahlungselemente herum ausgebildet sind, gleichförmig konstruiert sein. Zusätzlich kann, da die Umfänge des Kreisform-Strahlungselements und die Zuführungsteile dicht zwischen den oberen und unteren Metallplatten eingebettet sind, das Auftreten einer Resonanz oder dgl. bei einer speziellen Frequenz vermieden werden.
Fig. 10 und Fig. 11 zeigen die Anordnung des Strahlungselements für kreisförmig polarisierte Wellen, das in diesem Ausführungsbeispiel benutzt wird. Fig. 10 stellt eine Draufsicht dar, und Fig. 11 stellt eine Querschnittsansicht längs einer Linie V-V in Fig. 10 dar. In Fig. 10 und Fig. 11 sind gleiche Teile wie diejenigen in Fig. 1 und Fig. 2 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und benötigen daher keine ins einzelne gehende Beschreibung.
Gemäß Fig. 10 und Fig. 11 ist das isolierende Substrat 3 zwischen den Metallplatten 1 und 2 (die aus einem Blattmetall, wie Aluminium oder metallisiertes Plastikmaterial, gebildet sein können) eingebettet. Es ist eine Anzahl von Öffnungen 4, die als eine konkave Eindrückung oder Ausnehmung in der Platte 1 ausgebildet, und die Öffnung 5 als eine Öffnung in der Platte 2 ausgebildet.
Ein Paar von Erregungskoppelelementen 8 und 9 , die senkrecht zueinander orientiert sind, ist auf dem Substrat 3 in einer gemeinsamen Ebene in Ausrichtung mit den Öffnungen 4 und 5 ausgebildet, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Die Erregungskoppelelemente 8 und 9 sind jeweils mit dem Aufhängungsleiter 7 verbunden, der innerhalb des Hohlraumteils 6 angeordnet ist, welcher eine Koaxialleitung zum Leiten von Energie zwischen den Erregungskoppelelementen 8 und 9 und einem fernliegenden Punkt bildet. Das Substrat 3 ist in Form eines dünnen flexiblen Films ausgebildet, der zwischen den ersten und zweiten Metallplatten oder metallisierten Platten 1 und 2 eingebettet ist. Vorzugsweise sind die Öffnungen 4 und 5 kreisförmig und von gleichem Durchmesser, und die obere Öffnung 5 ist mit einer konischen Form ausgebildet, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist.
Der Aufhängungsleiter 7 umfaßt eine leitende Folie, die auf dem Substrat 3 zentral in dem Hohlraumteil 6 getragen ist, um eine Aufhängungs-Koaxialzuführungsleitung zu bilden. Die leitende Folie 7 bildet den zentralen Leiter, und die leitenden Oberflächen der Platten 1 und 2 bilden den äußeren Koaxialleiter. Mit dieser Anordnung ergibt sich eine kreisförmig polarisierte Welle mit dem Ergebnis, daß linear polarisierte Wellen von den Erregungskoppelelementen 8 und 9 abgegeben werden, die um π/2 (90º) oder eine Viertelwellenlänge außer Phase liegen.
Gemäß Fig. 10 sind leitende Metallsegmente 22 und 23 mit den Erregungskoppelelementen 8 und 9 innerhalb jedes Strahlungselements ausgerichtet. Diese Elemente 22 und 23 sind, wie in Fig. 10 und Fig. 11 gezeigt, Ende an Ende und in Reihe mit den Erregungskoppelelementen 8 und 9 ausgerichtet und weisen einen Abstand von diesen auf. Die leitenden Segmente 22 und 23 sind länglich, rechteckig und als gedruckte Schaltungen oder in anderer Weise auf der Oberfläche des Substrats 3 angeordnet. Sie erstrecken sich bis hinter die Umfänge der Öffnungen 5, um an den einen Enden derselben in elektrischen Kontakt mit der Metallplatte 2 zu stehen. Die Benutzung der leitenden Segmente 22 und 23 macht es möglich, die Abschaltfrequenz des Strahlungselements herabzusetzen und den Rückwärtsverlust oder das VSWR (voltage standing wave ratio) der Umsetzungs-(Erregungs-)Koppelelemente von der Aufhängungsleitung zu der Wellenführung zu verbessern. Die Isolierung zwischen den Koppelelementen 8 und 9 ist größer als 20 dB, so daß das Strahlungselement wirksam eine kreisförmig polarisierte Strahlung in derselben Weise wie zuvor beschrieben empfängt (sendet).
Wegen der leitenden Segmente 22 und 23 ist die Abschaltfrequenz herabgesetzt, so daß ein Anpassen ausgeführt werden kann, um den Rückwärtsverlust zu verbessern. Wenn der Durchmesser der Öffnungen 4 und 5 des Strahlungselements zu 15,6 mm gewählt ist, kann eine Wellenführung, die einen kleinen Durchmesser hat, benutzt werden, und die Bildunterdrückung wird verbessert.
Fig. 12 zeigt eine Darstellung, die eine praktisch ausgeführte Schaltungsanordnung zum Kombinieren kreisförmig polarisierter Wellen darstellt.
Gemäß Fig. 12 ist ein Paar von Erregungskoppelelementen 8 und 9 durch die Aufhängungsleiterfolie 7 in einer gemeinsamen Ebene auf dem Substrat 3 verbunden. In diesem Fall ist eine Leitung 10 von λg/4 (wobei λg eine Leitungswellenlänge bei der Mittenfrequenz ist) entsprechend π/4 mit einer der Folien verbunden, welche in der Phase voreilt, so daß die Welle in der Phase bei dem Zusammensetzungsabschnitt gleich wird. Diese Anordnung erlaubt, wenn sie als eine Empfangsantenne benutzt wird, eine im Uhrzeigersinn kreisförmig polarisierte Welle zu empfangen, da das Erregungskoppelelement 8 in Ausrichtung mit den Drehungsvektoren E und H der Welle einen Viertelwellenzyklus nach dem Erregungskoppelelement 9 in einer derartigen Ausrichtung kommt. Wegen der erhöhten Länge 10 der Folienleitung, die mit dem Erregungskoppelelement 9 verbunden ist, tragen die Erregungskoppelelemente 8 und 9 nahezu gleich in der Phase Komponenten zu einem zusammengesetzten Signal bei dem T- oder Zusammensetzungspunkt 11 bei.
Falls die Extralänge 10 in die Folienleitung 7 eingeführt wäre, die mit dem Erregungskoppelelement 8 verbunden ist, würde die Anordnung dann eine entgegen dem Uhrzeigersinn kreisförmig polarisierte Welle empfangen. Es ist ersichtlich, daß dies lediglich durch Umdrehen des Blatts 3 erreicht werden kann, auf dem die Erregungskoppelelemente 8 und 9 und die Zuführungsleitung 7 getragen sind, so daß die Struktur des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 12 gezeigt ist, beide Arten von kreisförmiger Polarisation mit geringfügiger Änderung während des Zusammenbauens empfangen kann.
In Fig. 13 ist ein Feld dargestellt, in welchem eine Vielzahl von Strahlungselementen für kreisförmig polarisierte Wellen, die in Fig. 10 oder Fig. 13 gezeigt sind, durch die Aufhängungsleitungen in Phase von einem gemeinsamen Zuführungspunkt 24 aus mit Energie versorgt werden. In der Praxis ist das Feld für eine Frequenz von 12 GHz aus 256 (16·16) Strahlungselementen für kreisförmig polarisierte Wellen gebildet. Dieses Feld bildet ein Quadrat von 40 cm·40 cm. In diesem Fall sind eine Vielzahl von Öffnungen 4 und 5 durch die ersten und zweiten Metallplatten 1 bzw. 2 in Ausrichtung mit den Strahlungselementen für kreisförmig polarisierte Wellen ausgebildet. Die Erregungskoppelelemente 8 und 9 der betreffenden Strahlungselemente sind mit dem gemeinsamen Zuführungspunkt 24 über die Aufhängungsleitungsfolie 7 in einer derartigen Weise verbunden, daß die Längen der Verbindungsleitungen alle gleich sind. Mit dieser Anordnung ist es möglich, durch Ändern der Charakteristika der Leitungen verschiedene Strahlungsmuster zu erzielen.
Beispielsweise kann, falls die Distanz von dem gemeinsamen Zuführungspunkt 24 zu den Erregungskoppelelementen 8 und 9 einiger der Strahlungselemente geändert wird, die Phase der Energie, die durch diese Strahlungselemente beigetragen wird, geändert werden. Ferner ist es, falls das Verhältnis der Impedanz durch Verringern oder Erhöhen der Breite der Aufhängungsleitungen an den Stellen, wo sie verzweigt sind, möglich, die Amplitude der Signale zu ändern, die von den Verzweigungen zu der gemeinsamen Leitung jedes Zweiges beigetragen werden, und um dadurch die Richtwirkung der Antenne zu variieren.
Wie Fig. 13 zeigt, ist eines der Strahlungselemente, das am nächsten bei dem Zentrum des Feldes liegt, entfernt, und ein Zuführungswellenführungskonverter, dessen Umriß durch einen rechteckförmigen gestrichelt dargestellten Kasten 25 gezeigt ist, ist bei diesem Punkt an dem Feld angebracht. Eine Wellenführung (nicht gezeigt) ist durch diesen Wellenführungskonverter 25 mit dem gemeinsamen Zuführungspunktt 24 verbunden. Der Übergang von einer rechteckförmigen Wellenführung zu der Koaxialleitung ist in herkömmlicher Weise bewerkstelligt und muß daher nicht im einzelnen beschrieben werden. Es ist ein Widerstand 26 vorgesehen, um die Leitung, die normalerweise mit dem entfernten Strahlungselement verbunden wäre, mit der charakteristischen Impedanz der Zuführungsleitung abzuschließen, um irgendeinen Reflexionseffekt durch das Entfernen dieses Strahlungselements zu vermeiden. Durch Benutzung der Anordnung gemäß Fig. 13 wird die Länge der Zuführungsleitung kleiner, so daß der Antennengewinn, der durch die Zuführungsleitung herabgesetzt ist, verbessert werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Breite der Aufhängungsleitungen, wo diese unabhängig voneinander vorgesehen sind, vergrößert, wie dies durch die Bezugszeichen 7' angegeben ist. Das bedeutet, daß die Aufhängungsleitung aus dem Hohlraumteil 6 und der leitenden Folie 7 gebildet ist, so daß falls die Aufhängungsleitung unabhängig zwischen den Strahlungselementen vorgesehen ist, die Breite der Aufhängungsleitung erhöht ist. Gemäß Fig. 13 ist die Aufhängungsleitungsfolie 7' unabhängig zwischen den Strahlungselementen vorgesehen, und die Breite derselben ist größer ausgelegt als diejenige der anderen Aufhängungsleitungen 7. Selbstverständlich ist die Breite des Hohlraumteils 6, wo die Aufhängungsleitung durch diesen verläuft, entsprechend erhöht, obwohl dies nicht gezeigt ist.
Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels wird anhand von Fig. 3 und Fig. 4 beschrieben. In Fig. 3 bezeichnen t die Dicke des Substrats 3, L die Breite des Hohlraumteils 6, d die Höhe des Hohlraumteils 6 und W die Breite des Aufhängungsleiters 7. Dann beträgt in dem bekannten Strahlungselement für kreisförmig polarisierte Wellen in der Praxis t 25 um, d 1,4 mm, L 2 mm und W 1 mm. Mit einer Frequenz von 12 GHz beträgt der Übertragungsverlust ungefähr 3 dB/m, wie dies durch eine gestrichelte Kurve a in Fig. 4 gezeigt ist. Wenn t zu 25 um, d zu 1,4 mm, L zu 4 mm und W zu 2 mm wie in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei einer Frequenz von 12 GHz gewählt sind, wird der Übertragungsverlust zu ungefähr 1,8 dB/m, wie dies durch eine ausgezogene Kurve b in Fig. 4 gezeigt ist. Dementsprechend wird es, falls die Länge des Teils, in welchem die Breite des Aufhängungsleiters 7 erhöht werden kann, 50 cm beträgt, möglich, den Antennengewinn um ungefähr 0,6 dB/m verglichen mit dem Stand der Technik zu erhöhen.
Während die vorliegende Erfindung auf die Planarfeldantenne für kreisförmig polarisierte Wellen, wie zuvor beschrieben, angewendet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Planarfeldantenne für kreisförmig polarisierte Wellen beschränkt, sondern kann in ähnlicher Weise auf andere Planarantennen angewendet werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Planarfeldantenne der Konfiguration mit Aufhängungsleitungen beschränkt, sondern kann in ähnlicher Weise auf die Planarantenne der Mikrostreifen-Konfiguration angewendet werden.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, da die Leitungsbreite der Zuführungsleitung, wie die Aufhängungsleitung, teilweise erhöht ist, der Verlust der Zuführungsleitung oder der Übertragungsverlust verringert werden, und der Antennengewinn kann verbessert werden.
Fig. 14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des filmförmigen Substrats 3 der Planarfeldantenne gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 14 sind gleiche Teile, die denen in Fig. 13 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht im einzelnen beschrieben.
Wie aus dem Vergleich von Fig. 13 und Fig. 14 ersichtlich, ist die Position, bei welcher eines der Strahlungselemente, das am nächsten bei dem Zentrum des Feldes liegt, gemäß Fig. 13 entfernt ist, um ein Strahlungselement nach unten verschoben, und es ist ein Filter 27 gerade vor dem gemeinsamen Zuführungspunkt 24 vorgesehen. Dieses Filter 27 ist durch Schneiden einer leitenden Folie 27A bei einer Länge von λg/2=11,51,5 cm hergestellt, um inselförmige Teile 27B zu schaffen, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Länge eines Schlitzes G zwischen benachbarten inselförmigen Teilen 27B so gewählt, daß sie schmäler an dem Endabschnitt und breiter an dem zentralen Abschnitt (z. B. 0,1 mm an den Randabschnitt und 1 mm an den zentralen Abschnitt) ist. Wie in Fig. 15 gezeigt ist das Filter 27 aus fünf inselförmigen Teilen 27B gebildet, jedoch kann das Filter aus zwei oder drei oder mehr als fünf inselförmigen Teilen 27B gebildet sein. Ein derartiges Filter wird als Filter des Endkopplungstyps bezeichnet und ist in Microwave Journal, July 1986, pp. 75-84 offenbart.
Alternativ dazu können, wie in Fig. 16 gezeigt, die betreffenden inselförmigen Teile 27B jeweils mit einer Neigung von z. B. ungefähr 45º angeordnet sein. In diesem Fall können Nutteile N auf den inselförmigen Teilen 27B beider Enden ausgebildet sein, um die Impedanzanpassung zu bewirken. Dieser Typ von Filter wird als Filter des Parallelkopplungstyps bezeichnet und ist in Microwave Journal, October 1980, pp. 76-71 offenbart.
Das Filter 27, das in Fig. 15 und Fig. 16 gezeigt ist, wird als ein Bandpaßfilter mit einer Bandpaßcharakteristik bezeichnet, die eine Bandbreite f&sub1;-f&sub2; von 800 MHz um eine gewünschte Frequenz f&sub0; (die von 11,7 bis 12,7 GHz reicht) hat, wie in Fig. 17 gezeigt. Die Benutzung dieses Filters macht es möglich, die unerwünschten Frequenzkomponenten auszuschalten und verschiedene Störungen, wie eine Bildinterferenz und dgl., zu vermeiden.
Ferner wird in jedem der Ausführungsbeispiele, die in Fig. 15 und Fig. 16 gezeigt sind, das Filter 27 gleichzeitig mit anderen Elementen auf dem gemeinsamen filmförmigen Substrat durch Benutzung von leitenden Folien ausgebildet, so daß die Anordnung des Filters beträchtlich vereinfacht werden kann.
Es ist überflüssig zu sagen, daß das Filter 27 zusammen mit der Schaltungsanordnung, die in Fig. 6 gezeigt ist, gebildet werden kann.
Fig. 18 und Fig. 19 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Wellenführungskonverters, der in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung benutzt wird. Fig. 18 zeigt eine Draufsicht eines derartigen Wellenführungskonverters, und Fig. 19 zeigt eine Rückansicht (die die hintere Oberfläche darstellt, an der die Antenne angebracht ist).
Gemäß Fig. 18 und Fig. 19 ist ein Konverter-Hauptkörper 31 vorgesehen, der auf seinem oberen Teil einen Eingangsteil 32 derart ausgebildet enthält, daß dieser mit der Planarfeldantenne (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Eingangsteil 32 ist von einer Wellenführungsstruktur und hat um diese herum einen Flansch 33, der benutzt wird, um den Konverter an der Antenne anzubringen. Durch den Flansch 33 sind an dessen vier Ecken Gewindelöcher 34 ausgebildet. Da eines dieser Gewindelöcher 34a in der Position, die am nächsten an dem Konverter-Hauptkörper 31 liegt, keine Schraube aufnimmt, ist es in Form eines z. B. halbkugelförmigen konvexen Elements zum Positionieren hergestellt. Ein Konversionskoppelelement 35, das mit der inneren Schaltung in dem Konverter 31 verbunden ist, steht in die Innenseite des Eingangsteils 32 vor, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist. Der Konverter-Hauptkörper 31 ist an der Planarfeldantenne (nicht gezeigt) durch ein Band 36 befestigt, das ein Paar von Gewindelöchern 37 hat, die durch dieses an seinen beiden Enden ausgebildet sind. Der Konverter-Hauptkörper 31 hat einen Ausgangsstecker 38, an den ein Koaxialkabel (nicht gezeigt) angeschlossen ist.
Der Wellenführungs-Konverter, wie er zuvor beschrieben ist, ist auf der Planarfeldantenne in einer Weise montiert, wie dies in Fig. 20 und Fig. 21 gezeigt ist. Fig. 20 zeigt eine Rückansicht der Planarfeldantenne (gesehen von der rückseitigen Oberfläche, an welcher der Wellenführungskonverter angebracht ist), und Fig. 21 zeigt eine Seitenansicht, die verdeutlicht, daß der Wellenführungskonverter an der Planarfeldantenne gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
Wie zuvor beschrieben, umfaßt die Planarfeldantenne erste und zweite Metallplatten (oder metallisierte Plastikplatten) 1 und 2 und ein dünnes filmförmiges Substrat (filmförmiges flexibles Substrat) 3, das zwischen den ersten und zweiten Metallplatten 1 und 2 eingebettet ist. Die erste Metallplatte 1 hat auf sich eine Vielzahl von Öffnungen 4 ausgebildet, wovon jede die Form eines konkaven Elements oder einer konkaven Eindrückung einnimmt. Die zweite Metallplatte 2 hat auf sich eine Vielzahl von Öffnungen 5 des gleichen Durchmessers wie demjenigen der Öffnung 4 ausgebildet, und jede davon ist als eine konisch geformte Öffnung an deren oberen Teil ausgebildet. Dann sind die Öffnungen 4 und 5 miteinander verbunden. Wenn das Substrat 3 zwischen den ersten und zweiten Metallplatten 1 und 2 eingebettet ist, fallen die Öffnungen 4 und 5 miteinander in axialer Ausrichtung zusammen, wenn sie akkurat positioniert sind.
Ferner ist der Zuführungsteil 24 auf der Antenne an seinem Platz vorgesehen, wenn ein zentral angeordnetes Strahlungselement entfernt ist. Dieser Zuführungsteil 24 steht zu der rückseitigen Oberfläche der Planarfeldantenne (der linken Seite von Fig. 21) vor.
Ein Ausnehmungsteil 45 ist auf der freiliegenden oder rückseitigen Oberfläche der ersten Metallplatte 1 um den Zuführungsteil 24 herum ausgebildet und ist in der Form entsprechend dem Flansch 33 gebildet. Dieser Ausnehmungsteil 45 ist so ausgebildet, daß er eine konkave Eindrückung bildet, die im wesentlichen der Dicke des Flansches 33 entspricht. Es sind Gewindelöcher 46 durch den Ausnehmungsteil 45 an dessen drei Ecken in Ausrichtung mit den Gewindelöchern 34 des Flansches 33 ausgebildet. Bei der verbleibenden Ecke des Ausnehmungsteils 45 ist ein konkaver Teil 46a in Ausrichtung mit dem konvexen Teil 34a des Flansches 33 ausgebildet. Ein Konversionskoppelelement 47, das mit der leitenden Folie (nicht gezeigt) verbunden ist, steht in die Innenseite des Zuführungsteils 24 hinein vor. Durch die erste Metallplatte 1 sind bei deren hinterer Oberfläche Gewindelöcher 48 in Zuordnung zu den Öffnungen 37 des Bandes ausgebildet. Ferner sind eine Vielzahl von Gewindelöchern 49 durch die erste Metallplatte 1 bei deren rückseitiger Oberfläche ausgebildet, um die ersten und zweiten Metallplatten 1 und 2 aneinander zu befestigen. Selbstverständlich sind eine Vielzahl von Gewindelöchern (nicht gezeigt) durch das Substrat 3 und die zweite Metallplatte 2 in Zuordnung zu diesen Gewindelöchern 49 ausgebildet.
Der Wellenführungskonverter wird auf der Planarfeldantenne wie folgt montiert:
Beim Plazieren des Konverter-Hauptkörpers 31 längs der rückseitigen Oberfläche der ersten Metallplatte 1 und Anordnen des Flansches 33 in den Ausnehmungsteil 45 hinein, kommen der konvexe Teil 34a und der konkave Teil 46a zum Positionieren in Eingriff miteinander. Dann werden die Gewindelöcher 34, 46 und die Öffnungen 37, 48 miteinander zur Deckung gebracht, durch die dann Schrauben (nicht gezeigt) eingeführt werden, um den Konverter an der Antenne anzubringen. Dann kommt das Konversionskoppelelement 35 in dem Eingangsteil 32 in Berührung mit dem Konversionskoppelelement 47 des Zuführungsteils 24, wodurch die Planarantenne und der Konverter elektrisch verbunden sind.
Fig. 22 und Fig. 23 zeigen eine Abdeckung 50 und eine Rückabdeckung 51, die an der Planarfeldantenne angebracht sind, die den Wellenführungskonverter 31 hat, welcher auf deren rückseitiger Oberfläche montiert ist. Fig. 22 zeigt eine Seitenansicht derselben, und Fig. 23 zeigt deren Rückansicht. Die Abdeckung 50 kann aus einem Plastikmaterial, wie ein mit Fasern verstärktes Kunstharzmaterial, mit ausgezeichneten die Wasserfestigkeit betreffende Eigenschaften hergestellt sein. Die Rückabdeckung 51 kann aus Plastikmaterial mit kleinen Abschwächungselementen, z. B. für hochfrequente elektromagnetische Wellen, hergestellt sein und außerdem ausgezeichnete die Wasserfestigkeit betreffende Eigenschaften haben. Die zweite Metallplatte 2 und die Rückabdeckung 51 bilden dazwischen einen Raum mit vorbestimmter Abmessung, um irgendeinen Reflexionsverlust zu verringern.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 18 bis Fig. 23 gezeigt ist, kann, da der Zuführungsteil der Wellenführungsstruktur auf der rückseitigen Oberfläche der Antenne montiert und mit dem Konverter der Wellenführungseingangskonfiguration an der rückseitigen Oberfläche der Antenne kombiniert ist, um so deren Dicke zu verringern, die Antenne mit Leichtigkeit angebracht werden, die Freiheit beim Anbringen der Antennen in irgendeiner gewünschten Weise kann vergrößert werden, und die mechanischen Bedingungen, wie Winddrucklast, kann verglichen mit den herkömmlichen Antennen, wie Parabolantennen oder dgl. erhöht werden.
Des weiteren kann, da die Antenne im wesentlichen nur an ihrem Planarfeldteil freiliegt, die Planarantenne vor Schneefall geschützt werden und benötigt keinen großen Raum, um montiert zu werden.
In einem Ausführungsbeispiel des Filters gemäß Fig. 15 betragen die Breiten von verschiedenen Schlitzen 0,1 mm, 0,5 mm, 1 mm, 1 mm, 0,5 mm und 0,1 mm von dem oberen Schlitz aus abwärts betrachtet. In einem Ausführungsbeispiel des Filters gemäß Fig. 16 betragen die entsprechenden Schlitzbreiten 0,5 mm, 1 mm, 1 mm und 0,5 mm.

Claims

1. Planarfeld-Antenne des Aufhängungsleitungs-Zuführungstyps, die ein Substrat (3) umfaßt, das zwischen ein Paar von leitenden Platten (1, 2) gelegt ist, wobei jede der Platten eine Vielzahl von einen Abstand voneinander aufweisenden Öffnungen (4, 5) hat, die Strahlungselemente definieren, in welchen längliche Erregungskoppelelemente (8, 9) auf dem Substrat (3) angeordnet sind, die im wesentlichen senkrecht zueinander stehen und mit einem Leiterelement (7) verbunden sind, das auf dem Substrat ruht und in einem Hohlraumteil (6) der leitenden Platten (1, 2) zum Zuführen empfangener Signale in einer vorbestimmten Phasenbeziehung zu einer Leitung angeordnet sind, die auf dem Substrat ruht, welche leitenden Platten (1, 2) mit Halteteilen (13) versehen sind, die die Öffnungen (4, 5) zum Halten des Substrats (3) umgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteteile (13) ringförmig sind und um jede der Öffnungen (1, 2) herum angeordnet sind und die Platten (1, 2) eine Aussparung aufweisen, um einen Hohlraum (14) zu schaffen, der die Halteteile umgibt.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hohlraumteile (6) zwischen einem Paar von Halteteilen (13) erstrecken, die einander in seitlicher Richtung benachbart sind.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Halteteile (13b) bei den äußeren Umfangsteilen der leitenden Platten (1, 2) vorgesehen sind.

4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Zuführungspunkt (12) der aufgehängten Leitungen durch Halteteile (13a) umgeben ist, die in den leitenden Platten (1, 2) ausgebildet sind.

5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Platten (1, 2) nicht mit einem Hohlraumteil in einem Bereich der Antenne versehen sind, durch den keine aufgehängten Leitungen verlaufen, um dadurch ein Halteteil (15a) zum Halten des Substrats (3) zu bilden (Fig. 8).

6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgehängten Leitungen (7'), welche das Leiterelement (7) der Strahlungselemente mit dem gemeinsamen Zuführungspunkt (12) verbinden, eine Breite haben, die größer als die Breite des Leiterelements (7) ist (Fig. 13).

7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Strahlungselemente, das dem Zentrum des Feldes am nächsten liegt, entfernt ist, ein Zuführungswellenleiterumsetzer (25), der auf der Rückseite der Antenne vorgesehen ist, an diesem Ort an dem gemeinsamen Zuführungspunkt angebracht ist und ein Wellenleiter mit dem gemeinsamen Speisepunkt (24) durch den Umsetzer verbunden ist (Fig. 13).

8. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Strahlungselemente, das dem zentralen Strahlungselement benachbart ist, entfernt ist, ein Zuführungswellenleiterumsetzer (25), der auf der Rückseite der Antenne vorgesehen ist, an dem gemeinsamen Zuführungspunkt an diesem Ort angebracht ist, ein Filter (27) zwischen der aufgehängten Leitung (7') und dem gemeinsamen Zuführungspunkt (24) angeordnet ist und ein Wellenleiter mit dem gemeinsamen Zuführungspunkt (24) durch den Umsetzer (25) verbunden ist (Fig. 14).

9. Antenne nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (26) vorgesehen ist, um die Leitung abzuschließen, die normalerweise mit dem entfernten Strahlungselement verbunden ist, wobei der Widerstand den Wellenwiderstand der Leitung hat.

10. Antenne nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (27) ein Bandpaßfilter ist, das die Konfiguration einer aufgehängten Leitung hat (Fig. 15 und Fig. 16).

11. Antenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (27) aus einer leitenden Folie gebildet ist, die auf dem Substrat ruht und in inselförmige Teile (27b) einer Länge zerschnitten sind, die gleich λg/2 ist.

12. Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß inselförmige Teile (27b) mit einer Neigung angeordnet sind, um ein parallelgekoppeltes Filter zu bilden.

13. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (t) des Substrats (3) 25 um beträgt, die Breite (L) des Hohlraumteils (6) 4 mm beträgt, die Höhe (d) des Hohlraumteils 1,4 mm beträgt und die Breite (W) des aufgehängten Leitungs-Leiterelements (7') 2 mm beträgt.

14. Antenne nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausnehmungsteil (45) auf der rückseitigen Oberfläche der ersten leitenden Platte (1) um den gemeinsamen Zuführungspunkt herum angeordnet ist, der dazu bestimmt ist, einen Flansch (33) des Eingangsteils (32) des Umsetzer-Hauptkörpers (31) aufzunehmen.

15. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß leitende Metall-Segmente (22, 23) innerhalb jedes Strahlungselements vorgesehen sind, welche Segmente (22, 23) mit den Erregungskoppelelementen (8, 9) ausgerichtet sind und einen Abstand von diesen aufweisen und mit den leitenden Platten (1, 2) verbunden sind.