DE3922165C2

DE3922165C2 - Planar broadband antenna arrangement

Info

Publication number: DE3922165C2
Application number: DE19893922165
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dr Gaertner
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: MICAS ELEKTRONIK GMBH U. CO. KG, 09376 OELSNITZ, D
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2009-07-07
Also published as: DE3922165A1

Description

Die Erfindung betrifft eine planare Breitbandantennenanordnung gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a planar broadband antenna arrangement according to the preamble of claim 1.

Eine solche Antennenanordnung ist bereits aus der DE 27 19 205 A1 bekannt.Such an antenna arrangement is already from DE 27 19 205 A1 known.

Antennenanordnungen der genannten Art werden beispielsweise als Radarhöhenmesser, Abstandsradar, Nahabstandssensor, Annäherungszünder für Munition usw. eingesetzt.Antenna arrangements of the type mentioned are, for example as radar altimeter, distance radar, close-range sensor, Proximity fuses are used for ammunition etc.

Aufgrund ihrer Einsatzfähigkeit im Mikrowellenbereich werden sie insbesondere in Flugkörpern und Geschossen verwendet. Because of their usability in the microwave range they become especially in missiles and projectiles used.

Aus dem Buch von Thomas Milligen: "Modern Antenna Design" (McGraw-Hill Book Company, New York, 1985), Seite 96 bis 99 ist eine planare schmalbandige Schlitzantenne bekannt, die ein erstes Substrat aufweist, aus dessen Grundmetallisierung auf der Substratoberseite ein schmaler Schlitz herausgearbeitet ist, und ein weiteres Substrat, auf dessen Substratoberseite eine Mikrostreifenleitung ausgebildet ist. Diese Mikrostreifenleitung auf der Substratoberseite des zweiten Substrates verläuft parallel zu den Schmalseiten des Schlitzes auf der Substratoberseite des ersten Substrates und weist zu einer dieser Seiten einen geringeren Abstand auf als zu der anderen. An dem freien Ende der Mikrostreifenleitung ist mittels eines Hohlniets ein Kurzschluß ausgebildet.From the book by Thomas Milligen: "Modern Antenna Design" (McGraw-Hill Book Company, New York, 1985) pages 96-99 is one planar narrow-band slot antenna known that a first Has substrate from the base metallization a narrow slit is worked out from the top of the substrate and another substrate, on the top of the substrate a microstrip line is formed. These Microstrip line on the substrate top of the second Substrate runs parallel to the narrow sides of the Slot on the top of the substrate of the first substrate and is closer to one of these sides on than to the other. At the free end of the microstrip line is a short circuit by means of a hollow rivet educated.

Die Substratunterseite des ersten Substrates und die Substratoberseite des zweiten Substrates sind fest miteinander verbunden. Die feste Verbindung beider Substrate erfolgt beispielsweise durch Schrauben, die den schmalen Schlitz rechteckförmig umranden und so innerhalb der beiden Substrate einen Resonanzhohlraum (auch Cavity genannt) bilden. Die Resonanzfrequenz des Resonanzhohlraumes stimmt bei dieser Anordnung mit der Schlitzresonanz überein.The substrate underside of the first substrate and the substrate top of the second substrate are fixed together connected. The two substrates are firmly connected for example by screws that narrow the Frame the slot in a rectangular shape and so within the two Substrates a resonance cavity (also called cavity) form. The resonance frequency of the resonance cavity is correct Arrangement matches the slot resonance.

Breiten sich auf der Mikrostreifenleitung elektromagnetische Wellen aus, so regen diese den Schlitz auf dem ersten Substrat an, so daß dieser seinerseits elektromagnetische Wellen an den ihn umgebenden Raum abstrahlt. Die Erregung des Schlitzes erfolgt stets so, daß die elektrische Feldstärke quer über den Schlitz verteilt ist. Electromagnetic spread on the microstrip line Waves emanate from the slot on the first one Substrate so that this in turn electromagnetic Emits waves to the surrounding space. The excitement the slot always takes place so that the electric field strength is distributed across the slot.

Um aus der bekannten Antenne einen kompletten aktiven Antennensensor zu realisieren, benötigt man zusätzlich zur Antenne noch einen Sender, ein Empfangsteil und eventuell ein Auswerteteil, welches zusätzlichen Platz beansprucht. Aufgrund der Verbindungsleitungen zwischen dem aktiven Antennensensor und einem Oszillator (Sender), der Auswerteeinheit usw. erhöht sich die Störanfälligkeit dieses aktiven Antennensensors im Endgerät und zusätzliche Abgleiche werden erforderlich.To make a complete active antenna sensor from the known antenna to realize, you need in addition to Antenna still a transmitter, a receiver and possibly an evaluation part that takes up additional space. Because of the connection lines between the active antenna sensor and an oscillator (transmitter), the evaluation unit etc. increases the susceptibility of this active Antenna sensor in the end device and additional adjustments will be required.

Durch die Schmalbandigkeit der bekannten Antennenanordnung wird der aus ihr zusammengebaute Radarsensor schmalbandig werden, wodurch sich sein Einsatzbereich begrenzt.Due to the narrowband nature of the known antenna arrangement the radar sensor assembled from it becomes narrow-band which limits its area of application.

Im Gegensatz hierzu ist die Antennenanordnung der eingangs genannten DE 27 19 205 A1 breitbandig ausgelegt. Die Antennenanordnung weist zwei direkt und deckungsgleich aufeinanderliegende Substrate auf. Die Oberseite des ersten und die Unterseite des zweiten Substrats sind metallisiert, wobei in die Metallisierung der Oberseite des ersten Substrats ein Schlitz eingebracht ist. Die Substrate sind so angeordnet, daß die Unterseite des ersten Substrats auf der Oberseite des zweiten Substrats aufliegt. Die umlaufenden Kanten der beiden Substrate sind ebenfalls metallisiert. Auf der Oberseite des zweiten Substrats ist ein Resonanzhohlraum ausgebildet, der durch die Metallisierungen der Oberseite des ersten Substrats, der Unterseite des zweiten Substrats und der Substratkanten sowie durch mehrere Kurzschlußverbindungen begrenzt ist. Die Kurzschlußverbindungen sind in Form von metallischen Pfosten ausgebildet und reichen durch die beiden Substrate hindurch. Sie verbinden die Metallisierung auf der Oberseite des ersten Substrats mit der auf der Unterseite des zweiten Substrats und sind in regelmäßigen Abständen in einer Reihe angeordnet, die in einem bestimmten Abstand parallel zum Schlitz verläuft und die zusammen mit der Substratkantenmetallisierung die seitliche Begrenzung des Resonanzhohlraums bildet. In den Resonanzhohlraum ist eine Streifenleitung eingeführt, die quer zum Schlitz verläuft und mit ihrem freien Ende direkt unter dem Schlitz endet und die als Speiseleitung für die Antennenanordnung dient. Die Speiseleitung ist an ihrem freien Ende mit einer weiteren Streifenleitung verbunden, die innerhalb des Resonanzhohlraumes mäanderförmig verläuft und die die Resonanz des Resonanzhohlraumes gegenüber der Resonanz des Schlitzes frequenzmäßig verstimmt. Ferner ist in dem Resonanzhohlraum ein mechanisch von außen verstellbares Trimmglied angeordnet, mit dem die durch die mäanderförmig verlaufende Streifenleitung hervorgerufene Grobverstimmung der Hohlraumresonanz zusätzlich fein verstimmt werden kann. Dabei legt der Grad der Verstimmung der Resonanz des Resonanzhohlraumes gegenüber der Resonanz des Schlitzes die Bandbreite der Antennenanordnung fest. In dieser Druckschrift wird eine Anordnung beschrieben, bei der zwei solcher Antennenanordnungen nebeneinander auf ein und demselben Substratpaar angeordnet sind, die über eine gemeinsame Koaxialleitung gespeist werden, an die die Speiseleitungs-Streifenleitungen der beiden Antennenanordnungen angeschlossen sind. Diese Doppel-Antennenanordnung ist Teil eines aus mehreren solcher Doppel- Antennenanordnungen aufgebauten linearen Antennenarrays eines IFF-Radargerätes, das auf einem Landfahrzeug montiert ist und zur Luftraumüberwachung verwendet wird. In contrast to this, the antenna arrangement is the one at the beginning DE 27 19 205 A1 designed broadband. The antenna arrangement has two direct and congruent one on top of the other Substrates. The top of the first and the bottom of the second substrate are metallized, being in the metallization of the top of the a slot is introduced into the first substrate. The substrates are arranged so that the underside of the first substrate rests on the top of the second substrate. The peripheral edges of the two substrates are also metallized. Is on top of the second substrate a resonance cavity formed by the metallizations the top of the first substrate, the bottom of the second substrate and the substrate edges as well is limited by several short-circuit connections. The Short circuit connections are in the form of metallic posts trained and reach through the two substrates through it. They connect the metallization on the top of the first substrate with that on the underside of the second substrate and are in at regular intervals arranged in a row at a certain distance runs parallel to the slot and which together with the Substrate edge metallization the lateral limitation of the Forms resonance cavity. In the resonance cavity is one Stripline introduced, which runs across the slot and ends with its free end directly under the slot and which serves as a feed line for the antenna arrangement. The feed line is at its free end with another Stripline connected within the resonant cavity meandering and the resonance of the resonance cavity versus the resonance of the slot frequency detuned. Furthermore, is in the resonance cavity a trim element that can be adjusted mechanically from the outside arranged with which the meandering Stripline caused gross detuning of the Cavity resonance can also be fine-tuned. The degree of detuning sets the resonance of the Resonance cavity versus the resonance of the slot the bandwidth of the antenna arrangement fixed. In this Document describes an arrangement in which two such antenna arrangements side by side on one and the same pair of substrates are arranged over a common coaxial line to which the Feeder strip lines of the two antenna arrangements are connected. This double antenna arrangement is part of one of several such double Linear antenna arrays constructed of antenna arrangements an IFF radar mounted on a land vehicle and is used for airspace surveillance.

Die Verwendung einer solchen planaren Breitbandantennenanordnung in hochbeschleunigten System ist allerdings häufig mit Problemen verbunden, da es wegen des mechanisch einzustellenden Trimmgliedes bei auftretenden hohen Beschleunigungen bzw. starken Vibrationen zu mechanischen und damit verbundenen elektrischen Instabilitäten der Antennenanordnung kommen kann, die die Zuverlässigkeit solcher Antennenanordnungen in hochbeschleunigten Sytemen fraglich werden lassen.The use of such a planar broadband antenna arrangement is in highly accelerated system, however often associated with problems because of the mechanical trim element to be set when high accelerations occur or strong vibrations to mechanical and related electrical instabilities of the Antenna arrangement can come up, the reliability such antenna arrangements in highly accelerated systems to be questionable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Breitbandantennenanordnung derart weiterzubilden, daß ein möglichst einfacher und kompakter Aufbau erzielt wird, der auch für den Einsatz in hochbeschleunigten Systemen geeignet ist.The invention has for its object a generic Broadband antenna arrangement to develop such that the simplest and most compact structure possible, which is also suitable for use in highly accelerated systems suitable is.

Die erfindungsgemäße Lösung der Erfindungsaufgabe ist im Patentanspruch 1 beschrieben. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt.The solution of the invention task is in Claim 1 described. In the subclaims are advantageous training and further developments of the invention are listed.

Nach der Erfindung konstruierte Breitbandantennenanordnungen weisen jeweils einen länglichen Schlitz auf, der aus der Grundmetallisierung eines ersten Substrates z. B. durch Ätzverfahren herausgearbeitet ist. Dieser Schlitz ist breit, weist eine Schlitzresonanz ζ auf und befindet sich auf der Oberseite eines ersten Substrats. Auf der Unterseite des gleichen Substrates ist aus der Grund metallisierung ein Resonanzhohlraum herausge arbeitet. In diesem in etwa rechteckförmigen Resonanzhohlraum be findet sich eine erste Mikrostreifenleitungsstruktur, mit der eine zweite Mikrostreifenleitungsstruktur verbunden ist. Diese zweite Mikrostreifenleitungsstruktur, die wei ter unten beschrieben wird, ist wie die erste Mikrostreifenleitungsstruktur auf der Unterseite des ersten Substrats jedoch außerhalb des Resonanzhohlraumes, ausgebildet.Broadband antenna assemblies constructed according to the invention each have an elongated slot, the from the basic metallization of a first substrate z. B. is worked out by etching processes. That slit is wide, has a slot resonance ζ and is located itself on top of a first substrate. On the bottom of the same substrate is on the ground metallization a resonance cavity out is working. Be in this approximately rectangular resonance cavity there is a first microstrip line structure, with which connected a second microstrip line structure is. This second microstrip line structure, the white ter described below is like the first Microstrip line structure on the underside of the first substrate however outside the resonance cavity, educated.

Der Resonanzhohlraum weist eine Resonanzhohlraumresonanz δ auf, die durch die erste Mikrostreifenleitungsstruktur beeinflußt wird. Diese Hohlraumresonanz δ stimmt nicht mit der Schlitzresonanz ζ überein. Mithin ist der Resonanzhohlraum gegen über dem Schlitz frequenzmäßig verstimmt, was eine Erhö hung der Bandweite bezüglich der Anpassung zur Folge hat. Die Unterseite eines zweiten Substrates ist ganzmetallbeschichtet, wobei an jenen Stellen die für Zuführungsleitungen vorgesehen sind, Freischnitte (me tallfreie Stellen) ausgebildet sind. Auf der Oberseite des zweiten Substrates ist keine Grundmetallisierung vorgesehen. Die Kontaktflächen zwischen beiden Substraten sind durch Klebeverfahren bzw. durch Verschraubung und/oder Vernie tung beider Substrate so miteinander verbunden, daß die Unterseite des ersten Substrats eng auf der Oberseite des zweiten Substrats anliegt.The resonant cavity has a resonant cavity resonance δ, which by the first microstrip line structure is affected. This cavity resonance δ does not match that Slot resonance ζ. The resonance cavity is therefore against frequency detuned above the slot, which an increase bandwidth of the adjustment. The underside of a second substrate is all metal coated, with those for Feed lines are provided, free cuts (me tall vacancies) are formed. On the The top of the second substrate is none Basic metallization provided. The Contact areas between the two substrates are through Gluing process or by screwing and / or Vernie device of both substrates connected so that the Bottom of the first substrate closely on top of the second substrate is present.

Die Vorteile dieser Anordnung gegenüber herkömmlichen Lö sungen liegen in der Breitbandigkeit, der Frequenzstabili tät, der hohen Systemempfindlichkeit, der außerordentlich hohen Beschleunigungsfestigkeit aufgrund der planaren Bau weise und in dem niedrigen Kostenfaktors der durch die leichte Herstellbarkeit der Breitbandantennen anordnung erreicht wird. Zusätzlich ergibt sich durch die planare Struktur und durch die Integration der Bauele mente eine Reduzierung der gesamten Sensormasse, sowie die Reduzierung der im Flugkörper mitzuführenden Versor gungsaggregate. Des weiteren erhöht sich die Störunan fälligkeit beispielsweise gegenüber Vibrationen und Temperatureinflüssen, da keine mechanisch bewegten Bau teile vorhanden sind.The advantages of this arrangement over conventional Lö solutions are broadband, frequency stabilization high system sensitivity, the extraordinary high acceleration resistance due to the planar construction wise and in the low cost factor of the easy manufacture of broadband antennas arrangement is achieved. Additionally results from the planar structure and by integrating the components ment a reduction of the total sensor mass, as well the reduction of the supply to be carried in the missile supply units. Furthermore, the Störunan increases due to vibrations and Influences of temperature as there is no mechanically moving construction parts are present.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 4. Show it:

Fig. 1 die dimetrische Explosionszeichnung der Vorder seite einer erfindungsgemäßen planaren Breitbandantennenanordnung in Abstrahlungsrich tung 1; Fig. 1, the dimetric exploded view of the front side of a planar wide band antenna assembly according to the invention in radiation Rich device 1;

Fig. 2 die dimetrische Explosionszeichnung der Rück seite der Antennanordnung nach Fig. 1; Fig. 2 is the exploded exploded view of the rear side of the antenna assembly of Fig. 1;

Fig. 3 den Ausschnitt des oberen Teiles der Unterseite des Substrats der Antennanordnung gemäß Fig. 1 in Frontal perspektive; Fig. 3 shows the detail of the upper part of the underside of the substrate the Antennanordnung FIG. 1 in frontal perspective;

Fig. 4 die Frontalperspektive der Unterseite des ersten Substrats der Antennenanordnung gemäß Fig. 1 mit dem strichliert eingezeichneten Schlitz auf der Oberseite des ersten Substrats. FIG. 4 shows the front perspective of the underside of the first substrate of the antenna arrangement according to FIG. 1 with the slotted line on the top of the first substrate.

Die planare Breitbandantennenanordnung nach Fig. 1 und 2 besteht aus einem ersten Substrat 22 mit einer Oberseite 31, aus deren Grundmetallisierung ein länglicher, breiter Schlitz 36 z. B. durch Ätzung herausgearbeitet ist, und aus einem zweiten Substrat 21 mit einer metallfreien Oberseite 41.The planar broadband antenna arrangement according to FIGS. 1 and 2 consists of a first substrate 22 with an upper side 31 , from the base metallization of which an elongated, wide slot 36 z. B. is worked out by etching, and from a second substrate 21 with a metal-free top 41 .

Des weiteren besteht die Antennenanordnung aus der Unterseite 32 des ersten Substrates 22, auf dem u. a. der aktive Teil der Antennenanordnung ausgebildet ist, und aus der Unterseite 42 auf dem zweiten Sub strat 21, die metallbeschichtet ist.Furthermore, the antenna arrangement consists of the underside 32 of the first substrate 22 , on which, inter alia, the active part of the antenna arrangement is formed, and from the underside 42 on the second substrate 21 , which is metal-coated.

Fig. 3 zeigt ausschnittsweise den oberen Teil der Unterseite 32 des ersten Substrats. Fig. 3 shows detail of the upper part of the bottom 32 of the first substrate.

Aus der Grundmetallisierung des ersten Substrates 22 auf dessen Unterseite 32 ist ein in etwa rechteck förmiger Resonanzhohlraum 35 herausgearbeitet. Dieser Resonanzhohlraum 35 liegt in etwa in der Mitte der Substratunterseite 32. Auf der zugehörigen ersten Substratoberseite 31 ist der be reits genannte längliche und breite Schlitz 36 in etwa mittig zu jenem Resonanzhohlraum 35 angeordnet. Der Resonanzhohlraum 35 wird von durchkontaktierten Löchern 34 eingegrenzt, in denen z. B. Nieten zur gegenseitigen Fixierung beider Sub strate 21 und 22 angebracht sind. Diese Löcher 34 liegen vorteilhafterweise nahe beieinander und sind miteinander metallisch verbunden. Hierdurch bildet sich ein elektrischer Käfig (Käfigwirkung) aus. Die Hohlraumreso nanz δ entsteht durch die Anordnung der durchkontaktierten Löcher 34 - in denen sich beispielsweise die genannten Nie ten und/oder Schrauben befinden - bei entsprechender Anre gung durch einen weiter unten beschriebenen Oszillator 5. Eine Verstimmung der Hohlraumresonanz δ erfolgt durch eine erste Mikrostreifenleitung 323. Diese erste Mikrostrei fenleitung 323 ist parallel zu einer der beiden breiteren Seiten des Resonanzhohlraumes 35 angeordnet. Sie ragt maximal in die Mitte des Resonanzhohlraumes 35 hinein. Ihre optimale Lage ist jedoch außerhalb der Mitte des Hohlraumes zu finden. An ihren Enden weist die erste Mikrostreifenleitung 323 vor zugsweise zwei kompensierte Knicke auf.An approximately rectangular resonance cavity 35 is machined from the base metallization of the first substrate 22 on its underside 32 . This resonance cavity 35 lies approximately in the middle of the substrate underside 32 . On the associated first substrate top 31 , the elongated and wide slot 36 already mentioned is arranged approximately centrally to that resonance cavity 35 . The resonance cavity 35 is delimited by plated-through holes 34 in which, for. B. rivets for mutual fixation of both sub strates 21 and 22 are attached. These holes 34 are advantageously close together and are metallically connected to one another. This creates an electrical cage (cage effect). The cavity resonance δ arises from the arrangement of the plated-through holes 34 - in which, for example, the above-mentioned rivets and / or screws are located - with appropriate excitation by an oscillator 5 described below. The cavity resonance δ is detuned by a first microstrip line 323 . This first microstrip line 323 is arranged parallel to one of the two wider sides of the resonance cavity 35 . It protrudes maximally into the center of the resonance cavity 35 . However, their optimal location can be found outside the center of the cavity. At its ends, the first microstrip line 323 preferably has two compensated kinks.

Der erste kompensierte Knick ist metallisch mit einer weite ren Mikrostreifenleitung 324 verbunden. Diese verläuft parallel zu einer der schmaleren Hohlraumseiten 35 des Hohlraumes 35 und ist in etwa orthogonal zur ersten Mikrostreifenleitung 323 ausgebildet. Der andere kompen sierte Knick ist metallisch mit einem direkten Zweig 61 ver bunden.The first compensated kink is metallically connected to a further microstrip line 324 . This runs parallel to one of the narrower cavity sides 35 of the cavity 35 and is approximately orthogonal to the first microstrip line 323 . The other compensated kink is metallically connected to a direct branch 61 .

Dieser direkte Zweig 61 verläuft parallel zu einer der beiden schmaleren Seiten des Resonanzhohlraumes 35. Er ist in etwa orthogonal zur ersten Mikrostreifenleitung 323 ausgebildet und ist ebenso, wie die weitere Mikrostreifen leitung 324 und ein Koppelarm 62 aus dem Hohlraum 35 her ausgeführt.This direct branch 61 runs parallel to one of the two narrower sides of the resonance cavity 35 . It is approximately orthogonal to the first microstrip line 323 and, like the other microstrip line 324 and a coupling arm 62, is made from the cavity 35 .

Der direkte Zweig 61 sowie ein Koppelarm 62 sind Bestand teil einer Koppeleinrichtung 6, deren vollständiger Aufbau in Fig. 4 erkennbar ist und der weiter unten näher betrachtet wird.The direct branch 61 and a coupling arm 62 are part of a coupling device 6 , the complete structure of which can be seen in FIG. 4 and which is considered in more detail below.

Die weitere Mikrostreifenleitung 324, der direkte Zweig 61, sowie der Koppelarm 62, verlaufen zueinander parallel. In dem Resonanzhohlraum 35 ist weiterhin eine zweite Mikrostreifenleitung 322 ausgebildet. Sie ist in etwa parallel zu einer der schmaleren Seiten des Resonanzhohlraumes 35 angeordnet. Diese zweite Mikrostreifenleitung 322 geht in den Koppelarm 62 des Kopplers 6 über und ist so lang, daß der an ihrem Ende auftretende Leerlauf in der Mitte des Resonanzhohlraumes 35 sich als Kurzschluß transformiert. Der Abstand zwischen der zweiten Mikrostreifenleitung 322 und einer der schmaleren Seiten des Schlitzes 36 auf der Oberseite 31 des ersten Substrats 22 entspricht in etwa einem Impedanzwert von 50 Ohm. Es sind jedoch auch andere Impedanzwerte ohne Funktionseinschränkungen bezüglich der Antennanordnung, bei Anpas sung der zweiten Mikrostreifenstruktur (HF-Teil), reali sierbar. Da die erste Mikrostreifenleitung 323 in etwa mittig, bezogen auf die breitere Seite des Resonanzhohlraumes 35, angeordnet ist, wählt man als schmalere Seite des Schlit zes 36 vorzugsweise jene Seite, bei der der Abstand zwi schen dieser schmaleren Seite und der zweiten Mikrostreifenleitung 322 minimal ist.The further microstrip line 324 , the direct branch 61 and the coupling arm 62 run parallel to one another. A second microstrip line 322 is also formed in the resonance cavity 35 . It is arranged approximately parallel to one of the narrower sides of the resonance cavity 35 . This second microstrip line 322 merges into the coupling arm 62 of the coupler 6 and is so long that the idling occurring at its end in the center of the resonance cavity 35 is transformed as a short circuit. The distance between the second microstrip line 322 and one of the narrower sides of the slot 36 on the upper side 31 of the first substrate 22 corresponds approximately to an impedance value of 50 ohms. However, other impedance values can also be implemented without functional restrictions with regard to the antenna arrangement when the second microstrip structure (HF part) is adapted. Since the first microstrip line 323 is arranged approximately in the center, relative to the wider side of the resonance cavity 35 , the narrow side of the slot 36 is preferably the side at which the distance between this narrower side and the second microstrip line 322 is minimal .

Um die gesamte implementierte Schaltung leicht überprüfen zu können, ist im Resonanzhohlraum 35 vorzugsweise zu Testzwecken eine dritte Mikrostreifenleitung 320 ausgebildet. Diese ist über eine Steganordnung 321 mit der zweiten Mi krostreifenleitung 322 verbunden.In order to be able to easily check the entire implemented circuit, a third microstrip line 320 is formed in the resonance cavity 35, preferably for test purposes. This is connected via a web arrangement 321 to the second microstrip line 322 .

Die Steganordnung 321 sowie die dritte Mikrostreifenlei tung 320 laufen parallel zur schmaleren Seite des Resonanzhohlraumes 35 und sind vorteilhafterweise axial zur zweiten Mikrostreifenleitung 322 ausgerichtet.The web arrangement 321 and the third microstrip line 320 run parallel to the narrower side of the resonance cavity 35 and are advantageously aligned axially to the second microstrip line 322 .

Die dritte Mikrostreifenleitung 320 teilt die Grundmetal lisierung in zwei Grundmetallisierungshälften 310 und 311 auf. Diese liegen nahe beieinander und berüh ren weder sich noch die dritte Mikrostreifenleitung 320. Die Steganordnung 321 besteht aus zwei zueinander parallel liegenden Rechtecken. Diese sind gegeneinander axial ausgerichtet. Da die Steganord nung 321 ausschließlich zur Verbindung der zweiten Mikrostreifenleitung 322 mit der dritten Mikrostreifenlei tung dient, kann wahlweise unter Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften des Resonanzhohlraumes 35 eine belie bige andersartige Steganordnung implementiert werden. Kann man davon ausgehen, daß keine Überprüfung der Antenne notwendig ist, so ist es nicht notwendig, die dritte Mi krostreifenleitung 320 sowie die Steganordnung 321 auszu bilden und die Grundmetallisierung braucht demgemäß auch nicht in zwei Grundmetallisierungshälften 310 und 311 auf gespalten zu werden.The third microstrip line 320 divides the basic metallization into two basic metallization halves 310 and 311 . These are close together and do not touch either the third microstrip line 320 . The web arrangement 321 consists of two rectangles lying parallel to one another. These are aligned axially against each other. Since the web arrangement 321 serves exclusively to connect the second microstrip line 322 to the third microstrip line, any other type of web arrangement can optionally be implemented, taking into account the electrical properties of the resonance cavity 35 . It can be assumed that no check of the antenna is necessary, so it is not necessary to form the third microstrip line 320 and the web arrangement 321 , and the base metallization accordingly does not need to be split into two base metallization halves 310 and 311 .

Die Form des in Fig. 3 dargestellten Überganges zwischen der zweiten Mikrostreifenleitung 322 und dem Koppelarm 62 des Kopplers 6 ergibt sich aufgrund der Anordnung der zweiten Mikrostreifenleitungsstruktur 322 im Resonanzhohlraum 35. Je nach Abstand zwischen dieser zweiten Mi krostreifenleitungsstruktur 322 und der schmaleren Seite des Schlitzes 36 ändert sich die Länge und Form des Über ganges zwischen der zweiten Mikrostreifenleitung 322 und dem Koppelarm 62.The shape of the transition shown in FIG. 3 between the second microstrip line 322 and the coupling arm 62 of the coupler 6 results from the arrangement of the second microstrip line structure 322 in the resonance cavity 35 . Depending on the distance between this second microstrip line structure 322 and the narrower side of the slot 36 , the length and shape of the transition between the second microstrip line 322 and the coupling arm 62 change .

Die im Resonanzhohlraum 35 ausgebildeten Mikrostreifenleitungen bilden die erste Mikrostreifenleitungsstruktur.The microstrip lines formed in the resonance cavity 35 form the first microstrip line structure.

Wie bereits im Lösungsgedanken genannt, kann das erste Substrat 22 mit dem zweiten Substrat 21 auf verschiedene Art und Weise miteinander verbunden werden. Aus elektrischen Gründen sind an jenen Stellen die Löcher 34 - die in den Figuren als kreisrunde Punkte dargestellt sind - als Durchgangslöcher ausgebildet. An genau denselben Stellen im ersten Substrat 22 sind Durchgangslöcher auf dem zweiten Substrat 21 angebracht. Durch Fixierung mittels beispielsweise Schrauben oder an deren Verbindungsmaterialien in den Durchgangslöchern, sind anschließend beide Substrate 21 und 22 fest miteinan der verbindbar. Zur Erhöhung der Käfigwirkung sind die Lö cher durchkontaktiert. Mittels weiterer Durchgangslöcher und z. B. Nieten können weitere Verbindungen hergestellt werden. Der Abstand der Löcher 34 ist möglichst gering gehalten.As already mentioned in the solution concept, the first substrate 22 can be connected to the second substrate 21 in various ways. For electrical reasons, the holes 34 - which are shown in the figures as circular points - are designed as through holes at those locations. Through holes are made on the second substrate 21 at exactly the same locations in the first substrate 22 . By fixing by means of, for example, screws or their connecting materials in the through holes, both substrates 21 and 22 can then be firmly connected to one another. The holes are plated through to increase the cage effect. By means of further through holes and z. B. rivets further connections can be made. The distance between the holes 34 is kept as small as possible.

In Fig. 4 erkennt man, daß der Schlitz 36 in etwa in der Mitte des ersten Substrates 31 ausgebildet ist. Er ist in etwa mittig zu dem Resonanzhohlraum 35 auf der Unterseite 32 des ersten Substrats 22 angeordnet.In FIG. 4, it is seen that the slot 36 is formed approximately in the center of the first substrate 31. It is arranged approximately centrally to the resonance cavity 35 on the underside 32 of the first substrate 22 .

Die oben beschriebene erste Mikrostreifenleitungsstruktur ist mit einer zweiten Mikrostreifenleitungsstruktur nichtmetallisch bzw. metallisch verbunden. Eine nichtmetalli sche Verbindung besteht zwischen der weiteren Mikrostrei fenleitungsstruktur 324 und einem Oszillator 5 der zweiten Mikrostreifenleitungsstruktur. In diesem Fall ist die Ver bindung kapazitiver Art. Ansonsten sind alle übrigen Verbindungen metallischer Art. Die zweite Mikrostreifenleitungsstruktur besteht aus dem rauscharmen Oszillator 5, der frequenzstabil ist, der breitbandigen Koppeleinrichtung 6 und einem breitbandigen Mischer 7. An einem Ausgang 582 des Mischers 7 ist eine nicht gezeigte Auswerteeinheit ange schlossen. Diese kann an jeder beliebigen frei verfügbaren Stelle außerhalb des Resonanzhohlraumes 35 auf dem ersten Substrat 22 ausgebildet sein.The first microstrip line structure described above is connected to a second microstrip line structure in a non-metallic or metallic manner. A non-metallic connection exists between the further microstrip line structure 324 and an oscillator 5 of the second microstrip line structure. In this case, the connection is of a capacitive type. Otherwise, all other connections are metallic. The second microstrip line structure consists of the low-noise oscillator 5 , which is frequency-stable, the broadband coupling device 6 and a broadband mixer 7 . At an output 582 of the mixer 7 , an evaluation unit, not shown, is connected. This can be formed at any freely available location outside the resonance cavity 35 on the first substrate 22 .

Die einzelnen genannten Baugruppen 5 bis 7 sind vorteil hafterweise wie folgt miteinander verbunden. Einerseits ist die Koppeleinrichtung 6 mit der ersten Mikrostreifenleitungsstruktur (die auch als Antennenteil bezeichenbar ist) und dem Mi scher 7 verbunden. Andererseits ist er über die erste Mikrostreifenleitungsstruktur an den Oszillator 5 an geschlossen. Zusätzlich ist der Mischer 7 mit der nichtgezeigten Auswerteeinheit verbunden.The individual modules 5 to 7 mentioned are advantageously connected to one another as follows. On the one hand, the coupling device 6 is connected to the first microstrip line structure (which can also be referred to as an antenna part) and to the mixer 7 . On the other hand, it is connected to the oscillator 5 via the first microstrip line structure. In addition, the mixer 7 is connected to the evaluation unit, not shown.

Die Verbindung der einzelnen Baugruppen erfolgt in übli cher Art und Weise. Die Kopplung des Oszillators 5 an die erste Mikrostreifenleitungsstruktur erfolgt lose (Kop peldämpfung in etwa 10 dB) über einen nicht gezeigten Kon densator.The connection of the individual assemblies takes place in the usual way. The coupling of the oscillator 5 to the first microstrip line structure is done loosely (coupling attenuation in about 10 dB) via a capacitor (not shown).

Bei der Koppeleinrichtung 6 handelt es sich vorzugsweise um einen Richtkoppler, wobei mit einem Ende des direkten Zweiges 61 die ersten Mikrostreifenleitung 323 metallisch verbunden ist. Diese liegt orthogonal zu dem direkten Zweig 61. An dem anderen Ende des direkten Zweiges 61 ist ein Abschluß beispielsweise mittels eines Absorbers realisiert. Mit dem einen Ende des Koppelarmes 62 ist die zweite Mi krostreifenleitung 322 metallisch verbunden. An dem anderen Ende dieses Koppelarmes 62 ist der Mischer 7 metallisch angeschlossen.The coupling device 6 is preferably a directional coupler, the first microstrip line 323 being metallically connected to one end of the direct branch 61 . This is orthogonal to the direct branch 61 . At the other end of the direct branch 61 , a termination is implemented, for example, by means of an absorber. With one end of the coupling arm 62 , the second micro strip line 322 is metallically connected. At the other end of this coupling arm 62 , the mixer 7 is connected metallically.

Die Längenausdehnung der einzelnen Mikrostreifenleitung ist wie folgt: Die erste Mikrostreifenleitung 323 ist in etwa λ/4 lang, die zweite Mikrostreifenleitung 322 ist in etwa λ/4 lang. Die breite Seite des Schlitzes 36 ist in etwa größer λ/2 lang, die schmale Seite des Schlitzes 36 ist in etwa größer oder gleich λ/10 lang. Die breite Seite des Resonanzhohlraumes 35 ist in etwa λ/(2) und die schmale Seite des Resonanzhohlraumes 35 in etwa λ lang. Hierbei ist λ die mitt lere Oszillatorwellenlänge des Oszillators 5 und ε_r die mittlere relative Dielektrizitätskonstante. Sie ist wertemäßig klein, d. h. sie liegt in etwa zwischen 2 und 3.The length of the individual microstrip line is as follows: the first microstrip line 323 is approximately λ / 4 long, the second microstrip line 322 is approximately λ / 4 long. The wide side of the slot 36 is approximately greater than λ / 2 long, the narrow side of the slot 36 is approximately greater than or equal to λ / 10 long. The wide side of the resonance cavity 35 is approximately λ / (2) and the narrow side of the resonance cavity 35 is approximately λ long. Here, λ is the mean oscillator wavelength of oscillator 5 and ε _{r is} the mean relative dielectric constant. In terms of value, it is small, that is, it is approximately between 2 and 3.

Der Oszillator 5 erzeugt eine stabile Oszillatorfrequenz. Mittels der Koppeleinrichtung 6 wird die Oszillatorleistung in den Resonanzhohlraum 35 teilweise ausgekoppelt. Der wesentliche nicht ausgekoppelte Teil der Oszillatorleistung liegt an dem Eingang des Mischers 7 an.The oscillator 5 generates a stable oscillator frequency. The oscillator power is partially decoupled into the resonance cavity 35 by means of the coupling device 6 . The essential part of the oscillator power that is not coupled out is present at the input of the mixer 7 .

Der ausgekoppelte Teil der Oszillatorleistung regt den Resonanzhohlraum 35 an, der gegenüber dem Schlitz 36 verstimmt ist. Der angeregte Resonanzhohlraum 35 seinerseits regt den Schlitz 36 an (Stripline-Slot-Übergang), der die sich auf ihm ausbreitenden Wellen an den ihn umgebenden Raum ab strahlt.The decoupled part of the oscillator power excites the resonance cavity 35 , which is detuned with respect to the slot 36 . The excited resonance cavity 35 in turn excites the slot 36 (stripline-slot transition), which radiates the waves propagating on it to the space surrounding it.

Mittels des Resonanzhohlraumes erfolgt über den Schlitz 36 eine Wellenemission in Abstrahlungsrichtung 1 (vgl. Fig. 1 und 2), wobei der Resonanzhohlraum 35 durch die erste Mikrostreifen struktur verstimmt ist, so daß die Schlitzresonanz ζ und die Resonanzhohlraumresonanz δ gegeneinander verschoben sind. Von einem Zielobjekt reflektierte Wellen werden über den Schlitz 36 und den Resonanzhohlraum 35 sowie der ersten Mikrostreifenleitungsstruktur dem Eingang des Mischers 7 zugeführt, an dessen Ausgang 582 ein Mischprodukt abgreif bar ist. In der nicht gezeigten Auswerteeinheit wird dieses Mischprodukt anschließend ausgewertet.By means of the resonance cavity, a wave emission takes place in the radiation direction 1 via the slot 36 (see FIGS . 1 and 2), the resonance cavity 35 being detuned by the first microstrip structure, so that the slot resonance ζ and the resonance cavity resonance δ are shifted relative to one another. Waves reflected from a target object are fed via the slot 36 and the resonance cavity 35 and the first microstrip line structure to the input of the mixer 7 , at the output 582 of which a mixed product can be tapped. This mixed product is then evaluated in the evaluation unit (not shown).

Aufgrund der vorliegenden Anordnung ist eine ausgesprochen hohe Systemempfindlichkeit erzielbar, die in etwa zwischen 130 dB ±20 dB liegt. Ein Abgleich des Oszillators 5, der sehr frequenzstabil ist, ist nicht notwendig. Aufgrund der Verstimmung zwischen dem Schlitz 36 und dem Resonanzhohlraum 35 ist das Gesamtsystem ausgesprochen breitbandig und durch die planare hochintegrierte Bauweise der Antennenanordnung liegt sowohl eine geringe Störanfälligkeit als auch eine hohe Beschleunigungsfestigkeit vor. Die Lei stungsaufnahme ist ausgesprochen gering.Due to the present arrangement, an extremely high system sensitivity can be achieved, which is approximately between 130 dB ± 20 dB. An adjustment of the oscillator 5 , which is very frequency stable, is not necessary. Due to the detuning between the slot 36 and the resonance cavity 35 , the overall system is extremely broadband and due to the planar, highly integrated design of the antenna arrangement there is both a low susceptibility to interference and a high acceleration resistance. The power consumption is extremely low.

Die Herstellungskosten sind durch die planare Bauweise und die Auslegung der gesamten Geometrie auf ausgesprochen preiswerte aktive Bauelemente um den Faktor 3 bis 10 unter dem vergleichbarer Sensoren anzusiedeln.The manufacturing costs are due to the planar design and the interpretation of the entire geometry on pronounced inexpensive active components by a factor of 3 to 10 comparable sensors.

Daher bietet sich der Einsatz dieser Antennenanordnung für Geräte an, die hohen Beschleunigungen unterlie gen, deren Herstellungskosten gering sein müssen und deren Systemempfindlichkeit über den üblicher Geräte zu liegen haben.The use of this antenna arrangement therefore offers itself for devices that are subject to high accelerations conditions whose manufacturing costs must be low and whose System sensitivity to be above the usual devices to have.

Claims

1. Planar broadband antenna arrangement, with a first substrate ( 22 ) with a metallized top ( 31 ) having a rectangular slot ( 36 ), and with a second substrate ( 21 ) with a metallized bottom ( 42 ), in which substrate arrangement the first The substrate ( 22 ) rests with its underside ( 32 ) on the upper side ( 41 ) of the second substrate ( 21 ) and on the underside ( 32 ) of the first substrate ( 22 ) there is a resonance cavity ( 35 ) with one arranged transversely to the slot ( 36 ) Strip line ( 322, 62 ) is formed, which strip line ( 322, 62 ) serves as a feed line for the antenna arrangement, which resonance cavity ( 35 ) is laterally delimited by a metallization ( 310, 311 ) on the underside ( 32 ) of the first substrate ( 22 ) and the edge of which is predetermined by the metallization of the top side ( 31 ) of the first substrate ( 22 ) and the metallization of the bottom side ( 42 ) of the second substrate ( 21 ), with which i the metallizations bounding the resonance cavity ( 35 ) are connected to one another by short-circuit connections passing through both substrates ( 21, 22 ), in which resonance cavity ( 35 ) a further strip line is arranged, which for detuning the resonance of the resonance cavity ( 35 ) with respect to the resonance of the slot ( 36 ) serves, characterized in that

- The further stripline is formed by a first microstrip line ( 323 ) and a direct branch ( 61 ) running parallel to the feed line ( 322, 62 ),
- That the direct branch ( 61 ) together with the parallel part ( 62 ) of the feed line ( 322, 62 ) forms a coupling device ( 6, 61, 62 ),
- That the first microstrip line ( 323 ) runs parallel to the slot ( 36 ) and is adjacent to that edge of the resonance cavity ( 35 ) at which the feed line ( 322, 62 ) enters the resonance cavity ( 35 ).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the free end ( 324 ) of the first microstrip line ( 323 ) is angled towards the adjacent edge.

3. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first microstrip line ( 323 ) at the corners of its angled areas is compensated for by bevels.

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a measuring line in the form of a third microstrip line ( 320 ) projects into the resonance cavity ( 35 ) at the free end of the feed line ( 322, 62 ).

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the free ends of the feed line ( 322, 62 ) on the one hand and the third microstrip line ( 320 ) on the other hand are coupled to one another in the resonance cavity ( 35 ) via a web arrangement ( 321 ).

6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling device ( 6, 61, 62 ) is designed as a directional coupler.