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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Hochisolierungssantenne
und im besonderen eine Antenne, die hohe Isolierung und breite Bandbreite
für Sende-
und Empfangsvorgänge
bereitstellt, während
sie gleichzeitig eine Struktur bereitstellt, die minimale Fläche und
minimales Volumen erfordert.
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Mehr
im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung eine Sende-Empfangsantenne
mit gemeinsamem Fokus, die ein Substrat, einen Metallfilm, der an
einer ersten Oberfläche
des Substrats haftet; ein Schlitzantennenset, das innerhalb des
Metallfilms ausgebildet ist und eine Linse umfaßt, die an einer zweiten Oberfläche des
Substrats haftet, gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Eine Antenne dieses Typs ist in den IEEE Transactions
on Microwave Theory and techniques, 41 (1993) Oktober, Nr. 10, New York,
USA: „Double-Slot
Antennas on Extended Hemispherical and Elliptical Silicon Dielectric
Lenses" von Daniel
F. Filipovic et al., Seiten 1738 bis 1749, beschrieben.
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In
den IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Bd. 7, Nr. 3, März 1997: „A Planar
Parabola-Feed Frequence Multiplier" von Moonil Kim et al. ist eine Sende-Empfangsantenne
beschrieben, die in einem quasioptischen planaren Frequenzverdoppler verwendet
wird. Eine Vierfachbrücken-Diodenschaltung
wird verwendet, um Eingangs- und Ausgangsantennen zu isolieren,
wobei zwei Paare von Doppelschlitzantennen mit orthogonaler Polarisation
Eingangs- und Ausgangssignale direkt mit der Diode koppelten. Zusätzliche Übertragungsleitungs-Anpassungsschaltungen
werden verwendet, um die Schlitzantennenimpedanzen in die gewünschten
optimalen Eingangs- und Ausgangslastimpedanzen für die Dioden zu transformieren.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Bei
gewissen Funk-, Mikrowellen- oder optischen Kommunikationsanwendungen
ist es typischerweise notwendig, über ein Antennensystem zu verfügen, das
des Bereitstellens ausreichender Isolierung zwischen Sende- und
Empfangsvorgängen fähig ist.
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Vollduplexfunk
oder -mikrowelle hat sich typischerweise auf Isolierungstechniken
wie z.B. Frequenzseparation oder Antennenseparation (Separation
der optischen Sammlung) gestützt.
Frequenzseparationstechniken stützen
sich auf das Filtern oder Separieren von Signalen sich unterscheidender
Frequenzen, die über
die Antenne empfangen werden, vor der weiteren Verarbeitung der
Signale. Antennenseparationstechniken sind auf das Separieren der Sende-
und Empfangsantennenelemente gerichtet, um so jedwede Interferenz
zwischen den beiden zu vermeiden und optimalen Gewinn sowohl für das Senden
als auch das Empfangen bereitzustellen.
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Frequenzseparationstechniken
erfordern typischerweise die Verwendung von Hochleistungsfiltern.
Jedoch sind diese Filter typischerweise sperrig und teuer und liegen
angesichts des vorhandenen Kostenrahmens oft außerhalb des Machbaren. Beispielsweise
sind Wellenleiterfilter verfügbar,
die ausgezeichnete Leistungseigenschaften bereitstellen, aber sperrig
und teuer sind. Kompakte, dreidimensionale Hohlleiterwellenfilter,
die unter Verwendung von Titanerde (TiO2)
als Dielektrikum statt Luft hergestellt sind, sind ebenfalls verfügbar, jedoch
sind sie aufgrund von Kosten und Maßtoleranzen oft weniger als
ideal.
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Es
gibt eine Anzahl bekannter Antennenseparationstechniken. Die höchste Isolierung
(in der Größenordnung
von 70 dB) wird typischerweise durch physikalisches Separieren der
Sendeantenne und der Empfangsantenne erreicht, so daß eine jede separate
und verschiedene Sammeloptiken hohen Gewinns aufweist. Unglücklicherweise
wird, um gleichermaßen
hohen Gewinn sowohl im Sende- als auch im Empfangssystem zu erreichen,
ein hohes Maß an
Platz verbraucht, da sich die erforderliche Fläche und das erforderliche Volumen,
die zum Bereitzustellen separierter Antennensysteme notwendig sind,
mindestens verdoppeln.
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Ein
anderer Ansatz hat darin bestanden, eine Hauptapertur (Reflektor
oder Linse) mit zwei orthogonal polarisierten Strahlen zu speisen,
einen zum Senden und einen zum Empfangen. Eine speziellere Implementierung
dieser Technik hat darin bestanden, ein Array quadratischer oder
nahezu quadratischer Patchantennen unter rechten Winkeln zu speisen. Falls
das Array groß genug
ist, kann es als die Hauptapertur dienen; falls nicht, kann es als
Speisung für
einen größeren Reflektor
oder eine größere Linse
dienen. Ein Nachteil dieser Technik ist es, daß die intrinsische Isolierung
zwischen den vertikalen und horizontalen Speisungen für ein einzelnes
Patch typischerweise sehr gering ist (20 dB oder weniger). Die Isolierung
kann durch die Ver wendung von Patcharraytechniken gesteigert werden.
Da Patchantennen dem Wesen nach typischerweise schmalbandig sind,
neigen jedoch sowohl Sende- als auch Empfangssignalantworten dazu,
sehr schmalbandig zu sein.
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Ferner
gibt es quasioptische Speisungs-plus-Hauptapertur-Schemata zur Antennenseparation.
Beispielsweise ist es bekannt, einen Polarisator zu verwenden, um
die Strahlen zu/von der Sendeantenne und der Empfangsantenne zu
zerlegen/zu kombinieren. 1 stellt ein quasioptisches Polarisationszerlegungs-Antennenseparationsschema
dar, in dem die Sendeantenne und die Empfangsantenne orthogonale
Polarisation aufweisen. In diesem ist eine Sendehornstrahler 10,
der eine Sendesignal-Richtcharakteristik 11 aufweist, und
ein Empfangshornstrahler 20 bereitgestellt, der die Empfangssignal-Richtcharakteristik 21 aufweist.
Ein Polarisator 15 empfängt
das Sendesignal S vom Sendehornstrahler 10, zerlegt dann
das Sendesignal S und verteilt es an die Hauptaperturlinse 25.
Polarisator 15 empfängt
auch ein Empfangssignal E von der Hauptaperturlinse 25 und
verteilt es an den Empfangshornstrahler 20. Diese Anordnung
ist ziemlich sperrig, wenn auch nicht so sehr, wie es der Fall wäre, würden vollständig separate
Optiken verwendet. Der Polarisator muss typischerweise recht groß, oft fast
so groß wie
die Hauptapertur sein, um gleichförmige Ausleuchtung sicherzustellen
und die Polarisation zu bewahren.
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Eine
andere Antennenseparationstechnik benutzt einen Hauptreflektor mit
Fokuszerlegung, wobei eine Hauptapertur aus einem großen Array
polarisationsabhängiger
und positionsabhängiger
Minireflektoren besteht. Der Brennpunkt des Hauptreflektors mit
Fokuszerlegung ist für
die beiden Polarisationen unterschiedlich. Zwei kleine Speiseantennen, die
um einen Betrag räumlich
separiert sind, der beträchtlich
kleiner als der Durchmesser der Hauptapertur ist, können dann
für Sende-
und Empfangsvorgänge
verwendet werden. Da jeder Minireflektor selbst eine zweifach polarisierte
Antenne ist, die sich von ihren Nachbarn unterscheidet, kann die
Implementierung ziemlich komplex und schwierig zu bewerkstelligen
sein.
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Sowohl
die Entwicklungs- als auch die Herstellungskosten neigen dazu, recht
teuer zu sein, wo eine große
Hauptapertur verwendet wird. Außerdem ist
bei beiden der obigen quasioptischen Antennenseparationstechniken
mit zerlegter Speisung typischerweise erhebliche Mühe und ebensolcher
Aufwand erforderlich, um die winkelmäßig separierten Sende- und
Empfangsgehäuse
zu entwickeln und zu errichten.
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Somit
besteht angesichts der oben aufgeführten Schwächen des Standes der Technik
in der Industrie ein unausgesprochener Bedarf daran, sich mit den
oben erwähnten
wie auch anderen Mängeln und
Unzulänglichkeiten
zu befassen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Sende-Empfangsantenne mit gemeinsamem
Fokus nach Anspruch 1 bereit.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Antenne mit gemeinsamem Fokus
zur Verwendung in Radiofrequenz-, Mikrowellen- oder optischen Anwendungen
bereit. Kurz beschrieben, kann der Architektur nach eine bevorzugte
Ausführungsform
der Antenne mit gemeinsamem Fokus wie folgt implementiert sein.
Bereitgestellt wird ein Substrat, das eine erste Oberfläche aufweist,
auf der ein Metallfilm angebracht ist. In dem Metallfilm sind drei
Schlitzantennensets ausgebildet, und eine Linse ist an einem zweiten
Oberflächenbereich
des Substrats angebracht. Die Schlitzantennensets sind im allgemeinen derart
auf dem Metallfilm angeordnet, daß zwei der Antennensets zueinander
parallel sind, während
das dritte Antennenset zwischen den parallelen Antennensets und
senkrecht dazu positioniert ist.
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Andere
Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
sind oder werden dem Durchschnittsfachmann nach Prüfung der
nachstehenden Zeichnungen und detaillierten Beschreibung offensichtlich.
Beabsichtigt ist, daß alle
derartigen zusätzlichen
Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile innerhalb dieser Beschreibung
beinhaltet sind, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung
sind und durch die beigefügten
Ansprüche
geschützt
sind.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung ist unter Bezug auf die folgenden Zeichnungen besser zu
verstehen. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise
maßstäblich, die
Betonung wird statt dessen darauf gelegt, die Prinzipien der vorliegenden
Erfindung klar darzustellen. Darüber
hinaus bezeichnen in den Zeichnungen ähnliche Bezugszeichen über die verschiedenen
Ansichten hinweg einander entsprechende Teile.
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1 ist
eine Darstellung des Standes der Technik;
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2A ist
eine Grafik, die eine bevorzugte Anordnung der Schlitzantennenelemente
in einem Metallfilm darstellt, der an einem Substrat angebracht
ist;
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2B ist
eine Grafik, die die Schlitzantennensets der vorliegenden Erfindung
weiter darstellt;
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2C ist
eine Grafik, die die gegenseitige Durchdringung von Antennenset 300 und
Antennenset 100 darstellt;
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3 ist
eine Seitenansicht, die eine Ausführungsform der Antenne der
vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Antenne der
vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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6 ist
eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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7 ist
eine Darstellung einer Gittermusteranordnung, das in einer metallischen
Folie 411 ausgebildet ist;
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8 ist
eine Darstellung einer bevorzugten Antenne der vorliegenden Erfindung,
die innerhalb eines Metallfilms auf einem Substrat ausgebildet ist, das
Sender- und Empfängerschaltungen
enthält;
und
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9 ist
ein äquivalentes
Prinzipschaltbild eines Beispiels eines Rat-Race-Baluns, das verwendet
werden kann, um ein Sendeantennenset mit einer Senderschaltung zu
verbinden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vollduplexantenne bereit, die
hohe Isolierung und breite Bandbreite aufweist und zum Implementieren
minimale Fläche
und minimales Volumen erfordert.
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Unter
Bezug auf 2A ist dort eine Antenne 1 gezeigt,
die aus drei Schlitzantennensets 100, 200 und 300 besteht,
die in einer metallischen Filmschicht 70 ausgebildet sind.
Die metallische Filmschicht 70 ist an einem Substrat 75 angebracht
(gezeigt in 3). Substrat 75 ist
ein Substrat hoher Dielektrizitätskonstante,
das beispielsweise aus Tonerde hergestellt ist.
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In 2B ist
zu sehen, daß das
Antennenset 100 aus Schlitz 102 und Schlitz 104 besteht,
die vertikal mit den Enden zueinander ausgerichtet sind. Antennenset 200 besteht
aus Schlitz 202 und Schlitz 204, die ebenfalls
vertikal mit den Enden zueinander ausgerichtet sind. Antennenset 300 besteht
aus Tandemschlitzen 302a und 302b sowie Tandemschlitzen 304a und 304b,
die horizontal mit den Enden zueinander ausgerichtet sind. Bezug
nehmend auf 2C ist zu sehen, daß Schlitz 302b (Durchdringungsschlitz 302b)
einen planaren verschränkten
Abstimmkondensator (Interdigitated Tuning Capacitor, IDT-Kondensator) 106 von
Schlitzantennenset 100 durchdringt. In ähnlicher Weise durchdringt
Schlitz 304b (Durchdringungsschlitz 304b) den
IDT-Kondensator 206 von Schlitzantennenset 200 (2B).
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Die
Antennensets 100 und 200 sind im allgemeinen parallel
zu einer Achse y ausgerichtet, während
Antennenset 300 im allgemeinen parallel zu einer Achse
x ausgerichtet ist, die zur Achse y senkrecht ist. Man wird erkennen,
daß die
Antennen 100 und 200 auch im allgemeinen parallel
zur Achse x angeordnet sein könnten,
während
Antennenset 300 im allgemeinen parallel zur Achse y angeordnet
sein könnte.
Die Schlitzantennensets 100, 200 und 300 sind
im allgemeinen in der Form des Buchstabens „H" angeordnet. Die zwei vertikalen Schlitzarme 102 und 104 von
Antennenset 100 und die zwei Schlitzarme 202 und 204 von
Antennenset 200 bilden eine Sendeantenne, während ein
einzelnes Schlitzantennenset 300 eine Empfangsantenne bildet.
Die Antennensets 100 und 200 sowie Antennenset 300 sind
als polarisierte Schlitzantennen auf dem Substrat 75 implementiert
(3). Insbesondere sind sie als Sende- und Empfangsschlitzantennen
implementiert, die orthogonale Polarisation aufweisen, wobei die
Antennensets 100 und 200 über die Schlitzarme 302 bzw. 304 von
Schlitzantennenset 300 gegenseitig durchdrungen sind (gegenseitig
durchdringende, orthogonal polarisierte Schlitzantennen).
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Jedes
Schlitzantennenset 100, 200 und 300 wird
durch eine koplanare Wellenleiter-Übertragungsleitung
(Coplanar Waveguide, CPW-Übertragungsleitung) 108, 208 bzw. 308 gespeist.
Im Falle des Sendeantennenset-Paares 100 und 200 gehen diese
CPW-Leitungen 108 und 208 als Leitungen gleicher
Länge von
einem CPW-„Rat-Race" 502 (8)
oder äquivalent
von irgendeinem Breitband-CPW-Balun aus. Das Paar Sendeantennensets 100 und 200 und
Empfangsantennenset 300 sind orthogonal polarisiert und
strahlen quer durch das Substrat hindurch in einer Richtung im allgemeinen
senkrecht zum Substrat 75 ab.
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In 2B weist
jedes der Schlitzantennensets 100, 200 und 300 einen
IDT-Kondensator 106, 206 bzw. 306 auf.
Die Verwendung der IDT-Kondensatoren ermöglicht Verkürzen der Länge der einzelnen Schlitzantennenarme 102, 104, 202, 204 und 302 und 304 bei
einem nur kleinen Verlust an Bandbreite. Diese Kondensatoren liegen
in Reihe mit den Schlitzantennenarmen 102 und 104, 202 und 204 und 302 und 304.
Zu beachten ist, daß die
Tandemschlitze 302a und 302b Schlitzantennenarm 302 ausmachen,
wohingegen die Tandemschlitze 304a und 304b Schlitzantennenarm 304 ausmachen.
Ein typischer Wert für
IDT-Kondensatoren 106, 206 und 306 ist
beispielsweise 30 fF bei einer Mittenfrequenz von 60 GHz. Durch
derartiges Anordnen des Empfangsantennensets 300, daß die Schlitzarme 302b und 304b die
IDT-Kondensatoren 106 und 206 durchdringen,
wird die durch die Antenne 1 belegte Fläche reduziert.
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Die
Endinduktivität
der Durchdringungsschlitze 302b und 304b wird
durch die schmale „Masse"-Metallregion 40 von
Metallfilm 70 erhöht (2B),
die sich zwischen den Durchdringungsschlitzen 302b oder 304b und
den IDT-Kondensatoren 106 oder 206 befindet. Bei
niedrigen Frequenzen, typischerweise Frequenzen kleiner als die
Resonanzfrequenz des Schlitzantennensets, weist beispielsweise Schlitzantennenset 300 aus 2B eine höhere Reaktanz
als ein Schlitzantennenset mit gleichmäßig breitem Massemetall und
derselben Gesamtlänge
auf, wie z.B. bei den Antennenarmen 306 und 307 von
Schlitzantennenset 300, gezeigt in 5, und weist
somit eine niedrigere Resonanzfrequenz auf.
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Bei
einer gegebenen Betriebsfrequenz ist die Länge von Tandemschlitzen 302a/302b und 304a/304b kürzer, als
es bei einem Antennenset ohne Durchdringung des IDT-Kondensators
durch benachbarte Schlitzsets nötig
wäre. Beispielsweise könnten in
der vorliegenden Erfindung die Tandemschlitze 302a/302b und 304a/304b in
der Länge
bis zu 50% kürzer
als eine funktionell äquivalente
Antenne ohne Durchdringungsschlitz sein. Die Kombination aus Sub strat 75 (3)
hoher Dielektrizitätskonstante,
der „H"-Konfiguration, IDT-Kondensatorabstimmung
und gegenseitiger Durchdringung der Durchdringungsschlitzarme 302 und 304 in
jeweilige IDT-Kondensatoren 106 und 206 ermöglicht,
daß die Antenne
der vorliegenden Erfindung mit sehr kleinen Platz- und Volumenanforderungen
implementiert wird.
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Unter
Bezug auf 3 und 4 ist eine Ausführungsform
der Antenne der vorliegenden Erfindung gezeigt. Substrat 75 ist
mit Metallfilmschicht 70 gezeigt, die entlang einer Oberfläche des
Substrats 75 angebracht ist. Eine ellipsenförmig Linse 111 ist
an der Oberfläche
des Substrats 75 auf der der metallischen Filmschicht 70 abgewandten
Seite angebracht. Linse 111 ist entlang einer senkrechten Achse
Z (4) zentriert, wie dies auch die Antenne 1 ist.
Ferner ist Linse 111 vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt,
der dieselbe oder nahezu dieselbe Dielektrizitätskonstante wie das Substrat 75 aufweist.
Eine vakuumgeformte oder thermogeformte Antireflexionshülle (AR-Hülle) 112 ist über der
ellipsoidischen Linse 111 angebracht. Hülle 112 ist vorzugsweise
aus einem Kunststoff mittlerer Dielektrizitätskonstante hergestellt, wie
beispielsweise aus Polystyren oder Glykol-modifiziertem Polyethylenterephthalat
(PETG).
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Eine
andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 5 gezeigt.
In dieser Ausführungsform
sind die IDT-Kondensatoren 106, 206 und 306 entfallen.
Die Schlitze 306 und 307 sind über die gesamte Länge des
Schlitzes von gleichmäßiger Breite
und durchdringen keinen IDT-Kondensator 106 gegenseitig.
In dieser Ausführungsform
ohne die Vorzüge,
die durch die IDT-Kondensatoren 106, 206 und 306 bereitgestellt
sind, hinsichtlich des Ermöglichens
einer Verringerung der Gesamtlänge
des Antennensets 300 sind die Schlitze 306 und 307 typischerweise
in der Länge
bis zu 100% größer als
ein Antennenset, in das die IDT-Kondensatoren 106, 206 und 306 integriert
sind, wie in 2A gezeigt.
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6 stellt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, in der Antenne 1 mit einer
großen
Apertur mit gemeinsamem Fokus 25 ausgerichtet ist, die
sowohl den Sende- als auch den Empfangsantennensets von Antenne 1 gemein
ist. Öffnung 25 besteht
aus einer Hyperboloidlinse 406. Linse 406 ist
beispielsweise vorzugsweise aus verlustarmem Kunststoff niedriger
Dielektrizitätskonstante
hergestellt, wie z.B. TEFLON® oder Polyethylen hoher
Dichte. Linse 406 ist auf einer gemusterten metallischen
Folie 411 angebracht, die an einer Oberflächenscheibe 401 angebracht
ist. Die metallische Folie 411 ist vorzugsweise eine Folie aus
KAPTON®-Polyimidfilm.
Die Folie 411 ist beispielsweise näherungsweise 25 μm dick, obgleich
abhängig
von der einzelnen Anwendung verschiedene andere Dicken benutzt werden
können.
Ein Muster wie beispielsweise eine sechseckige Anordnung kreisförmiger Elemente,
eine quadratische Anordnung quadratischer Elemente oder ein quadratisches
Drahtgitter ist auf der metallischen Folie 411 definiert.
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7 stellt
eine Folie 411 mit quadratischem Drahtgittermuster dar.
Oberflächescheibe 401 ist
vorzugsweise aus demselben Werkstoff wie Linse 406 hergestellt.
Die Verwendung einer metallischen Folie in Verbindung mit einer
dielektrischen Linse ist im Artikel von E. M. T. Jones und S. B.
Cohn mit dem Titel „Surface
Matching of Dielectric Lenses," Journal
of Applied Physics, Bd. 26, Nr. 4, S. 452–457 dargelegt, dessen Veröffentlichung
hiermit durch Erwähnung einbezogen
ist.
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Um
die zwei vertikalen Schlitzantennensets 100 und 200 anzusteuern,
kann ein Balun verwendet werden. Ein Balun ist ein passives Netz,
das gleiche und entgegengesetzte Radiofrequenzspannung (RF-Spannung)
(gleichen RF-Strom) liefert. Ein Beispiel eines Baluns, das verwendet
werden kann, ist in 8 gezeigt. Wie darin abgebildet,
ist ein vollständiges
CPW-Layout einer zweifach polarisierten „H"-Antenne mit „Rat-Race"-Netz 502 dargestellt. Hier
stellt „Rat-Race"-Balunschaltung 502
Radiofrequenzsignale gleicher und entgegengesetzter Amplitude und
Phase von Sender 500 über
CPW 108 bzw. 208 jedem der Schlitzantennensets 100 und 200 bereit.
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Ein
CPW-Speisenetz, das Rat-Race-Balunschaltung 502 aufweist,
die in verbundener Weise zwischen Sendeantennensets 100 und 200 und
Senderschaltung 500 angeordnet ist; und CPW 308,
der in verbundener Weise zwischen Empfängerschaltung 501 und
Empfangsantennenset 300 angeordnet ist, ist in 8 gezeigt.
Da Substrat 75 vorzugsweise aus Tonerde hergestellt ist,
ist es Substrat 75 möglich,
integrierte Empfänger
und Senderschaltungen (aktive Chips) zu integrieren, die beispielsweise
aus GaAs, Si oder InP hergestellt sind. Somit können Antennensets 100, 200 und 300 leicht
mit einem typischen Mikrowellensubstrat integriert werden, das integrierte
Schaltungen aufweist. 8 stellt die Antenne der vorliegenden
Erfindung dar, die in einem Metallfilm 70 ausgebildet ist,
der an einem Substrat 75 angebracht ist. Substrat 75 beinhaltet
eine integrierte Schaltung, die den Sender 500 und den
Empfänger 501 bildet.
Es ist zu sehen, daß Antennenset 100 und
Antennenset 200 mit Sender 500 über eine „Rat-Race"-Balun-Anordnung
verbunden sind. Ferner ist Empfänger 501 mit
Antennenset 300 verbunden. Es versteht sich, daß die Antennensets 100, 200 und 300 sowie „Rat-Race"-Balun 502 und CPW 308 in
der metallischen Schicht 70 ausgebildet sind, während alle
integrierten Schaltungen in Bezug auf Sender 500 und Empfänger 501 in
Substrat 75 (nicht gezeigt) ausgebildet sind. Ferner ist
anzumerken, daß die
ellipsenförmige
Linse 111 (6) derart ausgerichtet ist,
daß ihre
Grundfläche 111a mittig
entlang einer gemeinsamen Achse Z ausgerichtet ist, um so die Schlitzantennensets 100, 200 und 300 innerhalb der
Grenzen ihrer Grundfläche
einzubeschreiben.
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Eine
elektrisch äquivalente
Prinzipschaltung des in 8 gezeigten „Rat-Race"-Baluns ist in 9 dargestellt.
ANSCHLUSS 1 ist der Eingang des Baluns von Sender 500.
ANSCHLUSS 2 ist ein Dummy- oder Leeranschluß. ANSCHLUSS 3 und ANSCHLUSS 4 sind
Ausgangsanschlüsse
zu den Sendeantennensets 200 bzw. 100. ANSCHLUSS 3 und
ANSCHLUSS 4 nutzen die Leistung gleich (50/50) und gegenphasig
zueinander (180 Grad phasenverschoben). ANSCHLUSS 2 verbleibt
offen beschaltet, wodurch ein Balun breiterer Bandbreite bereitgestellt
ist. Alternativ kann ANSCHLUSS 2 mit einer angepaßten Last
abgeschlossen sein, beispielsweise 50 Ohm. Eine erste Übertragungsleitung 901, die
eine Impedanz von beispielsweise 71 Ohm aufweist, separiert ANSCHLUSS 1 und
ANSCHLUSS 3 um 270°.
ANSCHLUSS 3 ist von ANSCHLUSS 2 durch Übertragungsleitung 902 separiert
und ist gegenüber
ANSCHLUSS 2 90° phasenverschoben. ANSCHLUSS 2 ist
von ANSCHLUSS 4 durch Übertragungsleitung 903 separiert
und ist gegenüber
ANSCHLUSS 4 90° phasenverschoben.
ANSCHLUSS 4 ist von ANSCHLUSS 1 durch Übertragungsleitung 904 separiert
und ist gegenüber
ANSCHLUSS 1 90° phasenverschoben.
Die Übertragungsleitungen 901, 902, 903 und 904 weisen
beispielsweise Impedanzen von 71 Ohm auf.
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Da
die Mikrowellen/Millimeterwellenspektrum-Baugruppen oft ein Substrat
aus Tonerde (oder äquivalentem
Werkstoff) benutzen, das einen oder mehrere GaAs-, Si- oder InP-Chips
mit integrierten Schaltungen aufweist, ist es möglich, zu vermeiden, verlustbehaftete
und/oder teure Übergänge zu Mikrostrip
oder Wellenleiter verwenden zu müssen,
um auf die Antennen zuzugreifen, indem das Antennenset auf dasselbe
Tonerdesubstrat 75 gesetzt wird, das die aktiven Chips
trägt.
Der Sender, der Empfänger und
die Antennen können
alle auf demselben Substrat 75 gehalten sein, womit eine
kompakte und wirtschaftliche Antenne mit gemeinsamem Fokus bereitgestellt
ist. Da die Abstrahlung eines RF-Signals in der vorliegenden Erfindung
durch das Substrat 75 hindurch erfolgt, können Chips
mit integrierten Schaltungen, die verwendet werden könnten, um
Sender- und Empfängerschaltungen 500 und 501 zu
implementieren, leicht gegenüber
der Umgebung versiegelt werden.
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Die
vorliegende Erfindung erzeugt viel höhere Isolierung (40–50 dB),
als sie mit einem zweifach polarisierten Patchantennenarray erreichbar
ist. Die H-Schlitzantenne der vorliegenden Erfindung stellt größere Bandbreite
als ein typisches Patchantennensystem bereit. Dies ist insbesondere
so, wenn die H-Schlitzantenne der vorliegenden Erfindung in Verbindung
mit einem Rat-Race-Balun mit offen beschaltetem Leeranschluß verwendet
wird, wie in 8 gezeigt.