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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Array-Antenne zum Empfangen von Signalen im
Mikrowellenbereich.
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Figur 5 ist eine Darstellung einer Array-Antenne zum
Empfang von Radiowellen nach dem Stand der Technik,
bei der das Bezugszeichen 1 einen unteren Erdleiter,
2 eine Zuführungsschaltungsplatte, 3 einen oberen
Erdleiter, 4 Trägerplatten, 5 rauscharme Verstärker,
6 Spannungsversorgungleitungen für die rauscharmen
Verstärker, 7 eine Anzahl von Abstrahlelementen, 8
einen Speiseschaltkreis, 9 Metallstifte und 10 eine
Anzahl von Abstrahlfenstern bezeichnen.
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Im Betrieb der Array-Antenne nach dem Stand der
Technik werden von den Strahlungselementen 7 in der
Speisekreispiatte empfangene Radiowellen durch den
Speisekreis 2 zusammengesetzt, das zusammengesetzte Si
gnal wird durch die rauscharmen Verstärker 5
verstärkt und dann an den Empfänger geliefert. In dem
Speisekreis 2 erzeugt ein Verlust an elektrischer
Energie ein Rauschen oder Störungen, wodurch die
Qualität eines elektrischen Signals verschlechtert wird.
Wenn ein Pegel der Verschlechterung einen zulässigen
Bereich verläßt, ist es notwendig, die Antenne in
Unterfelder bzw. Unter-Arrays aufzuteilen und die
rauscharmen Verstärker 5 in jedes Unter-Array
einzufügen. Dadurch kann der Einfluß eines in dem
Speisekreis erzeugten Verlustes von den rauscharmen
Verstärkern 5 zu den Ausgangsanschlüssen der Antenne
umgekehrt proportional zu dem Verstärkungsfaktor der
rauscharmen Verstärker 5 reduziert, indem eine
Vielzahl von rauscharmen Verstärkern 5 in den Speisekreis
2 eingefügt wird. Um die rauscharmen Verstärker in
den Speisekreis 2 einzufügen, ist es notwendig, die
rauscharmen Verstärker 5 auf die Rückseite des
unteren Erdleiters 1 zu befestigen und die rauscharmen
Verstärker 5 unter Verwendung von Metallstiften 9
oder dergleichen mit dem Speisekreis 2 zu verbinden.
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Die Array-Antenne für den Empfang von Radiowellen
nach dem Stand der Technik mit dem oben beschriebenen
Aufbau hat die folgenden Nachteile. Die Anordnung zum
Verbinden der rauscharmen Verstärker mit dem
Speisekreis ist kompliziert, wodurch Kosten erhöht werden.
Da darüber hinaus die rauscharmen Verstärker auf der
Rückseite des unteren Erdleiters angeordnet werden,
wird die Dicke der Antennenvorrichtung vergrößert.
Wenn die Array-Antenne für eine Außenverwendung
vorbereitet werden muß, wird zusätzlich eine Abdeckung
für den Schutz der rauscharmen Verstärker benötigt,
wodurch der Aufbau noch komplizierter wird und die
Kosten ansteigen.
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EP 0 555 324 A2 offenbart einen monolitischen
Mikrowellenkreis mit Array-Elementen, ein Speisenetzwerk
und rauscharme Verstärker, die auf einem einzigen
Substrat eines Halbleitermaterials integriert sind.
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JP 1-114106 A beschreibt einen Aufbau, bei dem ein
einem Speiseanschluß entsprechender Bereich auf dem
Erdleiter zu der Speisekreisplatte herausragt und ein
Verstärker ist auf dem oberen Teil des Bereichs
befestigt.
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In der JP 1-114104 A und JP 1-114105 A wird ein
rauscharmer Verstärker in dem Raum zwischen dem
Erdleiter und der Speisekreisplatte vorgesehen, so daß
er jeweils senkrecht oder parallel zu dem Erdleiter
und der Speisekreisplatte ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Array-Antenne für den Empfang von Radiowellen
vorzusehen, durch die eine Erhöhung der Kosten in bezug auf
die Befestigung der rauscharmen Verstärker
unterdrückt wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann die Verbindung
der rauscharmen Verstärker zu dem Speisekreis einfach
sein, da die rauscharmen Verstärker in derselben
Ebene wie der Speisekreis angeordnet sind. Die
rauscharmen Verstärker werden im allgemeinen auf Mikrostrip-
Leitungen gebildet. Eine Einfügung der
Wandlervorrichtung umfaßt ein rechteckförmiges Koaxialglied
zwischen der Dreiplattenleitung und einer Mikrostrip-
Leitung in dem Speisekreis, stellt eine wirksame
Umwandlung
sicher und sieht einen einfachen und
effizienten Aufbau vor.
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Wenn die Array-Antenne der vorliegenden Erfindung
außen benutzt werden soll, wird der obere Erdleiter
durch ein Radom abgedeckt. Somit können die
rauscharmen Verstärker ohne die Notwendigkeit einer
zusätzlichen Schutzvorrichtung montiert werden, indem die
Spannungsversorgungsleitungen für die Verstärker auf
dem oberen Erdleiter angeordnet werden. Die
Spannungsversorgungsleitungen für den oberen Erdleiter
und die rauscharmen Verstärker werden durch Ätzen
oder dergleichen auf beiden Flächen eines
doppelseitig verkleideten Metallblechsubstrat gebildet,
wodurch die Anzahl der Elemente verringert werden kann,
so daß die Herstellungskosten verringert werden.
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In den zeichnungen sind:
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Fig. 1a eine perspektivische teilweise
entfernte Ansicht eines
Ausführungsbeispiels der Array-Antenne zum Empfang
von Radiowellen nach der vorliegenden
Erfindung,
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Fig. 1b eine Längsquerschnittsansicht in einem
vergrößerten Maßstab der Array-Antenne
nach Fig. 1a,
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Fig. 2a eine Längsteilansicht im Querschnitt
in einem vergrößerten Maßstab nach
einem anderen Ausführungsbeispiel der
Array-Antenne zum Empfang von
Radiowellen nach der vorliegenden
Erfindung,
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Fig. 2b eine vergrößerte vertikale
Querschnittsansicht der Array-Antenne nach
Fig. 2a,
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Fig. 3a eine perspektivische Ansicht,
teilweise entfernt, eines anderen
Ausführungsbeispiels der Array-Antenne zum
Empfang von Radiowellen nach der
vorliegenden Erfindung,
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Fig. 3b eine Längsteilansicht im Querschnitt
in einem vergrößerten Maßstab der
Array-Antenne nach Fig. 3a,
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Fig. 4a eine perspektivische Ansicht eines
anderen Ausführungsbeispiels der
Array-Antenne zum Empfang von
Radiowellen nach der vorliegenden Erfindung,
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Fig. 4b eine Längsteilansicht im Querschnitt
in einem vergrößerten Maßstab der
Array-Antenne nach Fig. 4a,
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Fig. 5a eine perspektivische Ansicht einer
Array-Antenne zum Empfang von
Radiowellen nach dem Stand der Technik, und
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Fig. 5b eine Querschnittsansicht in Längsrich
tung in einem vergrößerten Maßstab der
Array-Antenne nach Fig. 5a.
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Die folgenden bevorzugten Ausführungsbeispiele der
Array-Antenne zum Empfang von Radiowellen nach der
vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf
die zeichnungen beschrieben.
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In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1 einen
unteren Erdleiter oder eine untere geerdete leitende
Platte, 2 eine Speisekreisplatte mit einer
Isolierschicht, auf der ein Speisekreis ausgebildet ist, 3
einen oberen Erdleiter oder eine obere geerdete
leitende Platte aus einem Metallmaterial, 4 eine erste
und zweite Trägerplatte aus einem geschäumten
Harzmaterial, 5 rauscharme Verstärker, 7 eine Anzahl von
auf der Isolierschicht gebildeten Strahlungselemen
ten, wobei die Schicht auf der ersten Trägerplatte 4
aufgelegt ist, 8 einen Speisekreis, 10 eine Anzahl
von Strahlungsfenstern, die in dem oberen Erdleiter 3
ausgebildet sind. Die Speisekreisplatte 2 ist
zwischen der ersten und zweiten Trägerplatte 4 angeord
net, der obere Erdleiter 3 überdeckt die andere
Fläche der ersten Trägerplatte 4 und der untere
Erdleiter 1 überdeckt die andere Fläche der zweiten
Trägerplatte 4.
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In Fig. 1 sind die rauscharmen Verstärker 5 auf
derselben Ebene wie die Speisekreisplatte 2 befestigt.
Im Vergleich mit der Technik nach dem Stand der
Technik, bei dem die rauscharmen Verstärker auf der
Rückseite des unteren Erdleiters 1 befestigt sind
(Fig. 5), ist es unnötig, Mittel zum Verbinden der
rauscharmen Verstärker 5 mit dem Speisekreis 8 auf
dem unteren Erdleiter 1 vorzusehen. Weiterhin ist es
unnötig, eine Abdeckung für den Schutz der
rauscharmen Verstärker 5 vorzusehen. Um die rauscharmen
Verstärker auf derselben Ebene wie die Speisekreisplatte
2 zu montieren, ist es notwendig Raum zu schaffen,
indem ein Teil der Strahlungselemente 7 geopfert
werden. Wenn jedoch die Anzahl der Strahlungselemente
ausreichend groß ist, ist die Verschlechterung der
Eigenschaften der Antenne aufgrund der Verringerung
der Anzahl von Strahlungselementen vernachlässigbar.
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Darauf Bezug nehmend wird eine detailliertere Be
schreibung gegeben. Der Verstärkungsfaktor G bzw.
Gewinn einer Array-Antenne wird durch die folgende
Gleichung ausgedrückt:
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G = Ge + 10 log N + η (dB) ... (1),
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wobei Ge der Verstärkungsfaktor der Elemente, N die
Anzahl der Elemente, η der Öffnungswirkungsgrad (< 0)
und L der Stromzuführungsverlust (> 0) ist. Somit wird
eine Änderung des Verstärkungsfaktors ΔG, die durch
Verringerung eines Teils der Strahlungselemente
bewirkt wird, durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
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ΔG = 10 log (N&sub1;/N&sub2;) ... (2),
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wobei N&sub1; die Anzahl der Elemente nach der Reduzierung
durch einige Elemente und N&sub2; die Anzahl der Elemente
vor der Reduzierung der Anzahl der Elemente ist.
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Wenn die Toleranz von ΔG festgesetzt ist auf -0,2 dB
oder weniger, dann ist N&sub1;/N&sub2; = 0,955. Das heißt, wenn
eine Antenne mit N&sub2; = 100 vorhanden ist, ist es
möglich, die Strahlungselemente um 4 zu verringern.
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Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der
Array-Antenne nach der vorliegenden Erfindung. In Fig.
2 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1
die gleichen Elemente und daher wird eine
Beschreibung dieser Elemente weggelassen. In Fig. 2
bezeichnen die Bezugszeichen 11 einen rechteckigen inneren
Leiter des Koaxialtyps, 12 einen rechteckigen äußeren
Leiter des Koaxialtyps, 13 eine Mikrostrip-Leitung
für einen rauscharmen Verstärker und 14 einen
Erdleiter für die Mikrostrip-Leitung 13.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 bilden die
rechteckigen inneren und äußeren Koaxialleiter 11, 12
eine Umwandlungsvorrichtung. Die Einfügung der
Umwandlungsvorrichtung zwischen die Mikrostrip-Leitung
und einer Triplate-Leitung unterdrückt die
Verschlechterung des Wirkungsgrades für die übertragung
von elektrornagnetischen Wellen. Die Verschlechterung
des Übertragungswirkungsgrades wird dadurch bewirkt,
daß die Mikrostrip-Leitung einen ungleichgewichtigen
Übertragungsweg und die Triplate-Leitung einen
gleichgewichtigen Übertragungsweg bilden und wenn
daher beide Leitungen direkt verbunden sind, werden
unausgeglichene ungewünschte elektromagnetische
Wellen in dem Verbindungsbereich erzeugt, um die
Kontinuietät des elektrischen Feldes aufrechtzuerhalten,
wodurch der übertragungswirkungsgrad verschlechtert
wird. Die rechteckige Koaxial-Umwandlungsvorrichtung
bildet einen Gleichgewichtsübertragungsweg. Wenn die
Umwandlungsvorrichtung zwischen die
Mikrostrip-Leitung und die Triplate-Leitung eingefügt wird, dann
sind am Verbindungsbereich erzeugte Wellen vom
Wellenleitermodus, da der Verbindungsbereich insgesamt
durch metallisches Material umgeben ist.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die einen
rechteckigen inneren und äußeren Koaxialleiter
umfassende Umwandlungsvorrichtung in einen
Umwandlungsabschnitt eingefügt, bei dem die Mikrostrip-Leitung 13
für einen rauscharmen Verstärker und die Triplate
Leitung in dem Speisekreis 8 vorgesehen sind, wobei
die Abmessung der längeren Innenseite des äußeren
Leiters so festgelegt ist, daß ein Wellenleitermodus
an einer erreichbaren Frequenz abgeschnitten werden
kann. Die Grenzfrequenz des Wellenleitermodus wird
durch die Formel f c/(2a) gegeben, bei der f die
Grenzfrequenz, c die Lichtgeschwindigkeit und a die
Abmessung der längeren inneren Seite des äußeren
Leiters ist. In der obigen Formel kann die
Verschlechterung des Übertragungswirkungsgrades gesteuert werden,
indem der Wert von f höher gesetzt wird als eine
verwendete Frequenz. Somit kann das Auftreten einer
nutzlosen Mode mit einem einfachen Aufbau unterdrückt
werden und die Umwandlung kann wirksam durchgeführt
werden.
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Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des
Antennen-Arrays nach der vorliegenden Erfindung. In
Fig. 3 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in
Fig. 1 die gleichen Teile mit der Ausnahme, daß die
Array-Antenne dieses Ausführungsbeispiels ein Radom
aufweist. Das Radom 15 ist im allgemeinen an einer
Array-Antenne für den Außengebrauch befestigt. Somit
ist es durch Anordnen der
Spannungsversorgungsleitungen 6 für die rauscharmen Verstärker zwischen dem
oberen Erdleiter 3 und dem Radom 15 unnötig,
zusätzliche Schutzmaßnahmen für die
Spannungsversorgungsleitungen 6 vorzusehen.
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Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der
Array-Antenne nach der vorliegenden Erfindung. In Fig.
4 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1
die gleichen oder entsprechenden Elemente mit der
Ausnahme, daß das Bezugszeichen 9 Metallstifte und
das Bezugszeichen 16 ein doppelseitiges verkleidetes
Metallblechsubstrat bezeichnen.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 werden der
obere Erdleiter 3 und die
Spannungsversorgungsleitungen 6 durch Ätzen oder dergleichen auf beiden
Oberflächen eines einzigen doppelseitig verkleideten
Metallblechsubstrats gebildet, wodurch die Anzahl der
Strukturelemente weiter verringert werden kann.
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Somit werden in übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung rauscharme Verstärker auf derselben Ebene
wie ein Speisekreis befestigt oder
Spannungsversorgungsleitungen werden auf dem oberen Erdleiter
angeordnet, wodurch der Aufbau einer Array-Antenne
vereinfacht werden kann und die Herstellungskosten
verringert werden können.