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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein planares Antennenmodul für
ein Millimeterwellenradarsystem zur Verwendung an Kraftfahrzeugen.
Insbesondere betrifft sie ein planares Antennenmodul, das in der Lage ist,
eine Mehrzahl von planaren Antennenmodulen und eine Mehrzahl von
Zirkulatoren in einem begrenzten Montage- oder Packungsraum zu integrieren,
und das für ein Kraftfahrzeug-Millimeterwellen-Radarsystem für einen weiten
Abtastwinkelbereich und eine hohe Peilungsauflösung geeignet ist.
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Die vorliegenden Erfinder haben ein "Radarmodul und eine
Antennenvorrichtung" für ein FM-Millimeterwellenradarsystem zur
Verwendung an Kraftfahrzeugen vorgeschlagen, wie in der mitanhängigen US
Patentanmeldung Nr. 08/611,665 und der europäischen Patentanmeldung Nr.
96104536.6 beschrieben.
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Das Kraftfahrzeug-Millimeterwellen-Radarsystem enthält eine abgesetzte
defokussierte Parabolantenne, zusammengesetzt aus einem primären Strahler
einer isolierten Mehrfachstrahlantenne, die Planarfeld-Antennenelemente
enthält, und einen sekundären Strahler, der eine parabolische
Reflektoroberfläche aufweist. Elektromagnetische Wellen in einem
Millimeterwellenlängenbereich, die von den Planarfeld-Antennenelementen
von Sende- und Empfangskanälen abgestrahlt werden, werden durch den
sekundären Reflektor mit jeweils unterschiedlichen Winkeln oder Peilungen in
horizontaler Richtung zur Vorderseite eines Fahrzeugs abgestrahlt. Einige der
elektromagnetischen Wellen werden durch Objekte reflektiert, laufen entlang
dem Rückweg der Strahlung zurück und werden von den Planarfeld-
Antennenelementen zur nachfolgenden Signalverarbeitung empfangen,
wodurch die Abstände zu den Objekten, die die reflektierten Wellen in den
jeweiligen Sende- und Empfangskanälen (Peilungen) erzeugt haben, berechnet
werden, um eine zweidimensionale Karte von Hindernissen in der
Vorwärtsrichtung des Kraftfahrzeugs aufzubauen.
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Fig. 7 zeigt die Struktur des "FM-Radarmoduls", das in der Beschreibung der
oben angegebenen mitanhängigen Anmeldungen beschrieben ist.
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In Fig. 7 enthält das FM-Radarmodul 50 MMICs (monolithische integrierte
Mikrowellenschaltungen) 53A-53H, Zirkulatoren 54A-54P zum Trennen
von zu sendenden Signalen und zu empfangenden Signalen sowie Planarfeld-
Antennenelemente 52A-52P, wobei all diese Komponenten auf einem
gemeinsamen dielektrischen Substrat 51 vorgesehen sind.
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Die MMICs 53A-53H enthalten jeweils einen Sendeteil und einen
Empfangsteil auf einem einzigen Halbleitersubstrat. Die jeweiligen Sendeteile
verstärken Hochfrequenzsignale und versorgen die jeweiligen Planarfeld-
Antennenelemente 52A-52P mit den gesendeten Signalen. Jeder
Empfangsteil ist mit einem Verstärker zum Verstärken eines örtlichen Signals
versehen und einem Mischer zum Mischen des verstärkten örtlichen Signals
mit einem Signal, das von einem entsprechenden der Planarfeld-
Antennenelemente 52A-52P empfangen wird.
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Die Antennenanordnung 52 ist aus einer Mehrzahl rechteckiger Teilflächen
zusammengesetzt, die einen vorbestimmten Abstand voneinander haben. Die
Planarfeld-Antennenelemente 52A-52P, die jeweils einem einer Mehrzahl von
Sende- und Empfangskanälen entsprechen, sind in zwei Gruppen unterteilt.
Die Planarfeld-Antennenelemente 52A-52H einer Gruppe und die Planarfeld-
Antennenelemente 52I-52P der anderen Gruppe sind in einem
ineinandergreifenden Muster angeordnet und erstrecken sich in
entgegengesetzte Richtungen, die einen 180º-Abstand voneinander haben.
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In dem Kraftfahrzeug-Millimeterwellenradarsystem wird die Auflösung in einer
horizontalen Richtung der zweidimensionalen Karte durch die Anzahl planarer
Antennenelemente bestimmt, die zum Senden und Empfangen
elektromagnetischer Wellen benutzt werden. Um eine hochauflösende
zweidimensionale Karte zu erzeugen, sollte demzufolge eine größere Anzahl
planarer Antennenelemente und Zirkulatoren auf dem dielektrischen Substrat
integriert werden.
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Die EP-A-0 361 417 offenbart ein planares Antennenmodul, wie es im
Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist.
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Die US-A-4 904 965 offenbart konstruktive Details verschiedener planarer
Zirkulatoren, die in der Technik bekannt sind, insbesondere einen Zirkulator,
der ein dielektrisches Substrat und ein Ferrit enthält, das in ein in dem
dielektrischen Substrat vorgesehenes Loch eingesetzt ist. Die Streifenleiter
von Mikrostreifen-Übertragungsleitungen sind mit einer zentralen
Metallscheibe verbunden, die angenähert den gleichen Durchmesser wie die
Ferritscheibe hat. Die gruppierten Zirkulatoren können durch ein in das
dielektrische Substrat zu bohrendes Loch ersetzt werden, das wiederum die
Ferritscheibe aufnimmt.
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Im Hinblick auf das Vorstehende ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein planares Antennenmodul des gattungsgemäßen Typs anzugeben, das in
der Lage ist, eine Mehrzahl von planaren Antennenelementen und einen
Zirkulator auf einem dielektrischen Substrat mit hoher Integrationsdichte zu
integrieren, und daher zur Verwendung in einem hochauflösenden
Kraftfahrzeugradarsystem geeignet ist.
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Die Aufgabe wird durch ein planares Antennenmodul gemäß Anspruch 1
gelöst.
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Das planare Antennenmodul der vorliegenden Erfindung enthält ein einziges
dielektrisches Substrat, auf dem eine Mehrzahl planarer Antennenelemente
ausgebildet ist. Das dielektrische Substrat und ein mit einem Zirkulator
versehenes Ferritsubstrat sind integral miteinander verbunden, um eine
integrale oder einheitliche Einheit zu bilden. Da mit dieser Konstruktion die
planaren Antennenelemente und der Zirkulator auf demselben dielektrischen
Substrat angebracht oder gepackt sind, können zu sendende Signale und
empfangene Signale mit einem hohen Trennungsgrad getrennt werden. Da
ferner die planaren Antennenelemente und der Zirkulator auf demselben
dielektrischen Substrat integriert sind, ist das planare Antennenmodul für ein
hochauflösendes Radarsystem geeignet. Wegen der integralen Ausbildung des
dielektrischen Substrats und des Ferritsubstrats können Zuführleitungen zum
Verbinden der planaren Antennenelemente und des Zirkulators gleichmäßig
ausgebildet werden, was die Impedanzanpassung zwischen der Planaren-
Antennenelementenseite und der Zirkulatorseite verbessert und die
Übertragung hochfrequenter Wellen mit reduzierten Übertragungsverlusten
sicherstellt. Das planare Antennenmodul ist daher in der Lage, mit
verbesserter Stabilität zu arbeiten.
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In der vorliegenden Erfindung sind eine Mehrzahl von Sätzen planarer
Antennenelemente, wobei jeder Satz eine Mehrzahl von planaren
Antennenelementen enthält, die in Serie miteinander verbunden sind, sowie
eine entsprechende Anzahl von Zirkulatoren, die in Serie mit dem jeweiligen
planaren Antennenelementsätzen verbunden sind, in mehreren Reihen auf
einem einzigen dielektrischen Substrat derart angeordnet, dass an die
benachbarten Zirkulatoren Gleichstrommagnetfelder in einander
entgegengesetzte Richtungen angelegt werden. Das Anlegen der
Gleichstrommagnetfelder in einander entgegengesetzte Richtungen hat die
Wirkung, diese Gleichstrommagnetfelder aufzuheben und zu verhindern, dass
ein Gleichstrommagnetfeld erzeugt wird. Diese Anordnung macht es möglich,
die Integrationsdichte der planaren Antennenelemente zu vergrößern.
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In einer bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung ist eine Seite des
dielektrischen Substrats integral mit einer Seite des Ferritsubstrats verbunden.
In einer anderen bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung ist das
Ferritsubstrat in eine Öffnung oder ein Fenster, das in dem dielektrischen
Substrat ausgebildet ist, eingesetzt oder montiert.
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Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung näher ersichtlich, wenn auf
die detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungsblätter Bezug
genommen wird, in denen bevorzugte strukturelle Ausführungen, die die
Prinzipien der vorliegenden Erfindung enthalten, als Darstellungsbeispiel
gezeigt sind.
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Fig. 1 ist eine Perspektivansicht, die die Konstruktion eines planaren
Antennenmoduls mit einer ersten Ausführung von planaren
Antennenelementen und einem Zirkulator zeigt;
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Fig. 2 ist eine Perspektivansicht, die die Konstruktion eines planaren
Antennenmoduls mit einer zweiten Ausführung von planaren
Antennenelementen und einem Zirkulator zeigt;
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Fig. 3 ist eine Perspektivansicht, die die Konstruktion eines planaren
Antennenmoduls mit einer dritten Ausführung von planaren
Antennenelementen und einem Zirkulator zeigt;
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Fig. 4 ist eine Perspektivansicht, die die Konstruktion eines planaren
Antennenmoduls mit einer vierten Ausführung von planaren
Antennenelementen und einem Zirkulator zeigt;
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Fig. 5 ist eine Perspektivansicht, die die Konstruktion eines planaren
Antennenmoduls mit einer fünften Ausführung von planaren
Antennenelementen und einem Zirkulator zeigt;
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Fig. 6 ist eine Perspektivansicht, die ein Planarfeld-Antennenmodul zeigt, das
eine Mehrzahl von planaren Antennenelementen und Zirkulatoren enthält, die
in einer hohen Integrationsdichte antgeordnet sind, in Übereinstimmung mit
der Erfindung; und
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Fig. 7 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion eines FM-Radarmoduls zeigt.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält ein planares Antennenmodul 1 gemäß einer
ersten Ausführung ein dielektrisches Substrat 2, ein Ferritsubstrat 3, das mit
einer Seite des dielektrischen Substrats 2 verbunden ist, eine Mehrzahl
planarer Antennenelemente 4A-4C, die auf dem dielektrischen Substrat 2
ausgebildet sind, eine Mehrzahl von Zuführleitungen 5A-5F, einen
streifenartigen metallischen Verbinder 6, zwei Magnete 7A, 7B sowie eine
metallische Basisplatte 8.
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Das planare Antennenmodul 1 ist, in einer bevorzugten Form der Erfindung,
eine planare Antenne, die aus drei rechteckigen Teilflächen 4A, 4B und 4C
zusammengesetzt ist, die durch eine Dick- oder Dünnfilmauflagerungstechnik
auf dem dielektrischen Substrat 2 aus z. B. Aluminiumoxidkeramik ausgebildet
sind.
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Die drei rechteckigen Teilflächen 4A, 4B, 4C auf dem dielektrischen Substrat
2 sind durch die Zuführleitungen 5A, 5B miteinander verbunden, die auf
demselben dielektrischen Substrat 2 durch die Dick- oder
Dünnfilmauflagerungstechnik ausgebildet sind.
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Die Zuführleitung 5D zur Verbindung mit dem planaren Antennenelementn 4C,
die Zuführleitung 5E zum Zuführen von Signalen, die zu den planaren
Antennenelementen zu übertragen sind, sowie die Zuführleitung 5F zum
Zuführen von empfangenen Signalen von den planaren Antennenelementen zu
MMICs (monolithischen integrierten Mikrowellenschaltungen), nicht gezeigt,
sind auf dem Ferritsubstrat 3 durch Dick- oder Dünnfilmauflagerungstechnik
ausgebildet. Alternativ kann die Zuführleitung 5E in Kombination mit den
empfangenen Signalen verwendet werden, und die Zuführleitung 5F mit den
zu sendenden Signalen.
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Ein Zirkulator C1 ist aufgebaut aus dem Ferritsubstrat 3, den auf dem
Ferritsubstrat 3 ausgebildeten Zuführleitungen 5D, 5E, 5F und den Magneten
7A, 7B. In dem Zirkulator C1 wird die Verbindung zwischen den
Zuführleitungen 5D, 5E, 5F durch die Magneten 7A, 7B von oben und unten
her ergriffen oder dazwischen aufgenommen. Ein Gleichstrommagnetfeld wird
über die Magneten 7A, 7B an die Verbindung zwischen den Zuführleitungen
5D, 5E, 5F angelegt derart, dass die gesendeten Signale, die in die
Zuführleitung 5E eingegeben werden, ausschließlich der Zuführleitung 5D
zugeführt werden, und die empfangenen Signale von den planaren
Antennenelementen 4A, 4B, 4C, die in die Zuführleitung 5D eingegeben
werden, ausschließlich der Zuführleitung 5F zugeführt werden. Somit wird der
Trennungsgrad der gesendeten Signale und der empfangenen Signale
verbessert.
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Das dielektrische Substrat 2, das darauf die planaren Antennenelemente trägt,
und das Ferritsubstrat 3, das einen Teil des Zirkulators C1 bildet, sind auf der
metallischen Basisplatte 8 befestigt, wobei eine Seite des dielektrischen
Substrats 2 an eine Seite des Ferritsubstrats 3 angrenzt und wobei die
Zuführleitung 5D auf dem dielektrischen Substrat 2 mit der Zuführleitung 5D
auf dem Ferritsubstrat 3 durch einen streifenartigen metallischen Verbinder 6
verbunden ist. Die metallische Basisplatte 8 hat ein Loch oder eine Öffnung 9,
durch die sich der Magnet 7B erstreckt.
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In dem so aufgebauten planaren Antennenmodul 1 sind das dielektrische
Substrat 2, das darauf die planaren Antennenelemente 4A, 4B, 4C trägt, und
das Ferritsubstrat 3, das einen Teil des Zirkulators C1 bildet, miteinander
verbunden und sind dann auf die einzige metallische Basisplatte 8 aufgesetzt.
Es ist daher möglich, eine Mehrzahl planarer Antennenelemente und einen
Zirkulator auf einer einzigen metallischen Basisplatte 8 mit hoher
Integrationsdichte zu integrieren. Diese Integration erhöht die Auflösung in der
horizontalen Richtung einer zweidimensionalen Karte eines Kraftfahrzeug-
Millimeterwellen-Radarsystems, in dem das planare Antennenmodul 1
enthalten ist.
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Fig. 2 zeigt perspektivisch ein planares Antennenmodul gemäß einer zweiten
Ausführung.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das planare Antennenmodul 10 gebildet aus einem
dielektrischen Substrat 11, einer Mehrzahl planarer Antennenelemente 12A-
12C, einer Mehrzahl von Zuführleitungen 13A-13E, zwei Ferritstücken 14A
und 14B sowie zwei Magneten 15A und 15B.
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Die planaren Antennenelemente, die aus drei rechteckigen Teilflächen 12A,
12B, 12C und den Zuführleitungen 13A, 13B, 13C, 13D, 13E
zusammengesetzt sind, werden durch eine Dick- oder
Dünnfilmauflagerungstechnik auf dem dielektrischen Substrat aus z. B.
Aluminiumkeramik ausgebildet. An einem Zuführabschnitt, der zu den
planaren Antennenelementen führt, ist ein Zirkulator, der aus Ferritstücken (in
der Form einer Scheibe) 14A, 14B und den Magneten 15A, 15B
zusammengesetzt ist, durch Verbinden oder Kleben auf das dielektrische
Substrat 11 ausgebildet. Somit trägt ein einziges dielektrisches Substrat 11
eine Mehrzahl planarer Antennenelemente, eine Mehrzahl von Zuführleitungen
sowie einen Zirkulator. Insbesondere ist der Zirkulator C2 so aufgebaut, dass
die Ferritscheiben 14A, 14B das dielektrische Substrat 11 von oben und
unten her an einem Abschnitt greifen oder dazwischen aufnehmen, der die
Verbindung zwischen den drei Zuführleitungen 13C, 13D, 13E enthält, und
die Magneten 15A, 15B sind an den jeweiligen Ferritscheiben 14A, 14B von
Richtung orthogonal zu den jeweiligen Ebenen der Ferritscheiben 14A, 14B
angebracht.
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Da in dem in Fig. 2 gezeigten planaren Antennenmodul 10 die planaren
Antennenelemente 12A, 12B, 12C und der Zirkulator C2, die gemeinsam
einen Teil zum Verarbeiten hochfrequenter Wellen bilden, an demselben
dielektrischen Substrat L angebracht oder gepackt sind, ohne einen in Fig. 1
gezeigten streifenartigen metallischen Verbinder zu verwenden, ist die
Impedanzanpassung zwischen der Planar-Antennenelementenseite und der
Zirkulatorseite verbessert, um hierdurch einen stabilen elektrischen Betrieb
des planaren Antennenmoduls 10 sicherzustellen. Mit dieser Konstruktion
kann eine zusätzliche Verbesserung im Trennungsgrad zwischen den
gesendeten Signalen und den empfangenen Signalen an dem Zirkulator 2
erzielt werden.
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Wie oben beschrieben, enthält das planare Antennenmodul 10 der zweiten
Ausführung eine Mehrzahl planarer Antennenelemente 12A-12C auf einem
einzigen dielektrischen Substrat 11. Zwei Ferritscheiben 14A, 14B und zwei
Magnete 15A, 15B sind an entgegengesetzte Oberflächen des dielektrischen
Substrats 11 an dem Zuführabschnitt der planaren Antennenelemente 12A-
12C angeschlossen, um einen Zirkulator C2 zu bilden. Da die planaren
Antennenelemente 12A-12C und der Zirkulator C2 auf demselben
dielektrischen Substrat 11 angebracht oder gepackt sind, ist es möglich, eine
Mehrzahl planarer Antennenelemente und einen Zirkulator auf einem einzigen
dielektrischen Substrat zu integrieren.
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Fig. 3 zeigt die Konstruktion eines planaren Antennenmoduls nach einer
dritten Ausführung.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, enthält das planare Antennenmodul 20 ein
dielektrisches Substrat 21, eine Mehrzahl planarer Antennenelemente 22A-
22C, eine Mehrzahl von Zuführleitungen 23A-23H, eine Mehrzahl
streifenartiger metallischer Verbinder 25A-25C, ein Ferritsubstrat 26, zwei
Magnete 27A, 27B sowie eine einzige metallische Basisplatte 28.
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Die planaren Antennenelemente, die aus den drei rechteckigen Teilfeldern
23A, 23B, 23C und den fünf Zuführleitungen 23A, 23B, 23C, 23G, 23H
zusammengesetzt sind, sind durch eine Dick- oder
Dünnfilmauflagerungstechnik auf dem dieleketrischen Substrat 21 aus z. B.
Aluminiumoxidkeramik gebildet.
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Die Zuführleitungen 23B, 23E, 23F, die auf dem Ferritsubstrat 26 durch die
Dick- oder Dünnfilmauflagerungstechnik ausgebildet sind, und die Magneten
27A, 27B bilden gemeinsam einen Zirkulator C3. Der Zirkulator C3 ist in einer
rechteckigen Öffnung oder einem Fenster 24 eingesetzt oder montiert, das in
dem dielektrischen Substrat 21 an dem Zuführabschnitt für die planaren
Antennenelemente 22A-22C ausgebildet ist. Die Zuführleitung 23D auf dem
Ferritsubstrat 26 ist mit der Zuführleitung 23C auf dem dielektrischen
Substrat 21 über den streifenartigen metallischen Verbinder 25A verbunden.
Ähnlich ist die Zuführleitung 23E über den metallischen Verbinder 25B mit der
Zuführleitung 23G verbunden, und die Zuführleitung 23F ist über den
metallischen Verbinder 25B mit der Zuführleitung 23H verbunden.
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Die planaren Antennenelemente, die aus drei rechteckigen Teilfeldern 22A,
22B, 22C und fünf Zuführleitungen 23A, 23B, 230, 23G, 23H
zusammengesetzt sind, sind auf dem dielektrischen Substrat 21 ausgebildet.
Das dielektrische Substrat 21 ist auf der einzigen metallischen Basisplatte 28
angebracht, wohingegen der Zirkulator 23, der aus den auf dem Ferritsubstrat
26 ausgebildeten Zuführleitungen 23D, 23E, 23F sowie den Magneten 27A,
27B zusammengesetzt ist, in dem Fenster 24 in dem dielektrischen Substrat
21 angebracht ist. Die metallische Basisplatte 28 hat ein Loch oder eine
Öffnung 29, durch die sich der Magnet 27B erstreckt.
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Da das Ferritsubstrat 26 mit dem dielektrischen Substrat 21 in versenkter
oder eingebetteter Weise integral zusammengebaut ist, ist der in Fig. 3
gezeigte Zirkulator C3 in der Lage, eine Trennung von gesendeten Signalen
und empfangenen Signalen mit erhöhter Zuverlässigkeit durchzuführen.
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Wie oben beschrieben, enthält das planare Antennenmodul 20 der dritten
Ausführung eine Mehrzahl planarer Antennenelemente 22A-22C, die auf
einem einzigen dielektrischen Substrat 21 vorgesehen sind. Ein Zirkulator C3,
der ein Ferritsubstrat 26 enthält, ist in einem Fenster 24 angebracht, das in
dem dielektrischen Substrat 21 an einem Zuführabschnitt für die planaren
Antennenelemente ausgebildet ist. Das dielektrische Substrat 21 ist auf einer
einzigen metallischen Basisplatte 28 angebracht, wobei der Zirkulator C3
integral mit dem dielektrischen Substrat 21 zusammengebaut ist. Mit dieser
Konstruktion ist es möglich, eine Mehrzahl planarer Antennenelemente und
einen Zirkulator auf einer einzigen metallischen Basisplatte zu integrieren.
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Fig. 4 zeigt die Konstruktion eines planaren Antennenmoduls gemäß einer
vierten Ausführung.
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Wie in Fig. 4 gezeigt, ist das planare Antennenmodul 30 aufgebaut aus
einem dielektrischen Substrat 31, einem Ferritsubstrat 32, einer Mehrzahl
planarer Antennenelemente 33A-33C, einer Mehrzahl von Zuführleitungen
44A-44E und zwei Magneten 45A, 45B.
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Fig. 5 stellt die Konstruktion eines planaren Antennenmoduls gemäß einer
fünften Ausführung dar.
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Wie in Fig. 5 gezeigt, enthält das planare Antennenmodul 40 ein
dielektrisches Substrat 41, ein Ferritsubstrat 42, eine Mehrzahl planarer
Antennenelemente 43A-43C, eine Mehrzahl von Zuführleitungen 44A-44E
und zwei Magneten 45A, 45B.
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Im in Fig. 4 gezeigten planaren Antennenmodul 30 sind das dieleketrische
Substrat 31 und das Ferritsubstrat 32 integral miteinander ausgebildet, indem
diese zusammen auf einer Seite davon verbunden sind. Das in Fig. 5
gezeigte planare Antennenmodul 40 hat ein strukturelles Merkmal darin, dass
das dielektrische Substrat 41 und das Ferritsubstrat 42 integral miteinander
ausgebildet sind, indem das Ferritsubstrat 42 in eine rechteckige Öffnung
oder ein Fenster W eingebaut wird, das in dem dielektrischen Substrat 41 an
einem Abschnitt ausgebildet ist, der die Zuführleitung 44C enthält, die zu dem
planaren Antennenelement 43C führt.
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In den planaren Antennenmodulen 30, 40, die jeweils in den Fig. 4 und 5
gezeigt sind, sind die planaren Antennenelemente 33A-33C; 43A-43C und
die Ferritsubstrate 32; 42, die einen Zirkulator C4; C5 aufweisen, die
gemeinsam einen Abschnitt bilden, der bei der Verarbeitung hochfrequenter
Wellen teilnimmt, integral miteinander ausgebildet, ohne streifenartige
metallische Verbinder 6; 25A-25C zu verwenden, wie sie in den Fig. 1
und 3 gezeigt sind. Mit dieser integralen oder einheitlichen Konstruktion ist
die Impedanzanpassung zwischen der Planar-Antennenelmentenseite und der
Zuführabschnittseite (Zirkulatorseite) verbessert, um hierdurch einen stabilen
Betrieb des planaren Antennenmoduls 30; 40 sicherzustellen. Der Zirkulator
C4; C5 ist in der Lage, gesendete Signale und empfangene Signale mit einer
erhöhten Trennungsrate zu trennen.
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In anderen Worten, da das dielektrische Substrat 31; 41, das daran die
planaren Antennenelemente 33A-33C; 43A-43C trägt, und das
Ferritsubstrat 32; 42, das daran den Zirkulator C4; C5 trägt, integral
miteinander ausgebildet sind, indem sie miteinander verbunden sind, und da
die planaren Antennenelemente 33A-33C; 43A-43C und der Zirkulator C4;
C5 durch eine einheitliche Zuführleitung oder -leitungen 34C; 44C-44E
miteinander verbunden sind, die durch eine Dick- oder
Dünnfilmauflagerungstechnik ausgebildet sind, ohne die Verwendung von
einem oder mehreren streifenartigen metallischen Verbindern 6; 25A-25C,
sind die in den Fig. 4 und 5 gezeigten planaren Antennenmodule 30; 40 in
der Lage, die Impedanzanpassung zwischen den planaren Antennenelementen
33A-33C; 43A-43C und dem Zirkulator C4; C5 zu verbessern und
Hochfrequenzwellensignale mit reduzierten Übertragungsverlusten zu
übertragen.
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Fig. 6 stellt die Konstruktion eines Planarfeld-Antennenmoduls gemäß der
vorliegenden Erfindung dar.
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Wie in Fig. 6 gezeigt, ist das Planarfeld-Antennenmodul 46 aufgebaut aus
einem einzigen dielektrischen Substrat 49, mehreren Sätzen planarer
Antennenelemente 47A-47H, wobei jeder Antennensatz drei planare
Antennenelemente enthält, und einer Mehrzahl von Zirkulatoren 48A-48E,
die jeweils einem der mehreren planaren Antennenelement-Sätze 47A-47H
zugeordnet ist.
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In dem Planarfeld-Antennenmodul 46 sind die planaren Antennenelementsätze
47A-47H, die jeweils eine Mehrzahl (in der dargestellten Ausführung drei)
rechteckiger Teilflächen enthalten, die in Serie miteinander verbunden sind,
und die Zirkulatoren 48A-48H, die in Serie mit den jeweiligen planaren
Antennenelementsätzen 47A-47H verbunden sind, in mehreren Reihen auf
dem einzigen dielektrischen Substrat 49 in Richtung quer über nicht
bezeichnete Zuführleitungen auf dem Substrat 49 angeordnet, sodass an
jedes benachbarte Paar der Zirkulatoren 48A-48H Gleichstrommagnetfelder
in einander entgegengesetzte Richtungen angelegt werden. Das Anlegen des
Gleichstrommagnetfelds in einander entgegengesetzte Richtungen an die
benachbarten Zirkulatoren 48A-48H hat die. Wirkung, diese
Gleichstrommagnetfelder aufzuheben, um zu verhindern, dass ein
Gleichstrommagnetfeld erzeugt wird. Somit kann das Planarfeld-
Antennenmodul 46 eine Mehrzahl planarer Antennenelementsätze und
zugeordneter Zirkulatoren aufnehmen, die auf einem einzigen dielektrischen
Substrat mit hoher Integrationsdichte angebracht oder gepackt sind, derart,
dass ein Problem, das durch die Wirkung des Gleichstrommagnetfelds
verursacht wird, beseitigt wird.
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Die planaren Antennenmodule bieten die folgenden verschiedenen Vorteile:
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Da eine Mehrzahl planarer Antennenelemente und ein dieser zugeordneter
Zirkulator auf einem einzigen dielektrischen Substrat angebracht oder gepackt
sind, indem zwei Ferritsubstrate oder -platten zusammen mit zwei Magneten
an entgegengesetzten Oberflächen des dielektrischen Substrats an einem
Abschnitt platziert werden, der einen Zuführabschnitt für die planaren
Antennenelemente enthält, ist · das planare Antennenmodul in der Lage,
gesendete Signale und empfangene Signale mit hoher Trennrate zu trennen.
Diese Struktur macht es möglich, eine Mehrzahl von Sätzen der planaren
Antennenelemente und der zugeordneten Zirkulatoren auf einem einzigen
dielektrischen Substrat mit einer hohen Integrationsdichte anzuordnen.
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Ein planares Antennenmodul, das gemäß einer bevorzugten Ausführung
vorgesehen ist, enthält eine Mehrzahl planarer Antennenelemente, die auf
einem einzigen dielektrischen Substrat ausgebildet sind, einen Zirkulator mit
einem Ferritsubstrat, das in eine Öffnung oder ein Fenster eingesetzt oder
montiert ist, das in dem dielektrischen Substrat ausgebildet ist, an einem
Abschnitt, der eine Zuführleitung für die planaren Antennenelemente enthält,
sowie eine einzige metallische Basisplatte, auf der das dielektrische Substrat
und die Ferritsubstrate angebracht sind. Mit dieser integrierten Konstruktion
wird der Trennungsgrad der gesendeten Signale und der empfangenen Signale
weiter verbessert. Die einzige metallische Basisplatte kann eine Mehrzahl von
Sätzen der planaren Antennenelemente und eine entsprechende Anzehl von
Zirkulatoren enthalten, die mit einer hohen Integrationsdichte angeordnet sind.
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In einem planaren Antennenmodul, das gemäß einer anderen Ausführung
vorgesehen ist, ist eine Seite eines einzigen dielektrischen Substrats, auf der
eine Mehrzahl planarer Antennenelemente ausgebildet ist, mit einer Seite
eines Ferritsubstrats verbunden, auf der ein Zirkulator vorgesehen ist. Mit
dieser integralen Konstruktion können Zuführleitungen zum Verbinden der
planaren Antennenelemente und des Zirkulators gleichmäßig ausgebildet
werden mit dem Ergebnis, dass die Impedanzanpassung zwischen der
Planaren-Antennenelementenseite und der Zirkulatorseite verbessert ist und
Hochfrequenzwellensignale mit reduzierten Verlusten übertragen werden
können.
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Da in einem planaren Antennenmodul, das gemäß einer weiteren Ausführung
vorgesehen ist, eine Mehrzahl planarer Antennenelemente aus
Teilflächenelementen eines Leitermusters zusammengesetzt ist, die auf einem
einzigen dielektrischen Substrat durch eine Dick- oder
Dünnfilmauflagerungstechnik ausgebildet sind, ist es möglich, eine Mehrzahl
planarer Antennenelemente auszubilden, die an einer gewünschten Stelle und
in einem gewünschten Muster auf dem einzigen dielektrischen Substrat
integriert sind.
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Gemäß einer noch anderen Ausführung enthält ein planares Antennenmodul
eine Mehrzahl von Sätzen planarer Antennenelemente, wobei jeder Satz eine
Mehrzahl von Teilflächenelementen enthält, die in Serie miteinander
verbunden sind, sowie eine Mehrzahl von Zirkulatoren, die jeweils in Serie mit
einem entsprechenden der planaren Antennenelementesätze verbunden sind.
Die planaren Antennenelementesätze und die Zirkulatoren sind in mehreren
Reihen über einem einzigen dielektrischen Substrat derart angeordnet, dass an
jedes Paar benachbarter Zirkulatoren Gleichstrommagnetfelder in einander
entgegengesetzten Richtungen angelegt werden. Das Anlegen von
Gleichstrommagnetfeldern in einander entgegengesetzte Richtungen auf die
benachbarten Zirkulatoren hat die Wirkung, dass dieses
Gleichstrommagnetfeld aufgehoben wird und die Entstehung eines
Gleichstrommagnetfelds verhindert wird, auch wenn eine große Anzahl von
planaren Antennenelementensätzen mit hoher Integrationsdichte auf einem
einzigen dielektrischen Substrat zusammen mit den zugeordneten Zirkulatoren
angebracht oder gepackt sind.
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Für den Fachmann sollte es leicht verständlich sein, dass das planare
Antennenmodul gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem sekundären
Strahler einer abgesetzten defokussierten Parabolantenne oder einem
Linsenstrahler kombiniert werden kann, um hierdurch einen primären Strahler
vorzusehen.
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Ein einzige dielektrisches Substrat (2), auf dem eine Mehrzahl planarer
Antennenelemente (4A-4C) gebildet sind, und ein mit einem Zirkulator (C1)
versehenes Ferritsubstrat (3) sind miteinander verbunden, um ein planares
Antennenmodul (1) integraler Konstruktion zu bilden. Die planaren
Antennenelemente (4A-4C) sind jeweils aus einem Teilfeld
zusammengesetzt, das durch eine Dick- oder Dünnfilmauflagerungstechnik
ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführung der Verbinder sind das
dielektrische Substrat (2) und das Ferritsubstrat (3) an einer Seite miteinander
verbunden. In einer anderen bevorzugten Form der Verbindung ist das
Ferritsubstrat in einer Öffnung oder einem Fenster, das in dem dielektrischen
Substrat ausgebildet ist, eingesetzt oder angebracht.