DE69931119T2

DE69931119T2 - Platte mit aktiven Antennen mit einer Mehrschichtstruktur

Info

Publication number: DE69931119T2
Application number: DE69931119T
Authority: DE
Inventors: Sebastien George; Patrice Ulian
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1999-09-23
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2019-09-24
Also published as: JP4185222B2; DE69931119D1; US6188361B1; ES2264248T3; EP0993073A1; ATE325442T1; JP2000114867A; FR2784237B1; FR2784237A1; EP0993073B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Platte mit aktiven Antennen mit einer Mehrschichtstruktur.
Sie betrifft insbesondere, aber nicht einschränkend Systeme mit aktiven Antennen für Satelliten, die einen oder mehrere Strahlen über eine einzige Platte mit strahlenden Elementen vermittels eines Strahlenverteilers mit einer Mehrschichtstruktur verwalten sollen.
Diese Systeme mit aktiven Antennen für Satelliten erfordern ständig wachsende Komplexitäten, insbesondere was die Anzahl der Strahlen (m) betrifft, die von der einzigen strahlenden Platte (n strahlende Elemente) verwaltet werden. Die Komplexität und die Aufgaben des Strahlenverteilers nehmen dadurch zu, denn es muss zum einen gesorgt werden für die Leistungsteilung m × 1 hin zu m × n, und zum anderen für die Rekombination m × n in zu 1 × n:

– das Routing wird dadurch dichter und somit schwieriger, insbesondere für die Gewährleistung identischer elektrischer Bahnen für alle Signale; die Verluste nehmen unweigerlich zu;
– das Vorliegen mehrerer Strahlen zwingt dazu, das Illuminationsgesetz (Amplitude, Phase) jedes Strahlenbündels zwischen den Teilungs- und Rekombinationsfunktionen innerhalb des Verteilers selbst zu verwalten, dann wird der Einbau von Chips (Dämpfer; Phasenschieber) im Verteiler erforderlich.

Und schließlich werden durch den unvermeidlichen Frequenzanstieg die herkömmlicherweise für die Ausführung von Aktivantennenverteilern angewandten Techniken und Technologien immer weniger anwendbar.
Derzeit entsprechen die so genannten organischen Mehrschicht-PCB-Technologien (print circuit board) am besten dem Problem des Strahlenverteilers. Jedoch erweisen sie sich unter bestimmten Bedingungen als mehr oder weniger ungeeignet, nämlich:

– sobald die Betriebsfrequenz 20 Ghz übersteigt. In diesem Fall werden die bei dieser Technologie (insbesondere metallisiertes Loch) einsetzbaren RF-Mehrschicht-Zusammenschaltungstechniken durch den derzeitigen Stand der Technik eingeschränkt;
– für den Einbau von Chips im Inneren des Verteilers, denn das Ausführungsverfahren der PCB-Mehrfachschichten (Walzen, Pressung, Thermoschmelzen) ist im Allgemeinen nicht mit jeglichem plastischen Bauteil vereinbar, das man in die Mehrfachschicht einbringen will. Dieser Nachteil zwingt dazu, die Chips außen an den Verteiler zu verlagern.

Und schließlich sind diese Verteiler auf einem Modell mit waagerechter Schichtung der Schichten (parallel zur Ebene der Antenne) aufgebaut, das große Beschränkungen hinsichtlich der Leistungen erzeugt (im Allgemeinen schmales Band) und den Platzbedarf der Zusammenschaltung mit den strahlenden Elementen, die dann senkrecht zum Verteiler angeordnet sind.
In der Tat kann diese Zusammenschaltung nur auf der Ebene der Abschnitte der Schaltung erfolgen, was einen größeren Nachteil für einen „waagerechten" Verteiler darstellt: die Zunahme der Verluste, um die Signale zu den Abschnitten zu transportieren, ist absolut und die Routingdichte auf den nicht sehr geräumigen Abschnitten bringt keinerlei Vereinfachungsgewinn verglichen mit anderen Lösungen.
Die Erfindung will also Abhilfe für die vorstehend genannten Nachteile schaffen.
Sie hat also eine Platte mit aktiven Antennen zum Gegenstand, die eine problemlose Integration der Chips in den Verteiler ermöglicht.
Außerdem hat sie eine solche Platte zum Gegenstand, deren Platzbedarf für Zusammenschaltung und Schaltungen verglichen mit den Lösungen des vorherigen Stands der Technik gering ist.
Zu diesem Zweck bietet die Erfindung eine Platte mit aktiven Antennen an, die eine Hauptebene aufweist und ein Netz aus n strahlenden Elementen und einen Verteiler mit m Strahlen mit Mehrschichtstruktur zur Versorgung der n strahlenden Elemente, wobei der Verteiler erste so genannte Ausbildungsschichten enthält, die die Mittel zur Herausbildung der Strahlen unterstützen sollen, und zweite so genannte Verbindungsschichten, welche erste Mittel zur elektrischen Verbindung der ersten Schichten untereinander und zweite Mittel zur elektrischen Verbindung mit den strahlenden Elementen unterstützen sollen.
Gemäß der Erfindung:

– erstrecken sich die Ausbildungsschichten etwa senkrecht zur Hauptebene der Antenne;
– werden die Ausbildungs- und die Verbindungsschichten per Guss zusammengefügt, so dass der Strahlenverteiler eine Monoblockkonstruktion darstellt;
– werden die strahlenden Elemente direkt mit den zweiten Verbindungsmitteln verbunden.

Diese senkrechte Mehrschichttopologie in Gusstechnik ermöglicht die Wiederverwendung der koplanaren dreidimensionalen RF-Zusammenschaltung durch eine der Verbindungsschichten, wobei es sich um die einzige heute bekannte leistungsstarke Technik des mit Breitband arbeitenden dreidimensionalen Übergangs handelt. Sie gestattet es somit, ein breites Anwendungspanel anzustreben, ohne dass weder Konzepte noch Technologien abgeändert werden müssen.
Gemäß einer Ausführungsart ist die Monoblockkonstruktion ein flaches Parallelepiped, wobei sich die Verbindungsschichten etwa parallel zur Ebene der Antenne erstrecken und eine vordere Verbindungsschicht beinhalten, die die zweiten Verbindungsmittel enthält, und eine rückwärtige Verbindungsschicht, welche die ersten Verbindungsmittel beinhaltet, wobei die strahlenden Elemente direkt an diese vordere Verbindungsschicht angesetzt sind.
So verlagert man den Bereich der dreidimensionalen RF-Zusammenschaltung der Abschnitte aus den „waagerechten" Lösungen hin zu den vorderen und rückwärtigen Verbindungsschichten des Verteilers, und diese Schichten sind viel geräumiger:
Das dreidimensionale RF-Zusammenschaltungs-Routing wird dann ganz einfach und kann leichter optimiert werden. Außerdem verfügt man über die gleiche Fläche wie bei der waagerechten Mehrfachschicht für die Durchführung des Signaltransports;
Weitere Kennzeichen der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung einer lediglich als Beispiel angegebenen Ausführungsart unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.
1a ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Platte mit aktiven Antennen gemäß der Erfindung, bei der die strahlenden Elemente nicht angesetzt sind.
1b ist eine schematische perspektivische Darstellung der Platte mit aktiven Antennen aus 1a, bei der die strahlenden Elemente angesetzt sind.
2a ist eine detailliertere Explosivzeichnung der Platte mit aktiven Antennen aus 1a und 1b.
2b ist eine schematische Darstellung der Platte aus 2a nach Abguss der verschiedenen Schichten.
3a, b und c sind schematische Darstellungen der verschiedenen Ausbildungsschichten einer Platte mit aktiven Antennen gemäß der Erfindung.
4a und b sind schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsarten der Verbindungsschichten einer Platte mit aktiven Antennen gemäß der Erfindung.
5 ist das Schaltschema der verschiedenen Funktionen, die im Strahlenverteiler einer Platte mit Antennen gemäß der Erfindung ausgeführt werden.
Die Platte 1 mit aktiven Antennen beinhaltet ein Netz aus strahlenden Elementen 2 und einen Strahlenverteiler 3.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel beinhaltet das Netz der strahlenden Elemente 2 64 strahlende Elemente 2i, die auf einer Matrix 8 × 8 verteilt sind. Diese strahlenden Elemente 2i werden in einer dem Fachmann bekannten dreidimensionalen Technologie ausgeführt. Sie wird also nicht eingehender erläutert.
Der Strahlenverteiler 3 soll die strahlenden Elemente 2i ausgehend von m Strahlen versorgen, wobei m eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist. Bei dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel ist m gleich 6.
Zur Versorgung der strahlenden Elemente 2i setzt der Strahlenverteiler 3 die folgenden Funktionen ein:

– Leistungsteilung der m RF-Signalquellen (nicht dargestellt);
– phasen- und amplitudenmäßige Bearbeitung der geteilten Leistung, so dass auf der Ebene der strahlenden Elemente 2i die gewünschte Störimpulsbeseitigung erzielt wird, und
– Rekombination nach der Bearbeitung in Phase und Amplitude, so dass die strahlenden Elemente 2i versorgt werden, um die gewünschte Störimpulsbeseitigung zu erzielen.

Diese Funktionen werden vermittels von Ausbildungsmitteln durchgeführt, die Mittel zur Leistungsteilung 5a, eventuell auf mehreren Ebenen, beinhalten, Mittel zur Bearbeitung in Phase und Amplitude 5b und Mittel zur Rekombination 5c, eventuell auf mehreren Ebenen. Diese Ausbildungsmittel werden von ersten so genannten Ausbildungsschichten 6 unterstützt.
Der Verteiler 3 führt außerdem die folgenden elektrischen Verbindungsfunktionen aus:

– Verbindung der Mittel zur Leistungsteilung 5a hin zu den RF-Signalquellen;
– Verbindung der verschiedenen Leistungsteilungsebenen untereinander;
– Verbindung der Mittel zur Leistungsteilung 5a mit den Mitteln zur Bearbeitung 5b;
– Verbindung der Mittel zur Bearbeitung 5b mit den Mitteln zur Rekombination 5c;
– Verbindung der verschiedenen Rekombinationsebenen untereinander; und
– Verbindung der Mittel zur Rekombination 5c mit den strahlenden Elementen 2i.

Diese Verbindungsfunktionen werden durch Verbindungsmittel durchgeführt, die folgendes beinhalten:

– erste Verbindungsmittel 7a, die die Verbindungen der Mittel zur Leistungsteilung 5a hin zu den RF-Signalquellen, die Verbindungen der verschiedenen Ebenen der Leistungsteilung untereinander und die Verbindungen der Mittel zur Leistungsteilung 5a mit den Mitteln zur Bearbeitung 5b durchführen; und
– zweite Verbindungsmittel 7b, die die Verbindungen der Mittel zur Bearbeitung 5b mit den Mitteln zur Rekombination 5c, die Verbindungen der verschiedenen Rekombinationsebenen untereinander und die Verbindungen der Rekombinationsmittel 5c mit den strahlenden Elementen 2i durchführen.

Diese Verbindungsmittel werden von zweiten so genannten Verbindungsschichten 8 unterstützt.
Gemäß der Erfindung werden die Ausbildungsschichten 6 und die Verbindungsschichten 8 per Guss zusammengefügt, so dass der Strahlenverteiler eine Monoblockkonstruktion 9 darstellt, wobei sich die Ausbildungsschichten 6 etwa senkrecht zur Hauptebene P der Antenne erstrecken.
Bei der dargestellten Ausführungsart ist die Monoblockkonstruktion 9 ein flaches Parallelepiped, das zwei große Seiten 10 und 11 aufweist, deren Fläche derjenigen der Matrix der strahlenden Elemente 2i entspricht.
In dieser Konfiguration beinhalten die Verbindungsschichten 8 eine vordere Verbindungsschicht 8a, welche die zweiten Verbindungsmittel 7b beinhaltet, und eine rückwärtige Verbindungsschicht 8b, welche die ersten Verbindungsmittel 7a beinhaltet, wobei die strahlenden Elemente 2i direkt auf diese vordere Verbindungsschicht 8a angesetzt sind.
Natürlich sind die verschiedenen Ausbildungsmittel 5a, 5b, 5c mit Hilfe jedweder dem Fachmann zugänglicher Technologie ausführbar, wie beispielsweise Ultrahochfrequenz-Mehrschichten-PCB (Print Circuit Board)-Technologie.
Das Gleiche gilt für die Verbindungsschaltungen 7a und 7b..

Claims

Platte mit aktiven Antennen, die eine Hauptebene aufweist und ein Netz aus n strahlenden Elementen (2i) und einen Verteiler (3) mit m Strahlen mit einer Mehrschichtstruktur zur Versorgung der n strahlenden Elemente, wobei der Verteiler (3) erste so genannte Ausbildungsschichten (6) beinhaltet, die Mittel zur Herausbildung der Strahlen unterstützen sollen, und zweite so genannte Verbindungsschichten (8a, 8b), die erste elektrische Verbindungsmittel der ersten Schichten untereinander und zweite Mittel zur elektrischen Verbindung mit den strahlenden Elementen unterstützen sollen, dadurch gekennzeichnet, dass: – die Ausbildungsschichten (6) sich etwa senkrecht zur Hauptebene der Antenne erstrecken; – die Ausbildungsschichten (6) und die Verbindungsschichten (8) durch Guss zusammengefügt werden, so dass der Strahlenverteiler (3) eine Monoblockkonstruktion bildet; – die strahlenden Elemente (2i) direkt mit den zweiten Verbindungsmitteln (7b) verbunden sind.
Platte mit aktiven Antennen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Monoblockkonstruktion ein flaches Parallelepiped ist, wobei sich die Verbindungsschichten (8) etwa parallel zur Ebene der Antenne erstrecken und eine vordere Verbindungsschicht beinhalten, welche die zweiten Verbindungsmittel (7b) enthält, und eine rückwärtige Verbindungsschicht, welche die ersten Verbindungsmittel (7a) enthält, wobei die strahlenden Elemente direkt an diese vordere Verbindungsschicht angesetzt sind.