EP0886337A2 - Anordnung zum Ankoppeln eines Rechteckhohlleiters an ein Speisenetzwerk einer planaren Antenne - Google Patents

Anordnung zum Ankoppeln eines Rechteckhohlleiters an ein Speisenetzwerk einer planaren Antenne Download PDF

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EP0886337A2
EP0886337A2 EP98103073A EP98103073A EP0886337A2 EP 0886337 A2 EP0886337 A2 EP 0886337A2 EP 98103073 A EP98103073 A EP 98103073A EP 98103073 A EP98103073 A EP 98103073A EP 0886337 A2 EP0886337 A2 EP 0886337A2
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waveguide
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microstrip line
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Ulrich Mahr
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    • H01P5/08Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
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    • H01Q21/0075Stripline fed arrays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0087Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for coupling a rectangular waveguide to a microstrip line of a feed network for a planar antenna.
  • Planar antennas usually consist of a large number of planar antenna elements (patches) over a feed network are interconnected.
  • the in the dining network Coupling in and out signals are common guided over waveguide filters. It is therefore necessary Transitions from the microstrip lines of the feed network to create waveguides to which the waveguide filter can be connected.
  • the feed network of a planar antenna is very complex and has little space for coupling one Waveguide is available, an arrangement for Coupling a rectangular waveguide to a microstrip line of a feed network for a planar antenna be that has as little space as possible.
  • the feed network and a planar line structure the antenna are on different sides a two-layer substrate, with a ground surface between the two layers of substrate.
  • the rectangular waveguide is a waveguide angle with a microstrip line covering, extending in the substrate plane first waveguide section and one perpendicular to the Substrate level standing second waveguide section, wherein the waveguide angle has no wall in the substrate plane and its walls perpendicular to the substrate are in contact with the ground plane.
  • the waveguide angle there is a web which is located in the first waveguide section extending and with the microstrip line has contacted first section to which a second one running in the second waveguide section Section of the web connects.
  • FIG. 1 is a longitudinal section through the arrangement the micro tire line and in FIG. 2 a view A. shown the longitudinal section.
  • FIG. 1 is a longitudinal section through the arrangement the micro tire line and in FIG. 2 a view A. shown the longitudinal section.
  • Both views in the figures 1 and 2 show that the microstrip line belonging to the feed network 2 applied to a two-layer substrate is.
  • the dining network is located on one first substrate layer 2 and the patches 5 of the planar antenna on the opposite side of a second substrate layer 4. There is one between the two substrate layers 3 and 4 for the microstrip line 2 of the feed network and for the patches 5 of the planar antenna common ground 6.
  • the first substrate layer 3 On the first substrate layer 3 is over a section of the Microstrip line 2 of the rectangular waveguide feed network 1 arranged. It is a waveguide angle, one covering the microstrip line 2, in the substrate plane extending first waveguide section 7 and one standing perpendicular to the substrate plane has second waveguide section 8.
  • the second waveguide 8 has a normal waveguide cross section at its end with the narrow side b and the broad side a, to e.g. to be able to connect a waveguide filter.
  • the longitudinal section through the rectangular waveguide 1 only shows one half of the waveguide with the broad side a / 2.
  • the front wall of the waveguide broadside is not shown been.
  • the waveguide angle points in the substrate plane no wall on.
  • the electrical function of the waveguide wall is replaced by the ground surface 6.
  • the ground plane 6 in the first substrate layer 3 at least at the points, on which the side walls of the waveguide angle rest, exposed.
  • the walls perpendicular to the substrate of the waveguide angle 1 are connected to the ground surface 6 by soldering, Welding or conductive glue electrically connected.
  • the microstrip line 2 in the second waveguide section 8 provides a web arranged in the waveguide angle 1 9.
  • This web 9 has a first section 10, which is in the first Waveguide section 7 on the one hand with the substrate parallel waveguide wall and on the other hand over a certain length (2 to 5 mm at an operating frequency of 20 GHz) is contacted with the microstrip line 2.
  • the first web section 10 goes into a second web section 11 above that in the second waveguide section 8 extends into it.
  • the height of the second web section 11 is towards the exit of the second waveguide section 8 reduced in height.
  • the height reduction of the web can be graded (as shown in the drawing) or also take place continuously.
  • the second waveguide section 8 has a cross-sectional transformation 12 on the cross section of the waveguide section 8 of the smaller waveguide cross section of the section 7 to a desired standard waveguide cross section expands at the output of the second waveguide section 8.
  • the first waveguide section has an operating frequency of 20 GHz 7 a parallel to the substrate plane Broad side of 5 mm and a narrow side of 2.5 mm.
  • the standard cross section of the second waveguide section 8 a broad side a of 10.668 mm and a narrow side b of 4.318 mm.
  • the transition from the first Web section 10 on the second web section 11 does not abruptly (see Figure 1), but by a bevel 13 of the Stege gradually.
  • the bevel 13 can, as in the figure 2, linear, but it can also be a stepped or have a non-linear shape.
  • the first substrate layer 2 on which the microstrip line 2 runs is in the region of the second waveguide section 8 away.
  • the first web section 10 makes where it extends beyond the end of the first substrate layer 3, one Jump 14 towards the ground plane 6. At this The gradual transition 13 sets jump 14 to the second Web section 11. The jump 14 compensates for that by Removal of the first substrate layer reduced capacitance.
  • additional adaptation elements can be provided in the web 9 are provided, which are in microstrip technology do not let realize.
  • a hole 15 is inserted (see Figure 2).
  • the web 9 can also with several holes on suitable for the adaptation Places are provided.

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Abstract

Eine sehr platzsparende Koppelanordnung weist folgende Merkmale auf: Das Speisenetzwerk (2) und die Patches (5) der planaren Antenne sind auf unterschiedlichen Seiten eines zweilagigen Substrats (3, 4), mit einer Massefläche (6) zwischen den beiden Substratlagen (3, 4) aufgebracht. Ein Hohlleiterwinkel (1) besitzt einen die Mikrostrefenleitung (2) überdeckenden ersten Hohlleiterabschnitt (7) und einen senkrecht auf der Substratebene stehenden zweiten Hohlleiterabschnitt (8), wobei der Hohlleiterwinkel mit seinen senkrecht auf dem Substrat stehenden Wänden mit der Massefläche (6) kontaktiert ist. Im Hohlleiterwinkel (1) befindet sich ein Steg (9), der einen sich im ersten Hohlleiterabschnitt (7) erstreckenden und mit der Mikrostreifenleitung (2) kontaktierten ersten Abschnitt (10) aufweist, an den sich ein zweiter, in dem zweiten Hohlleiterabschnitt (8) verlaufender Abschnitt (11) des Steges anschließt. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ankoppeln eines Rechteckhohlleiters an eine Mikrostreifenleitung eines Speisenetzwerks für eine planare Antenne.
Planare Antennen bestehen in der Regel aus einer Vielzahl von planaren Antennenelementen (patches), die über ein Speisenetzwerk miteinander verbunden sind. Die in das Speisenetzwerk ein- bzw. ausgekoppelten Signale werden üblicherweise über Hohlleiterfilter geführt. Daher ist es erforderlich, Übergänge von den Mikrostreifenleitungen des Speisenetzwerkes auf Hohlleiter zu schaffen, an welche die Hohlleiterfilter angeschlossen werden können.
Übergänge von Mikrostreifenleitungen auf Hohlleiter sind an sich bekannt. Im Tagungsband der 26th EuMC, 9-12 September 1996, Prag, Seiten 836 bis 838 ist z.B. ein Übergang von einer Mikrostreifenleitung auf einen Steghohlleiter beschrieben. Dabei ist das Substrat mit der Mikrostreifenleitung in den Hohlleiter hineingeführt, und der Steg des Hohlleiters ist mit der Mikrostreifenleitung kontaktiert. Der Hohlleiter verläuft hier in der Substratebene.
Da das Speisenetzwerk einer planaren Antenne in der Regel sehr komplex ist und nur wenig Platz für die Ankopplung eines Hohlleiters zur Verfügung steht, soll eine Anordnung zum Ankoppeln eines Rechteckhohlleiters an eine Mikrostreifenleitung eines Speisenetzwerks für eine planare Antenne angegeben werden, die einen möglichst geringen Platzbedarf hat.
Vorteile der Erfindung
Die genannte Aufgabe wird mit folgenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst: Das Speisenetzwerk und eine planare Leitungsstruktur der Antenne sind auf unterschiedlichen Seiten eines zweilagigen Substrats, mit einer Massefläche zwischen den beiden Substratlagen, aufgebracht. Der Rechteckhohlleiter ist ein Hohlleiterwinkel mit einem die Mikrostreifenleitung überdeckenden, in der Substratebene sich erstreckenden ersten Hohlleiterabschnitt und einem senkrecht auf der Substratebene stehenden zweiten Hohlleiterabschnitt, wobei der Hohlleiterwinkel in der Substratebene keine Wand aufweist und seine senkrecht auf dem Substrat stehenden Wände mit der Massefläche kontaktiert sind. In dem Hohlleiterwinkel befindet sich ein Steg, der einen sich im ersten Hohlleiterabschnitte erstreckenden und mit der Mikrostreifenleitung kontaktierten ersten Abschnitt aufweist, an den sich ein zweiter in dem zweiten Hohlleiterabschnitt verlaufender Abschnitt des Steges anschließt. Durch die Trennung des Speisenetzwerkes von der Leitungsstruktur der Antenne und die Verwendung eines wenig Platz in Anspruch nehmenden Hohlleiterwinkels kann die Ankopplung des Hohlleiters an der günstigsten Stelle des Speisenetzwerkes erfolgen, so daß lange verlustbehaftete Mikrostreifenleitungen zu einem geeigneten Koppelort entfallen können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
  • Figur 1 einen Längsschnitt durch einen an eine Mikrostreifenleitung angekoppelten Hohlleiter und
  • Figur 2 eine Seitenansicht A auf den Längsschnitt eines an einer Mikrostreifenleitung angekoppelten Hohlleiters.
  • Die beiden Figuren 1 und 2 zeigen die Ankopplung eines Rechteckhohlleiters 1 an einer Mikrostreifenleitung 2, die zu einem Speisenetzwerk für eine planare Antenne gehört. In der Figur 1 ist ein Längsschnitt durch die Anordnung entlang der Mikrosreifenleitung und in Figur 2 eine Ansicht A auf den Längsschnitt dargestellt. Beide Ansichten in den Figuren 1 und 2 zeigen, daß die zum Speisenetzwerk gehörende Mikrostreifenleitung 2 auf einem zweilagigen Substrat aufgebracht ist. Dabei befindet sich das Speisenetzwerk auf einer ersten Substratlage 2 und die Patches 5 der planaren Antenne auf der gegenüberliegenden Seite einer zweiten Substratlage 4. Zwischen beiden Substratlagen 3 und 4 befindet sich eine für die Mikrostreifenleitung 2 des Speisenetzwerks und für die Patches 5 der planaren Antenne gemeinsame Massefläche 6.
    Auf der ersten Substratlage 3 ist über einem Abschnitt der Mikrostreifenleitung 2 des Speisenetzwerks der Rechteckhohlleiter 1 angeordnet. Es handelt sich dabei um einen Hohlleiterwinkel, der einen die Mikrostreifenleitung 2 überdeckenden, in der Substratebene verlaufenden ersten Hohlleiterabschnitt 7 und einen senkrecht auf der Substratebene stehenden zweiten Hohlleiterabschnitt 8 aufweist. Der zweite Hohlleiter 8 besitzt an seinem Ende einen Normalhohlleiter-Querschnitt mit der Schmalseite b und der Breitseite a, um daran z.B. ein Hohlleiterfilter anschließen zu können.
    Der Längsschnitt durch den Rechteckhohlleiter 1 zeigt nur eine Hälfte des Hohlleiters mit der Breitseite a/2. Um den Blick in das Innere des Hohlleiters 1 freizulegen, ist in der Figur 1, anders als in der Seitenansicht A der Figur 2, die vordere Wand der Hohlleiterbreitseite nicht eingezeichnet worden. In der Substratebene weist der Hohlleiterwinkel keine Wand auf. Die elektrische Funktion der Hohlleiterwand wird durch die Massefläche 6 ersetzt. Dazu ist die Massefläche 6 in der ersten Substratlage 3 zumindest an den Stellen, auf denen die Seitenwände des Hohlleiterwinkels aufliegen, freigelegt. Die senkrecht auf dem Substrat stehenden Wände des Hohlleiterwinkels 1 sind mit der Massefläche 6 durch Löten, Schweißen oder Leitkleben elektrisch verbunden.
    Für den optimalen Übergang des elektromagnetischen Feldes der Mikrostreifenleitung 2 in den zweiten Hohlleiterabschnitt 8 sorgt ein im Hohlleiterwinkel 1 angeordneter Steg 9. Dieser Steg 9 hat einen ersten Abschnitt 10, der im ersten Hohlleiterabschnitt 7 einerseits mit der zum Substrat parallel verlaufenden Hohlleiterwand und andererseits über eine gewisse Länge (2 bis 5 mm bei einer Betriebsfrequenz von 20 GHz) mit der Mikrostreifenleitung 2 kontaktiert ist. Der erste Stegabschnitt 10 geht in einen zweiten Stegabschnitt 11 über, der sich in den zweiten Hohlleiterabschnitt 8 hinein erstreckt. Die Höhe des zweiten Stegabschnitts 11 ist in Richtung zum Ausgang des zweiten Hohlleiterabschnitts 8 hin in seiner Höhe reduziert. Die Höhenreduktion des Steges kann gestuft (wie in der Zeichnung dargestellt) oder auch kontinuierlich erfolgen.
    Der zweite Hohlleiterabschnitt 8 weist eine Querschnittstransformation 12 auf, die den Querschnitt des Hohlleiterabschnitts 8 vom kleineren Hohlleiterquerschnitt des Abschnitts 7 auf einen gewünschten Normhohlleiter-Querschnitt am Ausgang des zweiten Hohlleiterabschnitts 8 aufweitet.
    Bei einer Betriebsfrequenz von 20 GHz hat der erste Hohlleiterabschnit 7 eine parallel zur Substratebene liegende Breitseite von 5 mm und eine Schmalseite von 2,5 mm. Dagegen hat der Normquerschnitt des zweiten Hohlleiterabschnitts 8 eine Breitseite a von 10,668 mm und eine Schmalseite b von 4,318 mm.
    Zur weiteren Optimierung der Anpassung des Feldes der Mikrostreifenleitung 2 an das Feld im Hohlleiterabschnitt 8 erfolgt, wie in Figur 2 dargestellt, der Übergang vom ersten Stegabschnitt 10 auf den zweiten Stegabschnitt 11 nicht abrupt (siehe Figur 1), sondern durch eine Abschrägung 13 des Steges allmählich. Die Abschrägung 13 kann, wie in der Figur 2 dargestellt, linear verlaufen, sie kann aber auch eine gestufte oder nicht lineare Form haben.
    Die erste Substratlage 2, auf der die Mikrostreifenleitung 2 verläuft, ist im Bereich des zweiten Hohlleiterabschnitts 8 entfernt. Der erste Stegabschnitt 10 macht an der Stelle, wo er über das Ende der ersten Substratlage 3 hinausgeht, einen Sprung 14 in Richtung auf die Massefläche 6. An diesem Sprung 14 setzt der allmähliche Übergang 13 auf den zweiten Stegabschnitt 11 an. Der Sprung 14 kompensiert den durch die Entfernung der ersten Substratlage verringerten Kapazitätsbelag.
    Vorteilhafterweise können im Steg 9 zusätzliche Anpassungselemente vorgesehen werden, die sich in Microstrip-Technik nicht realisieren lassen. So ist z.B. als Anpassungselement im ersten Stegabschnitt 10 oberhalb der ersten Substratlage 3 ein Loch 15 eingelassen (siehe Figur 2). Der Steg 9 kann auch mit mehreren Löchern an für die Anpassung geeigneten Stellen versehen werden.

    Claims (6)

    1. Anordnung zum Ankoppeln eines Rechteckhohlleiters an eine Mikrostreifenleitung eines Speisenetzwerks für eine planare Antenne, dadurch gekennzeichnet,
      daß das Speisenetzwerk (2) und eine planare Leitungsstruktur (5) der Antenne auf unterschiedlichen Seiten eines zweilagigen Substrats (3, 4), mit einer Massefläche (6) zwischen den beiden Substratlagen (3, 4), aufgebracht sind,
      daß der Rechteckhohlleiter (1) ein Hohlleiterwinkel ist mit einem die Mikrostreifenleitung (2) überdeckenden, in der Substratebene sich erstreckenden ersten Hohlleiterabschnitt (7) und einem senkrecht auf der Substratebene stehenden zweiten Hohlleiterabschnitt (8), wobei der Hohlleiterwinkel (1) in der Substratebene keine Wand aufweist und seine senkrecht auf dem Substrat stehenden Wände mit der Massefläche (6) kontaktiert sind,
      und daß sich im Hohlleiterwinkel (1) ein Steg (9) befindet, der einen sich im ersten Hohlleiterabschnitt (7) erstreckenden und mit der Mikrostreifenleitung (2) kontaktierten ersten Abschnitt (10) aufweist, an den sich ein Zweiter in dem zweiten Hohlleiterabschnitt (8) verlaufender Abschnitt (11) des Steges anschließt.
    2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der ersten Substratlage (3), auf der sich das Speisenetzwerk befindet, die Massefläche (6) zur Kontaktierung mit den Hohlleiterwänden freigelegt ist.
    3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stegabschnitt (11) zum Ausgang des zweiten Hohlleiterabschnitts (8) hin in seiner Höhe reduziert ist.
    4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlleiterabschnitt (8) eine Querschnittstransformation (12) vom Querschnitt des ersten Hohlleiterabschnitts (7) auf einen gewünschten Normhohlleiter-Querschnitt am Ende des zweiten Hohlleiterabschnitts (8) aufweist.
    5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom ersten Stegabschnitt (10) auf den zweiten Stegabschnitt (11) allmählich erfolgt.
    6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den ersten Stegabschnitt (10) über der ersten Substratlage (3) der Mikrostreifenleitung (2) mindestens ein Loch (15) als Anpassungselement eingelassen ist.
    EP98103073A 1997-06-17 1998-02-21 Anordnung zum Ankoppeln eines Rechteckhohlleiters an ein Speisenetzwerk einer planaren Antenne Expired - Lifetime EP0886337B1 (de)

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    DE19725492 1997-06-17

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP0886337A2 true EP0886337A2 (de) 1998-12-23
    EP0886337A3 EP0886337A3 (de) 1999-11-10
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