EP0886337B1 - Device for coupling a rectangular waveguide to a feed network for a planar antenna - Google Patents
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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 requires little space to connect 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 area 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.
- the two Figures 1 and 2 show the coupling of a Rectangular waveguide 1 on a microstrip line 2, the belongs to a feed network for a planar antenna.
- In 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 on a two-layer substrate is.
- the dining network is located on one first substrate layer 3 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.
- Microstrip line 2 of the rectangular waveguide feed network 1 On the first substrate layer 3 is the over a section 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.
- a look inside the waveguide 1 is shown in 1, unlike in side view A of FIG. 2, the front wall of the waveguide broadside is not shown Service.
- 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 lie, 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, the first Waveguide section 7 on the one hand with the substrate parallel waveguide wall and on the other hand 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 at the point where it goes beyond the end of the first substrate layer 3, one Jump 14 towards the ground plane 6. At this Jump 14 sets the gradual transition 13 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 be realized.
- a hole 15 is inserted (see Figure 2).
- the web 9 can also with several holes on suitable for adaptation Places are provided.
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ankoppeln eines Rechteckhohlleiters an eine Mikrostreifenleitung eines Speisenetzwerks für eine planare Antenne.The present invention relates to an arrangement for coupling a rectangular waveguide to a microstrip line of a feed network for a planar antenna.
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.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.
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. Transitions from microstrip lines to waveguides are on known. In the conference proceedings of the 26th EuMC, September 9-12 1996, Prague, pages 836 to 838 is e.g. a transition from one Microstrip line described on a ridge waveguide. The substrate with the microstrip line is in inserted the waveguide, and the web of the waveguide is in contact with the microstrip line. The waveguide runs here in the substrate plane.
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.As a rule, the feed network of a planar antenna is very complex and requires little space to connect 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.
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.The above object is achieved with the following features of the claim 1 solved: The feed network and a planar line structure the antenna are on different sides a two-layer substrate, with a ground area 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. In 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. By separating the Feed network from the line structure of the antenna and the use of a space-consuming waveguide angle can the coupling of the waveguide to the cheapest place of the dining network, so that long lossy microstrip lines to a suitable one Coupling location can be omitted.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Advantageous developments of the invention emerge from the subclaims out.
Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es
zeigen:
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 3 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.The two Figures 1 and 2 show the coupling of a
Rectangular waveguide 1 on a
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. On the
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.The longitudinal section through the rectangular waveguide 1 only shows
one half of the waveguide with the broad side a / 2. To the
Exposing a look inside the waveguide 1 is shown in
1, unlike in side view A of FIG. 2,
the front wall of the waveguide broadside is not shown
Service. The waveguide angle points in the substrate plane
no wall on. The electrical function of the waveguide wall
is replaced by the
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.For the optimal transition of the electromagnetic field
the
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. The
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.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. On the other hand has 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.
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.To further optimize the adaptation of the field of the
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.The
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.Advantageously, additional adaptation elements can be provided in the
Claims (6)
- Arrangement for coupling a rectangular waveguide to a microstrip line of a supply network for a planar antenna, characterized inthat the supply network (2) and a planar line structure (5) of the antenna are fixed on different sides of a two-layer substrate (3, 4), with a ground surface (6) between the two substrate layers (3, 4),that the rectangular waveguide (1) is a waveguide angle with a first waveguide section (7) overlapping the microstrip line (2), running level with the substrate and a second waveguide section (8) standing perpendicularly level with the substrate, whereby the waveguide angle (1) does not have a wall level with the substrate and its walls standing perpendicularly to the substrate form a contact with the ground surface (6),and that in the waveguide angle (1) is a strut (9), which has a first section (10) extending in the first waveguide section (7) and forming a contact with the microstrip line (2), on which a second section (11) of the strut extending in the second waveguide section (8) is connected.
- Arrangement according to claim 1, characterized in that inside the first substrate layer (3), on which the supply network is arranged, the ground surface (6) is exposed to form a contact with the waveguide walls.
- Arrangement according to claim 1, characterized in that the second strut section (11) is reduced in height towards the end of the second waveguide section (8).
- Arrangement according to claim 1, characterized in that the second waveguide section (8) has a cross section transformation (12) from the cross section of the first waveguide section (7) to a desired standard waveguide cross section at the end of the second waveguide section (8).
- Arrangement according to claim 1, characterized in that the transition from the first strut section (10) to the second strut section (11) takes place gradually.
- Arrangement according to claim 1, characterized in that in the first strut section (10) above the first substrate layer (3) of the microstrip line (2) at least one hole (15) is drilled as adjusting element.
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