EP1223638A2 - Gruppenantennensystem - Google Patents

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EP1223638A2
EP1223638A2 EP01129695A EP01129695A EP1223638A2 EP 1223638 A2 EP1223638 A2 EP 1223638A2 EP 01129695 A EP01129695 A EP 01129695A EP 01129695 A EP01129695 A EP 01129695A EP 1223638 A2 EP1223638 A2 EP 1223638A2
Authority
EP
European Patent Office
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antenna
group
sub
antenna system
subgroups
Prior art date
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EP01129695A
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English (en)
French (fr)
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EP1223638A3 (de
EP1223638B1 (de
Inventor
Klaus Prof. Dr. Solbach
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
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Publication date
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Publication of EP1223638A3 publication Critical patent/EP1223638A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters

Definitions

  • the invention relates to a group antenna system according to the preamble of Claim 1.
  • They are group antenna systems with an electrically large group antenna known, the first antenna sub-group and a first Antenna sub-group and a second antenna sub-group, wherein a combination line network is provided which has an entrance to Recording an antenna power signal and one with the first Antenna sub-group connected first output to deliver a first Output signal to the first antenna sub-group and one with the second Antenna sub-group connected second output to deliver the second Output signal to the second antenna sub-group.
  • Such group antenna systems typically antenna subsets, in the form of antenna halves in are arranged next to each other on one level.
  • the two antenna halves are from the outputs of a combination line network that through a power divider is formed, in-phase output signals supplied, to generate a summation diagram of the antennas (or antiphase Output signals to generate a difference diagram).
  • Group antenna systems which have a number of spatial contain separate radiation elements, those for generation a spatial deflection of the antenna beam against each other by one given phase shifted signals are supplied.
  • the object of the invention is to provide a group antenna system presupposed type to create which a broadband low Input reflection factor and thus a wider range of adjustment having.
  • the invention provides a group antenna system with an electrical large group antenna created, the first antenna subgroup and comprises a second antenna sub-group, and with a Combination line network that has an input for receiving a Antenna power signal and one with the first antenna sub-group connected first output for delivering a first output signal to the first antenna sub-group and one with the second antenna sub-group connected second output for emitting a second output signal has the second antenna subgroup.
  • the combination line network a Phase shifter for generating a phase shift between the output signals of the first output and the second output contains their feed to the antenna subgroups, and that means are provided to the phase shift in the beam path of the To compensate antenna sub-groups emitted antenna radiation.
  • the group antenna system according to the invention has one versus one corresponding conventional array antenna system essential increased range of adjustment.
  • the group antenna preferably comprises two of the same size Antenna subsets or it consists of several such pairs of equally large antenna subgroups.
  • the first antenna subgroup is a first Half antenna of the group antenna forms, and that the second Antenna sub-group forms a second half-antenna of the group antenna.
  • phase shifter produces a phase shift of 90 °.
  • the means for compensating the Phase shift a shift between that of the first Antenna sub-group emitted radiation and that from the second Antenna subgroup emits radiation in the main beam direction a quarter wavelength in the sense of a compensation of the of the Phase shifter produce 90 ° phase shift.
  • the Antenna subgroups with respect to the main beam direction of the antenna are shifted against each other.
  • a preferred embodiment of this provides that the Antenna subgroups perpendicular to the main beam direction of the antenna arranged and shifted against each other by a quarter wavelength.
  • the Antenna subgroups at an angle to the main beam direction of the antenna are arranged, and that the centers of the antenna subgroups with respect to the Main beam direction shifted against each other by a quarter wavelength are.
  • the antenna subgroups in a common Level are arranged.
  • the Antenna subgroups with different dielectric layers Dielectric values are covered, which is the phase shift of compensate for radiation emitted by the antenna subgroups.
  • the dielectric layers have a thickness such that they have a Shift between those given by the antenna sub-groups Radiations around a quarter of a wavelength in the sense of a compensation of the 90 ° phase shift generated by the phase shifter cause.
  • the Antenna sub-groups are arranged in a common plane.
  • a first dielectric layer is air
  • a second dielectric layer is a layered medium with a dielectric constant greater than that Is the dielectric constant of air.
  • the Antenna sub-groups of waveguide paths with different Cross-sectional dimensions are arranged which are the phase shift compensate for the radiation emitted by the antenna subgroups.
  • the waveguide paths preferably have one around a certain one Difference different length, so that a shift of the Antenna sub-groups emitted radiation by a quarter wavelength in the sense of a compensation of the phase shifting device generated 90 ° phase shift is effected.
  • the Antenna sub-groups arranged in a common plane.
  • the antenna subgroups are advantageously in the direction of the division electrically large.
  • the Antenna subgroups in the direction perpendicular to the division are small.
  • the reflection factors of the antenna subgroups are preferably the same.
  • the combination line network contains a 4-port power divider.
  • the 4-port power divider is preferably a Wilkinson divider, one 3 dB directional coupler or an E-H waveguide double-T branch educated.
  • Electrically large group antenna comprises a first antenna sub-group 11 and a second antenna sub-group 12, which in the illustrated Embodiment each have a first and a second half antenna Form group antenna 10 and are the same size.
  • On Combination line network 13 includes an input for receiving a Antenna power signal and a first output that is connected to the first Antenna sub-group 11 is connected and a first output signal this delivers, as well as a second output, which with the second Antenna sub-group 12 is connected and a second output signal delivers this.
  • the combination line network 13 can be, for example, a 4-port power divider included by a Wilkinson divider, a 3 dB directional coupler or an E-H waveguide double-T branch can be formed can, as shown by way of example in FIGS. 2a) to c).
  • the input reflection factor ru of the antenna sub-groups 11, 12, FIG. 1, assumes a minimum around the nominal frequency f0, with a useful bandwidth ⁇ f, as shown in Figure 3.
  • the useful bandwidth ⁇ f is a measure of that Adaptation bandwidth with which the group antenna can be operated.
  • FIG. 4 shows, which schematically shows a first embodiment of the represents group antenna system according to the invention, includes Combination line network 13 a phase shifter 14, which between an output of the combination line network 13 and one of the antenna sub-groups 11, 12 forming group antenna 10 are connected (In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the Phase shifter 14 between the second output of the Combination line network 13 and the second antenna subgroup 12 switched), and a phase shift, of the amount 90 °, between the Output signals of the first output and the second output of the Combination line network 13 before the supply of the output signals the antenna sub-groups 11, 12 of the group antenna 10 are generated.
  • Phase shifting device 14 generates a phase shift in the beam path the antenna radiation emitted by the antenna sub-groups 11, 12 to compensate again so that the antenna radiation is uniform again Has phase position of the originally intended signal.
  • FIG. 5 which in Figure 5a) in the side view and in Figure 5b) is shown in plan view Antenna sub-groups 21, 22 of the group antenna 20 perpendicular to Main beam direction of the antenna and arranged by a quarter wavelength shifted against each other.
  • the first antenna subgroup 21 is directly with connected to the first output of the combination line network 23, while the second antenna subgroup 22 has a Phase shifter 24 with the second output of the Combination line network 23 is connected, so that the displacement of the two antenna sub-groups 21, 22 by a quarter wavelength ⁇ / 4 against each other exactly that caused by the phase shifter 24 Phase shift compensated by -90 °.
  • FIG. 6 in which FIG. 6a) again shows a side view and 6b) shows a plan view Antenna subgroups 31, 32 of the group antenna 30 obliquely to Main beam direction of the antenna arranged.
  • the middle of the Antenna subgroups 31, 32, which in Figure 6a) by P1 or by P2 are identified with regard to the main beam direction of the Group antenna shifted against each other by a quarter wavelength ⁇ / 4, so that in turn compensation for a 90 ° phase shift between the input signals of the two antenna subsets 31 and 32 becomes.
  • antenna sub-groups 41, 42 of a group antenna 40 each with dielectric layers 45, 46 of different dielectric numbers ⁇ r1 or ⁇ r2 covered.
  • dielectric layers 45, 46 have a thickness d.
  • the thickness is d of the two dielectric layers 45, 46 are the same, but this need not be the case necessarily be the case.
  • the thickness d of the dielectric layers 45, 46 is chosen so that there is a shift of the Antenna subgroups 41, 42 emitted radiation by a quarter Wavelength ⁇ / 4 results relative to each other, in the sense of a compensation of from the phase shifter (not shown in the figure), compare the phase shifter 14 in FIG. 4.
  • the two are Antenna sub-groups 41, 42 arranged in a common plane, this however, this need not necessarily be the case. If the two antenna sub-groups 41, 42 of the group antenna 40 with respect to the The main beam direction of the antenna would of course be this Dimensioning the thickness d of the dielectric layers 45, 46 to consider.
  • FIG. 8 there is a group antenna 50 by a first antenna sub-group 51 and a second Antenna sub-group 52 formed.
  • the antenna subgroups 51, 52 are Waveguide paths 55, 56 with different cross-sectional dimensions arranged, which is a phase shift of the Antenna subgroups 51, 52 emit radiation relative to one another cause.
  • the waveguide paths 55, 56 a by a difference d different length, so that a Shift of those emitted by the antenna subgroups 51, 52 Radiations by a quarter wavelength ⁇ / 4 relative to each other in the sense compensation for the 90 ° phase shift.
  • the Antenna sub-groups 51, 52 in turn in a common plane arranged. Again, this does not necessarily have to be the case, however would be a shift of the two antenna subgroups 51, 52 relative to each other with respect to the main beam direction of the array antenna 50 when dimensioning the difference d between the two waveguide paths 55, 56 to consider.
  • each Transition sections 57, 58 with a transition from a narrow one Cross section can be provided on a wide cross section, which in the Figure 8 embodiment shown with a transition Adjustment levels is realized.
  • Group antenna system is that the reflection factors of the Antenna subgroups are the same. That means that Antenna subgroups should be largely decoupled from one another have to. This is guaranteed if the antenna subgroups are at least in Direction of the division are electrically large. In the other direction no restriction, i.e. also antennas, which are in the direction perpendicular to Division are small, e.g. Antennas with only one line can be considered.
  • a Group antenna 60 is formed by antenna subgroups 61, 62, which in Direction perpendicular to the division are small, namely only through two rows are formed by slot radiators.
  • the structure of the group antenna system according to the invention achieved effect with respect to that reflected on the antenna subgroups Waves is that the reflected waves on the combination line network in Incoming phase and arrive at the fourth gate of the 4-gate power divider used here can emerge or be absorbed. So that at ideal components the resulting reflection factor at Antenna input practically disappear completely, regardless of the height and the frequency dependence of the reflection factor Antenna subgroups. The function is restricted by non-ideal ones Properties of the combination line network and Phase shifter. However, the resultant Adjustment bandwidth is nevertheless essential in many practical cases become larger than that of the antenna subgroups as such.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Es wird ein Gruppenantennensystem mit einer elektrisch großen Gruppenantenne (10) beschrieben, die eine erste Antennenuntergruppe (11) und eine zweite Antennenuntergruppe (12) umfaßt. Weiterhin ist ein Kombinationsleitungsnetzwerk (13) vorgesehen, das einen Eingang zur Aufnahme eines Antennenleistungssignals sowie einen mit der ersten Antennenuntergruppe (11) verbundenen ersten Ausgang und einen mit der zweiten Antennenuntergruppe (12) verbundenen zweiten Ausgang aufweist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß das Kombinationsleistungsnetzwerk (13) eine Phasenschiebeeinrichtung (14) zum Erzeugen einer Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen des ersten Ausgangs und des zweiten Ausgangs vor deren Zuführung zu den Antennenuntergruppen (11, 12) enthält, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Phasenverschiebung im Strahlengang der von den Antennenuntergruppen (11, 12) abgegebenen Antennenstrahlungen zu kompensieren. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Gruppenantennensystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Gruppenantennensysteme mit einer elektrisch großen Gruppenantenne bekannt, die eine erste Antennenuntergruppe und eine erste Antennenuntergruppe und eine zweite Antennenuntergruppe umfaßt, wobei ein Kombinationsleitungsnetzwerk vorgesehen ist, das einen Eingang zur Aufnahme eines Antennenleistungssignals sowie einen mit der ersten Antennenuntergruppe verbundenen ersten Ausgang zur Abgabe eines ersten Ausgangssignals an die erste Antennenuntergruppe und einen mit der zweiten Antennenuntergruppe verbundenen zweiten Ausgang zur Abgabe des zweiten Ausgangssignals an die zweite Antennenuntergruppe aufweist.
Solche Gruppenantennensysteme nach dem Stand der Technik haben typischerweise Antennenuntergruppen, die in Form von Antennenhälften in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind. Den beiden Antennenhälften werden von den Ausgängen eines Kombinationsleitungsnetzwerkes, das durch einen Leistungsteiler gebildet ist, gleichphasige Ausgangssignale zugeführt, um ein Summen-Diagramm der Antennen zu erzeugen (bzw. gegenphasige Ausgangssignale, um ein Differenz-Diagramm zu erzeugen).
Elektrisch große Gruppenantennen, insbesondere solche, mit stehenden Wellen auf den Speiseleitungen (Resonanz-Speisesystem) oder solche mit schmalbandigen Strahlenelementen (z.B. Patch-Antennen) weisen häufig sehr schmale Anpassungsbreiten mit resonanzartigen Verläufen des Reflexionsfaktors auf, wie es in Figur 3 dargestellt ist.
Eine Erhöhung der Anpassungsbandbreite solcher Antennen ist häufig nicht oder nur mit erheblichem Mehraufwand möglich, z.B. mit komplexen Speisesystemen. Dennoch werden häufig große Bandbreiten mit konstant niedrigem Reflexionsfaktor gefordert, z.B. um den Betrieb von Frequenz-Multiplex-Filtern oder eine konstante Leistungsausbeute von Sendeverstärkern ohne Zirkulator zu ermöglichen.
Aus der EP 0 310 661 B1 und aus der EP 0 615 659 B1 sind Gruppenantennensysteme bekannt, welche eine Anzahl von räumlich voneinander getrennten Strahlungselementen enthalten, denen zur Erzeugung einer räumlichen Ablenkung des Antennenstrahls gegeneinander um eine vorgegebene Phase verschobene Signale zugeführt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gruppenantennensystem der vorausgesetzten Art zu schaffen, welches einen breitbandig niedrigen Eingangsreflexionsfaktor und damit eine größere Anpassungsbandbreite aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Gruppenantennensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gruppenantennensystems sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Durch die Erfindung wird ein Gruppenantennensystem mit einer elektrisch großen Gruppenantenne geschaffen, die eine erste Antennenuntergruppe und eine zweite Antennenuntergruppe umfaßt, und mit einem Kombinationsleitungsnetzwerk, das einen Eingang zur Aufnahme eines Antennenleistungssignals sowie einen mit der ersten Antennenuntergruppe verbundenen ersten Ausgang zur Abgabe eines ersten Ausgangssignals an die erste Antennenuntergruppe und einen mit der zweiten Antennenuntergruppe verbundenen zweiten Ausgang zur Abgabe eines zweiten Ausgangssignals an die zweite Antennenuntergruppe aufweist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß das Kombinationsleitungsnetzwerk eine Phasenschiebeeinrichtung zum Erzeugen einer Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen des ersten Ausgangs und des zweiten Ausgangs vor deren Zuführung zu den Antennenuntergruppen enthält, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Phasenverschiebung im Strahlengang der von den Antennenuntergruppen abgegebenen Antennenstrahlung zu kompensieren. Das erfindungsgemäße Gruppenantennensystem weist eine gegenüber einem entsprechenden herkömmlichen Gruppenantennensystem wesentlich vergrößerte Anpassungsbandbreite auf.
Vorzugsweise umfaßt die Gruppenantenne zwei gleich große Antennenuntergruppen oder sie besteht aus mehreren solchen Paaren von gleich großen Antennenuntergruppen.
Insbesondere ist es vorgesehen, daß die erste Antennenuntergruppe eine erste Halbantenne der Gruppenantenne bildet, und daß die zweite Antennenuntergruppe eine zweite Halbantenne der Gruppenantenne bildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Phasenschiebeeinrichtung eine Phasenverschiebung von 90° erzeugt.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, daß die Mittel zum Kompensieren der Phasenverschiebung eine Verschiebung zwischen der von der ersten Antennenuntergruppe abgegebenen Strahlung und der von der zweiten Antennenuntergruppe abgegebenen Strahlung in der Hauptstrahlrichtung um eine Viertel Wellenlänge im Sinne einer Kompensation der von der Phasenschiebeeinrichtung erzeugten 90°-Phasenverschiebung bewirken.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Antennenuntergruppen bezüglich der Hauptstrahlrichtung der Antenne gegeneinander verschoben sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform hiervon sieht es vor, daß die Antennenuntergruppen senkrecht zur Hauptstrahlrichtung der Antenne angeordnet und um eine Viertel Wellenlänge gegeneinander verschoben sind.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Antennenuntergruppen schräg zur Hauptstrahlrichtung der Antenne angeordnet sind, und daß die Mitten der Antennenuntergruppen bezüglich der Hauptstrahlrichtung um eine Viertel Wellenlänge gegeneinander verschoben sind.
Gemäß einer speziellen Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Antennenuntergruppen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Antennenuntergruppen mit dielektrischen Schichten unterschiedlicher Dielektrizitätszahlen bedeckt sind, welche die Phasenverschiebung der von den Antennenuntergruppen abgegebenen Strahlung kompensieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hiervon ist es vorgesehen, daß die dielektrischen Schichten eine solche Dicke aufweisen, daß sie eine Verschiebung zwischen den von den Antennenuntergruppen abgegebenen Strahlungen um eine Viertel Wellenlänge im Sinne einer Kompensation der von der Phasenschiebeeinrichtung erzeugten 90°-Phasenverschiebung bewirken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungform hiervon ist es vorgesehen, daß die Antennenuntergruppen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, daß eine erste dielektrische Schicht Luft ist, und daß eine zweite dielektrische Schicht ein geschichtetes Medium mit einer Dielektrizitätszahl ist, die größer als die Dielektrizitätszahl von Luft ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, daß an den Antennenuntergruppen Hohlleiterstrecken mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen angeordnet sind, welche die Phasenverschiebung der von den Antennenuntergruppen abgegebenen Strahlungen kompensieren.
Vorzugsweise haben die Hohlleiterstrecken eine um einen bestimmten Unterschied verschiedene Länge, so daß eine Verschiebung der von den Antennenuntergruppen abgegebenen Strahlung um eine Viertel Wellenlänge im Sinne einer Kompensation der von der Phasenschiebeeinrichtung erzeugten 90°-Phasenverschiebung bewirkt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hiervon sind die Antennenuntergruppen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht es vor, daß am Ausgang der Hohlleiterstrecken Übergangsstrecken mit einem Übergang von schmalem Querschnitt auf weiten Querschnitt vorgesehen sind.
Vorteilhafterweise sind die Antennenuntergruppen in Richtung der Teilung elektrisch groß.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Antennenuntergruppen in Richtung senkrecht zur Teilung klein sind.
Vorzugsweise sind die Reflexionsfaktoren der Antennenuntergruppen gleich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gruppenantennensystems enthält das Kombinationsleitungsnetzwerk einen 4-Tor-Leistungsteiler.
Vorzugsweise ist der 4-Tor-Leistungsteiler durch einen Wilkinsonteiler, einen 3-dB-Richtkoppler oder eine E-H-Hohlleiter-Doppel-T-Verzweigung gebildet.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Figur 1
ein schematisches Diagramm, welches allgemein ein Gruppenantennensystem mit einer ersten Antennenntergruppe und einer zweiten Antennenuntergruppe und einem Kombinationsleitungsnetzwerk zeigt;
Figur 2
verschiedene Ausführungsbeispiele von 4-Tor-Leistungsteilem, wie sie für ein Kombinationsleitungsnetzwerk des erfindungsgemäßen Gruppenantennensystems verwendet werden können;
Figur 3
ein Diagramm, welches die Anpassungsbandbreite eines Gruppenantennensystems als Funktion des Reflexionsfaktors in Abhängigkeit von der Frequenz darstellt;
Figur 4
ein schematisches Diagramm eines Gruppenantennensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 5
in der Seitenansicht, Figur 5a), bzw. in der Aufsicht, Figur 5b), eine schematisierte Darstellung eines Gruppenantennensystems gemäß einem weiteren Ausführung der Erfindung;
Figur 6
in der Seitenansicht, Figur 6a), bzw. in der Aufsicht, Figur 6b), eine schematisierte Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Gruppenantennensystems gemäß der Erfindung;
Figur 7
in der Seitenansicht eine schematisierte Darstellung noch eines anderen Ausführungsbeispiels eines Gruppenantennensystems der Erfindung;
Figur 8
in der Seitenansicht eine schematisierte Darstellung noch eines anderen Ausführungsbeispiels eines Gruppenantennensystems gemäß der Erfindung; und
Figur 9
eine schematisierte Darstellung noch eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gruppenantennensystems.
Zuerst soll anhand der Figur 1 allgemein der Aufbau eines Gruppenantennensystems besprochen werden, wie es Gegenstand der Erfindung ist. Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete elektrisch große Gruppenantenne umfaßt eine erste Antennenuntergruppe 11 und eine zweite Antennenuntergruppe 12, welche bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils eine erste und eine zweite Halbantenne der Gruppenantenne 10 bilden und gleich groß sind. Ein Kombinationsleitungsnetzwerk 13 umfaßt einen Eingang zur Aufnahme eines Antennenleistungssignals sowie einen ersten Ausgang, der mit der ersten Antennenuntergruppe 11 verbunden ist und ein erstes Ausgangssignal an diese abgibt, sowie einen zweiten Ausgang, der mit der zweiten Antennenuntergruppe 12 verbunden ist und ein zweites Ausgangssignal an diese abgibt.
Das Kombinationsleitungsnetzwerk 13 kann beispielsweise einen 4-Tor-Leistungsteiler enthalten, der durch einen Wilkinsonteiler, einen 3-dB-Richtkoppler oder eine E-H-HohlleiterDoppel-T-Verzweigung gebildet sein kann, wie sie in Figur 2a) bis c) exemplarisch gezeigt sind.
Der Eingangsreflexionsfaktor ru der Antennenuntergruppen 11, 12, Figur 1, nimmt um die Nennfrequenz f0 ein Minimum an, mit einer Nutzbandbreite Δf, wie es in Figur 3 gezeigt ist. Die Nutzbandbreite Δf ist ein Maß für die Anpassungsbandbreite, mit der die Gruppenantenne betrieben werden kann.
Wie Figur 4 zeigt, die schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gruppenantennensystems darstellt, umfaßt das Kombinationsleitungsnetzwerk 13 ein Phasenschiebeeinrichtung 14, welche zwischen einen Ausgang des Kombinationsleitungsnetzwerks 13 und eine der die Gruppenantenne 10 bildenden Antennenuntergruppen 11, 12 geschaltet ist (bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Phasenschiebeeinrichtung 14 zwischen den zweiten Ausgang des Kombinationsleitungsnetzwerks 13 und die zweite Antennenuntergruppe 12 geschaltet), und eine Phasenverschiebung, vom Betrag 90°, zwischen den Ausgangssignalen des ersten Ausgangs und des zweiten Ausgangs des Kombinationsleitungsnetzwerk 13 vor der Zuführung der Ausgangssignale zu den Antennenuntergruppen 11, 12 der Gruppenantenne 10 erzeugt.
Allgemein gesprochen sind Mittel vorgesehen, um die in dem Kombinationsleitungsnetzwerk 13 bzw. in der darin vorgesehenen Phasenschiebeeinrichtung 14 erzeugte Phasenverschiebung im Strahlengang der von dem Antennenuntergruppen 11, 12 abgegebenen Antennenstrahlung wieder zu kompensieren, so daß die Antennenstrahlung wieder einheitlich die Phasenlage des ursprünglich vorgesehenen Signals aufweist.
Bei den in Figur 5 und in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Antennenuntergruppen 21, 22 bzw. 31, 32 der Gruppenantennen 20 bzw. 30 bezüglich der Hauptstrahlrichtung der Antenne gegeneinander verschoben, um die besagte Phasenverschiebung zu kompensieren.
Bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel, welches in Figur 5a) in der Seitenansicht und in Figur 5b) in der Aufsicht gezeigt ist, sind die Antennenuntergruppen 21, 22 der Gruppenantenne 20 senkrecht zur Hauptstrahlrichtung der Antenne angeordnet und um eine Viertel Wellenlänge gegeneinander verschoben. Die erste Antennenuntergruppe 21 ist direkt mit dem ersten Ausgang des Kombinationsleitungsnetzwerk 23 verbunden, während die zweite Antennenuntergruppe 22 über eine Phasenschiebeeinrichtung 24 mit dem zweiten Ausgang des Kombinationsleitungsnetzwerk 23 verbunden ist, so daß die Verschiebung der beiden Antennenuntergruppen 21, 22 um eine Viertel Wellenlänge λ/4 gegeneinander genau die durch die Phasenschiebeeinrichtung 24 bewirkte Phasenverschiebung um -90° kompensiert.
Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem Figur 6a) wiederum eine Seitenansicht und 6b) eine Aufsicht zeigt, sind die Antennenuntergruppen 31, 32 der Gruppenantenne 30 schräg zur Hauptstrahlrichtung der Antenne angeordnet. Die Mitten der Antennenuntergruppen 31, 32, welche in Figur 6a) durch P1 bzw. durch P2 kenntlich gemacht sind, sind bezüglich der Hauptstrahlrichtung der Gruppenantenne um eine Viertel Wellenlänge λ/4 gegeneinander verschoben, so daß wiederum eine Kompensation einer 90°-Phasenverschiebung zwischen den Eingangssignalen der beiden Antennenuntergruppen 31 und 32 bewirkt wird. Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt insbesondere der Spezialfall vor, daß die Antennenuntergruppen 31, 32 in einer gemeinsamen Ebene liegen, was auf Grund der schrägen Abstrahlung der Gruppenantenne 30 möglich ist, wobei dennoch eine Verschiebung der beiden Antennenuntergruppen 31, 32 bezüglich der (schrägen) Hauptstrahlrichtung um λ/4 zueinander gewährleistet ist.
Bei dem in Figur 7 in der Seitenansicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind Antennenuntergruppen 41, 42 einer Gruppenantenne 40 jeweils mit dielektrischen Schichten 45, 46 unterschiedlicher Dielektrizitätszahlen εr1 bzw. εr2 bedeckt. Im einzelnen weist die an der ersten Antennenuntergruppe 41 vorgesehene dielektrische Schicht 45 eine Dielektrizitätszahl εr1 auf, die an der zweiten Antennenuntergruppe 42 vorgesehene dielektrische Schicht 46 weist eine Dielektrizitätszahl εr2 auf. Die dielektrischen Schichten 45, 46 haben eine Dicke d.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Dicke d der beiden dielektrischen Schichten 45, 46 gleich, dies muß jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein. Die Dicke d der dielektrischen Schichten 45, 46 ist so gewählt, daß sich eine Verschiebung der von den Antennenuntergruppen 41, 42 abgegebenen Strahlungen um eine Viertel Wellenlänge λ/4 relativ zueinander ergibt, im Sinne einer Kompensation der von der (in der Figur nicht gezeigten) Phasenschiebeeinrichtung, vergleiche die Phasenschiebeeinrichtung 14 in Figur 4.
Wenn, wie bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel angenommen ist, εr1 > εr2, so wird beim Durchgang der Strahlung der beiden Antennenuntergruppen 41, 42 durch die dielektrischen Schichten 45, 46 eine Phasenverschiebung um λ/4 zwischen den von den beiden Antennenuntergruppen 41, 42 abgegebenen Antennenstrahlungen auftreten, welche die 90°-Phasenverschiebung der besagten Phasenschiebeeinrichtung kompensiert. Um in der Praxis für die beiden Antennenuntergruppen 41, 42 denselben, nach Möglichkeit vemachläßigbar kleinen Reflexionsfaktor der dielektrischen Schichten 45, 46 zu erhalten, kann z.B. die zweite dielektrische Schicht 46 Luft sein, und die erste dielektrische Schicht 45 ein geschichtetes Medium (mit λ/4-Anpassungsschichten) mit einer Dielektrizitätszahl εr1, die größer als die Dielektrizitätszahl εr2 von Luft ist.
Bei dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Antennenuntergruppen 41, 42 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, dies muß jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein. Bei einer Verschiebung der beiden Antennenuntergruppen 41, 42 der Gruppenantenne 40 bezüglich der Hauptstrahlrichtung der Antenne wäre jedoch natürlich diese bei der Bemessung der Dicke d der dielektrischen Schichten 45, 46 zu berücksichtigen.
Bei dem in Figur 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Gruppenantenne 50 durch eine erste Antennenuntergruppe 51 und eine zweite Antennenuntergruppe 52 gebildet. An den Antennenuntergruppen 51, 52 sind Hohlleiterstrecken 55, 56 mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen angeordnet, welche eine Phasenverschiebung der von den Antennenuntergruppen 51, 52 abgegebenen Strahlungen relativ zueinander bewirken. Wie aus Figur 8 ersichtlich ist, weisen die Hohlleiterstrecken 55, 56 eine um einen Unterschied d verschiedene Länge auf, so daß sich eine Verschiebung der von den Antennenuntergruppen 51, 52 abgegebenen Strahlungen um eine Viertel Wellenlänge λ/4 relativ zueinander im Sinne einer Kompensation der 90°-Phasenverschiebung ergibt.
Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Antennenuntergruppen 51, 52 wiederum in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Dies muß auch hier nicht notwendigerweise der Fall sein, jedoch wäre eine Verschiebung der beiden Antennenuntergruppen 51, 52 relativ zueinander bezüglich der Hauptstrahlrichtung der Gruppenantenne 50 dann bei der Bemessung des Unterschieds d der beiden Hohlleiterstrecken 55, 56 zu berücksichtigen.
Am Ausgang der Hohlleiterstrecken 55, 56 können jeweils Übergangsstrecken 57, 58 mit einem Übergang von einem schmalen Querschnitt auf einen weiten Querschnitt vorgesehen sein, die bei dem in Figur 8 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Übergang mit Anpassungsstufen realisiert ist.
Von wesentlicher Bedeutung für das erfindungsgemäße Gruppenantennensystem ist es, daß die Reflexionsfaktoren der Antennenuntergruppen gleich sind. Das bedeutet, daß die Antennenuntergruppen möglichst weitgehend voneinander entkoppelt sein müssen. Dies ist gewährleistet, wenn die Antennenuntergruppen zumindest in Richtung der Teilung elektrisch groß sind. In der anderen Richtung besteht keine Einschränkung, d.h. auch Antennen, welche in Richtung senkrecht zur Teilung klein sind, z.B. Antennen mit nur einer Zeile kommen in Betracht. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Figur 9 gezeigt, wo eine Gruppenantenne 60 durch Antennenuntergruppen 61, 62 gebildet ist, die in Richtung senkrecht zur Teilung klein sind, nämlich nur durch zwei Reihen von Schlitzstrahlern gebildet sind.
Die durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Gruppenantennensystems erreichte Wirkung bezüglich der an den Antennenuntergruppen reflektierten Wellen ist, daß die reflektierten Wellen am Kombinationsleitungsnetzwerk in Gegenphase eintreffen und am vierten Tor der hier verwendeten 4-Tor-Leistungsteiler austreten bzw. absorbiert werden können. Damit kann bei idealen Bauelementen der resultierende Reflexionsfaktor am Antenneneingang praktisch völlig verschwinden, unabhängig von der Höhe und der Frequenzabhängigkeit des Reflexionsfaktors der Antennenuntergruppen. Eingeschränkt wird die Funktion durch nichtideale Eigenschaften des Kombinationsleitungsnetzwerks und der Phasenschiebeeinrichtung. Allerdings kann die resultierende Anpassungsbandbreite in vielen praktischen Fällen trotzdem wesentlich größer werden als die der Antennenuntergruppen als solchen.
Bezugszeichenliste
10; 20; 30; 40; 50; 60
Gruppenantenne
11; 21; 31; 41; 51; 61
erste Antennengruppe
12; 22; 32; 42; 52; 62
zweite Antennengruppe
13; 23
Kombinationsleitungsnetzwerk
14; 24
Phasenverschiebungseinrichtung
45
dielektrische Schicht
46
dielektrische Schicht
55
Hohlleiterstrecke
56
Hohlleiterstrecke
57
Übergangsstrecke
58
Übergangsstrecke

Claims (22)

  1. Gruppenantennensystem mit einer elektrisch großen Gruppenantenne (10; 20; 30; 40; 50; 60), die eine erste Antennenuntergruppe (11; 21; 31; 41; 51; 61) und eine zweite Antennenuntergruppe (12; 22; 32; 42; 52; 62) umfaßt, und mit einem Kombinationsleitungsnetzwerk (13; 23), das einen Eingang zur Aufnahme eines Antennenleistungssignals sowie einen mit der ersten Antennenuntergruppe (11; 21; 31; 41; 51; 61) verbundenen ersten Ausgang zur Abgabe eines ersten Ausgangssignals an die erste Antennenuntergruppe (11; 21; 31; 41; 51; 61) und einen mit der zweiten Antennenuntergruppe (12; 22; 32; 42; 52; 62) verbundenen zweiten Ausgang zur Abgabe des zweiten Ausgangssignals an die zweite Antennenuntergruppe (12; 22; 32; 42; 52; 62) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kombinationsleitungsnetzwerk (13; 23) eine Phasenschiebeeinrichtung (14; 24) zum Erzeugen einer Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen des ersten Ausgangs und des zweiten Ausgangs vor deren Zuführung zu den Antennenuntergruppen (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42; 51, 52; 61, 62) enthält, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Phasenverschiebung im Strahlengang der von den Antennenuntergruppen (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42; 51, 52; 61, 62) abgegebenen Antennenstrahlung zu kompensieren.
  2. Gruppenantennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppenantenne (10; 20; 30; 40; 50; 60) zwei gleich große Antennenuntergruppen (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42; 51, 52; 61, 62) umfaßt oder aus mehreren solchen Paaren besteht.
  3. Gruppenantennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antennenuntergruppe (11; 21; 31; 41; 51; 61) eine erste Halbantenne der Gruppenantenne (10; 20; 30; 40; 50; 60) bildet, und daß die zweite Antennenuntergruppe (12; 22; 32; 42; 52; 62) eine zweite Halbantenne der Gruppenantenne (10; 20; 30; 40; 50; 60) bildet.
  4. Gruppenantennensystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschiebeeinrichtung (14; 24) eine Phasenverschiebung vom Betrag 90° erzeugt.
  5. Gruppenantennensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Kompensieren der Phasenverschiebung eine Verschiebung zwischen der von der ersten Antennenuntergruppe (11; 21; 31; 41; 51; 61) abgegebenen Strahlung und der von der zweiten Antennenuntergruppe (12; 22; 32; 42; 52; 62) abgegebenen Strahlung in der Hauptstrahlrichtung um eine Viertel Wellenlänge im Sinne einer Kompensation der von der Phasenschiebeeinrichtung (14; 24) erzeugten 90°-Phasenverschiebung bewirken.
  6. Gruppenantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenuntergruppen (21, 22; 31, 32) bezüglich der Hauptstrahlrichtung der Antenne gegeneinander verschoben sind.
  7. Gruppenantennensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenuntergruppen (21, 22) senkrecht zur Hauptstrahlrichtung der Antenne angeordnet sind und um eine Viertel Wellenlänge gegeneinander verschoben sind.
  8. Gruppenantennensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenuntergruppen (31, 32) schräg zur Hauptstrahlrichtung der Antenne angeordnet sind, und daß die Mitten der Antennenuntergruppen (31, 32) bezüglich der Hauptstrahlrichtung um eine Viertel Wellenlänge gegeneinander verschoben sind.
  9. Gruppenantennensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenuntergruppen (31, 32) auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
  10. Gruppenantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenuntergruppen (41, 42) mit dielektrischen Schichten (45, 46) unterschiedlicher Dielektrizitätszahlen (εr1, εr2) bedeckt sind, welche die Phasenverschiebung der von den Antennenuntergruppen (41, 42) abgegebenen Strahlung kompensieren.
  11. Gruppenantennensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Schichten (45, 46) eine solche Dicke (d) aufweisen, daß sie eine Verschiebung zwischen den von den Antennenuntergruppen (41, 42) abgegebenen Strahlungen um eine Viertel Wellenlänge im Sinne einer Kompensation der von der Phasenschiebeeinrichtung (14; 24) erzeugten 90°-Phasenverschiebung bewirken.
  12. Gruppenantennensystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenuntergruppen (41, 42) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
  13. Gruppenantennensystem nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste dielektrische Schicht (46) Luft ist, und daß eine zweite dielektrische Schicht (45) ein geschichtetes Medium mit einer Dielektrizitätszahl (εr1) ist, die größer als die Dielektrizitätszahl (εr2) von Luft ist.
  14. Gruppenantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Antennenuntergruppen (51, 52) Hohlleiterstrecken (55, 56) mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen angeordnet sind, welche die Phasenverschiebung der von den Antennenuntergruppen (51, 52) abgegebenen Strahlungen kompensieren.
  15. Gruppenantennensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterstrecken (55, 56) eine um einen Unterschied (d) verschiedene Länge aufweisen, so daß eine Verschiebung der von den Antennenuntergruppen (51, 52) abgegebenen Strahlung um eine Viertel Wellenlänge im Sinne einer Kompensation der von der Phasenschiebeeinrichtung (14; 24) erzeugten 90°-Phasenverschiebung bewirkt wird.
  16. Gruppenantennensystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenuntergruppen (51, 52) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
  17. Gruppenantennensystem nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Hohlleiterstrecken (55, 56) Übergangsstrecken (57, 58) mit einem Übergang von schmalem Querschnitt auf weiten Querschnitt vorgesehen sind.
  18. Gruppenantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenuntergruppen (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42; 51, 52; 61, 62) in Richtung der Teilung elektrisch groß sind.
  19. Gruppenantennensystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenuntergruppen (61, 62) in Richtung senkrecht zur Teilung klein sind.
  20. Gruppenantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfaktoren der Antennenuntergruppen (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42; 51, 52; 61, 62) gleich sind.
  21. Gruppenantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Kombinationsleitungsnetzwerk (13; 23) einen 4-Tor-Leistungsteiler enthält.
  22. Gruppenantennensystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der 4-Tor-Leistungsteiler durch einen Wilkinsonteiler, einen 3-dB-Richtkoppler oder eine E-H-Hohlleiter-Doppel-T-Verzweigung gebildet ist.
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