EP4652647A1 - Leistungsteilungsvorrichtung, wellenleiterantenne und verfahren zum herstellen einer leistungsteilungvorrichtung - Google Patents

Leistungsteilungsvorrichtung, wellenleiterantenne und verfahren zum herstellen einer leistungsteilungvorrichtung

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Publication number
EP4652647A1
EP4652647A1 EP23790653.2A EP23790653A EP4652647A1 EP 4652647 A1 EP4652647 A1 EP 4652647A1 EP 23790653 A EP23790653 A EP 23790653A EP 4652647 A1 EP4652647 A1 EP 4652647A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
waveguide
section
power division
division device
sections
Prior art date
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Pending
Application number
EP23790653.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Istvan THER
Daniel LOPEZ CUENCA
Julio Alberto GONZALEZ MARIN
Johannes Meyer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4652647A1 publication Critical patent/EP4652647A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/06—Waveguide mouths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path

Definitions

  • Power splitting device waveguide antenna and method for manufacturing a power splitting device
  • the present invention relates to a power division device for a waveguide antenna, a waveguide antenna and a method for manufacturing a power division device.
  • a waveguide electromagnetic energy is transported in a metal cavity.
  • the waveguide can be part of a waveguide antenna, whereby in the simplest case a slot is formed in the waveguide that forms an interface between the inner region of the waveguide and free space, i.e. serves as a radiating element. This slot does not have to run completely parallel to the currents of the electromagnetic wave running through the waveguide.
  • waveguide antennas usually comprise several slots that form an antenna array.
  • the simplest way to form a waveguide antenna array is to place the slots on the long side of a rectangular cross-section of the waveguide, keeping them half a wavelength apart, so that a zigzag structure is created relative to the center of the waveguide.
  • the zigzag structure causes all slots to radiate with the same phase.
  • the invention provides a power splitting device for a waveguide antenna, a waveguide antenna and a method for manufacturing a power splitting device having the features of the independent claims.
  • the invention therefore relates to a power division device for a waveguide antenna, with a plurality of waveguide sections, comprising an input waveguide section into which an electromagnetic wave can be coupled, and a plurality of feed waveguide sections, wherein each feed waveguide section is designed to feed the electromagnetic wave into a respective emitting element of the waveguide antenna for emitting the electromagnetic wave.
  • the waveguide sections each have a rectangular cross-section with a narrow side and a long side. At least one branch is provided for power division, at which an incoming waveguide section branches into at least two outgoing waveguide sections.
  • the waveguide sections are arranged symmetrically with respect to a plane of symmetry, wherein the plane of symmetry runs parallel to the narrow sides of the rectangular cross-section of the waveguide sections.
  • the invention relates to a waveguide antenna with a plurality of emitting elements which are designed to emit an electromagnetic wave.
  • the waveguide antenna further comprises a power division device according to the first aspect, wherein the feed waveguide sections of the power division device are designed to electromagnetic wave into each of the emitting elements.
  • the invention relates to a method for producing a power division device.
  • a first half of the power division device is produced.
  • a second half of the power division device is also produced.
  • the two halves of the power division device are connected in the plane of symmetry of the power division device.
  • the power division device is constructed vertically symmetrically, i.e. there is symmetry with respect to the vertical direction parallel to the long side of the rectangular cross-section of the waveguide sections. No or only very small currents flow in the (horizontal) plane of symmetry. This allows the power division device to be constructed more simply, since a perfect galvanic connection within this plane of symmetry is not required.
  • the power of the electromagnetic wave can be distributed to outgoing waveguide sections and thus ultimately to the feed waveguide sections. This allows the amplitude and, over the length of the waveguide sections, the phase of the emitted electromagnetic radiation to be adjusted.
  • the radiating elements of the waveguide antenna can be treated as independent elements and are supplied with an electromagnetic wave with the required amplitude and phase via the power division device. Thus, a certain amplitude distribution can be achieved at the radiating elements without breaking the vertical symmetry of the waveguides.
  • the radiating elements can be placed very close to each other, which minimizes side lobes in the antenna pattern.
  • the dimensions of the narrow side of the incoming and the at least two outgoing waveguide sections differ at least partially from each other.
  • the waveguide sections comprise at least one waveguide section designed as a quarter-wave impedance transformer. This makes it possible to match the impedance at the at least one branch without the waveguides having to be made too wide.
  • the sum of the dimensions of the narrow side of the rectangular cross-section of the at least two outgoing waveguide sections essentially corresponds to the dimension of the narrow side of the rectangular cross-section of the incoming waveguide section.
  • the impedance at the branch is thereby adapted.
  • the dimension of the long side of the rectangular cross-section is identical for all waveguide sections.
  • the power division device is thus constructed very symmetrically.
  • total lengths from a coupling region of the input waveguide section to a feed region of the feed waveguide section differ by an integer multiple of half a wavelength of the electromagnetic radiation (in empty space). This can reduce the occurrence of side lobes.
  • the power division device is made of two halves which are connected to each other in the plane of symmetry.
  • the connection is thus made within the plane of symmetry, where no or only very small currents of the electromagnetic wave flow.
  • the requirements for the way in which the two halves are connected to each other can thus be greatly reduced.
  • a perfect galvanic connection between the two halves is not required, which This makes the construction significantly cheaper, as no soldering process is required.
  • a connection between the two halves of the power division device is therefore not galvanic. This can be understood as a non-conductive or at least only weakly conductive connection.
  • Figure 1 is a schematic oblique view of a waveguide antenna with a power division device according to an embodiment of the invention
  • Figure 2 is another schematic oblique view of the waveguide antenna shown in Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the power splitting device of the waveguide antenna shown in Figures 1 and 2;
  • Figure 4 is a schematic oblique view of a waveguide section
  • Figure 5 is a schematic oblique view of a power splitting branch for use in a power splitting device according to an embodiment of the invention
  • Figure 6 is a schematic plan view of the branch shown in Figure 5;
  • Figure 7 is an equivalent circuit diagram of the branch shown in Figures 5 and 6; and Figure 8 is a flow chart of a method for manufacturing a power splitting device for a waveguide antenna according to an embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a schematic oblique view of a waveguide antenna 1 (or waveguide antenna group) with a power division device 3 and a plurality of emitting elements 21 to 24, which are designed to emit an electromagnetic wave.
  • the emitting elements 21 to 24 are designed as waveguide sections, which are closed on one side and open on the other side. The electromagnetic wave is emitted on the open side.
  • Figure 2 shows a further schematic oblique view of the waveguide antenna 1 shown in Figure 1, wherein the outer housing can be seen.
  • FIG 3 shows a schematic cross-sectional view of the power division device 3 of the waveguide antenna shown in Figures 1 and 2.
  • the power division device 3 comprises a plurality of waveguide sections 301-312.
  • the waveguide sections 301-312 comprise an input waveguide section 301 into which an electromagnetic wave can be coupled or fed.
  • the power division device 3 further comprises four feed waveguide sections 302-305, via which the electromagnetic wave is fed into a respective radiating element 21-24, which then radiates the electromagnetic wave.
  • the invention is not limited to a specific number of
  • the power division device 3 further comprises a plurality of waveguide sections 306-312, which connect the input waveguide section 301 to the feed waveguide sections 302-305.
  • the power division device 3 thus comprises a total of a plurality of waveguide sections 301-312 that are fluidically connected to one another.
  • the waveguide sections 301-312 each have a rectangular cross-section with a narrow side (parallel to a horizontal x-z plane) and a long side (parallel to a vertical y-axis). The dimensions of the long side of the rectangular cross-section are identical for all waveguide sections 301-312.
  • each branch comprises an incoming waveguide section 301-312 which branches into two outgoing waveguide sections 301-312.
  • the invention is not limited to this, but an incoming waveguide section 301-312 can also branch into more than two outgoing waveguide sections 301-312.
  • the dimensions of the narrow side of the incoming and the at least two outgoing waveguide sections 301-312 differ from one another at least partially. Impedance matching is preferably carried out at the branches, i.e. the sum of the dimensions of the narrow sides of the outgoing waveguide sections 301-312 essentially corresponds to the dimension of the narrow side of the incoming waveguide section 301-312.
  • the waveguide sections 301-312 are all arranged symmetrically with respect to a common plane of symmetry, wherein the plane of symmetry runs parallel to the narrow sides of the rectangular cross-section of the waveguide sections 301-312. The plane of symmetry thus runs parallel to the x-z plane through the center of the power division device 3.
  • the power division device 3 is preferably made of two halves which are connected to each other in the plane of symmetry.
  • the power division device 3 thus consists of a lower half and an upper half which are connected to the plane mirrored but otherwise identical in structure.
  • the halves are preferably not galvanically connected, which simplifies production.
  • the input waveguide section 301 (first waveguide section) with impedance Zi is followed by a second waveguide section 306 with impedance Zti, designed as a quarter-wave impedance transformer.
  • the branching corresponds to a first power divider.
  • the impedance ZI is the same for the two outgoing waveguide sections 307, 308 and is calculated as follows:
  • the fourth semiconductor section 308 branches into a third feed waveguide section 304 (a fifth waveguide section) with impedance Z3 and a sixth waveguide section 309 with impedance Zt2, which is followed by a seventh waveguide section 310 with impedance Zt3, wherein the sixth waveguide section 309 and the seventh waveguide section 310 are designed as a quarter-wave impedance transformer.
  • a fourth feed waveguide section 305 (an eighth waveguide section) with impedance Z2 is connected to the seventh waveguide section 310.
  • the third semiconductor section 307 branches symmetrically into a second feed waveguide section 303 (a ninth waveguide section) with impedance Z3 and a tenth waveguide section 311 with impedance Zt2, which is followed by an eleventh waveguide section 312 with impedance Zt3, the tenth
  • Waveguide section 311 and the eleventh waveguide section 312 are designed as quarter-wave impedance transformers.
  • a first feed waveguide section 302 (a twelfth waveguide section) with impedance Z2 is connected to the seventh waveguide section 312.
  • Z1 Z3+Z2‘, where Z2‘ is the impedance towards the tenth waveguide section 311.
  • the length of the third semiconductor section 307 corresponds to half a wavelength of the electromagnetic radiation, as does a combined length of the sixth and seventh waveguide sections 309, 310 and a combined length of the tenth and eleventh waveguide sections 311, 312.
  • phase shift can be compensated by coupling on opposite sides of the emitting elements 302-305, as illustrated in Figure 1, so that all emitting elements 302-305 emit in phase.
  • the total lengths from the coupling region of the input waveguide section 301 to a feed region of the feed waveguide sections 302-305 thus differ by an integer multiple of half the wavelength of the electromagnetic radiation.
  • the impedance transformations by means of the waveguide sections 306, 309, 310, 311, 312 designed as quarter-wave impedance transformers make it possible to achieve realizable impedances that cannot be achieved by changing the waveguide dimensions alone.
  • the impedance Z2 is reduced by a factor of (Zt2 / Zt3) 2 to achieve Z2'.
  • the input impedance is increased by Zti to achieve Zi'.
  • Figure 4 shows a schematic oblique view of a waveguide section 313 with a rectangular cross-section in an xy plane, wherein the waveguide section 313 extends along a z-axis.
  • the maxima and minima of the amplitude of the electromagnetic wave in the y-direction within the waveguide section 313 occur in outer regions 1a, 1b relative to the y-axis, ie in the region of the narrow ends of the waveguide.
  • a region 1c which includes the xz plane through the center of the waveguide, the amplitude in the y-direction essentially disappears.
  • Figure 5 shows a schematic oblique view of a power splitting branch for use in a power splitting device 3, which is constructed from a first half 3a and a second half 3b.
  • Figure 6 shows a schematic plan view of the branch shown in Figure 5.
  • An incoming waveguide section 314 branches into two outgoing waveguide sections 315, 316.
  • a dimension W_in of the narrow side of the waveguide section 314 corresponds essentially to the sum of the dimension W_1 of the narrow side of the first outgoing waveguide section 315 and the dimension W_2 of the narrow side of the second outgoing waveguide section 316.
  • the dimensions W_l, W_2 of the narrow sides of the two outgoing waveguide sections 315, 316 can differ from one another, but can also be the same size.
  • Figure 7 shows an equivalent circuit of the branching shown in Figures 5 and 6.
  • the power P_input of the incoming electromagnetic wave is divided into the powers P_output_1 and P_output_2 of the outgoing electromagnetic waves according to the ratio of the impedances Z_in, Z_l, Z_2.
  • Figure 8 shows a flow chart of a method for manufacturing a power splitting device 3 for a waveguide antenna 1 as described above.
  • a first half 3a of the power division device 3 is produced.
  • a second half 3b of the power division device 3 is produced.
  • a fourth process step S3 the two halves of the
  • Power division device 3 connected in the plane of symmetry of the power division device 3.

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Eine Leistungsteilungsvorrichtung für eine Wellenleiterantenne weist eine Vielzahl von Hohlleiterabschnitten auf, umfassend einen Eingangshohlleiterabschnitt, in welchen eine elektromagnetische Welle eingekoppelt werden kann, und eine Vielzahl von Einspeisehohlleiterabschnitten, wobei jeder Einspeisehohlleiterabschnitt zum Einspeisen der elektromagnetischen Welle in ein jeweiliges Ausstrahlelement der Wellenleiterantenne zum Ausstrahlen der elektromagnetischen Welle ausgebildet ist. Die Hohlleiterabschnitte weisen jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt mit einer schmalen Seite und einer langen Seite auf. Es ist mindestens eine Verzweigung zur Leistungsteilung vorgesehen, an welcher sich ein eingehender Hohlleiterabschnitt in mindestens zwei ausgehende Hohlleiterabschnitte verzweigt, wobei sich die Abmessungen der schmalen Seite der eingehenden und der mindestens zwei ausgehenden Hohlleiterabschnitte zumindest teilweise unterscheiden. Die Hohlleiterabschnitte sind symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene angeordnet, wobei die Symmetrieebene parallel zu den schmalen Seiten des rechteckförmigen Querschnitts der Hohlleiterabschnitte verläuft.

Description

Beschreibung
Titel
Leistungsteilungsvorrichtung, Wellenleiterantenne und Verfahren zum Herstellen einer Leistungsteihmgvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsteilungsvorrichtung für eine Wellenleiterantenne, eine Wellenleiterantenne und ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungsteilungvorrichtung .
Stand der Technik
Bei einem Hohlleiter bzw. Wellenleiter wird elektromagnetische Energie in einem metallischen Hohlraum transportiert. Der Hohlleiter kann Teil einer Wellenleiterantenne sein, wobei im einfachsten Lall ein Schlitz in dem Hohlleiter ausgebildet wird, der eine Schnittstelle zwischen dem inneren Bereich des Hohlleiters und dem freien Raum bildet, d.h. als abstrahlendes Element dient. Dieser Schlitz muss nicht vollständig parallel zu den Strömen der durch den Hohlleiter laufenden elektromagnetischen Welle verlaufen.
Da ein einzelner Schlitz nur eine geringe Richtwirkung aufweist, umfassen Hohlleiterantennen in der Regel mehrere Schlitze, die eine Antennengruppe bilden. Die einfachste Art, eine Hohlleiterantennengruppe zu bilden, besteht darin, die Schlitze auf der langen Seite eines rechteckförmigen Querschnitts des Hohlleiters zu platzieren und dabei einen Abstand von einer halben Wellenlänge einzuhalten, so dass eine Zick-Zack- Struktur relativ zur Mitte des Hohlleiters entsteht. Durch die Zick-Zack-Struktur strahlen alle Schlitze mit der gleichen Phase ab.
Bei der Serienfertigung solcher Hohlleiter-Antennengruppen mit Hilfe kostengünstiger Verfahren werden können zwei Metallteile hergestellt, die dann zusammengefugt werden. Die Hohlleiterkanäle können dabei vertikal angeordnet werden, wobei die schmale Seite für die Abstrahlung frei bleibt. Die Verbindung der beiden Teile erfolgt parallel zur schmalen Seite des Hohlleiters, wodurch die durch den Hohlleiter fließenden Ströme nicht gestört werden. Die beiden Metallteile müssen sogar keinen galvanischen Kontakt haben, so dass die Führungsleistung des Hohlleiters kaum beeinflusst wird. Um den erforderlichen Abstand zwischen den abstrahlenden Elementen zu ermöglichen, schlägt die US 2020/203841 Al eine mittig gespeiste offene Hohlleiter-Antennengruppe vor, wobei der einspeisende Wellenleiter mit Elementen verbunden ist, die durch zwei Öffnungen gebildet sind.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Leistungsteilungsvorrichtung für eine Wellenleiterantenne, eine Wellenleiterantenne und ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungsteilungvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit.
Bevorzugte Ausfiihrungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine Leistungsteilungsvorrichtung für eine Wellenleiterantenne, mit einer Vielzahl von Hohlleiterabschnitten, umfassend einen Eingangshohlleiterabschnitt, in welchen eine elektromagnetische Welle eingekoppelt werden kann, und eine Vielzahl von Einspeisehohlleiterabschnitten, wobei jeder Einspeisehohlleiterabschnitt zum Einspeisen der elektromagnetischen Welle in ein jeweiliges Ausstrahlelement der Wellenleiterantenne zum Ausstrahlen der elektromagnetischen Welle ausgebildet ist. Die Hohlleiterabschnitte weisen jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt mit einer schmalen Seite und einer langen Seite auf. Es ist mindestens eine Verzweigung zur Leistungsteilung vorgesehen, an welcher ein eingehender Hohlleiterabschnitt sich in mindestens zwei ausgehende Hohlleiterabschnitte verzweigt. Die Hohlleiterabschnitte sind symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene angeordnet, wobei die Symmetrieebene parallel zu den schmalen Seiten des rechteckförmigen Querschnitts der Hohlleiterabschnitte verläuft.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Wellenleiterantenne mit einer Vielzahl von Ausstrahlelementen, welche zum Ausstrahlen einer elektromagnetischen Welle ausgebildet sind. Weiter umfasst die Wellenleiterantenne eine Leistungsteilungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt, wobei die Einspeisehohlleiterabschnitte der Leistungsteilungsvorrichtung dazu ausgebildet sind, die elektromagnetische Welle in ein jeweiliges der Ausstrahlelemente einzuspeisen.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungsteilungsvorrichtung. Dabei wird eine erste Hälfte der Leistungsteilungsvorrichtung hergestellt. Weiter wird eine zweite Hälfte der Leistungsteilungsvorrichtung hergestellt. Die beiden Hälften der Leistungsteilungsvorrichtung werden in der Symmetrieebene der Leistungsteilungsvorrichtung verbunden.
Vorteile der Erfindung
Die Leistungsteilungvorrichtung ist vertikal symmetrisch aufgebaut, d.h. es liegt eine Symmetrie bezüglich der vertikalen Richtung parallel zu der langen Seite des rechteckförmigen Querschnitts der Hohlleiterabschnitte vor. In der (horizontalen) Symmetrieebene fließen keine oder nur sehr geringe Ströme. Dadurch kann die Leistungsteilungsvorrichtung einfacher aufgebaut sein, da eine perfekte galvanischen Verbindung innerhalb dieser Symmetrieebene nicht erforderlich ist.
Durch die mindestens eine Verzweigung zur Leistungsteilung kann die Leistung der elektromagnetischen Welle auf ausgehende Hohlleiterabschnitte und somit letztlich auf die Einspeisehohlleiterabschnitte verteilt werden. Dadurch können Amplitude und über die Länge der Hohlleiterabschnitte auch die Phase der ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung eingestellt werden.
Die Ausstrahlelemente der Wellenleiterantenne können als unabhängige Elemente behandelt werden und werden über die Leistungsteilungsvorrichtung mit einer elektromagnetischen Welle mit der erforderlichen Amplitude und Phase versorgt. Es kann somit eine bestimmte Amplitudenverteilung an den Ausstrahlelemente erreicht werden, ohne die vertikale Symmetrie der Hohlleiter zu brechen.
Weiter können die Ausstrahlelemente sehr nahe beieinander platziert werden, wodurch Nebenkeulen im Antennendiagramm minimiert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Leistungsteilungsvorrichtung unterscheiden sich die Abmessungen der schmalen Seite der eingehenden und der mindestens zwei ausgehenden Hohlleiterabschnitte zumindest teilweise voneinander.
Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der Leistungsteilungsvorrichtung umfassen die Hohlleiterabschnitte mindestens einen als Viertelwellen-Impedanz-Transformator ausgebildeten Hohlleiterabschnitt. Dadurch kann eine Impedanzanpassung an der mindestens einen Verzweigung ermöglicht werden, ohne dass die Hohlleiter zu breit ausgestaltet werden müssen.
Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der Leistungsteilungsvorrichtung entspricht für die mindestens eine Verzweigung die Summe der Abmessungen der schmalen Seite des rechteckförmigen Querschnitts der mindestens zwei ausgehenden Hohlleiterabschnitte im Wesentlichen der Abmessung der schmalen Seite des rechteckförmigen Querschnitts des eingehenden Hohlleiterabschnitts. Dadurch wird die Impedanz an der Verzweigung angepasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Leistungsteilungsvorrichtung ist die Abmessung der langen Seite des rechteckförmigen Querschnitts für alle Hohlleiterabschnitte identisch. Die Leistungsteilungsvorrichtung ist somit sehr symmetrisch aufgebaut.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Leistungsteilungsvorrichtung unterscheiden sich Gesamtlängen von einem Einkoppelbereich des Eingangshohlleiterabschnitts zu einem Einspeisebereich des Einspeisehohlleiterabschnitten um ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung (im leeren Raum). Dadurch kann das Auftreten von Nebenkeulen reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Leistungsteilungsvorrichtung ist die Leistungsteilungsvorrichtung aus zwei Hälften gefertigt, welche in der Symmetrieebene miteinander verbunden sind. Die Verbindung erfolgt somit innerhalb der Symmetrieebene, wo keine oder nur sehr geringe Ströme der elektromagnetischen Welle fließen. Die Anforderungen an die Art und Weise, wie die beiden Hälften miteinander verbunden sind, können dadurch sehr reduziert werden. So ist zum Beispiel eine perfekte galvanische Verbindung zwischen den beiden Hälften nicht erforderlich, was die Konstruktion wesentlich billiger macht, da kein Lötverfahren erforderlich ist. Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der Leistungsteilungsvorrichtung ist daher eine Verbindung der zwei Hälften der Leistungsteilungsvorrichtung nicht galvanisch. Hierunter kann eine nicht oder zumindest nur schwach leitfähige Verbindung verstanden werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausfiihrungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schrägansicht einer Wellenleiterantenne mit einer Leistungsteilungsvorrichtung gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung;
Figur 2 eine weitere schematische Schrägansicht der in Figur 1 gezeigten Wellenleiterantenne;
Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht der Leistungsteilungsvorrichtung der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Wellenleiterantenne;
Figur 4 eine schematische Schrägansicht eines Hohlleiterabschnitts;
Figur 5 eine schematische Schrägansicht einer Verzweigung zur Leistungsteilung zur Verwendung in einer Leistungsteilungsvorrichtung gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung;
Figur 6 eine schematische Draufsicht auf die in Figur 5 gezeigte Verzweigung;
Figur 7 ein Ersatzschaltbild der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Verzweigung; und Figur 8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Leistungsteilungvorrichtung für eine Wellenleiterantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine schematische Schrägansicht einer Wellenleiterantenne 1 (bzw. Wellenleiter-Antennengruppe) mit einer Leistungsteilungsvorrichtung 3 und einer Vielzahl von Ausstrahlelementen 21 bis 24, welche zum Ausstrahlen einer elektromagnetischen Welle ausgebildet sind. Die Ausstrahlelementen 21 bis 24 sind als Hohlleiterabschnitte ausgebildet, welche auf einer Seite geschlossen auf der anderen Seite offen sind. An der offenen Seite wird die elektromagnetische Welle ausgestrahlt.
Figur 2 zeigt eine weitere schematische Schrägansicht der in Figur 1 gezeigten Wellenleiterantenne 1, wobei das äußere Gehäuse erkennbar ist.
Figur 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Leistungsteilungsvorrichtung 3 der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Wellenleiterantenne. Die Leistungsteilungsvorrichtung 3 umfasst eine Vielzahl von Hohlleiterabschnitten 301-312. Die Hohlleiterabschnitte 301-312 umfassen einen Eingangshohlleiterabschnitt 301, in welchen eine elektromagnetische Welle eingekoppelt bzw. eingespeist werden kann. Weiter umfasst die Leistungsteilungsvorrichtung 3 vier Einspeisehohlleiterabschnitte 302-305, über welche die elektromagnetische Welle in ein jeweiliges Ausstrahlelement 21-24 eingespeist wird, welches die elektromagnetische Welle dann abstrahlt.
Die Erfindung ist dabei nicht auf eine bestimmte Anzahl an
Einspeisehohlleiterabschnitten 302-305 bzw. Ausstrahlelementen 21 bis 24 beschränkt. Weiter umfasst die Leistungsteilungsvorrichtung 3 mehrere Hohlleiterabschnitten 306- 312, welche den Eingangshohlleiterabschnitt 301 mit den Einspeisehohlleiterabschnitten 302-305 verbinden. Die Leistungsteilungsvorrichtung 3 umfasst somit insgesamt mehrere miteinander fluidisch verbundene Hohlleiterabschnitte 301-312.
Die Hohlleiterabschnitte 301-312 weisen jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt mit einer schmalen Seite (parallel zu einer horizontalen x-z-Ebene) und einer langen Seite (parallel zu einer vertikalen y-Achse) auf. Die Abmessung der langen Seite des rechteckförmigen Querschnitts sind für alle Hohlleiterabschnitte 301-312 identisch.
Zur Verteilung der in den Eingangshohlleiterabschnitt 301 eingespeisten elektromagnetischen Welle auf die Ausstrahlelement 21 bis 24 sind mehrere Verzweigungen vorgesehen, welche der Leistungsteilung dienen, d. h. die Leistung der elektromagnetischen Welle verteilen. Jede Verzweigung umfasst einen eingehenden Hohlleiterabschnitt 301-312, welcher sich in zwei ausgehende Hohlleiterabschnitte 301- 312 verzweigt. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sondern ein eingehender Hohlleiterabschnitt 301-312 kann sich auch auf mehr als zwei ausgehende Hohlleiterabschnitte 301-312 verzweigen.
Die Abmessungen der schmalen Seite der eingehenden und der mindestens zwei ausgehenden Hohlleiterabschnitte 301-312 unterscheiden sich zumindest teilweise voneinander. Bevorzugt erfolgt eine Impedanzanpassung an den Verzweigungen, d. h. die Summe der Abmessungen der schmalen Seiten der ausgehenden Hohlleiterabschnitte 301-312 entspricht im Wesentlichen der Abmessung der schmalen Seite des eingehenden Hohlleiterabschnitts 301-312.
Die Hohlleiterabschnitte 301-312 sind alle symmetrisch bezüglich einer gemeinsamen Symmetrieebene angeordnet, wobei die Symmetrieebene parallel zu den schmalen Seiten des rechteckförmigen Querschnitts der Hohlleiterabschnitte 301-312 verläuft. Die Symmetrieebene verläuft somit parallel zur x-z-Ebene durch die Mitte der Leistungsteilungsvorrichtung 3.
Die Leistungsteilungsvorrichtung 3 ist bevorzugt aus zwei Hälften gefertigt, welche in der Symmetrieebene miteinander verbunden sind. Die Leistungsteilungsvorrichtung 3 besteht somit aus einer unteren Hälfte und einer oberen Hälfte, welche an der Ebene gespiegelt ansonsten jedoch identisch aufgebaut sein können. Die Hälften sind bevorzugt nicht galvanisch verbunden, was die Herstellung vereinfacht.
In dem in Figur 3 gezeigten Aufbau schließt sich an den Eingangshohlleiterabschnitt 301 (erster Hohlleiterabschnitt) mit Impedanz Zi zunächst ein als Viertelwellen-Impedanz- Transformator ausgebildeter zweiter Hohlleiterabschnitt 306 mit Impedanz Zti an. Dieser verzweigt in zwei ausgehende Hohlleiterabschnitte 307, 308 (dritter bzw. vierter Hohlleiterabschnitt). Die Verzweigung entspricht einem ersten Leistungsteiler. Die Impedanz ZI ist für die beiden ausgehenden Hohlleiterabschnitte 307, 308 gleich groß und berechnet sich aus:
Zi‘ = 2 - ZI Zi‘ = Zti2 / Zi wobei Zi‘ die Impedanz am eingehenden Hohlleiterabschnitt 306 bezeichnet.
Der vierte Halbleiterabschnitt 308 verzweigt sich in einen dritten Einspeisehohlleiterabschnitt 304 (einen fünften Hohlleiterabschnitt) mit Impedanz Z3 und einen sechsten Hohlleiterabschnitt 309 mit Impedanz Zt2, an welchen sich ein siebter Hohlleiterabschnitt 310 mit Impedanz Zt3 anschließt, wobei der sechste Hohlleiterabschnitt 309 und der siebte Hohlleiterabschnitt 310 als Viertelwellenimpedanz-Transformator ausgebildet sind. An den siebten Hohlleiterabschnitt 310 schließt ein vierter Einspeisehohlleiterabschnitt 305 (einen achter Hohlleiterabschnitt) mit Impedanz Z2 an.
In symmetrischer Weise verzweigt sich der dritte Halbleiterabschnitt 307 in einen zweiten Einspeisehohlleiterabschnitt 303 (einen neunten Hohlleiterabschnitt) mit Impedanz Z3 und einen zehnten Hohlleiterabschnitt 311 mit Impedanz Zt2, an welchen sich ein elfter Hohlleiterabschnitt 312 mit Impedanz Zt3 anschließt, wobei der zehnte
Hohlleiterabschnitt 311 und der elfte Hohlleiterabschnitt 312 als Viertelwellen-Impedanz- Transformator ausgebildet sind. An den siebten Hohlleiterabschnitt 312 schließt ein erster Einspeisehohlleiterabschnitt 302 (einen zwölfter Hohlleiterabschnitt) mit Impedanz Z2 an.
Die Verzweigung entspricht einem zweiten Leistungsteiler, wobei gilt: Z2‘ = Z2-Zt22/Zt32
Z3 = 2-Z2‘
Z1 = Z3+Z2‘, wobei Z2‘ die Impedanz zum zehnten Hohlleiterabschnitt 311 hin bezeichnet.
Die Länge des dritten Halbleiterabschnitts 307 entspricht einer halben Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, ebenso eine kombinierte Länge des sechsten und siebten Hohlleiterabschnitts 309, 310 und eine kombinierte Länge des zehnten und elften Hohlleiterabschnitts 311, 312.
Dadurch ergeben sich identische Phasen an den Einspeisehohlleiterabschnitten 302-305, wobei der zweite Einspeisehohlleiterabschnitt 303 und der vierte Einspeisehohlleiterabschnitt 305 gegenüber dem ersten Einspeisehohlleiterabschnitt 302 und dem dritten Einspeisehohlleiterabschnitt 304 um 180 Grad phasenverschoben sind. Die Phasenverschiebung kann kompensiert werden, indem auf gegenüberliegenden Seiten der Ausstrahlelemente 302-305 eingekoppelt wird, wie in Figur 1 illustriert, damit alle Ausstrahlelemente 302-305 phasengleich abzustrahlen.
Die Gesamtlängen von dem Einkoppelbereich des Eingangshohlleiterabschnitts 301 zu einem Einspeisebereich der Einspeisehohlleiterabschnitte 302-305 unterscheiden sich somit um ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung.
Die Impedanztransformationen mittels der als Viertelwellen-Impedanz-Transformator ausgebildeten Hohlleiterabschnitte 306, 309, 310, 311, 312 erlauben es, realisierbare Impedanzen zu erreichen, die nicht allein durch Änderung der Hohlleiterabmessungen erzielt werden können. Zum Beispiel wird die Impedanz Z2 um den Faktor (Zt2 / Zt3)2 verkleinert, um Z2' zu erreichen. Andererseits wird die Eingangsimpedanz um Zti vergrößert, um Zi' zu erreichen.
Figur 4 zeigt eine schematische Schrägansicht eines Hohlleiterabschnitts 313 mit einem rechteckigen Querschnitt in einer x-y-Ebene, wobei sich der eines Hohlleiterabschnitts 313 entlang einer z-Achse erstreckt. Die Maxima und Minima der Amplitude der elektromagnetischen Welle in y-Richtung innerhalb des Hohlleiterabschnitts 313 treten dabei in Außenbereichen la, 1b relativ zur y-Achse auf, d.h. im Bereich der schmalen Enden des Hohlleiters. In einem Bereich 1c, der die x-z-Ebene durch das Zentrum des Hohlleiters umfasst, verschwindet die Amplitude in y-Richtung im Wesentlichen. Es ist daher vorteilhaft, beim Zusammensetzen des Hohlleiters aus mehreren Metallteilen die Metallteile entlang der x-z-Ebene durch das Zentrum des Hohlleiters zusammenzusetzen, da in diesem Bereich die Amplitude der magnetischen Welle in y-Richtung im Wesentlichen verschwindet. Die Verbindung der Metallteile muss dabei nicht einmal galvanisch ausgestaltet sein.
Figur 5 zeigt eine schematische Schrägansicht einer Verzweigung zur Leistungsteilung zur Verwendung in einer Leistungsteilungsvorrichtung 3, welche aus einer ersten Hälfte 3a und einer zweiten Hälfte 3b aufgebaut ist. Figur 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf die in Figur 5 gezeigte Verzweigung. Ein eingehender Hohlleiterabschnitt 314 verzweigt sich in zwei ausgehende Hohlleiterabschnitte 315, 316. Eine Abmessung W_in der schmalen Seite des Hohlleiterabschnitts 314 entspricht im Wesentlichen der Summe der Abmessung W_1 der schmalen Seite des ersten ausgehenden Hohlleiterabschnitts 315 und der Abmessung W_2 der schmalen Seite des zweiten ausgehenden Hohlleiterabschnitts 316. Die Abmessungen W_l, W_2 der schmalen Seiten der beiden ausgehenden Hohlleiterabschnitte 315, 316 können sich voneinander unterscheiden, können jedoch auch gleich groß sein.
Figur 7 zeigt ein Ersatzschaltbild der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Verzweigung. Die Leistung P_input der eingehenden elektromagnetischen Welle wird in die Leistungen P output l und P_output_2 der ausgehenden elektromagnetischen Wellen entsprechend dem Verhältnis der Impedanzen Z_in, Z_l, Z_2 aufgeteilt.
Figur 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer oben beschriebenen Leistungsteilungvorrichtung 3 für eine Wellenleiterantenne 1.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird eine erste Hälfte 3a der Leistungsteilungsvorrichtung 3 hergestellt.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird eine zweite Hälfte 3b der Leistungsteilungsvorrichtung 3 hergestellt. In einem vierten Verfahrensschritt S3 werden die beiden Hälften der
Leistungsteilungsvorrichtung 3 in der Symmetrieebene der Leistungsteilungsvorrichtung 3 verbunden.

Claims

Ansprüche
1. Leistungsteilungsvorrichtung (3) für eine Wellenleiterantenne (1), mit: einer Vielzahl von Hohlleiterabschnitten (301-316), umfassend einen Eingangshohlleiterabschnitt (301), in welchen eine elektromagnetische Welle eingekoppelt werden kann, und eine Vielzahl von Einspeisehohlleiterabschnitten (302-305), wobei jeder Einspeisehohlleiterabschnitt (302-305) zum Einspeisen der elektromagnetischen Welle in ein jeweiliges Ausstrahlelement (21-24) der Wellenleiterantenne (1) zum Ausstrahlen der elektromagnetischen Welle ausgebildet ist; wobei die Hohlleiterabschnitte (301-316) jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt mit einer schmalen Seite und einer langen Seite aufweisen; wobei mindestens eine Verzweigung zur Leistungsteilung vorgesehen ist, an welcher sich ein eingehender Hohlleiterabschnitt (314) in mindestens zwei ausgehende Hohlleiterabschnitte (315, 316) verzweigt; und wobei die Hohlleiterabschnitte (301-316) symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene angeordnet sind, wobei die Symmetrieebene parallel zu den schmalen Seiten des rechteckförmigen Querschnitts der Hohlleiterabschnitte (301- 316) verläuft.
2. Leistungsteilungsvorrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei die Hohlleiterabschnitte (301-316) mindestens einen als Viertelwellen-Impedanz-Transformator (306-310) ausgebildeten Hohlleiterabschnitt (301-316) umfassen.
3. Leistungsteilungsvorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die mindestens eine Verzweigung die Summe der Abmessungen (dl) der schmalen Seite des rechteckförmigen Querschnitts der mindestens zwei ausgehenden Hohlleiterabschnitte (315, 316) im Wesentlichen der Abmessung (dl) der schmalen Seite des rechteckförmigen Querschnitts des eingehenden Hohlleiterabschnitts (315) entspricht.
4. Leistungsteilungsvorrichtung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abmessung (d2) der langen Seite des rechteckförmigen Querschnitts für alle Hohlleiterabschnitte (301-316) identisch ist.
5. Leistungsteilungsvorrichtung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich Gesamtlängen von einem Einkoppelbereich des Eingangshohlleiterabschnitts (301) zu einem Einspeisebereich des Einspeisehohlleiterabschnitten (302-305) um ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung unterscheiden.
6. Leistungsteilungsvorrichtung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leistungsteilungsvorrichtung (3) aus zwei Hälften gefertigt ist, welche in der Symmetrieebene miteinander verbunden sind.
7. Leistungsteilungsvorrichtung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Verbindung der zwei Hälften der Leistungsteilungsvorrichtung (3) nicht galvanisch ist.
8. Wellenleiterantenne (1) mit: einer Vielzahl von Ausstrahlelementen (21-24), welche zum Ausstrahlen einer elektromagnetischen Welle ausgebildet sind; und einer Leistungsteilungsvorrichtung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einspeisehohlleiterabschnitte (302-305) der Leistungsteilungsvorrichtung (3) dazu ausgebildet sind, die elektromagnetische Welle in ein jeweiliges der Ausstrahlelemente (21-24) einzuspeisen.
9. Verfahren zum Herstellen einer Leistungsteilungsvorrichtung (3) für eine Wellenleiterantenne (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den Schritten:
Herstellen einer ersten Hälfte der Leistungsteilungsvorrichtung (3);
Herstellen einer zweiten Hälfte der Leistungsteilungsvorrichtung (3); und Verbinden der beiden Hälften der Leistungsteilungsvorrichtung (3) in der Symmetrieebene der Leistungsteilungsvorrichtung (3).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die beiden Hälften der Leistungsteilungsvorrichtung (3) mit einer nicht galvanischen Verbindung verbunden werden.
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