EP4662735A1 - Ausstrahlelement, wellenleiterantenne und verfahren zum herstellen eines ausstrahlelements - Google Patents

Ausstrahlelement, wellenleiterantenne und verfahren zum herstellen eines ausstrahlelements

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Publication number
EP4662735A1
EP4662735A1 EP23833829.7A EP23833829A EP4662735A1 EP 4662735 A1 EP4662735 A1 EP 4662735A1 EP 23833829 A EP23833829 A EP 23833829A EP 4662735 A1 EP4662735 A1 EP 4662735A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
section
waveguide
waveguide section
region
rectangular cross
Prior art date
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Pending
Application number
EP23833829.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Istvan THER
Daniel LOPEZ CUENCA
Julio Alberto GONZALEZ MARIN
Johannes Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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 EP4662735A1 publication Critical patent/EP4662735A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/02—Bends; Corners; Twists
    • H01P1/022—Bends; Corners; Twists in waveguides of polygonal cross-section
    • 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
    • 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

Definitions

  • 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 area of the waveguide and the 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.
  • the invention therefore relates to a radiating element for a waveguide antenna.
  • the radiating element comprises a first waveguide section into which an electromagnetic wave can be coupled, wherein the first waveguide section has a first rectangular cross-section, wherein a narrow side of the first rectangular cross-section runs parallel to a first axis, wherein a wide side of the first rectangular cross-section runs parallel to a second axis, wherein the first waveguide section extends along a third axis, and wherein the first to third axes are orthogonal to one another in pairs.
  • the radiating element further comprises a second waveguide section, wherein the second waveguide section has a second rectangular cross-section, wherein a narrow side of the second rectangular cross-section runs parallel to the third axis, wherein a wide side of the second rectangular cross-section runs parallel to the first axis, and wherein the second waveguide section extends along the second axis.
  • a first dimension of the narrow side of the second rectangular cross-section is smaller in a first region of the second waveguide section than a second dimension of the narrow side of the second rectangular cross-section in a second region of the second waveguide section.
  • the electromagnetic wave can be fed from the first waveguide section into the second waveguide section via a slot in the first region of the second waveguide section and emitted via an open end of the second region of the second waveguide section.
  • the invention relates to a waveguide antenna having a plurality of radiating elements according to the first aspect, and a power division device which is designed to feed an electromagnetic wave into the respective first waveguide sections of the radiating elements.
  • the invention relates to a method for producing a radiating element for a waveguide antenna.
  • a first waveguide section is formed into which an electromagnetic wave can be coupled, the first waveguide section having a first rectangular cross-section, a narrow side of the first rectangular cross-section running parallel to a first axis, a wide side of the first rectangular cross-section running parallel to a second axis, the first waveguide section extending along a third axis, and the first to third axes being orthogonal to one another in pairs.
  • a second waveguide section is formed, the second waveguide section having a second rectangular cross-section, a narrow side of the second rectangular cross-section running parallel to the third axis, a wide side of the second rectangular cross-section running parallel to the first axis, and the second waveguide section extending along the second axis.
  • a first dimension of the narrow side of the second rectangular cross-section in a first region of the second waveguide section is smaller than a second dimension of the narrow side of the second rectangular cross-section in a second region of the second waveguide section.
  • the electromagnetic wave can be fed from the first waveguide section into the second waveguide section via a slot in the first region of the second waveguide section and emitted via an open end of the second region of the second waveguide section.
  • the invention provides independent emitting elements which can be fed by a power splitting device and then emit electromagnetic radiation.
  • the emitting element comprises a first waveguide section, which serves to feed the electromagnetic radiation into a second waveguide section.
  • the feed is made laterally into the slot in the first area of the second Waveguide section, ie perpendicular to the radiating aperture, which is formed by the opening of the second waveguide section.
  • the first dimension and the second dimension of the narrow side of the second rectangular cross-section correspond to parameters which can be selected to suitably match the impedance in the frequency range of the electromagnetic radiation used.
  • the dimension of the wide side of the second rectangular cross-section and the dimension of the extension of the second waveguide section along the second axis correspond to further parameters.
  • the second waveguide section has a third region between the first region of the second waveguide section and the second region of the second waveguide section, wherein a dimension of the narrow side of the second rectangular cross-section in the third region increases linearly from the first dimension to the second dimension.
  • the linear increase which can be expressed by an angle, represents a further parameter that can be used for impedance matching.
  • the second waveguide section can be L-shaped, for example.
  • the slot in the first region of the second waveguide section is offset along the third axis with respect to a center of the second waveguide section.
  • the dimension of the offset corresponds to another parameter for impedance matching.
  • a dimension of the wide side of the second rectangular cross-section is greater than or equal to half a wavelength of the electromagnetic wave and less than or equal to three-quarters of a wavelength of the electromagnetic wave, for a given application range of the radiating element.
  • an extension of the second region of the second waveguide section along the second axis is less than or equal to a quarter wavelength of the electromagnetic wave.
  • the second waveguide section has a third region between the first region of the second waveguide section and the second region of the second waveguide section, wherein a dimension of the narrow side of the second rectangular cross-section in the third region increases linearly from the first dimension to the second dimension.
  • three side surfaces of the second waveguide section are planar.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a waveguide antenna with radiating elements according to an embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic oblique view from above of a radiating element according to an embodiment of the invention
  • Figure 3 is a further schematic view obliquely from above of the emitting element shown in Figure 2;
  • Figure 4 is a schematic oblique view from below of the emitting element shown in Figures 2 and 3;
  • Figure 5 is a schematic cross-sectional view of the emitting element shown in Figures 2 to 4;
  • Figure 6 is a schematic cross-sectional view of a radiating element according to a further embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a schematic exploded view of a radiation element according to a further embodiment of the invention.
  • Figure 8 is a flow chart of a method for producing a radiating element for a waveguide antenna according to an embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of a waveguide antenna 10 with a power division device 8 and four radiating elements la-ld.
  • the power division device 8 comprises an input 81 which is fed with an electromagnetic signal.
  • the power of the electromagnetic signal is divided by the power division device 8 and the four radiating elements la- Id are fed with respective electromagnetic signals.
  • the amplitudes and the phase relationships for the individual radiating elements la- Id can be adjusted by the structure and dimensions of the power division device 8.
  • the invention is not limited to a specific number of radiating elements la-Id.
  • Figure 2 shows a schematic view of a radiating element 1 obliquely from above, with the waveguides illustrated.
  • Figure 3 shows a further schematic view of the radiating element 1 shown in Figure 2, with the housing illustrated.
  • Figure 4 shows a schematic view obliquely from below of the radiating element 1 shown in Figures 2 and 3, with the waveguides again illustrated.
  • the emitting element 1 comprises a first waveguide section 2, into which an electromagnetic wave can be coupled.
  • the first waveguide section is cuboid-shaped and thus has a constant first rectangular cross-section, with a narrow side of the first rectangular cross-section running parallel to a first axis X, and a wide side of the first rectangular cross-section running parallel to a second axis Z.
  • the first waveguide section extends along a third axis Y.
  • the first to third axes X, Y, Z are orthogonal to one another in pairs.
  • the radiating element 1 further comprises a second waveguide section 3, 4, wherein the second waveguide section 3, 4 has a second rectangular cross-section.
  • a narrow side of the second rectangular cross-section is parallel to the third axis Y.
  • a wide side of the second rectangular cross-section is parallel to the first axis X.
  • the second waveguide section 3, 4 extends along the second axis Z.
  • the second rectangular cross-section varies along the extension of the second waveguide section 3, 4 along the second axis Z.
  • the narrow side of the second rectangular cross-section has a constant first dimension (width) which is smaller than a constant second dimension of the narrow side of the second rectangular cross-section in a second region 4 of the second waveguide section 3, 4.
  • Three side surfaces of the second waveguide section 3, 4 are planar, ie the second waveguide section 3, 4 is L-shaped.
  • the first region 3 of the second waveguide section 3, 4 has a slot which extends along the second axis Z and corresponds to the first rectangular cross section.
  • the electromagnetic wave can be fed from the first waveguide section 2 via the slot into the first region 3 of the second waveguide section 3, 4 into the second waveguide section 3, 4.
  • the electromagnetic radiation is then emitted via an open end of the second region 4 of the second waveguide section 3, 4.
  • the slot in the first region 3 of the second waveguide section 3, 4 is offset along the third axis X with respect to a center of the second waveguide section 3, 4.
  • the slot is arranged at a distance Inp from one side of the first region 3 of the second waveguide section 3, 4.
  • the wide side of the second rectangular cross-section of the second waveguide section 3, 4 has a length La.
  • Figure 5 shows a schematic cross-sectional view of the radiating element 1 shown in Figures 2 to 4.
  • the second waveguide section 3, 4 has a first dimension W1 in the first region 3 of the second waveguide section 3, 4 with respect to the narrow side of the second cross section, and has a second dimension W2 in the second region 4 of the second waveguide section 3, 4.
  • An angle a of a protruding part of the second region 4 of the second waveguide section 3, 4 is 90 degrees.
  • the second region 4 of the second waveguide section 3, 4 further has a length LI along the second axis Z.
  • Figure 6 shows a schematic view of a radiating element 1', wherein the angle a is greater than 90 degrees.
  • the second waveguide section 3, 4, 7 thus has a third region 7 between the first region 3 of the second waveguide section 3, 4, 7 and the second region 4 of the second waveguide section 3, 4, 7, wherein a dimension of the narrow side of the second rectangular cross-section in the third region increases linearly from the first dimension W 1 to the second dimension W 2 .
  • Wl, W2, LI, La, Inp, a which can be selected for impedance matching in the used frequency range of the electromagnetic radiation.
  • the dimension La of the wide side of the second rectangular cross-section is greater than or equal to half a wavelength Xo of the electromagnetic wave and less than or equal to three-quarters of a wavelength Xo of the electromagnetic wave:
  • the extension LI of the second region 4 of the second waveguide section along the second axis Z is less than or equal to a quarter wavelength Xo of the electromagnetic wave:
  • angle a is greater than or equal to 90 degrees.
  • Figure 7 shows a schematic exploded view of a radiation element 1'.
  • the housing of the radiation element 1' comprises a first part 6 and a second part 7, which are connected to one another centrally parallel to the first axis X and the third axis Y.
  • the connection can be non-galvanic.
  • Figure 8 shows a flow chart of a method for producing a radiating element for a waveguide antenna, in particular one of the radiating elements la-ld; 1; 1’; 1” described above.
  • a first waveguide section 2 is formed into which an electromagnetic wave can be coupled, wherein the first waveguide section 2 has a first rectangular cross-section, wherein a narrow side of the first rectangular cross-section runs parallel to a first axis X, wherein a wide side of the first rectangular cross-section runs parallel to a second axis Z, wherein the first waveguide section extends along a third axis Y, and wherein the first to third axes X, Y, Z are orthogonal to one another in pairs.
  • a second waveguide section 3, 4, 7 is formed, wherein the second waveguide section 3, 4, 7 has a second rectangular cross-section, wherein a narrow side of the second rectangular cross-section runs parallel to the third axis Y, wherein a wide side of the second rectangular cross-section runs parallel to the first axis X, and wherein the second waveguide section 3, 4, 7 extends along the second axis Z.
  • a first dimension W1 of the narrow side of the second rectangular cross-section in a first region 3 of the second waveguide section 3, 4, 7 is smaller than a second dimension W2 of the narrow side of the second rectangular cross-section in a second region 4 of the second waveguide section 3, 4, 7.
  • the electromagnetic wave can be fed from the first waveguide section 2 via a slot in the first region 3 of the second waveguide section 3, 4, 7 into the second waveguide section 3, 4, 7 and emitted via an open end of the second region 4 of the second waveguide section 3, 4, 7.
  • the second waveguide section 3, 4, 7 can have a third region 7 between the first region 3 of the second waveguide section 3, 4, 7 and the second region 4 of the second waveguide section, wherein a dimension of the narrow side of the second rectangular cross-section in the third region 7 increases linearly from the first dimension W 1 to the second dimension W 2.

Landscapes

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

Abstract

Ein Ausstrahlelement umfasst einen ersten Hohlleiterabschnitt, in welchen eine elektromagnetische Welle eingekoppelt wird, wobei der erste Hohlleiterabschnitt einen ersten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite parallel zu einer ersten Achse verläuft, wobei eine breite Seite parallel zu einer zweiten Achse verläuft, wobei sich der ersten Hohlleiterabschnitt entlang einer dritten Achse erstreckt, und wobei die ersten bis dritten Achsen paarweise zueinander orthogonal sind. Das Ausstrahlelement umfasst weiter einen zweiten Hohlleiterabschnitt, wobei der zweite Hohlleiterabschnitt einen zweiten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite parallel zu der dritten Achse verläuft, wobei eine breite Seite parallel zu der ersten Achse verläuft, und wobei sich der zweite Hohlleiterabschnitt entlang der zweiten Achse erstreckt. Eine erste Abmessung der schmalen Seite ist in einem ersten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnitts kleiner als eine zweite Abmessung der schmalen Seite in einem zweiten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnitts. Die elektromagnetische Welle kann von dem ersten Hohlleiterabschnitt über einen Schlitz in dem ersten Bereich in den zweiten Hohlleiterabschnitt eingespeist werden und über ein offenes Ende des zweiten Bereichs des zweiten Hohlleiterabschnitts ausgesendet werden.

Description

Beschreibung
Titel
Ausstrahlelement. Wellenleiterantenne und Verfahren zum Herstellen eines Ausstrahlelements
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ausstrahlelement für eine Wellenleiterantenne, eine Wellenleiterantenne und ein Verfahren zum Herstellen eines Ausstrahlelements.
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 Fall 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 ein Ausstrahlelement für eine Wellenleiterantenne, eine Wellenleiterantenne und ein Verfahren zum Herstellen eines Ausstrahlelements für eine Wellenleiterantenne mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft Erfindung demnach ein Ausstrahlelement für eine Wellenleiterantenne. Das Ausstrahlelement umfasst einen ersten Hohlleiterabschnitt, in welchen eine elektromagnetische Welle eingekoppelt werden kann, wobei der erste Hohlleiterabschnitt einen ersten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer ersten Achse verläuft, wobei eine breite Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer zweiten Achse verläuft, wobei sich der ersten Hohlleiterabschnitt entlang einer dritten Achse erstreckt, und wobei die ersten bis dritten Achsen paarweise zueinander orthogonal sind. Das Ausstrahlelement umfasst weiter einen zweiten Hohlleiterabschnitt, wobei der zweite Hohlleiterabschnitt einen zweiten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts parallel zu der dritten Achse verläuft, wobei eine breite Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts parallel zu der ersten Achse verläuft, und wobei sich der zweite Hohlleiterabschnitt entlang der zweiten Achse erstreckt. Eine erste Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts ist in einem ersten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnitts kleiner als eine zweite Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in einem zweiten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnitts. Die elektromagnetische Welle kann von dem ersten Hohlleiterabschnitt über einen Schlitz in dem ersten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnitts in den zweiten Hohlleiterabschnitt eingespeist werden und über ein offenes Ende des zweiten Bereichs des zweiten Hohlleiterabschnitts ausgesendet werden. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Wellenleiterantenne mit einer Vielzahl von Ausstrahlelementen gemäß dem ersten Aspekt, und einer Leistungsteilungsvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine elektromagnetische Welle in die jeweiligen ersten Hohlleiterabschnitte der Ausstrahlelemente einzuspeisen.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Ausstrahlelements für eine Wellenleiterantenne. Ein erster Hohlleiterabschnitt wird ausgebildet, in welchen eine elektromagnetische Welle eingekoppelt werden kann, wobei der erste Hohlleiterabschnitt einen ersten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer ersten Achse verläuft, wobei eine breite Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer zweiten Achse verläuft, wobei sich der ersten Hohlleiterabschnitt entlang einer dritten Achse erstreckt, und wobei die ersten bis dritten Achsen paarweise zueinander orthogonal sind. Ein zweiter Hohlleiterabschnitt wird ausgebildet, wobei der zweite Hohlleiterabschnitt einen zweiten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts parallel zu der dritten Achse verläuft, wobei eine breite Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts parallel zu der ersten Achse verläuft, und wobei sich der zweite Hohlleiterabschnitt entlang der zweiten Achse erstreckt. Eine erste Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in einem ersten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnitts ist kleiner als eine zweite Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in einem zweiten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnitts. Die elektromagnetische Welle kann von dem ersten Hohlleiterabschnitt über einen Schlitz in dem ersten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnitts in den zweiten Hohlleiterabschnitt eingespeist werden und über ein offenes Ende des zweiten Bereichs des zweiten Hohlleiterabschnitts ausgesendet werden.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt unabhängige Ausstrahlelemente bereit, welche durch eine Leistungsteilungsvorrichtung gespeist werden können und dann elektromagnetische Strahlung aussenden.
Das Ausstrahlelement umfasst einen ersten Hohlleiterabschnitt, welcher zum Einspeisen der elektromagnetischen Strahlung in einen zweiten Hohlleiterabschnitt dient. Die Einspeisung erfolgt dabei seitlich in den Schlitz in dem ersten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnits, d. h. senkrecht zur abstrahlenden Apertur, welche durch die Öffnung des zweiten Hohlleiterabschnits gebildet wird. Dadurch kann ein kompakter Aufbau der Wellenleiterantenne ermöglicht werden, da mehrere Ausstrahlelemente in geringem Abstand benachbart zueinander angeordnet werden können.
Das Ausstrahlelement ist kompakt aufgebaut und ermöglicht durch eine Impedanztransformation in der vertikalen Dimension mitels der unterschiedlichen Abmessungen der schmalen Seite hinsichtlich des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs eine breite Impedanzanpassung von einer vertikalen Leistungsteilungsvorrichtung zu dem Ausstrahlelement.
Die erste Abmessung und die zweite Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnits entsprechen dabei Parametern, welche zur Impedanzanpassung in dem verwendeten Frequenzbereich der elektromagnetischen Strahlung geeignet gewählt werden können. Die Abmessung der breiten Seite des zweiten rechteckigen Querschnits und die Abmessung der Erstreckung des zweiten Hohlleiterabschnits entlang der zweiten Achse entsprechen weiteren Parameter.
Unter Abmessungen sind hierbei die jeweiligen Längen zu verstehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Ausstrahlelements weist der zweite Hohlleiterabschnit einen driten Bereich zwischen dem ersten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnits und dem zweiten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnits auf, wobei eine Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnits in dem driten Bereich linear von der ersten Abmessung zur zweiten Abmessung zunimmt. Der lineare Anstieg, welcher sich durch einen Winkel ausdrücken lässt, stellt einen weiteren Parameter dar, welcher zur Impedanzanpassung verwendet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Ausstrahlelements sind drei Seitenflächen des zweiten Hohlleiterabschnits planar. Der zweite Hohlleiterabschnit kann beispielweise L-förmig ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Ausstrahlelements ist der Schlitz in dem ersten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnits entlang der driten Achse bezüglich einer Mite des zweiten Hohlleiterabschnits versetzt. Die Abmessung des Versatzes entspricht einem weiteren Parameter zur Impedanzanpassung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Ausstrahlelements ist eine Abmessung der breiten Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts größer oder gleich einer halben Wellenlänge der elektromagnetischen Welle und kleiner oder gleich einer dreiviertelten Wellenlänge der elektromagnetischen Welle, für einen gegebenen Anwendungsbereich des Ausstrahlelements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Ausstrahlelements ist eine Erstreckung des zweiten Bereichs des zweiten Hohlleiterabschnitts entlang der zweiten Achse kleiner oder gleich einer viertel Wellenlänge der elektromagnetischen Welle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Ausstrahlelements für eine Wellenleiterantenne weist der zweite Hohlleiterabschnitt einen dritten Bereich zwischen dem ersten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnitts und dem zweiten Bereich des zweiten Hohlleiterabschnitts auf, wobei eine Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in dem dritten Bereich linear von der ersten Abmessung zur zweiten Abmessung zunimmt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Ausstrahlelements für eine Wellenleiterantenne sind drei Seitenflächen des zweiten Hohlleiterabschnitts planar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Wellenleiterantenne mit Ausstrahlelementen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Figur 2 eine schematische Ansicht von schräg oben eines Ausstrahlelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 eine weitere schematische Ansicht von schräg oben des in Figur 2 gezeigten Ausstrahlelements;
Figur 4 eine schematische Ansicht von schräg unten des in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausstrahlelements;
Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht des in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ausstrahlelements;
Figur 6 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausstrahlelements gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung;
Figur 7 eine schematische Explosionsansicht eines Ausstrahlungselements gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung; und
Figur 8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Ausstrahlelements für eine Wellenleiterantenne gemäß einer Ausfuhrungsform 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 Querschnittsansicht einer Wellenleiterantenne 10 mit einer Leistungsteilungsvorrichtung 8 und vier Ausstrahlelementen la-ld. Die Leistungsteilungsvorrichtung 8 umfasst einen Eingang 81, welcher mit einem elektromagnetischen Signal gespeist wird. Die Leistung des elektromagnetischen Signals wird durch die Leistungsteilungsvorrichtung 8 geteilt und die vier Ausstrahlelementen la- Id werden mit jeweiligen elektromagnetischen Signalen gespeist. Die Amplituden und die Phasenbeziehungen für die einzelnen Ausstrahlelemente la- Id können dabei durch den Aufbau und die Abmessungen der Leistungsteilungsvorrichtung 8 eingestellt werden.
Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl an Ausstrahlelementen la- Id beschränkt.
Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausstrahlelements 1 von schräg oben, wobei die Hohlleiter illustriert sind. Figur 3 zeigt eine weitere schematische Ansicht des in Figur 2 gezeigten Ausstrahlelements 1, wobei das Gehäuse illustriert ist. Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht von schräg unten des in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausstrahlelements 1, wobei wiederum die Hohlleiter illustriert sind.
Das Ausstrahlelement 1 umfasst einen ersten Hohlleiterabschnitt 2, in welchen eine elektromagnetische Welle eingekoppelt werden kann. Der erste Hohlleiterabschnitt ist quaderförmig aufgebaut, weist somit einen konstanten ersten rechteckigen Querschnitt auf, wobei eine schmale Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer ersten Achse X verläuft, und wobei eine breite Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer zweiten Achse Z verläuft. Der erste Hohlleiterabschnitt erstreckt sich entlang einer dritten Achse Y. Die ersten bis dritten Achsen X, Y, Z sind paarweise zueinander orthogonal.
Das Ausstrahlelement 1 umfasst weiter einen zweiten Hohlleiterabschnitt 3, 4, wobei der zweite Hohlleiterabschnitt 3, 4 einen zweiten rechteckigen Querschnitt aufweist. Eine schmale Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts ist parallel zu der dritten Achse Y. Eine breite Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts ist parallel zu der ersten Achse X. Der zweite Hohlleiterabschnitt 3, 4 erstreckt sich entlang der zweiten Achse Z. Der zweite rechteckige Querschnitt variiert entlang der Erstreckung des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 entlang der zweiten Achse Z. In einem ersten Bereich 3 weist die schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts eine konstante erste Abmessung (Breite) auf, welche kleiner als eine konstante zweite Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in einem zweiten Bereich 4 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 ist. Drei Seitenflächen des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 sind planar, d.h. der zweite Hohlleiterabschnitt 3, 4 ist L-förmig ausgebildet.
Der erste Bereich 3 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 weist einen Schlitz auf, welcher sich entlang der zweiten Achse Z erstreckt und dem ersten rechteckigen Querschnitt entspricht. Die elektromagnetische Welle kann von dem ersten Hohlleiterabschnitt 2 über den Schlitz in den ersten Bereich 3 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 in den zweiten Hohlleiterabschnitt 3, 4 eingespeist werden. Die elektromagnetische Strahlung wird anschließend über ein offenes Ende des zweiten Bereichs 4 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 ausgesendet.
Der Schlitz in dem ersten Bereich 3 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 ist entlang der dritten Achse X bezüglich einer Mitte des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 versetzt. Der Schlitz ist in einem Abstand Inp von einer Seite des ersten Bereichs 3 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 angeordnet.
Die breite Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 weist eine Länge La auf.
Eigur 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ausstrahlelements 1. Der zweite Hohlleiterabschnitt 3, 4 weist bezüglich der schmalen Seite des zweiten Querschnitts eine erste Abmessung W1 in dem ersten Bereich 3 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 auf, und weist eine zweite Abmessung W2 in dem zweiten Bereich 4 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 auf. Ein Winkel a eines überstehenden Teils des zweiten Bereichs 4 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 beträgt 90 Grad. Der zweite Bereich 4 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4 weist weiter eine Länge LI entlang der zweiten Achse Z auf.
Figur 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausstrahlelements 1‘, wobei der Winkel a größer als 90 Grad ist. Der zweite Hohlleiterabschnitt 3, 4, 7 weist somit einen dritten Bereich 7 zwischen dem ersten Bereich 3 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4, 7 und dem zweiten Bereich 4 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4, 7 auf, wobei eine Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in dem dritten Bereich linear von der ersten Abmessung W 1 zur zweiten Abmessung W2 zunimmt. Insgesamt gibt es somit sechs Parameter Wl, W2, LI, La, Inp, a, welche zur Impedanzanpassung in dem verwendeten Frequenzbereich der elektromagnetischen Strahlung gewählt werden können.
Dabei ist die Abmessung La der breiten Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts größer oder gleich einer halben Wellenlänge Xo der elektromagnetischen Welle und kleiner oder gleich einer dreiviertelten Wellenlänge Xo der elektromagnetischen Welle:
Xo/2 < La < 3Xo/4.
Die Erstreckung LI des zweiten Bereichs 4 des zweiten Hohlleiterabschnitts entlang der zweiten Achse Z ist kleiner oder gleich einer viertel Wellenlänge Xo der elektromagnetischen Welle:
LI < X0/4.
Weiter ist der Winkel a größer oder gleich 90 Grad.
Figur 7 zeigt eine schematische Explosionsansicht eines Ausstrahlungselements 1“. Das Gehäuse des Ausstrahlungselements 1‘ umfasst einen ersten Teil 6 und einen zweiten Teil 7, welche mittig parallel zur ersten Achse X und zur dritten Achse Y miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann dabei nicht galvanisch ausgebildet sein.
Figur 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Ausstrahlelements für eine Wellenleiterantenne, insbesondere eines der oben beschriebenen Ausstrahlelemente la-ld; 1; 1’; 1”.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird ein erster Hohlleiterabschnitt 2 ausgebildet, in welchen eine elektromagnetische Welle eingekoppelt werden kann, wobei der erste Hohlleiterabschnitt 2 einen ersten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer ersten Achse X verläuft, wobei eine breite Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer zweiten Achse Z verläuft, wobei sich der ersten Hohlleiterabschnitt entlang einer dritten Achse Y erstreckt, und wobei die ersten bis dritten Achsen X, Y, Z paarweise zueinander orthogonal sind. In einem Schritt S2 wird ein zweiter Hohlleiterabschnitt 3, 4, 7 ausgebildet, wobei der zweite Hohlleiterabschnitt 3, 4, 7 einen zweiten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts parallel zu der dritten Achse Y verläuft, wobei eine breite Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts parallel zu der ersten Achse X verläuft, und wobei sich der zweite Hohlleiterabschnitt 3, 4, 7 entlang der zweiten Achse Z erstreckt. Eine erste Abmessung W1 der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in einem ersten Bereich 3 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4, 7 ist kleiner als eine zweite Abmessung W2 der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in einem zweiten Bereich 4 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4, 7. Die elektromagnetische Welle kann von dem ersten Hohlleiterabschnitt 2 über einen Schlitz in dem ersten Bereich 3 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4, 7 in den zweiten Hohlleiterabschnitt 3, 4, 7 eingespeist werden und über ein offenes Ende des zweiten Bereichs 4 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4, 7 ausgesendet werden.
Der zweite Hohlleiterabschnitt 3, 4, 7 kann einen dritten Bereich 7 zwischen dem ersten Bereich 3 des zweiten Hohlleiterabschnitts 3, 4, 7 und dem zweiten Bereich 4 des zweiten Hohlleiterabschnitts aufweisen, wobei eine Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in dem dritten Bereich 7 linear von der ersten Abmessung W 1 zur zweiten Abmessung W2 zunimmt.

Claims

Ansprüche
1. Ausstrahlelement (la-ld; 1; 1’; 1”) für eine Wellenleiterantenne (10), mit: einem ersten Hohlleiterabschnitt (2), in welchen eine elektromagnetische Welle eingekoppelt werden kann, wobei der erste Hohlleiterabschnitt (2) einen ersten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer ersten Achse (X) verläuft, wobei eine breite Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer zweiten Achse (Z) verläuft, wobei sich der ersten Hohlleiterabschnitt (2) entlang einer dritten Achse (Y) erstreckt, und wobei die ersten bis dritten Achsen (X, Y, Z) paarweise zueinander orthogonal sind; und einem zweiten Hohlleiterabschnitt (3, 4), wobei der zweite Hohlleiterabschnitt (3, 4) einen zweiten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts parallel zu der dritten Achse (Y) verläuft, wobei eine breite Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts parallel zu der ersten Achse (X) verläuft, und wobei sich der zweite Hohlleiterabschnitt (3, 4) entlang der zweiten Achse (Z) erstreckt; wobei eine erste Abmessung (Wl) der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in einem ersten Bereich (3) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) kleiner ist als eine zweite Abmessung (W2) der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in einem zweiten Bereich (4) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4); und wobei die elektromagnetische Welle von dem ersten Hohlleiterabschnitt (2) über einen Schlitz in dem ersten Bereich (3) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) in den zweiten Hohlleiterabschnitt (3, 4) eingespeist werden kann und über ein offenes Ende des zweiten Bereichs (4) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) ausgesendet werden kann.
2. Ausstrahlelement (la- Id; 1; 1’; 1”) nach Anspruch 1, wobei der zweite
Hohlleiterabschnitt (3, 4) einen dritten Bereich (7) zwischen dem ersten Bereich (4) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) und dem zweiten Bereich (3) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) aufweist, wobei eine Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in dem dritten Bereich (7) linear von der ersten Abmessung (Wl) zur zweiten Abmessung (W2) zunimmt.
3. Ausstrahlelement (la-ld; 1; 1’; 1”) nach Anspruch 1 oder 2, wobei drei Seitenflächen des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) planar sind.
4. Ausstrahlelement (la-ld; 1; 1’; 1”) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schlitz in dem ersten Bereich (3) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) entlang der dritten Achse (X) bezüglich einer Mitte des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) versetzt ist.
5. Ausstrahlelement (la-ld; 1; 1’; 1”) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Abmessung (La) der breiten Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts größer oder gleich einer halben Wellenlänge der elektromagnetischen Welle und kleiner oder gleich einer dreiviertelten Wellenlänge der elektromagnetischen Welle ist.
6. Ausstrahlelement (la-ld; 1; 1’; 1”) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Erstreckung (LI) des zweiten Bereichs (4) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) entlang der zweiten Achse (Z) kleiner oder gleich einer viertel Wellenlänge der elektromagnetischen Welle ist.
7. Wellenleiterantenne (10) (la-ld; 1; 1’; 1”) mit: einer Vielzahl von Ausstrahlelementen (la-ld; 1; 1’; 1”) nach einem der vorangehenden Ansprüche; und einer Leistungsteilungsvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine elektromagnetische Welle in die jeweiligen ersten Hohlleiterabschnitte (2) der Ausstrahlelemente (la-ld; 1; 1’; 1”) einzuspeisen.
8. Verfahren zum Herstellen eines Ausstrahlelements (la-ld; 1; 1’; 1”) für eine Wellenleiterantenne (10), mit den Schritten: Ausbilden eines ersten Hohlleiterabschnitts (2), in welchen eine elektromagnetische Welle eingekoppelt werden kann, wobei der erste Hohlleiterabschnitt (2) einen ersten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer ersten Achse (X) verläuft, wobei eine breite Seite des ersten rechteckigen Querschnitts parallel zu einer zweiten Achse (Z) verläuft, wobei sich der ersten Hohlleiterabschnitt (2) entlang einer dritten Achse (Y) erstreckt, und wobei die ersten bis dritten Achsen (X, Y, Z) paarweise zueinander orthogonal sind; und
Ausbilden eines zweiten Hohlleiterabschnitt (3, 4), wobei der zweite Hohlleiterabschnitt (3, 4) einen zweiten rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine schmale Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts parallel zu der dritten Achse (Y) verläuft, wobei eine breite Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts parallel zu der ersten Achse (X) verläuft, und wobei sich der zweite Hohlleiterabschnitt (3, 4) entlang der zweiten Achse (Z) erstreckt; wobei eine erste Abmessung (Wl) der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in einem ersten Bereich (3) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) kleiner ist als eine zweite Abmessung (W2) der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in einem zweiten Bereich (4) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4); und wobei die elektromagnetische Welle von dem ersten Hohlleiterabschnitt (2) über einen Schlitz in dem ersten Bereich (3) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) in den zweiten Hohlleiterabschnitt (3, 4) eingespeist werden kann und über ein offenes Ende des zweiten Bereichs (4) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) ausgesendet werden kann.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der zweite Hohlleiterabschnitt (3, 4) einen dritten Bereich (7) zwischen dem ersten Bereich (4) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) und dem zweiten Bereich (3) des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) aufweist, wobei eine Abmessung der schmalen Seite des zweiten rechteckigen Querschnitts in dem dritten Bereich (7) linear von der ersten Abmessung (Wl) zur zweiten Abmessung (W2) zunimmt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei drei Seitenflächen des zweiten Hohlleiterabschnitts (3, 4) planar sind.
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