WO2006103128A1 - Antenna array with high-density integration - Google Patents

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WO2006103128A1
WO2006103128A1 PCT/EP2006/050514 EP2006050514W WO2006103128A1 WO 2006103128 A1 WO2006103128 A1 WO 2006103128A1 EP 2006050514 W EP2006050514 W EP 2006050514W WO 2006103128 A1 WO2006103128 A1 WO 2006103128A1
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WO
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patches
feed line
antenna array
array according
antenna
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PCT/EP2006/050514
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Inventor
Christof Ziegler
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays
    • H01Q21/0081—Stripline fed arrays using suspended striplines

Definitions

  • the present invention relates to an antenna array according to the preamble of patent claim 1.
  • Planar antennas are often used in RF technology in the form of patch antennas. These are antennas, which are usually manufactured directly on a printed circuit board using photolithographic processes.
  • the individual patches are usually square or rectangular and arranged in an array on the plate and connected via strip conductors. For a rectangular patch, the width determines the resonant frequency and hence the operating frequency, while the length of the patch significantly affects the impedance of the patch.
  • the radiation direction of the antenna array is determined by the phase position of the voltages and currents with which the individual patches are fed. If the E fields of all individual patches oscillate in phase, the result is, for example, a radiation with a main lobe perpendicular to the printed circuit board.
  • a high packing density of the individual patches in a patch array is desirable since this can reduce the size of the patch antennas of HF devices.
  • an increased packing density of the patches has the advantage that the radiation of the antenna can be directed more strongly, since due to the higher packing density, the side lobe attenuation increases.
  • the distance between the patches can be reduced by means of multilayer construction.
  • the feed network of the antennas is located on an inner layer or on the back of the printed circuit board. Via vias or field connections, the antenna patches are excited.
  • This solution allows a very tight patch spacing, since no lines need to be routed between the patches. A small gap between the patches is necessary to avoid coupling between the patches.
  • the multi-layer construction technique is more complex and more expensive in its practical application than the single-layer construction technique. It also has the disadvantage that in the patch area, the back of the circuit board for the feed network must be available. The RF circuit can not be accommodated in this area.
  • FIG. 1 shows embodiments of known patches 21.
  • the most common are the patches 21 in FIGS. 1a) and 1b) with a rectangular patch 21.
  • the side lengths a and b set the center frequency of the antenna, the base point impedance and the antenna efficiency.
  • More complex geometric structures such as the patches 21 in Figure Ic) and Id) must usually be designed via field simulations.
  • the patches 21 in FIGS. 1a) and 1c) share a coupling in the middle of one side. An exception is the structure shown in Figure Ie), in which the patch 21 is coupled to a corner.
  • FIG. 2 shows a conventional patch antenna.
  • the distances dx and dy of the patches 21, as well as the number of patches 21 influence the characteristics of the overall antenna.
  • the disadvantage of this form of implementation lies in the high space required, which is due to the structure of the feed network 22, since each patch 21 has its own branch 23.
  • the patches 21 In order to obtain a predetermined directional characteristic, the patches 21 must each be driven with a specific phase.
  • the phase position between the patches 21 is determined by the length dl of the connecting line between the patches 21.
  • For a perpendicular to the antenna plane antenna characteristic is between the patches 21 is a phase offset of
  • the object of the present invention is to specify an antenna array which enables a higher packing density of the patches.
  • phase shifter By installing a phase shifter in the feed line, the distance between the patches can be significantly reduced.
  • the minimum possible distance between two patches of half a wavelength which results, for example, in the case of a desired design interference without the use of a phase shifter, can be considerably reduced by means of a phase shifter.
  • the two patches are rectangular, the area available to the antenna array can be used particularly efficiently.
  • Figure 4 antenna array in a further embodiment of the invention
  • Figure 5 antenna array in a further embodiment of the invention.
  • FIG. 1 a-e show various known patches 21 which are connected to a feed line 13.
  • the patches 21 depicted in FIG. 1 a and FIG. 1 b are essentially rectangular with the side lengths a, b.
  • Figures Ic-Ie show further patches 21.
  • Figure 2 shows a known and often used patch array.
  • the individual patches 21 are connected in rows, each via a branch 23 to the network 22 in the feed network, a stage higher-level line.
  • the distance between the patches is in the x-direction dx, which corresponds to the path difference dl of signals two patches adjacent in the x direction.
  • the distance dy between the patches in the y direction is limited by the necessity of the strip conductor present between the patches 21.
  • Figure 3a shows a first embodiment of an antenna array of two oppositely arranged congruent patches 21.
  • the patches 21 are connected to a feed line 13 which connects the two opposite sides of the patches in the shortest possible path.
  • the feed line 13 is T-like and mirror-symmetrically connected to the feed network 22. Due to the mirror-symmetrical connection, it is due to the opposite orientation of the electric field vectors
  • Antennenar- ray can be used if one wants to achieve a strong tilt of the main lobe to the antenna plane.
  • FIG. 3b shows a second embodiment of an antenna array.
  • the phase at the location of the patches 21 is adjusted by connecting the feedline 13 to the feeder network 22 at a location offset from the center of the feeder line.
  • Another way to adjust the phase at the location of a patch provides a switched into the feed line phase shifter 24.
  • the installation of phase shifters 24 has the additional advantage that the distance between the patches 21 can be significantly reduced.
  • the minimum possible distance between two patches 21 of half a wavelength which results, for example, in the case of a desired design interference without the use of a phase shifter 24, can be considerably reduced by means of a phase shifter 24.
  • the electric field vectors E of the patches oscillate in phase.
  • 3 c shows a third embodiment of an antenna array comprising two patches 21.
  • the phase shifter 24 is designed as a path extension in the form of a loop of the strip conductor and integrated into the feed line 13. With this construction, the distance between the patches 21 can be significantly reduced. In the illustrated embodiment, the electrical swing
  • FIG. 3d shows a fourth embodiment of an antenna array in which the two patches 21 are connected to the feed line 13 at a corner.
  • particularly tightly packed antenna arrays can be produced with the help of such an arrangement.
  • FIG. 3 e shows a fifth embodiment of an antenna array, in which the two patches 21 are each connected to the feed line 13 at one corner, with a phase shifter 24, which is designed as a loop.
  • FIG. 3f shows a sixth embodiment of an antenna array in which the two patches 21 are each connected to the feed line 13 at one corner.
  • FIG. 4 shows a seventh embodiment of an antenna array of 32 patches 21.
  • the patches 21 are each connected in pairs to the network at a level via a feed line 13 which connects the two opposite sides of the patches 21.
  • a feed line 16 is coupled in each case in the region of the coupling of the feed line 13 to one of the patches 21 to the feed line 13.
  • the antenna array of this embodiment is made up of a total of 16 elementary antenna arrays 3f shown in FIG. 3f.
  • FIG. 5 shows an eighth embodiment of an antenna array comprising 32 patches 21.
  • the patches 21 are each connected in pairs to a supply line 16 via a feed line 13 which connects the two opposite sides of the patches 21. In this embodiment, the patches 21 are each coupled to the supply lines 13 at one corner.

Abstract

The invention concerns a patch antenna array, having a high-density integration and a high attenuation of the secondary lobes. The invention is characterized in that congruent plates (21) are arranged opposite in the antenna array and connected via an antenna line (13) located in the same plane as the plates (21). The antenna line is differentially connected to a supply line (16) located in the same plane as the antenna line (13).

Description

Beschreibungdescription
Antennenarray mit hoher PackungsdichteAntenna array with high packing density
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antennenarray nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to an antenna array according to the preamble of patent claim 1.
Planare Antennen werden in der der HF-Technik oft in Form von Patchantennen eingesetzt. Dies sind Antennen, die meist mit photolithographischen Verfahren direkt auf eine Printplatte gefertigt werden. Die einzelnen Patches sind meist quadratisch oder rechteckig und in einem Array auf der Platte angeordnet und über Streifenleiter verbunden. Für einen rechteckigen Patch bestimmt die Breite die Resonanzfrequenz und damit die Betriebsfrequenz, während die Länge des Patches die Impedanz des Patches maßgeblich beeinflusst. Die Abstrahlungsrichtung des Antennenarrays wird durch die Phasenlage der Spannungen und Ströme, mit der die einzelnen Patches gespeist werden, bestimmt. Schwingen die E- Felder aller einzelnen Patches in Phase, so ergibt sich beispielsweise eine Abstrahlung mit einer Hauptkeule, die senkrecht zu der Printplatte steht.Planar antennas are often used in RF technology in the form of patch antennas. These are antennas, which are usually manufactured directly on a printed circuit board using photolithographic processes. The individual patches are usually square or rectangular and arranged in an array on the plate and connected via strip conductors. For a rectangular patch, the width determines the resonant frequency and hence the operating frequency, while the length of the patch significantly affects the impedance of the patch. The radiation direction of the antenna array is determined by the phase position of the voltages and currents with which the individual patches are fed. If the E fields of all individual patches oscillate in phase, the result is, for example, a radiation with a main lobe perpendicular to the printed circuit board.
Eine hohe Packungsdichte der einzelnen Patches in einem Patch- array ist wünschenswert, da dadurch die Patchantennen von HF- Geräten verkleinert werden können. Darüber hinaus weist eine erhöhte Packungsdichte der Patches den Vorteil auf, dass die Abstrahlung der Antenne stärker gerichtet werden kann, da sich aufgrund der höheren Packungsdichte die Nebenkeulendämpfung erhöht.A high packing density of the individual patches in a patch array is desirable since this can reduce the size of the patch antennas of HF devices. In addition, an increased packing density of the patches has the advantage that the radiation of the antenna can be directed more strongly, since due to the higher packing density, the side lobe attenuation increases.
Um eine hohe Nebenkeulendämpfung und somit eine stark gerichtete Abstrahlung zu erreichen sind dicht gepackte Patches für eine Vielzahl von Anwendungen, die von einer gezielten Ausleuchtung eines räumlichen Sektors in der Mobilkommunikation bis hin zu der Abstandinessung mittels HF-Strahlung bei Fahrerassistenzsystemen in Kraftfahrzeugen reichen, von Interesse.In order to achieve a high sidelobe attenuation and thus a highly directional radiation are tightly packed patches for a variety of applications, ranging from a targeted illumination of a spatial sector in mobile communications to the Abstandseinung by means of RF radiation in driver assistance systems in motor vehicles are of interest.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass sich der Abstand zwischen den Patches mittels Mehrlagenaufbautechnik reduzieren lässt. Das Speisenetzwerk der Antennen befindet sich auf einer inneren Lage oder auf der Rückseite der Leiterplatte. Über Durchkontaktierungen oder Feldankopplungen werden die Antennenpatches angeregt. Diese Lösung ermöglicht einen sehr engen Patchabstand, da zwischen den Patches keine Leitungen geführt werden müssen. Ein kleiner Spalt zwischen den Patches ist notwendig, um Verkopplungen zwischen den Patches zu vermeiden. Die Mehrlagenaufbautechnik ist in ihrer praktischen Anwendung aufwändiger und teurer als die einlagige Aufbautechnik. Auch hat sie den Nachteil, dass im Bereich der Patches die Rückseite der Leiterplatte für das Speisenetzwerk zur Verfügung stehen muss. Die HF-Schaltung lässt sich nicht in diesem Bereich unterbringen.It is known from the prior art that the distance between the patches can be reduced by means of multilayer construction. The feed network of the antennas is located on an inner layer or on the back of the printed circuit board. Via vias or field connections, the antenna patches are excited. This solution allows a very tight patch spacing, since no lines need to be routed between the patches. A small gap between the patches is necessary to avoid coupling between the patches. The multi-layer construction technique is more complex and more expensive in its practical application than the single-layer construction technique. It also has the disadvantage that in the patch area, the back of the circuit board for the feed network must be available. The RF circuit can not be accommodated in this area.
In Figur 1 sind Ausführungsformen von bekannten Patches 21 abgebildet. Am gebräuchlichsten sind die Patches 21 in den Figuren Ia) und Ib) mit einem rechteckigen Patch 21. Für diese Patchstrukturen gibt es Näherungsgleichungen zur analytischen Berechnung der Antennenparameter. Die Seitenlängen a und b legen die Mittenfrequenz der Antenne, die Fußpunktimpedanz und die Antenneneffizienz fest. Komplexere geometrische Strukturen wie die Patches 21 in Figur Ic) und Id) müssen meist über Feldsimulationen entworfen werden. Den Patches 21 in Figur Ia) und Ic) ist eine Ankopplung in der Mitte einer Seite gemein. Eine Ausnahme bildet die in Figur Ie) dargestellte Struktur, in welcher der Patch 21 an einer Ecke angekoppelt ist.FIG. 1 shows embodiments of known patches 21. The most common are the patches 21 in FIGS. 1a) and 1b) with a rectangular patch 21. For these patch structures, there are approximate equations for the analytical calculation of the antenna parameters. The side lengths a and b set the center frequency of the antenna, the base point impedance and the antenna efficiency. More complex geometric structures such as the patches 21 in Figure Ic) and Id) must usually be designed via field simulations. The patches 21 in FIGS. 1a) and 1c) share a coupling in the middle of one side. An exception is the structure shown in Figure Ie), in which the patch 21 is coupled to a corner.
In Figur 2 ist eine herkömmliche Patchantenne abgebildet. Die Abstände dx und dy der Patches 21, sowie die Anzahl der Patches 21 beeinflussen die Charakteristik der Gesamtantenne . Der Nachteil dieser Realisierungsform liegt in dem hohen Platzbedarf, der durch die Struktur des Speisenetzwerkes 22 bedingt ist, da jeder Patch 21 über eine eigene Abzweigung 23 verfügt. Um eine vorgegebene Richtcharakteristik zu erhalten, müssen die Patches 21 jeweils mit einer bestimmten Phase angesteuert werden. Die Phasenlage zwischen den Patches 21 wird durch die Länge dl der Verbindungsleitung zwischen den Patches 21 festgelegt. Für eine senkrecht zur Antennenebene liegende Antennencharakteristik, ist zwischen den Patches 21 ein Phasenversatz vonFIG. 2 shows a conventional patch antenna. The distances dx and dy of the patches 21, as well as the number of patches 21 influence the characteristics of the overall antenna. The disadvantage of this form of implementation lies in the high space required, which is due to the structure of the feed network 22, since each patch 21 has its own branch 23. In order to obtain a predetermined directional characteristic, the patches 21 must each be driven with a specific phase. The phase position between the patches 21 is determined by the length dl of the connecting line between the patches 21. For a perpendicular to the antenna plane antenna characteristic is between the patches 21 is a phase offset of
Δφ=n*360° (wobei n = 0, 1, 2, ...)Δφ = n * 360 ° (where n = 0, 1, 2, ...)
notwendig. Für eine Wellenlänge λ darf unter dieser Vorgabe dl nur die Längen vonnecessary. For a wavelength λ under this specification dl only the lengths of
dl=n*λdl = n * λ
annehmen, wodurch aufgrund der in Figur 2 vorliegenden Anordnung die Möglichkeiten einer Erhöhung der Packungsdichte beschränkt sind, da sich eine minimale Länge vonDue to the arrangement in FIG. 2, the possibilities of increasing the packing density are limited, since a minimum length of
dl=λdl = λ
ergibt .results.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Anten- nenarray anzugeben, das eine höhere Packungsdichte der Patches ermöglicht .The object of the present invention is to specify an antenna array which enables a higher packing density of the patches.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben. Dadurch dass die Speiseleitung die zwei gegenüberliegenden Seiten der Patches verbindet und die Speiseleitung an eine Zuführleitung angeschlossen ist, kann eine höhere Packungsdichte erreicht werden, da eine solche Anordnung der Patches keine zusätzlichen Abzweigungen des Speisenetzwerkes zu den Patches benötigt, wie dies bei einem herkömmlichen Antennenarray, wie dem in Figur 2 dargestellten der Fall ist.This object is achieved by the measures specified in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in further claims. The fact that the feed line connects the two opposite sides of the patches and the feed line is connected to a feed line, a higher packing density can be achieved, since such an arrangement of the patches does not require additional branches of the feed network to the patches, as in a conventional antenna array, as shown in Figure 2 is the case.
Die folgenden Vorteile können sich zusätzlich ergeben:The following advantages may also arise:
i) Durch den Einbau eines Phasenschiebers in die Speiseleitung kann der Abstand zwischen den Patches erheblich verringert werden. Der minimal mögliche Abstand zwischen zwei Patches von einer halben Wellenlänge, der sich beispielsweise bei einer angestrebten konstruktiven Interferenz ohne Verwendung eines Phasenschiebers ergibt, kann mithilfe eines Phasenschiebers erheblich verringert werden.i) By installing a phase shifter in the feed line, the distance between the patches can be significantly reduced. The minimum possible distance between two patches of half a wavelength, which results, for example, in the case of a desired design interference without the use of a phase shifter, can be considerably reduced by means of a phase shifter.
ii) Dadurch, dass die Speiseleitung die zwei gegenüberliegenden Seiten der Patches auf dem kürzest möglichen Weg verbindet - im Normalfall rechtwinklig zu den gegenüberliegenden Seiten der beiden Patches - kann das Risiko von unerwünschten Kopplungen zwischen den Patches und der Speiseleitung auf ein Minimum reduziert werden. Gleichzeitig steht zwischen den Patches mehr Platz für als Schlaufen ausgebildete Phasenschieber zur Verfügung.ii) The fact that the feed line connects the two opposite sides of the patches in the shortest possible path - usually perpendicular to the opposite sides of the two patches - can minimize the risk of unwanted couplings between the patches and the feed line. At the same time, more space is available between the patches for loop-shaped phase shifters.
iii) Dadurch, dass die Speiseleitung T-artig an die Zuführleitung angeschlossen ist, kann eine Array dichter mit Patches bestückt werden, da bei einem 2-dimensionalen Array zwischen einzelnen Patchreihen, respektive Spalten keine Leiter geführt werden müssen. iv) Dadurch, dass einer der Patches an einer Ecke an die Speiseleitung angeschlossen ist, steht zwischen den Patches mehr Platz für als Schleifen ausgebildete Phasenschieber zur Verfügung.iii) The fact that the feed line is T-like connected to the feed line, an array can be equipped with patches dense, since in a 2-dimensional array between individual rows of patches, respectively columns no ladder must be performed. iv) The fact that one of the patches is connected to the feed line at a corner, there is more space available between the patches for looped phase shifter.
v) Dadurch, dass die zwei Patches je an einer Ecke an die Speiseleitung angeschlossen sind, steht zwischen den Patches mehr Platz für als Schleifen ausgebildete Phasenschieber zur Verfügung.v) The fact that the two patches are each connected to the feed line at one corner, there is more space between the patches available for looped phase shifters.
vi) Dadurch, dass die Differenz der Längen der beiden Teilstücke der Speiseleitung, welche durch die Ankopplung der Zuführleitung an die Speiseleitung gebildet werden, die Hälfte der Wellenlänge beträgt, welche der Resonanzfrequenz der Patches entspricht, o- der ein natürliches Vielfaches davon, wird die Phasendifferenz zwischen den zwei Patches so angepasst, dass sich im Falle eines ungeraden natürlichen Vielfachen - in diesem Fall spricht man auch von einer differentiellen Speisung der Patches - eine konstruktive Interferenz ergibt und im Falle eines geraden natürlichen Vielfachen der Wellenlänge eine destruktive Interferenz ergibt.vi) The fact that the difference of the lengths of the two sections of the feed line, which are formed by the coupling of the feed line to the feed line, is half the wavelength corresponding to the resonant frequency of the patches, o- a natural multiple thereof, the Phase difference between the two patches adjusted so that in the case of an odd natural multiples - in this case one speaks of a differential feeding of the patches - constructive interference results and in the case of a straight natural multiple of the wavelength results in a destructive interference.
vii) Dadurch, dass die Zuführleitung im Bereich der Ankopplung der Speiseleitung an einen der Patches an die Speiseleitung angekoppelt ist, kann bei einem vorgegebenen Phasenunterschied an den zwei Patches - und damit einer vorgegebenen Differenz der Längen der beiden Teilstücke der Speiseleitung, welche durch die Ankopplung der Zuführleitung an die Speiseleitung gebildet werden - die Länge der Speiseleitung minimal gehalten werden. Die Länge eines Teilstücks strebt in diesem Fall gegen null.vii) The fact that the supply line is coupled in the coupling of the feed line to one of the patches to the feed line, with a predetermined phase difference at the two patches - and thus a predetermined difference in the lengths of the two sections of the feed line, which by the coupling the supply line to the feed line are formed - the length of the feed line are kept to a minimum. The length of a section tends to zero in this case.
viii) Dadurch, dass die Länge der Speiseleitung die Hälfte der Wellenlänge beträgt, welche der Resonanzfrequenz der Patches entspricht - in diesem Fall spricht man auch von einer differen- tiellen Speisung der Patches - und die Zuführleitung im Bereich der Ankopplung der Speiseleitung an einen der Patches an die Speiseleitung angekoppelt ist, ergibt sich für die zwei Patches eine konstruktive Interferenz bei einem kürzest möglichen Abstand zwischen den Patches, ohne dass ein Phasenschieber verwendet werden muss.viii) The fact that the length of the feed line is half the wavelength corresponding to the resonant frequency of the patches - in this case one also speaks of a different For the two patches, constructive interference results in the shortest possible gap between the patches, without the need for a phase shifter.
ix) Dadurch, dass die zwei Patches rechteckig sind, lässt sich die dem Antennenarray zur Verfügung stehende Fläche besonders effizient ausnutzen.ix) Because the two patches are rectangular, the area available to the antenna array can be used particularly efficiently.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the drawing, for example. Showing:
Figur 1 a-e Patches nach dem Stand der Technik;Figure 1 a-e patches according to the prior art;
Figur 2 Patchantenne nach dem Stand der Technik;Figure 2 patch antenna according to the prior art;
Figur 3 a-f Antennenarrays in mehreren Ausführungsformen derFigure 3 a-f antenna arrays in several embodiments of
Erfindung; Figur 4 Antennenarray in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und Figur 5 Antennenarray in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.Invention; Figure 4 antenna array in a further embodiment of the invention and Figure 5 antenna array in a further embodiment of the invention.
Die Figuren 1 a-e zeigen verschiedene bekannte Patches 21, die an eine Speiseleitung 13 angeschlossen sind. Die in Figur Ia und Figur Ib abgebildeten Patches 21 sind im Wesentlichen rechteckig mit den Seitenlängen a, b. Die Figuren Ic -Ie zeigen weitere Patches 21.Figures 1 a-e show various known patches 21 which are connected to a feed line 13. The patches 21 depicted in FIG. 1 a and FIG. 1 b are essentially rectangular with the side lengths a, b. Figures Ic-Ie show further patches 21.
Figur 2 zeigt eine bekannte und oft verwendete Patcharray. Die einzelnen Patches 21 sind reihenweise je über eine Abzweigung 23 an die im Speisenetzwerk Netzwerk 22 eine Stufe übergeordnete Leitung angeschlossen. Der Abstand zwischen den Patches beträgt in x-Richtung dx, welcher dem Wegunterschied dl von Signalen zu zwei in x-Richtung benachbarten Patches entspricht. Der Abstand dy zwischen den Patches in y-Richtung wird durch die Notwendigkeit der zwischen den Patches 21 vorhandenen Streifenleiter begrenzt .Figure 2 shows a known and often used patch array. The individual patches 21 are connected in rows, each via a branch 23 to the network 22 in the feed network, a stage higher-level line. The distance between the patches is in the x-direction dx, which corresponds to the path difference dl of signals two patches adjacent in the x direction. The distance dy between the patches in the y direction is limited by the necessity of the strip conductor present between the patches 21.
Figur 3a zeigt eine erste Ausführungsform eines Antennenarrays aus zwei gegenüberliegend angeordneten kongruenten Patches 21. Die Patches 21 sind an eine Speiseleitung 13, welche die zwei gegenüberliegenden Seiten der Patches auf dem kürzest möglichen Weg verbindet, angeschlossen. Die Speiseleitung 13 ist T-artig und spiegelsymmetrisch an das Speisenetzwerk 22 angeschlossen. Aufgrund des spiegelsymmetrischen Anschlusses kommt es aufgrund der entgegengesetzten Ausrichtung der elektrischen FeldvektorenFigure 3a shows a first embodiment of an antenna array of two oppositely arranged congruent patches 21. The patches 21 are connected to a feed line 13 which connects the two opposite sides of the patches in the shortest possible path. The feed line 13 is T-like and mirror-symmetrically connected to the feed network 22. Due to the mirror-symmetrical connection, it is due to the opposite orientation of the electric field vectors
E zu einer destruktiven Interferenz und damit zu einer Nullstelle im Richtdiagramm der Antennenarray . Eine solches Antennenar- ray kann verwendet werden, wenn man eine starke Verkippung der Hauptkeule zu der Antennenebene erreichen will.E to a destructive interference and thus to a zero in the directional diagram of the antenna array. Such a Antennenar- ray can be used if one wants to achieve a strong tilt of the main lobe to the antenna plane.
Figur 3b zeigt eine zweite Ausführungsform eines Antennenarrays. Um eine gewünschte Abstrahlcharakteristik zu erreichen, wird die Phase am Ort der Patches 21 angepasst, indem die Speiseleitung 13 an einer Stelle, die von der Mitte der Speiseleitung versetzt ist, an das Speisenetzwerk 22 angeschlossen wird. Eine weitere Möglichkeit, die Phase am Ort eines Patches anzupassen bietet ein in die Speiseleitung geschalteter Phasenschieber 24. Der Einbau von Phasenschiebern 24 hat den zusätzlichen Vorteil, dass der Abstand zwischen den Patches 21 erheblich verringert werden kann. Der minimal mögliche Abstand zwischen zwei Patches 21 von einer halben Wellenlänge, der sich beispielsweise bei einer angestrebten konstruktiven Interferenz ohne Verwendung eines Phasenschiebers 24 ergibt, kann mithilfe eines Phasenschiebers 24 erheblich verringert werden. In der dargestellten Ausführungsform schwingen die elektrischen Feldvektoren E der Patches in Phase . Figur 3c zeigt eine dritte Ausführungsform eines Antennenarrays aus zwei Patches 21. Der Phasenschieber 24 ist als Wegverlängerung in Form einer Schlaufe des Streifenleiters ausgebildet und in die Speiseleitung 13 integriert. Mit dieser Bauweise, kann der Abstand zwischen den Patches 21 erheblich reduziert werden. In der dargestellten Ausführungsform schwingen die elektrischenFIG. 3b shows a second embodiment of an antenna array. In order to achieve a desired radiation characteristic, the phase at the location of the patches 21 is adjusted by connecting the feedline 13 to the feeder network 22 at a location offset from the center of the feeder line. Another way to adjust the phase at the location of a patch provides a switched into the feed line phase shifter 24. The installation of phase shifters 24 has the additional advantage that the distance between the patches 21 can be significantly reduced. The minimum possible distance between two patches 21 of half a wavelength, which results, for example, in the case of a desired design interference without the use of a phase shifter 24, can be considerably reduced by means of a phase shifter 24. In the illustrated embodiment, the electric field vectors E of the patches oscillate in phase. FIG. 3 c shows a third embodiment of an antenna array comprising two patches 21. The phase shifter 24 is designed as a path extension in the form of a loop of the strip conductor and integrated into the feed line 13. With this construction, the distance between the patches 21 can be significantly reduced. In the illustrated embodiment, the electrical swing
Feldvektoren E der Patches in Phase.Field vectors E of the patches in phase.
Figur 3d zeigt eine vierte Ausführungsform eines Antennenarrays bei welchem die zwei Patches 21 an einer Ecke an die Speiseleitung 13 angeschlossen sind. Im Verbund mit weiteren Patch- Paaren, lassen sich mit Hilfe einer solchen Anordnung besonders dicht gepackte Antennenarrays herstellen.FIG. 3d shows a fourth embodiment of an antenna array in which the two patches 21 are connected to the feed line 13 at a corner. In combination with other patch pairs, particularly tightly packed antenna arrays can be produced with the help of such an arrangement.
Figur 3e zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Antennenarrays, bei welchem die zwei Patches 21 je an einer Ecke an die Speiseleitung 13 angeschlossen sind, mit einem Phasenschieber 24, welcher als Schlaufe ausgebildet ist.FIG. 3 e shows a fifth embodiment of an antenna array, in which the two patches 21 are each connected to the feed line 13 at one corner, with a phase shifter 24, which is designed as a loop.
Figur 3f zeigt eine sechste Ausführungsform eines Antennenarrays, bei welchem die zwei Patches 21 je an einer Ecke an die Speiseleitung 13 angeschlossen sind.FIG. 3f shows a sixth embodiment of an antenna array in which the two patches 21 are each connected to the feed line 13 at one corner.
Figur 4 zeigt eine siebte Ausführungsform eines Antennenarrays aus 32 Patches 21. Die Patches 21 sind je paarweise an einer E- cke über eine Speiseleitung 13, welche die zwei gegenüberliegenden Seiten der Patches 21 verbindet, an das Netzwerk angeschlossen. Eine Zuführleitung 16 ist jeweils im Bereich der Ankopplung der Speiseleitung 13 an einen der Patches 21 an die Speiseleitung 13 angekoppelt. Die Antennenarray dieser Ausführungsform ist aus insgesamt 16 in Figur 3f dargestellten elementaren Antennenarrays 3f aufgebaut. Figur 5 zeigt eine achte Ausführungsform eines Antennenarrays aus 32 Patches 21. Die Patches 21 sind je paarweise über eine Speiseleitung 13, welche die zwei gegenüberliegenden Seiten der Patches 21 verbindet, an eine Zuführleitung 16 angeschlossen. In dieser Ausführungsform sind die Patches 21 jeweils an einer Ecke an die Speiseleitungen 13 angekoppelt. FIG. 4 shows a seventh embodiment of an antenna array of 32 patches 21. The patches 21 are each connected in pairs to the network at a level via a feed line 13 which connects the two opposite sides of the patches 21. A feed line 16 is coupled in each case in the region of the coupling of the feed line 13 to one of the patches 21 to the feed line 13. The antenna array of this embodiment is made up of a total of 16 elementary antenna arrays 3f shown in FIG. 3f. FIG. 5 shows an eighth embodiment of an antenna array comprising 32 patches 21. The patches 21 are each connected in pairs to a supply line 16 via a feed line 13 which connects the two opposite sides of the patches 21. In this embodiment, the patches 21 are each coupled to the supply lines 13 at one corner.

Claims

Patentansprüche claims
1. Antennenarray, umfassend zwei gegenüberliegend angeordnete kongurente Patches (21) und eine an eine Zuführleitung (16) angeschlossene in derselben Ebene wie die Patches (21) liegende Speiseleitung (13) , dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseleitung (13) die zwei gegenüberliegenden Seiten derAn antenna array comprising two oppositely arranged congraded patches (21) and a feed line (13) connected to a feed line (16) in the same plane as the patches (21), characterized in that the feed line (13) is the two opposite sides of the
Patches (21) verbindet.Patches (21) connects.
2. Antennenarray nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Phasenschieber (24) in die Speiseleitung (13) eingebaut ist.2. Antenna array according to one of the preceding claims, characterized in that a phase shifter (24) is installed in the feed line (13).
3. Antennenarray nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseleitung (13) die zwei gegenüberliegenden Seiten der Patches (21) auf dem kürzest möglichen Weg verbindet.3. Antenna array according to claim 1, characterized in that the feed line (13) connects the two opposite sides of the patches (21) in the shortest possible way.
4. Antennenarray nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitung (16) T-artig an die Speiseleitung (13) angeschlossen ist.4. Antenna array according to claim 1, characterized in that the supply line (16) T-like connected to the feed line (13).
5. Antennenarray nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Patches (21) an einer Ecke an die Speiseleitung (13) angeschlossen sind.5. Antenna array according to claim 1, characterized in that one of the patches (21) are connected at a corner to the feed line (13).
6. Antennenarray nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Patches (21) je an einer Ecke an die Speiseleitung (13) angeschlossen sind. 6. Antenna array according to claim 1 or 2, characterized in that the two patches (21) are each connected at a corner to the feed line (13).
7. Antennenarray nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Längen der beiden Teilstücke der Speiseleitung (13) , welche durch die Ankopplung der Zuführleitung (16) an die Speiseleitung (13) gebildet werden, die Hälfte der Wellenlänge beträgt, welche der Resonanzfrequenz der Patches (21) entspricht, oder ein natürliches Vielfaches davon.7. Antenna array according to one of the preceding claims, characterized in that the difference between the lengths of the two sections of the feed line (13), which are formed by the coupling of the feed line (16) to the feed line (13) is half the wavelength, which corresponds to the resonant frequency of the patches (21), or a natural multiple thereof.
8. Antennenarray nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitung (16) im Bereich der Ankopplung der Speiseleitung (13) an einen der Patches (21) an die Speiseleitung (13) angekoppelt ist.8. Antenna array according to one of the preceding claims, characterized in that the supply line (16) in the region of the coupling of the feed line (13) to one of the patches (21) to the feed line (13) is coupled.
9. Antennenarray nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Speiseleitung (13) die Hälfte der Wellenlänge beträgt, welche der Resonanzfrequenz der Patches (21) entspricht und die Zuführleitung (16) im Bereich der Ankopplung der Speiseleitung (13) an einen der Patches (21) an die Speiseleitung (13) angekoppelt ist.9. Antenna array according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the feed line (13) is half the wavelength corresponding to the resonant frequency of the patches (21) and the feed line (16) in the coupling of the feed line (13). is coupled to one of the patches (21) to the feed line (13).
10. Antennenarray nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Patches (21) rechteckig sind. 10. Antenna array according to one of the preceding claims, characterized in that the two patches (21) are rectangular.
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