WO2022248431A1 - Antennenelement zum aussenden und empfangen von dual-polarisierten elektromagnetischen signalen - Google Patents

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WO2022248431A1
WO2022248431A1 PCT/EP2022/063966 EP2022063966W WO2022248431A1 WO 2022248431 A1 WO2022248431 A1 WO 2022248431A1 EP 2022063966 W EP2022063966 W EP 2022063966W WO 2022248431 A1 WO2022248431 A1 WO 2022248431A1
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reflector
antenna element
signal
base plate
rat
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PCT/EP2022/063966
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Inventor
Tobias Rommel
Markus Limbach
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H01Q9/0435—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave using two feed points
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means

Definitions

  • Antenna element for sending and receiving dual-polarized electromagnetic signals for sending and receiving dual-polarized electromagnetic signals
  • the invention relates to an antenna element for transmitting and receiving dual-polarized electromagnetic signals (or waves or radiation), the terms “electromagnetic signals”, “electromagnetic radiation”, “electromagnetic waves” being used synonymously in the present case.
  • the invention also relates to an antenna with a large number of such antenna elements as a group, in particular for space applications, and a method for producing such an antenna element.
  • the proposed antenna element is basically suitable for all applications in which dual polarized and circularly polarized electromagnetic signals are transmitted/received.
  • the proposed antenna element is particularly suitable for space applications, i.e. for installing one or more such antenna elements on space vehicles or satellites, in particular on communication or radar satellites, and as a feed antenna array with several such antenna elements for a reflector antenna.
  • dual-polarized antenna arrays for space applications consisting of a large number of antenna elements are subject to special requirements.
  • outgassing materials e.g. dielectric materials
  • a symmetrical antenna directional diagram symmetrical radiation characteristics
  • high decoupling (isolation) from neighboring antenna elements i.e. low crosstalk (low Coupling) between adjacent antenna elements
  • a large bandwidth in relation to an operating center frequency (over 10%) high efficiency and a dimensioning of the antenna element of ⁇ one wavelength of the operating wavelength required.
  • PEC Packet Excited Cup
  • a first aspect of the invention relates to an antenna element for transmitting and receiving dual-polarized electromagnetic signals, comprising: an electrically conductive structure arranged over an electrically conductive base area/reflector, the electrically conductive structure consisting of a single plane or of several planes electrically conductively connected to one another Planar elements, the reflector and the planar element(s) being arranged concentrically along a center axis of the antenna element, spaced apart from one another and each extending orthogonally to the center axis, the reflector completely projecting beyond the planar planar element(s) radially to the center axis; and wherein the reflector is electrically conductively connected to the conductive structure.
  • the energy resonantly released in connection with the electrically conductive structure i.e. the transmitted signal, is directed/reflected by the reflector into a defined emission direction of the antenna element, so that the reflector essentially determines the directivity of the antenna element.
  • the reception characteristic of the antenna element is also determined by the reflector.
  • the antenna element according to the invention also includes a first electrical interface for providing a first signal SIG1 to be sent out and a second electrical interface for providing a second signal SIG2 to be sent out.
  • the first and second electrical interfaces are preferred as Plug connection designed for coaxial lines. Equally, the first and the second interface are used to provide electromagnetic signals received/transmitted by the antenna element to, for example, downstream receiving and transmitting electronics.
  • the antenna element according to the invention further comprises a first rat-race coupler whose input EINSIGI is connected to the first interface and which splits the first signal SIG1 on the output side into two signals SIG1A and SIG1B of equal magnitude, which are provided to its respective signal outputs AUSSIGIA, AUSSIGIB, where the signals SIG1A and SIG1B have a phase difference of 180°, and the signal outputs AUSSIGIA, AUSSIGIB are electrically conductively connected via separate signal lines LEITASIGIA, LEITASIGIB to a feed contact EI NSPSIGIA, EINSPSIGIB on the surface element FE* directly adjacent to the reflector.
  • Raster race couplers are also referred to as 180° hybrid ring couplers and are well known in the prior art, for example from the publication entitled “Design Of Compact 180 Degree Hybrid Coupler Using T-shape Structure", Advances in Engineering Research (AER), volume 142, Int. conf For Phoenixes on Emerging Current Trends in Engineering and Management (PACTEAM 2018) or in WIKIPEDIA under the keyword “Ringkoppler”.
  • the antenna element according to the invention further comprises a second rat-race coupler whose input EINSIG2 is connected to the second interface and which splits the signal SIG2 on the output side into two signals SIG2A, SIG2B of equal magnitude, which are provided to its respective signal outputs AUSSIG2A, AUSSIG2B, the Signals SIG2A and SIG2B have a phase difference of 180°, and the signal outputs AUSSIG2A, AUSSIG2B are electrically conductively connected via separate signal lines LEITA S IG2A, LEITA S IG2B to a feed contact EINSPSIG2A, EI NSPSIG2B on the surface element FE* directly adjacent to the reflector, the feed contacts EI NSPSIGIA, EI NSPSIGIB, EI NSPSIG2A, EI NSPSIG2B of the surface element FE* have an identical distance D to the central axis, with a connecting line VL1 between the feed contacts EI
  • feeding the antenna element with two rat-race couplers advantageously enables symmetrical feeding for both polarizations and at the same time good matching, ie with only low to negligible reflections at the two feed ports of the rat-race couplers, so that a large proportion of the power fed in is also radiated.
  • the reflector is advantageously made of a metal or a metal alloy.
  • the reflector advantageously consists of a core material (for example a plastic material, a ceramic material or a fiber composite material) to which a surface layer made of metal or a metal alloy is applied.
  • the reflector advantageously has a round or a square or a polygonal flat base plate.
  • the base plate is advantageously arranged in the antenna element in such a way that its geometric center lies on the central axis of the antenna element.
  • the base plate has a side wall surrounding it laterally (continuously surrounding or at least partially surrounding).
  • the side wall advantageously consists of a metal or a metal alloy or alternatively of a core material (e.g. a plastic material, a ceramic material or a fiber composite material) to which a surface layer of metal or a metal alloy is applied.
  • the side wall is advantageously electrically conductively connected to the peripheral edge of the base plate.
  • An advantageous embodiment of the antenna element is characterized in that the reflector has a plurality of such side walls, so-called “choke rings”, which surround the round base plate concentrically at the sides and whose height decreases radially outwards (relative to the central axis of the antenna element).
  • the base plate has four through openings from an underside to an upper side of the base plate.
  • the continuous openings are advantageous arranged on the base plate in such a way that they are equally spaced radially from the central axis and the radii (starting from the central axis) enclose an angle of 90° to directly adjacent openings.
  • the four continuous openings are advantageously cylindrical, ie they have a circular opening cross section.
  • the openings serve to guide the signal lines LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B through the base plate to the respective feed contacts EI NSPSIGIA, EI NSPSIGIB, EI NSPSIG2A, EI NSPSIG2B to the surface element FE* directly adjacent to the reflector.
  • a particularly advantageous embodiment of the antenna element is characterized in that the reflector consists of a body (reflector body), in particular a monolithic or one-piece body, in which a non-continuous recess with a cylindrical or square or polygonal cross-section is made, the bottom the recess forms the base plate and the lateral inner surfaces of the recess form the side wall of the reflector.
  • the outer shape of the reflector body is preferably cylindrical, cuboid, cube-shaped, prismatic or cubic.
  • the electrically conductive structure with the flat surface element(s) is/are advantageously arranged in the recess above the base plate.
  • Such reflector bodies with a conductive structure already integrated in its recess can advantageously be produced as a monolithic/one-piece unit by means of 3D printing processes.
  • the lateral extent of the reflector in the x and y directions is identical to I, where the following applies to I:
  • the conductive structure i.e. the surface element(s) is/are advantageously made of a metal or a metal alloy.
  • the conductive structure consists of a core material (e.g. a plastic material, a ceramic material or a fiber composite material) to which a surface layer made of metal or a metal alloy is applied.
  • Spacers are arranged between the surface elements and between the base plate and the surface element FE* directly adjacent to it.
  • the spacers are advantageously arranged cylindrically and advantageously concentrically to the central axis of the antenna element.
  • the distances between the surface elements and the base plate determine the resonant frequency (operating center frequency) of the antenna element. A change in the distances between the surface elements and the base plate causes a change in the resonant frequency (operating center frequency).
  • a plurality of spacers are advantageously implemented as a one-piece spacer structure which is connected to the base plate on the one hand and on which the surface elements are arranged.
  • the spacers and the surface elements are advantageously made in one piece.
  • the spacers are designed to be electrically conductive, so that the base plate and the surface element or elements are electrically conductively connected to one another via the spacers.
  • the conductive structure advantageously has one, two or three surface elements. If the conductive structure has two or more three surface elements, a lateral extent (in the xy direction) of the surface elements advantageously decreases with their increasing distance from the base plate.
  • a lateral extent (in the xy direction) of the surface elements advantageously decreases with their increasing distance from the base plate.
  • the surface of the surface elements advantageously decreases with their increasing distance from the base plate.
  • the surface element(s) has/have an orthogonal-symmetrical shape. In particular, shapes such as those shown in FIG. 8 fall under this shape.
  • the shape of the planar elements is advantageously uniform, although the area of the planar elements also advantageously decreases along the z-axis with increasing distance from the baseplate.
  • the signal lines: LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITA S IG2A, LEITA S IG2B are preferably designed as coaxial lines with an inner conductor, dielectric and outer shielding and an identical impedance IMPLEIT.
  • the IMPRR impedances of the two rat-race couplers are identical, and the IMPLEIT impedances of the signal lines (LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITA S IG2A, LEITA S IG2B) are identical, whereby the following also applies:
  • the first rat-race coupler is advantageously applied or realized on a first printed circuit board substrate and the second rat-race coupler on a separate second printed circuit board substrate.
  • the two rat-race couplers are advantageously applied to the circuit board substrates by means of a printing process or etching process. These two printed circuit board substrates advantageously have a relative permittivity of r > 5.
  • these two printed circuit board substrates are advantageously arranged one after the other at a distance from one another along the central axis (z-axis) in the following order:
  • the first electrical interface is advantageously arranged on the first circuit board substrate (advantageously on its underside) and the second electrical interface is arranged on the second circuit board substrate (advantageously on its underside).
  • the signal outputs AUSSIGIA, AUSSIGIB are advantageously arranged on a top side of the first circuit board substrate and the signal outputs AUSSIG2A, AUSSIG2B are arranged on a top side of the second circuit board substrate.
  • "Underside” here means that surface side of the circuit board substrates that faces away from the base plate (level 3). The "top" of the respective circuit board substrates is thus in each case opposite the respective "bottom”.
  • the second printed circuit board substrate has two through openings from its underside to its upper side, through which the signal lines LEITASIGIA, LEITASIGIB are routed from the first printed circuit board substrate to the base plate and the surface element FE* adjacent to the base plate.
  • the respective outer shielding of the coaxial lines LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B electrically connects the electrical ground potential of the base plate to the electrical ground potential of the respective printed circuit board substrates.
  • the signal lines LEITASIGIA, LEITASIGIB advantageously have an identical length.
  • the signal lines LEITASIG2A, LEITASIG2B advantageously have an identical length.
  • a further aspect of the invention relates to an antenna with a multiplicity of antenna elements, as described above.
  • the antenna elements are advantageously arranged in an array, particularly advantageously in an orthogonal array, in fractal form or in thinned-out apertures or irregular arrays.
  • a further aspect of the invention relates to a method for producing an antenna element, as described above, in which the reflector, ie the base plate with the side wall, if applicable, and/or the electrically conductive structure with Surface elements and spacers and / or at least one of the two rat race coupler is produced by a 3D printing process / are.
  • FIG. 1 shows a schematic 3D representation of an antenna element according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the antenna element from FIG. 1
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of the antenna element from FIG. 1
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the antenna element from FIG. 1
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of the antenna element from FIG. 1
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the antenna element from FIG. 1
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of the antenna element from FIG. 1
  • FIG. 6 is a plan view of the circuit board substrate 107b
  • FIG. 7 is a side view of the circuit board substrate 107b.
  • Fig. 1 shows a schematic 3D representation of an antenna element for transmitting and receiving dual-polarized electromagnetic signals, comprising: an electrically conductive structure 102 arranged above or in an electrically conductive reflector 101, the structure 102 consisting of two electrically conductively connected planes Surface elements 103*, 103, the reflector 101 and the surface elements 103*, 103 being arranged concentrically along a center axis 104 of the antenna element, spaced apart from one another and each extending orthogonally to the center axis 104.
  • the reflector 101 projects completely beyond the planar surface elements 103*, 103 radially to the central axis 104, the reflector 101 being electrically conductively connected to the conductive structure 102.
  • the antenna element also has a first electrical interface 105a for providing a first signal SIG1 to be transmitted and a second electrical interface 105b for providing a second signal SIG2 to be transmitted, as well as a first rat-race coupler 106a whose input EI NSIGI is connected to the first Interface 105a is connected and the signal SIG1 on the output side in two equal signals SIG1A, SIG1B, which are provided to its respective signal outputs AUSSIGIA, AUSSIGIB, the signals SIG1A and SIG1B having a phase difference of 180°, and the signal outputs AUSSIGIA, AUSSIGIB via separate signal lines LEITASIGIA, LEITASIGIB each with a feed contact EI NSPSIGIA, EI NSPSIGIB are electrically conductively connected to the surface element FE* 103* directly adjacent to the reflector 101.
  • the antenna element also has a second rat-race coupler 106b, whose input EI N S IG2 is connected to the second interface 105b on the input side and which divides the signal SIG2 on the output side into two signals SIG2A, SIG2B of equal magnitude, which are assigned to its respective signal outputs OUTSIG2A , AUSSIG2B are provided, with the signals SIG2A and SIG2B having a phase difference of 180°, and the signal outputs AUSSIG2A, AUSSIG2B via separate signal lines LEITASIG2A, LEITASIG2B each with a feed contact EI NSPSIG2A, EINSPSIG2B on the surface element FE* 103 directly adjacent to the reflector 101 * are electrically conductively connected, the feed contacts EI NSPSIGIA, EINSPSIGIB, EINSPSIG2A, EI NSPSIG2B of the surface element FE * 103 * have an identical distance D to the center axis
  • FIGS. 2 to 8 show different aspects of the exemplary embodiment illustrated in FIG.
  • the reflector base body 101 is implemented as a cuboid body which has a cylindrical recess on its upper side shown in FIG.
  • the bottom of the recess forms the base plate 101a of the reflector.
  • the side wall 101b of the recess thus completely surrounds the base plate 101a.
  • the ground plane 101a prevents energy from being radiated downwards in the direction of feed networks.
  • the side wall 101b is not absolutely necessary for the functionality of the antenna element. In alternative configurations of the reflector 101, it can therefore also be omitted, depending on the application.
  • the side migration 101b together with the base plate 101 causes the energy resonantly released by the antenna element to be radiated upwards with a specific directional characteristic, in the present case of FIG.
  • the side wall 101b also enables shielding from any neighboring antenna elements. This reduces crosstalk, so-called coupling. This is essential in particular when using a large number of such antenna elements in an array.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of the antenna element from Fig. 1
  • Fig. 4 shows a schematic 3D representation of the reflector body 101 with introduced conductive structure of the antenna element from Fig. 1
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the conductive structure 102 and the signal feeds to the conductive structure 102.
  • the entire reflector body 101 must be electrically conductive to ensure basic antenna properties.
  • a metallic structure is required for space applications.
  • the outer shape of the reflector base body 101 is cuboid. Alternatively, it may be cubic, cylindrical, or polyspherical, for example.
  • the present cylindrical recess can alternatively have a square cross section or a polygonal cross section with preferably n*4 corners, N equal to 1, 2, 3 . . . In the latter case, the corners can preferably be rounded.
  • the cross-section of the recess has orthogonal symmetry.
  • the reflector base body 101 also has four through-holes running vertically and symmetrically to the central axis 104 in FIGS.
  • the signal lines LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B, which connect the respective feed network realized on the printed circuit boards 107a and 107b with the electrically conductive structure 102 or the reflector base body 101, are routed through these bores.
  • the conductive structure 102 is arranged in the recess.
  • the size of the reflector body 101 is directly related to the center frequency of operation. Due to the required symmetry property, the same length I must be given in the X and Y directions. This is typically in the order of l>I>0.5*l, where l indicates the length of the reflector base body 101 and l indicates the wavelength of the center operating frequency of the antenna element.
  • the height h of the reflector base body 101 depends essentially on the space requirement of the electrically conductive structure 102 and is typically in the order of approx. h ⁇ 0.5*l.
  • So-called “choke” rings can be provided on the edge of the reflector body 101 to improve the already almost ideal isolation from such antenna elements.
  • the electrically conductive structure 102 consists of a metallic, centered support structure comprising two spacers and two surface elements 103*, 103.
  • the support structure serves to fix the surface elements 103*, 103 spaced apart from one another and spaced apart from the base plate 101a within the recess.
  • 103* designates that surface element which is directly adjacent to the base plate 101a.
  • connection is mechanically stable of four coaxial pins of the four preferably coaxial lines from the two feed networks to this surface element 103, the support structure is not required.
  • the number of surface elements 103 can be greater than one. In principle, the following applies: the more surface elements, the larger the bandwidth of the antenna element, whereby “out of tune” resonance frequencies, i.e. several resonances with different frequencies, arise as a result. However, too many of these surface elements 103 result in poorer matching, since the upper surface elements 103 block the separation of the electrical waves in the near field. It has been shown that a surface element is sufficient for narrow-band applications. Due to the necessary adaptation of the antenna element, more than three surface elements are usually disadvantageous. In this respect, an antenna element according to the invention preferably has one or two surface elements 103 .
  • the distances between the surface elements 103 and from the base plate 101a essentially determine the resonant frequency (operating center frequency) of the antenna element.
  • the frequencies can be detuned and adjusted by changing these distances.
  • the thickness of the surface elements should be as small as possible.
  • the diameter or, in general, the size should be selected in such a way that the surface elements 103 find space within the recess. If there are several surface elements 103, the surface size/diameter must decrease towards the top (Z-direction) in order to enable radiation.
  • the shape and the size of the surface elements 103 essentially also determine the shape of the directional diagram of the antenna element.
  • An orthogonal-symmetrical shape of the surface elements is required for an identical directional characteristic in both orthogonal polarizations.
  • the electrically conductive structure 102 preferably consists of metallic materials.
  • the signal lines LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B are preferably designed as standard coaxial lines with a rigid inner conductor, dielectric and an outer sheath. All of these signal lines are advantageously identical in their design.
  • the ratio of the The diameter of the outer sheath to the diameter of the inner conductor and the permittivity of the dielectric in between determine the characteristic impedance of the coaxial line.
  • the impedance of the selected rat-race couplers 106a, 106b is advantageously identical to the impedance of the signal lines LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B.
  • the outer conductor of the coaxial lines (sheath) is used to ground the feed networks with the reflector base body 101 for a common electrical reference plane.
  • the inner conductor of the coaxial lines is essentially used for signal routing and possibly for an electrical-mechanical connection to the lower surface element 103*.
  • the length of the signal lines LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B is initially arbitrary and is determined by the minimum length for connecting the feeder networks.
  • the two pairs of coaxial lines: LEITASIGIA - LEITASIGIB (pair 1) and LEITASIG2A - LEITASIG2B (pair 2) have different lengths, since the two feed networks have different distances to the reflector base body 101.
  • the dielectric and the outer jacket of the respective coaxial lines terminate in the recess with the surface of the base plate 101a.
  • the inner conductor is continued up to the surface element 103* (i.e. the surface element that is directly adjacent to the base plate 101a), so that there is electrical contact with the respective feed point on the surface element 103*.
  • the surface element 103* i.e. the surface element that is directly adjacent to the base plate 101a
  • the coaxial lines can be provided with plugs on both sides.
  • a connection is then advantageously made on the side of the reflector base body 101 by means of enclosed plug sockets with a PIN.
  • each polarization of the antenna element can be independently fed with its own signal.
  • these two connections can also be provided with any phase offset and connected in order to enable circular, elliptical or any linear polarization.
  • a 180° phase shift of the signal of the two feed points assigned to each other per polarization as well as the highest possible isolation of the two feed points from each other is essential. Because of the electrically conductive connection via the first planar element 103*, there is a type of short circuit in the direct current sense. Signals that are not radiated but flow back to the feed network via the other port of the rat-race coupler must be terminated.
  • the rat-race couplers 106a, 106b are also used for this purpose.
  • the rat-race couplers 106a, 106b are implemented on a microstrip line basis on a respective printed circuit board substrate 107a, 107b.
  • a printed circuit board substrate with a very high permittivity shortens the signal wavelength and thus allows the rat-race coupler 106a, 106b to be implemented in the smallest of spaces.
  • the claimed area of the respective rat-race coupler 106a, 106b, including all plugs and leads, must not exceed that of the respective printed circuit board substrate horizontally (here the x-y plane).
  • the second circuit board substrate 107b has two bores at suitable points, so that the two coaxial lines LEITASIGIA, LEITASIGIB can be fed through.
  • FIGS. 6 and 7 show the second printed circuit board substrate 107b in a top view (FIG. 6) and in a side view (FIG. 7).
  • the rat-race coupler 106b implemented there has a signal input EI NSIG2 for the second signal SIG2 provided, two signal outputs AUSSIG2A and AUSSIG2B via which the signal SIG2 is provided on the output side divided into two signals of equal magnitude (SIG2A, SIG2B), the Signals (SIG2A and SIG2B) have a phase difference of 180°, and a derivation for connecting a terminating resistor with the impedance Zo, which is routed to the electrical ground. Differential signals between the two signal outputs OUTSIG2A and OUTSIG2B are diverted there and converted into heat.
  • the terminating resistor must also be designed for the operating frequency of the antenna element.
  • the Line impedance at all four ports of the rat-race coupler is Zo and in the ring of the rat-race coupler is ⁇ 2 * Z 0 .
  • the two signal outputs AUSSIG2A and AUSSIG2B are connected to the antenna (reflector base body 101 including electrically conductive structure 102) with plug connections 110 via coaxial lines. Due to the geometry of the rat-race coupler 106b, there is a phase shift of 180° (hl 2.
  • the signal input EI NSIG2 is fed with the second signal SIG2 from a corresponding signal source (reciprocal operation as a receiver is also possible).
  • the two feed networks, or the two printed circuit board substrates 107a, 107b, are arranged one behind the other along the Z axis (central axis 104) and rotated by 90° relative to one another.
  • the distance between the circuit board substrates 107a, 107b is determined by the coupling. A minimum distance is required to reduce crosstalk between the two circuit board substrates 107a and 107b.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antennenelement zum Aussenden und Empfangen von dual polarisierten elektromagnetischen Signalen, umfassend: eine über einem elektrisch leitenden Reflektor (101) angeordnete elektrisch leitende Struktur (102), eine erste elektrische Schnittstelle (105a) für die Bereitstellung eines auszusendenden ersten Signals (SIG1) und eine zweite elektrische Schnittstelle (105b) für die Bereitstellung eines auszusendenden zweiten Signals (SIG2); einen ersten Rat-Race-Koppler (106a), der mit der ersten Schnittstelle (105a) verbunden ist und der das Signal SIG1 ausgangsseitig in zwei betragsmäßig gleiche Signale (SIG1A, SIG1B) aufteilt und einen zweiten Rat-Race-Koppler (106b), der mit der zweiten Schnittstelle (105b) verbunden ist und der das Signal SIG2 ausgangsseitig in zwei betragsmäßig gleiche Signale (SIG2A, SIG2B) aufteilt, wobei die Signale (SIG2A und SIG2B) eine Phasendifferenz von 180° aufweisen und alle Signale (SIG1A, SIG1B, SIG2A, SIG2B) der elektrisch leitenden Struktur (102) zugeführt werden.

Description

Antennenelement zum Aussenden und Empfangen von dual-polarisierten elektromagnetischen Signalen
Die Erfindung betrifft ein Antennenelement zum Aussenden und Empfangen von dual polarisierten elektromagnetischen Signalen (bzw. Wellen oder Strahlung), wobei die Begriffe „elektromagnetische Signale“, „elektromagnetische Strahlung“, „elektromagnetische Wellen“ vorliegend synonym verwendet werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antenne mit einer Vielzahl ebensolcher Antennenelemente als Gruppe, insbesondere für Raumfahrtanwendungen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines ebensolchen Antennenelements.
Das vorgeschlagene Antennenelement eignet sich grundsätzlich für alle Anwendungen, bei denen dual polarisierte und zirkular polarisierte, elektromagnetische Signale ausgesandt /empfangen werden. Insbesondere eignet sich das vorgeschlagene Antennenelement für Raumfahrtanwendungen, d.h. für Installationen eines oder mehrerer solcher Antennenelemente an Raumfahrzeugen oder Satelliten, insbesondere an Kommunikations- oder Radarsatelliten, sowie als Speiseantennenarray mit mehreren solchen Antennenelementen für eine Reflektorantenne.
Insbesondere dual-polarisierte Antennenarrays für Raumfahrtanwendungen bestehend aus einer Vielzahl von Antennenelementen unterliegen besonderen Anforderungen. So muss auf ausgasende Materialien (zum Beispiel dielektrische Stoffe) auf der abstrahlen Außenseite des Antennenarrays verzichtet werden, weiterhin werden insbesondere ein symmetrisches Antennenrichtdiagramm (symmetrische Abstrahlcharakteristik) für beide Polarisationen, eine hohe Entkopplung (Isolation) zu benachbarten Antennenelementen, d.h. ein geringes Übersprechen (geringe Verkopplung) zwischen benachbarten Antennenelementen, eine große Bandbreite in Bezug auf eine Betriebs-Mittenfrequenz (über 10 %), ein hoher Wirkungsgrad und eine Dimensionierung des Antennenelements von < einer Wellenlänge der Betriebswellenlänge benötigt.
Im Stand der Technik ist als Antennenelement aus der Druckschrift US 3,740,754 A hierzu das sogenannte „Patch Excited Cup (PEC)“-Antennenelement bekannt. Dieses Antennenelement basiert auf einer Dipolstruktur, erfüllt aber die vorstehend genannten Anforderungen nicht.
Es besteht daher die Aufgabe ein Antennenelement zum Aussenden und Empfangen von dual-polarisierten elektromagnetischen Signalen sowie ein Antennenarray bestehend aus einer Vielzahl ebensolcher Antennenelemente anzugeben, wobei das Antennenarray die vorstehend genannten Anforderungen erfüllt.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Antennenelement zum Aussenden und Empfangen von dual polarisierten elektromagnetischen Signalen, umfassend: eine über eine elektrisch leitende Grundfläche / Reflektor angeordnete elektrisch leitende Struktur, wobei die elektrisch leitende Struktur aus einem einzigen oder aus mehreren miteinander elektrisch leitend verbundenen, ebenen Flächenelementen besteht, wobei der Reflektor und das/die Flächenelement/e konzentrisch entlang einer Mittenachse des Antennenelements, beabstandet voneinander und sich jeweils orthogonal zur Mittenachse erstreckend angeordnet sind, wobei der Reflektor das/die ebenen Flächenelement/e radial zur Mittenachse vollständig überragt; und wobei der Reflektor elektrisch leitend mit der leitenden Struktur verbunden ist.
Durch den Reflektor wird die in Verbindung mit der elektrisch leitenden Struktur resonant freigesetzte Energie, d.h. das ausgesandte Signal, in eine definierte Abstrahlrichtung des Antennenelements gelenkt/reflektiert, sodass der Reflektor die Richtwirkung des Antennenelements wesentlich bestimmt. Gleichermaßen wird durch den Reflektor auch die Empfangscharakteristik des Antennenelements bestimmt.
Das erfindungsgemäße Antennenelement umfasst weiterhin eine erste elektrische Schnittstelle für die Bereitstellung eines auszusendenden ersten Signals SIG1 und eine zweite elektrische Schnittstelle für die Bereitstellung eines auszusendenden zweiten Signals SIG2. Die erste und die zweite elektrische Schnittstelle sind bevorzugt als Steckverbindung für Koaxialleitungen ausgeführt. Gleichermaßen dienen die erste und die zweite Schnittstelle zur Bereitstellung von dem Antennenelement empfangener/ ausgesandter elektromagnetischer Signale an bspw. eine nachgeordnete Empfangs- und Sendeelektronik.
Das erfindungsgemäße Antennenelement umfasst weiterhin einen ersten Rat-Race- Koppler, dessen Eingang EINSIGI mit der ersten Schnittstelle verbunden ist und der das erste Signal SIG1 ausgangsseitig in zwei betragsmäßig gleiche Signale SIG1A und SIG1B aufteilt, die seinen jeweiligen Signalausgängen AUSSIGIA, AUSSIGIB bereitgestellt werden, wobei die Signale SIG1A und SIG1B eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, und wobei die Signalausgänge AUSSIGIA, AUSSIGIB über jeweils separate Signalleitungen LEITASIGIA, LEITASIGIB mit jeweils einem Einspeisekontakt EI NSPSIGIA, EINSPSIGIB am dem Reflektor direkt benachbarten Flächenelement FE* elektrisch leitend verbunden sind.
„Rat-Race-Koppler“ werden auch als 180° Hybrid-Ring-Koppler bezeichnet und sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt, beispielsweise aus der Druckschrift mit dem Titel „Design Of Compact 180 Degree Hybrid Coupler Using T-shape Structure“, Advances in Engineering Research (AER), volume 142, Int. Conf. For Phoenixes on Emerging Current Trends in Engineering and Management (PACTEAM 2018) oder in WIKIPEDIA unter dem Stichwort “Ringkoppler”.
Das erfindungsgemäße Antennenelement umfasst weiterhin einen zweiten Rat-Race- Koppler, dessen Eingang EINSIG2 mit der zweiten Schnittstelle verbunden ist und der das Signal SIG2 ausgangsseitig in zwei betragsmäßig gleiche Signale SIG2A, SIG2B aufteilt, die seinen jeweiligen Signalausgängen AUSSIG2A, AUSSIG2B bereitgestellt werden, wobei die Signale SIG2A und SIG2B eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, und wobei die Signalausgänge AUSSIG2A, AUSSIG2B über jeweils separate Signalleitungen LEITASIG2A, LEITASIG2B mit jeweils einem Einspeisekontakt EINSPSIG2A, EI NSPSIG2B am dem Reflektor direkt benachbarten Flächenelement FE* elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Einspeisekontakte EI NSPSIGIA, EI NSPSIGIB, EI NSPSIG2A, EI NSPSIG2B des Flächenelements FE* zur Mittenachse einen identischen Abstand D aufweisen, wobei eine Verbindungslinie VL1 zwischen den Einspeisekontakten EI NSPSIGIA, EINSPSIGIB senkrecht auf einer Verbindungslinie VL2 zwischen den Einspeisekontakten EINSPSIG2A, EI NSPSIG2B steht und sich die Verbindungslinie VL1 und VL2 in einem Punkt der Mittenachse kreuzen. Insbesondere die Speisung des Antennenelements mit zwei Rat-Race-Kopplern, wie vorstehend beschrieben, ermöglicht vorteilhaft eine symmetrische Speisung für beide Polarisationen und gleichzeitig eine gute Anpassung, d.h. mit nur geringen bis vernachlässigbaren Reflexionen an den beiden Einspeisetoren der Rat-Race-Koppler, sodass ein großer Anteil der eingespeisten Leistung auch abgestrahlt wird.
Der Reflektor ist vorteilhaft aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt. In einer Alternative besteht der Reflektor vorteilhaft aus einem Kernmaterial (bspw. einem Kunststoffmaterial, einem Keramikmaterial oder einem Faserverbundmaterial), auf das eine Oberflächenschicht aus Metall oder einer Metalllegierung aufgebracht ist.
Der Reflektor weist vorteilhaft eine runde oder eine quadratische oder eine polygonförmige ebene Grundplatte auf. Vorteilhaft ist die Grundplatte im Antennenelement derart angeordnet, dass ihr geometrischer Mittelpunkt auf der Mittenachse des Antennenelements liegt.
Eine Verbesserung der Richtcharakteristik des Reflektors wird erreicht, wenn die Grundplatte eine diese seitlich umfassende (durchgehend umfassende oder zumindest abschnittsweise umfassende) Seitenwandung aufweist. Die Seitenwandung besteht vorteilhaft aus einem Metall oder einer Metalllegierung oder alternativ aus einem Kernmaterial (bspw. einem Kunststoff material, einem Keramikmaterial oder einem Faserverbundmaterial), auf das eine Oberflächenschicht aus Metall oder einer Metalllegierung aufgebracht ist. Die Seitenwandung ist vorteilhaft mit dem Umfangsrand der Grundplatte elektrisch leitend verbunden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Antennenelements ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor mehrere die runde Grundplatte seitlich konzentrisch umfassende solche Seitenwandungen, sogenannte „choke-ringe“, aufweist, deren Höhe radial nach außen hin (bezogen auf die Mittenachse des Antennenelements) abnimmt.
Vorteilhaft weist eine polygonförmig gestaltete Grundplatte n*4 Ecken auf, mit n = 1, 2, 3, .... Vorteilhaft sind diese Ecken abgerundet.
Vorteilhaft weist die Grundplatte vier von einer Unterseite zu einer Oberseite der Grundplatte durchgehende Öffnungen auf. Vorteilhaft sind die durchgehenden Öffnungen derart auf der Grundplatte angeordnet, dass sie radial von der Mittenachse gleich beabstandet sind und die Radien (ausgehend von der Mittenachse) zu direkt benachbarten Öffnungen jeweils einen Winkel von 90° einschließen. Vorteilhaft sind die vier durchgehenden Öffnungen zylinderförmig, d.h. sie weisen einen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt auf. Die Öffnungen dienen dazu, die Signalleitungen LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B durch die Grundplatte zu den jeweiligen Einspeisekontakten EI NSPSIGIA, EI NSPSIGIB, EI NSPSIG2A, EI NSPSIG2B an das dem Reflektor direkt benachbarte Flächenelement FE* zu führen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Antennenelements ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor aus einem Körper (Reflektorkörper), insbesondere einem monolithischen bzw. einteiligen Körper, besteht, in den eine nicht durchgängige Ausnehmung mit einem zylinderförmigen oder quadratischen oder polygonförmigen Querschnitt eingebracht ist, wobei der Boden der Ausnehmung die Grundplatte und die seitlichen Innenflächen der Ausnehmung die Seitenwandung des Reflektors bilden. Die Außenform des Reflektorkörpers ist vorzugsweise zylinderförmig, quaderförmig, würfelförmig, prismatisch oder kubisch. In der Ausnehmung oberhalb der Grundplatte ist vorteilhaft die elektrisch leitende Struktur mit dem/den ebenen Flächenelement/en angeordnet. Derartige Reflektorkörper mit in dessen Ausnehmung bereits integrierter leitender Struktur können vorteilhaft mittels 3D-Druckverfahren als monolithische/einteilige Einheit hergestellt werden.
Vorteilhaft ist die laterale Erstreckung des Reflektors in x- und y- Richtung (d.h. in einer Ebene senkrecht zur Mittenachse (= z-Achse)) identisch gleich I, wobei für I gilt:
(1) l > I > 0,5 * l mit: l:= laterale Erstreckung in x-Richtung = laterale Erstreckung in y-Richtung, wobei die x-Richtung und die y-Richtung senkrecht zur Mittenachse (z-Achse) verlaufen und x-y-z ein orthogonales Koordinatensystem bilden, l:= Betriebsmittenwellenlänge des Antennenelements.
Vorteilhaft gilt für eine Erstreckung h des Reflektors in z-Richtung, d.h. entlang der Mittenachse: (2) h < 0,5 * l mit: h:= Erstreckung entlang der z-Achse, l:= Betriebsmittenwellenlänge des Antennenelements.
Die leitende Struktur, d.h. das/die Flächenelement/e, ist/sind vorteilhaft aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt. Alternativ besteht die leitende Struktur aus einem Kernmaterial (bspw. einem Kunststoff material, einem Keramikmaterial oder einem Faserverbundmaterial), auf das eine Oberflächenschicht aus Metall oder einer Metalllegierung aufgebracht ist. Zwischen den Flächenelementen und zwischen der Grundplatte und dem dieser direkt benachbarten Flächenelement FE* sind Abstandshalter angeordnet. Die Abstandshalter sind vorteilhaft zylindrisch und vorteilhaft konzentrisch zur Mittenachse des Antennenelements angeordnet. Die Abstände der Flächenelemente zueinander und zur Grundplatte bestimmen die Resonanzfrequenz (Betriebs- Mittenfrequenz) des Antennenelements. Eine Änderung der Abstände der Flächenelemente zueinander und zur Grundplatte bewirkt eine Änderung der Resonanzfrequenz (Betriebs-Mittenfrequenz).
Mehrere Abstandshalter sind vorteilhaft als eine einteilige Abstandshalterstruktur realisiert, die einerseits mit der Grundplatte verbunden ist und an der die Flächenelemente angeordnet sind. Die Abstandshalter und die Flächenelemente sind vorteilhaft einteilig gefertigt.
Die Abstandshalter sind elektrisch leitend ausgeführt, sodass die Grundplatte und das bzw. die Flächenelemente elektrisch leitend über die Abstandshalter miteinander verbunden sind.
Vorteilhaft weist die leitende Struktur ein, zwei oder drei Flächenelemente auf. Sofern die leitende Struktur zwei oder mehr drei Flächenelemente aufweist, nimmt eine laterale Ausdehnung (in x-y-Richtung) der Flächenelemente vorteilhaft mit deren zunehmendem Abstand von der Grundplatte ab. Vorteilhaft nimmt die Oberfläche der der Flächenelemente vorteilhaft mit deren zunehmendem Abstand von der Grundplatte ab. Vorteilhaft weist/weisen das/die Flächenelement/e eine orthogonal-symmetrische Formgebung auf. Unter diese Formgebung fallen insbesondere Formen, wie sie in Fig. 8 abgebildet sind.
Umfasst die leitende Struktur mehrere Flächenelemente, so ist die Formgebung der Flächenelemente vorteilhaft einheitlich, wenngleich auch die Fläche der Flächenelemente vorteilhaft entlang der z-Achse mit zunehmendem Abstand von der Grundplatte abnimmt.
Die Signalleitungen: LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B sind bevorzugt als Koaxialleitungen mit Innenleiter, Dielektrikum und äußerer Abschirmung und einer identischen Impedanz IMPLEIT ausgeführt. Vorteilhaft sind die Impedanzen IMPRR der beiden Rat-Race-Koppler identisch, die Impedanzen IMPLEIT der Signalleitungen (LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B) identisch, wobei zudem gilt:
(3) IMPLEIT = IMPRR.
Der erste Rat-Race-Koppler ist vorteilhaft auf einem ersten Leiterplattensubstrat und der zweite Rat-Race-Koppler auf einem separaten zweiten Leiterplattensubstrat aufgebracht bzw. realisiert. Die beiden Rat-Race-Koppler sind vorteilhaft mittels eines Druckverfahrens oder Ätzverfahrens auf die Leiterplattensubstrate aufgebracht. Vorteilhaft besitzen diese beiden Leiterplattensubstrate eine relative Permittivität von r > 5.
Weiterhin vorteilhaft sind diese beiden Leiterplattensubstrate beabstandet zueinander entlang der Mittenachse (z-Achse) in folgender Reihenfolge nacheinander angeordnet:
- erstes Leiterplattensubstrat (1. Ebene),
- zweites Leiterplattensubstrat (2. Ebene),
- Grundplatte (3. Ebene),
- erstes der Grundfläche benachbartes Flächenelement FE* (4. Ebene)
- ggf. weitere Flächenelemente FE (weitere Ebenen). Das heißt, dass bspw. in positiver z-Richtung (entlang der Mittenachse) folgende Ebenen beabstandet aufeinander folgen: Ebene 1, Ebene 2, Ebene 3, Ebene 4, etc.
Vorteilhaft ist dabei die erste elektrische Schnittstelle auf dem ersten Leiterplattensubstrat (vorteilhaft auf dessen Unterseite) angeordnet und die zweite elektrische Schnittstelle auf dem zweiten Leiterplattensubstrat (vorteilhaft auf dessen Unterseite) angeordnet. Vorteilhaft sind die Signalausgänge AUSSIGIA, AUSSIGIB auf einer Oberseite des ersten Leiterplattensubstrats angeordnet und die Signalausgänge AUSSIG2A, AUSSIG2B auf einer Oberseite des zweiten Leiterplattensubstrats angeordnet. Dabei meint „Unterseite“ hier, jeweils diejenige Oberflächenseite der Leiterplattensubstrate, die der Grundplatte (Ebene 3) abgewandt sind. Die „Oberseite“ der jeweiligen Leiterplattensubstrate liegt damit der jeweiligen „Unterseite“ jeweils gegenüber.
Vorteilhaft weist das zweite Leiterplattensubstrat zwei von dessen Unterseite zu dessen Oberseite durchgehende Öffnungen auf, durch welche die Signalleitungen LEITASIGIA, LEITASIGIB vom ersten Leiterplattensubstrat zur Grundplatte und dem der Grundplatte benachbarten Flächenelement FE* geführt sind.
Vorteilhaft verbindet die jeweilige äußere Abschirmung der Koaxialleitungen LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B das elektrische Massepotential der Grundplatte elektrisch mit dem elektrischen Massepotential der jeweiligen Leiterplattensubstrate.
Vorteilhaft weisen die Signalleitungen LEITASIGIA, LEITASIGIB eine identische Länge auf. Vorteilhaft weisen die Signalleitungen LEITASIG2A, LEITASIG2B eine identische Länge auf.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Antenne mit einer Vielzahl von Antennenelementen, wie vorstehend beschrieben. Die Antennenelemente sind dabei vorteilhaft in einem Array, besonders vorteilhaft in einem orthogonalen Array, in fraktaler Form oder in ausgedünnten Aperturen, bzw. irregulären Arrays angeordnet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Antennenelements, wie vorstehend beschrieben, bei dem der Reflektor, d.h. die Grundplatte mit ggf. den Seitenwandung und/oder die elektrisch leitende Struktur mit Flächenelementen und Abstandshaltern und/oder zumindest einer der beiden Rat-Race- Koppler mittels eines 3D-Druck-Verfahrens hergestellt wird/werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisierte 3D-Darstellung eines Antennenelements gemäß eines Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 eine schematisierte Seitenansicht des Antennenelements von Fig. 1, Fig. 3 eine schematisierte Aufsicht auf das Antennenelement von Fig. 1, Fig. 4 eine schematisierte 3D-Darstellung des Reflektorkörpers 101 mit eingebrachter leitender Struktur des Antennenelements von Fig. 1,
Fig. 5 eine schematisierte Darstellung der leitenden Struktur und der Signalzuführungen zur leitenden Struktur,
Fig. 6 eine Aufsicht auf das Leiterplattensubstrat 107b, und Fig. 7 eine Seitenansicht des Leiterplattensubstrat 107b.
Fig. 1 zeigt eine schematisierte 3D-Darstellung eines Antennenelements zum Aussenden und Empfangen von dual polarisierten elektromagnetischen Signalen, umfassend: eine über oder in einem elektrisch leitenden Reflektor 101 angeordnete elektrisch leitende Struktur 102, wobei die Struktur 102 aus zwei miteinander elektrisch leitend verbundenen, ebenen Flächenelementen 103*, 103 besteht, wobei der Reflektor 101 und die Flächenelemente 103*, 103 konzentrisch entlang einer Mittenachse 104 des Antennenelements, beabstandet voneinander und sich jeweils orthogonal zur Mittenachse 104 erstreckend angeordnet sind. Der Reflektor 101 überragt die ebenen Flächenelemente103*, 103 radial zur Mittenachse 104 vollständig, wobei der Reflektor 101 elektrisch leitend mit der leitenden Struktur 102 verbunden ist.
Das Antennenelement weist weiterhin eine erste elektrische Schnittstelle 105a für die Bereitstellung eines auszusendenden ersten Signals SIG1 und eine zweite elektrische Schnittstelle 105b für die Bereitstellung eines auszusendenden zweiten Signals SIG2 auf, ferner einen ersten Rat-Race-Koppler 106a, dessen Eingang EI NSIGI mit der ersten Schnittstelle 105a verbunden ist und der das Signal SIG1 ausgangsseitig in zwei betragsmäßig gleiche Signale SIG1A, SIG1B aufteilt, die seinen jeweiligen Signalausgängen AUSSIGIA, AUSSIGIB bereitgestellt werden, wobei die Signale SIG1A und SIG1B eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, und wobei die Signalausgänge AUSSIGIA, AUSSIGIB über jeweils separate Signalleitungen LEITASIGIA, LEITASIGIB mit jeweils einem Einspeisekontakt EI NSPSIGIA, EI NSPSIGIB am dem Reflektor 101 direkt benachbarten Flächenelement FE* 103* elektrisch leitend verbunden sind.
Weiterhin weist das Antennenelement auf, einen zweiten Rat-Race-Koppler 106b, dessen Eingang EI NSIG2 eingangsseitig mit der zweiten Schnittstelle 105b verbunden ist und der das Signal SIG2 ausgangsseitig in zwei betragsmäßig gleiche Signale SIG2A, SIG2B aufteilt, die seinen jeweiligen Signalausgängen AUSSIG2A, AUSSIG2B bereitgestellt werden, wobei die Signale SIG2A und SIG2B eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, und wobei die Signalausgänge AUSSIG2A, AUSSIG2B über jeweils separate Signalleitungen LEITASIG2A, LEITASIG2B mit jeweils einem Einspeisekontakt EI NSPSIG2A, EINSPSIG2B am dem Reflektor 101 direkt benachbarten Flächenelement FE* 103* elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Einspeisekontakte EI NSPSIGIA, EINSPSIGIB, EINSPSIG2A, EI NSPSIG2B des Flächenelements FE* 103* zur Mittenachse 104 einen identischen Abstand D aufweisen, wobei eine Verbindungslinie VL1 zwischen den Einspeisekontakten EI NSPSIGIA, EI NSPSIGIB senkrecht auf einer Verbindungslinie VL2 zwischen den Einspeisekontakten EI NSPSIG2A, EI NSPSIG2B steht und sich die Verbindungslinie VL1 und VL2 in einem Punkt der Mittenachse 104 kreuzen.
Die weiteren Figuren Fig. 2 bis 8 zeigen unterschiedliche Aspekte des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.
Das Antennenelement des beschriebenen Ausführungsbeispiels besteht damit aus den vier wesentlichen Bestandteilen:
- dem Reflektor bzw. Reflektorgrundkörper 101
- der elektrisch leitenden Struktur 102 mit zwei kreisrunden Flächenelementen 103*, 103,
- zwei identische Antennen-Speisenetzwerke (je eines pro Polarisation), die jeweils auf einem Leiterplattensubstrat 107a, 107b realisiert sind, sowie
- elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Speisenetzwerken und der elektrisch leitenden Struktur 102 bzw. dem Reflektorgrundkörper 101, die man zusammen vorliegend auch als Antenne bezeichnet.
Der Reflektorgrundkörper 101 ist vorliegend als quaderförmiger Körper realisiert, der auf seiner in Fig. 1 dargestellten Oberseite eine zylinderförmige Ausnehmung aufweist. Der Boden der Ausnehmung bildet die Grundplatte 101a des Reflektors. Die Seitenwandung 101b der Ausnehmung umgibt die Grundplatte 101a somit vollständig. Die Grundplatte 101a verhindert, dass Energie nach unten, in Richtung Speisenetzwerke, abgestrahlt wird. Die Seitenwandung 101b ist für die Funktionalität des Antennenelements nicht zwingend erforderlich. Bei alternativen Gestaltungen des Reflektors 101 kann sie daher, je nach Anwendungsfall, auch entfallen. Im vorliegenden Fall bewirkt die Seitenwanderung 101b zusammen mit der Grundplatte 101, dass die vom Antennenelement resonant freigesetzte Energie mit bestimmter Richtcharakteristik, im vorliegenden Fall der Fig., 1 nach oben abgestrahlt wird. Die Seitenwandung 101b ermöglicht weiterhin eine Abschirmung zu ggf. benachbarten Antennenelementen. Dadurch wird das Übersprechen, die sogenannte Kopplung, reduziert. Insbesondere bei einer Verwendung von einer Vielzahl von ebensolchen Antennenelementen in einem Array ist das unabdingbar.
Die Fig. 3 zeigt hierzu eine schematisierte Aufsicht auf das Antennenelement von Fig. 1 , Fig. 4 eine schematisierte 3D-Darstellung des Reflektorkörpers 101 mit eingebrachter leitender Struktur des Antennenelements von Fig. 1, und Fig. 5 eine schematisierte Darstellung der leitenden Struktur 102 und der Signalzuführungen zur leitenden Struktur 102.
Der gesamte Reflektorgrundkörper 101 muss elektrisch leitfähig sein, um grundlegende Antenneneigenschaften zu gewährleisten. Zudem wird ein metallischer Aufbau für Raumfahrtanwendungen benötigt. Andere Materialien, wie beispielsweise typische Leiterplatten, neigen unter Vakuumbedingungen zum ausgasen. Freigesetzte Moleküle/Ionen können dabei zu einem elektrischen Überschlag führen.
Die äußere Form des Reflektorgrundkörpers 101 ist vorliegend quaderförmig. Sie kann alternativ beispielsweise kubisch, zylindrisch oder polykugelförmig sein.
Die vorliegend zylinderförmige Ausnehmung kann alternativ einen quadratischen Querschnitt oder einen polygonförmigen Querschnitt mit vorzugsweise n * 4 Ecken, N gleich 1, 2, 3... aufweisen. In letzterem Fall können die Ecken vorzugsweise abgerundet sein. Vorzugsweise weist der Querschnitt der Ausnehmung eine orthogonale Symmetrie auf. Der Reflektorgrundkörper 101 weist weiterhin vier, in Fig.1 und Fig. 2 vertikal und symmetrisch zur Mittenachse 104 verlaufende durchgehende Bohrungen auf, die von einer Unterseite des Reflektorgrundkörpers 101 zum die Grundplatte 101a bildenden Boden der Ausnehmung führen. Durch diese Bohrungen sind die Signalleitungen LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B geführt, welche das jeweilige auf den Leiterplatten 107a und 107b realisierte Speisenetzwerk mit der elektrisch leitenden Struktur 102 bzw. den Reflektorgrundkörper 101 verbinden.
In der Ausnehmung ist die leitende Struktur 102 angeordnet. Die leitende Struktur 103 besteht vorliegend aus einem ersten Abstandshalter, der zwischen dem Boden der Ausnehmung (= Grundplatte 101a) und dem ersten, der Grundplatte direkt benachbarten Flächenelement 103* angeordnet ist; und einem zweiten Abstandshalter, der zwischen dem Flächenelement 103* und einem Flächenelement 103 angeordnet ist, sowie den beiden genannten Flächenelementen 103* und 103 (vgl. Fig. 5).
Die Größe des Reflektorgrundkörpers 101 hat einen direkten Bezug zur Betriebs- Mittenfrequenz. Aufgrund der geforderten Symmetrieeigenschaft muss in X- und Y- Richtung die gleiche Länge I gegeben sein. Diese liegt typischerweise in der Größenordnung von l > I > 0,5* l, wobei I die Länge des Reflektorgrundkörpers 101 und l die Wellenlänge der Betriebsmittenfrequenz des Antennenelements angibt.
Die Höhe h des Reflektorgrundkörpers 101 (in Z-Richtung) richtet sich im Wesentlichen nach dem Raumbedarf der elektrisch leitenden Struktur 102 und liegt typischerweise in der Größenordnung von ca. h < 0,5 * l.
Zur Verbesserung der bereits nahezu idealen Isolation zu ebensolchen Antennenelementen können am Rand des Reflektorkörpers 101 sogenannte „Choke“- Ringe vorgesehen werden.
Die elektrisch leitende Struktur 102 besteht vorliegend aus einer metallischen, zentrierten Tragstruktur umfassend zwei Abstandshalter sowie zwei Flächenelemente 103*, 103. die Tragstruktur dient dazu die Flächenelemente 103*, 103 beanstandet voneinander und beanstandet von der Grundplatte 101a innerhalb der Ausnehmung zu fixieren. Dabei bezeichnet 103* dasjenige Flächenelement, welches der Grundplatte 101a direkt benachbart ist.
Falls nur ein Flächenelement 103 vorhanden ist, ist bei mechanisch stabiler Anbindung von vier Koaxialpins der vier vorzugsweise Koaxialleitungen von den beiden Speisenetzwerken an dieses Flächenelement 103 die Tragstruktur nicht erforderlich.
Die Anzahl der Flächenelemente 103 kann grundsätzlich größer als 1 sein. Dabei gilt prinzipiell: je mehr Flächenelemente, desto größer ist die Bandbreite des Antennenelements, wobei dadurch „verstimmte“ Resonanzfrequenzen, d.h. mehrere Resonanzen unterschiedlichen Frequenzen entstehen. Allerdings führen zu viele dieser Flächenelemente 103 zu einer schlechteren Anpassung, da durch die oberen Flächenelemente 103 die Ablösung der elektrischen Wellen im Nahfeld blockiert wird. Es hat sich gezeigt, dass für schmalbandige Anwendungen ein Flächenelement ausreichend ist. Aufgrund der notwendigen Anpassung des Antennenelements sind mehr als drei Flächenelemente meist unvorteilhaft. Insofern weist ein erfindungsgemäß Antennenelement vorzugsweise ein oder zwei Flächenelemente 103 auf.
Die Abstände der Flächenelemente 103 zueinander und zur Grundplatte 101a bestimmen im Wesentlichen die Resonanzfrequenz (Betriebs-Mittenfrequenz, des Antennenelements. Durch eine Änderung dieser Abstände können die Frequenzen verstimmt und angepasst werden.
Die dicke der Flächenelemente sollte möglichst gering sein. Der Durchmesser, bzw. allgemein die Größe sollte so gewählt sein, dass die Flächenelemente 103 innerhalb der Ausnehmung Platz finden. Bei mehreren Flächenelementen 103 muss die Flächengröße/der Durchmesser nach oben hin (Z-Richtung) abnehmen, um eine Abstrahlung zu ermöglichen.
Die Form und die Größe der Flächenelemente 103 bestimmen im Wesentlichen auch die Form des Richtdiagramm des Antennenelements. Für eine identische Richtcharakteristik in beiden orthogonalen Polarisation ist eine orthogonal-symmetrische Form der Flächenelemente erforderlich.
Vorzugsweise besteht die elektrisch leitende Struktur 102 aus metallischen Werkstoffen.
Die Signalleitungen LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B sind vorzugsweise als Standard-Koaxialleitungen mit starrem Innenleiter, Dielektrikum und einem Außenmantel ausgeführt. Vorteilhaft sind alle diese Signalleitungen identisch in ihrer Ausführung.
Gemäß dem Funktionsprinzip einer Koaxialleitung bestimmt das Verhältnis des Durchmessers des Außenmantels zum Durchmesser des Innenleiters sowie die Permittivität des sich dazwischen befinden Dielektrikums die charakteristische Impedanz der Koaxialleitung. Vorteilhaft ist die Impedanz der gewählten Rat-Race-Koppler 106a, 106b identisch mit der Impedanz der Signalleitungen LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B.
Der Außenleiter der Koaxialleitungen (Mantel) dient zur Masseanbindung der Speisenetzwerke mit dem Reflektorgrundkörper 101 für eine gemeinsame elektrische Bezugsebene. Der Innenleiter der Koaxialleitungen dient im Wesentlichen zur Signalführung und gegebenenfalls zu elektrisch-mechanischen Verbindung zum unteren Flächenelement 103*.
Die Länge der Signalleitungen LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B ist zunächst beliebig und bestimmt sich aus der Mindestlänge zur Anbindung der Speisenetzwerke.
Die zwei Paare der Koaxialleitungen: LEITASIGIA - LEITASIGIB (Paar 1) und LEITASIG2A - LEITASIG2B (Paar 2) weisen unterschiedliche Längen auf, da die zwei Speisenetzwerke unterschiedliche Abstände zum Reflektorgrundkörper 101 haben. An der Seite zum Reflektorgrundkörper 101 schließt das Dielektrikum und der Außenmantel der jeweiligen Koaxialleitungen mit der Oberfläche der Grundplatte 101a in der Ausnehmung ab.
Der Innenleiter wird bis zum Flächenelement 103* (d.h., dem Flächenelement das der Grundplatte 101a direkt benachbart ist) weitergeführt, sodass ein elektrischer Kontakt zum jeweiligen Einspeisepunkt an dem Flächenelement 103* besteht. Auf der gegenüberliegenden Seite der Koaxialleitungen erfolgt eine Anbindung mit geeigneten Steckern zu den Speisenetzwerken.
Es liegt eine zur Mittelachse 104 symmetrische Anordnung der Einspeisepunkte am Flächenelement 103* vor, wobei zwei zur Mittenachse 104 gegenüberliegende Koaxialleitungen einer Polarisation zugeordnet werden. Der Abstand der ein Speisepunkte von der Mittenachse 104 bestimmt die elektrische Anpassung des Antennenelements.
Alternativ können die Koaxialleitungen an beiden Seiten mit Steckern versehen sein. An der Seite des Reflektorgrundkörpers 101 erfolgt dann vorteilhaft eine Anbindung mittels eingefasster Steckerbuchsen mit PIN.
Mit den beiden Speisenetzwerken werden die beiden Einspeisepunkte pro Polarisation einem Anschluss zusammengefasst. Folglich kann jede Polarisation des Antennenelements unabhängig mit einem eigenen Signal gespeist werden. Selbstverständlich können auch diese beiden Anschlüsse mit einem beliebigen Phasenversatz versehen und verbunden werden, um eine zirkulare, elliptische oder eine beliebige lineare Polarisation zu ermöglichen.
Essenziell ist ein 180° Phasenversatz des Signals der beiden einander zugeordneten Einspeisepunkte pro Polarisation sowie eine möglichst hohe Isolation der beiden Einspeisepunkte zueinander. Aufgrund der elektrisch leitenden Verbindung über das erste Flächenelement 103* besteht eine Art Kurzschluss im gleichstromtechnischen Sinne. Signale, welche nicht abgestrahlt werden, sondern über den anderen Port des Rat-Race- Kopplers wieder zum Speisenetzwerk zurückfließen, müssen terminiert werden. Auch hierzu dienen die Rat-Race-Koppler 106a, 106b.
Die Rat-Race-Koppler 106a, 106b sind auf Mikrostreifenleitungsbasis auf einem jeweiligen Leiterplattensubstrat 107a, 107b implementiert. Ein Leiterplattensubstrat mit sehr hoher Permittivität verkürzt die Signalwellenlänge und erlaubt damit eine Realisierung des Rat-Race-Kopplers 106a, 106b auf kleinstem Raum.
Die beanspruchte Fläche des jeweiligen Rat-Race-Kopplers 106a, 106b inkl. sämtlicher Stecker und Zuleitungen darf die vom jeweiligen Leiterplattensubstrat horizontal (vorliegend x-y- Ebene) nicht überschreiten. Das zweite Leiterplattensubstrat 107b weist an geeigneten Stellen zwei Bohrungen auf, sodass die beiden Koaxialleitungen LEITASIGIA, LEITASIGIB durchgeführt werden können.
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen das zweite Leiterplattensubstrat 107b in Aufsicht (Fig. 6) bzw. in Seitenansicht (Fig. 7).
Der dort realisierte Rat-Race-Koppler 106b hat einen Signaleingang EI NSIG2 für das bereitgestellte zweite Signal SIG2, zwei Signalausgänge AUSSIG2A und AUSSIG2B über die das Signal SIG2 ausgangsseitig in zwei betragsmäßig gleiche Signale (SIG2A, SIG2B) aufgeteilte Signal SIG2 bereitgestellt wird, wobei die Signale (SIG2A und SIG2B) eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, und eine Ableitung zum Anschluss eines Abschlusswiderstands mit der Impedanz Zo, der gegen die elektrische Masse geführt ist. Differenzielle Signale zwischen den beiden Signalausgängen AUSSIG2A und AUSSIG2B werden dorthin abgeleitet und in Wärme umgewandelt. Der Abschlusswiderstand muss weiterhin für die Betriebsfrequenz des Antennenelements ausgelegt sein. Die Leitungsimpedanz an allen vier Anschlüssen des Rat-Race-Kopplers beträgt Zo und im Ring des Rat-Race-Kopplers ~ 2 * Z0 . Die beiden Signalausgänge AUSSIG2A und AUSSIG2B sind mit Steckerverbindungen 110 über Koaxialleitungen mit der Antenne (Reflektorgrundkörper 101 inkl. elektrisch leitende Struktur 102) verbunden. Aufgrund der Geometrie des Rat-Race-Kopplers 106b stellt sich ein Phasenversatz von 180° (hl 2 ein.
Es ist zwingend darauf zu achten, dass die Koaxialleitungen LEITASIG2A und LEITASIG2B der Anschlüsse identische Länge haben.
Der Signaleingang EI NSIG2 wird mit dem zweiten Signal SIG2 von einer entsprechenden Signalquelle gespeist (reziproker Betrieb als Empfänger ist ebenfalls möglich).
Die beiden Speisenetzwerke, respektive die beiden Leiterplattensubstrate 107a, 107b sind entlang der Z-Achse (Mittenachse 104) hintereinander und um 90° gegeneinander verdreht angeordnet. Der Abstand der Leiterplattensubstrate 107a, 107b wird durch die Verkoppelung bestimmt. Um ein Übersprechen zwischen den beiden Leiterplattensubstraten 107a und 107b zu verringern wird ein Mindestabstand benötigt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa einer weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird. Bezugszeichenliste
101 Reflektor/ Reflektorkörper
101a Grundplatte
101b Seitenwandung
102 elektrisch leitende Struktur 103 Flächenelemente
103* das dem Reflektor 101 direkt benachbarte Flächenelement FE* 104 Mittenachse 105a erste elektrische Schnittstelle 105b zweite elektrische Schnittstelle 106a erster Rat-Race-Koppler
106b zweiter Rat-Race-Koppler 107a erstes Leiterplattensubstrat 107b zweites Leiterplattensubstrat 108 Abschlusswiderstand 109 durchgehende Bohrung
110 Steckverbindung für Koaxialleitung zur elektrische leitenden Struktur 102 / zum Reflektorgrundkörper 101
111 elektrischer Masseanschluss

Claims

Patentansprüche
1. Antennenelement zum Aussenden und Empfangen von dual polarisierten elektromagnetischen Signalen, umfassend: eine über oder in einem elektrisch leitenden Reflektor (101) angeordnete elektrisch leitende Struktur (102), wobei die Struktur (102) aus einem einzigen oder aus mehreren miteinander elektrisch leitend verbundenen, ebenen Flächenelementen (103) besteht, wobei der Reflektor (101) und das/die Flächenelement/e (103) konzentrisch entlang einer Mittenachse (104) des Antennenelements, beabstandet voneinander und sich jeweils orthogonal zur Mittenachse (104) erstreckend angeordnet sind, wobei der Reflektor (101) das/die ebenen Flächenelement/e radial zur Mittenachse (104) vollständig überragt; und wobei der Reflektor (101) elektrisch leitend mit der leitenden Struktur (102) verbunden ist,
- eine erste elektrische Schnittstelle (105a) für die Bereitstellung eines auszusendenden ersten Signals (SIG1) und eine zweite elektrische Schnittstelle (105b) für die Bereitstellung eines auszusendenden zweiten Signals (SIG2),
- einen ersten Rat-Race-Koppler (106a), dessen Eingang El NSIGI mit der ersten
Schnittstelle (105a) verbunden ist und der das Signal SIG1 ausgangsseitig in zwei betragsmäßig gleiche Signale (SIG1A, SIG1B) aufteilt, die seinen jeweiligen Signalausgängen (AUSSIGIA, AUSSIGIB) bereitgestellt werden, wobei die Signale (SIG1A und SIG1B) eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, und wobei die Signalausgänge (AUSSIGIA, AUSSIGIB) über jeweils separate Signalleitungen (LEITASIGIA, LEITASIGIB) mit jeweils einem Einspeisekontakt (EI NSPSIGIA, EI NSPSIGIB) am dem Reflektor (101) direkt benachbarten Flächenelement FE* (103*) elektrisch leitend verbunden sind, und
- einen zweiten Rat-Race-Koppler (106b), dessen Eingang EI NSIG2 eingangsseitig mit der zweiten Schnittstelle (105b) verbunden ist und der das Signal SIG2 ausgangsseitig in zwei betragsmäßig gleiche Signale (SIG2A, SIG2B) aufteilt, die seinen jeweiligen Signalausgängen (AUSSIG2A, AUSSIG2B) bereitgestellt werden, wobei die Signale (SIG2A und SIG2B) eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, und wobei die Signalausgänge (AUSSIG2A, AUSSIG2B) über jeweils separate Signalleitungen (LEITASIG2A, LEITASIG2B) mit jeweils einem Einspeisekontakt (EINSPSIG2A, EI NSPSIG2B) am dem Reflektor (101) direkt benachbarten Flächenelement FE* (103*) elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Einspeisekontakte (EI NSPSIGIA, EI NSPSIGIB, EI NSPSIG2A, EI NSPSIG2B) des Flächenelements FE* (103*) zur Mittenachse (104) einen identischen Abstand D aufweisen, wobei eine Verbindungslinie VL1 zwischen den Einspeisekontakten (EI NSPSIGIA, EI NSPSIGIB) senkrecht auf einer Verbindungslinie VL2 zwischen den Einspeisekontakten (EI NSPSIG2A,
EI NSPSIG2B) steht und sich die Verbindungslinie VL1 und VL2 in einem Punkt der Mittenachse (104) kreuzen.
2. Antennenelement nach Anspruch 1 , bei dem der Reflektor (101) eine runde oder eine quadratische oder eine polygonförmige ebene Grundplatte (101a) aufweist.
3. Antennenelement nach Anspruch 2, bei dem der Reflektor (101) eine die Grundplatte (101a) seitlich umfassende Seitenwandung (101b) aufweist.
4. Antennenelement nach Anspruch 3, bei dem der Reflektor (101) aus einem Körper besteht, in den eine nicht durchgängige Ausnehmung mit einem zylinderförmigen oder quadratischen oder polygonförmigen Querschnitt eingebracht ist, wobei der Boden der Ausnehmung die Grundplatte (101a) und die seitlichen Innenflächen der Ausnehmung die Seitenwandung (101b) des Reflektors (101) bilden.
5. Antennenelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem, sofern die leitende Struktur (102) zwei oder mehr drei Flächenelemente (103) aufweist, eine laterale Ausdehnung (x-y-Richtung) der Flächenelemente (103) mit deren zunehmendem Abstand von der Grundplatte (101a) abnimmt.
6. Antennenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Rat-Race-Koppler (106a) auf einem ersten Leiterplattensubstrat (107a) aufgebracht ist und der Rat-Race-Koppler (106b) auf einem zweiten separaten zweiten Leiterplattensubstrat (107b) aufgebracht ist.
7. Antennenelement nach Anspruch 6, bei dem das zweite Leiterplattensubstrat (107b) zwei von dessen Unterseite zu dessen Oberseite durchgehende Öffnungen aufweist, durch welche die Signalleitungen (LEITASIGIA, LEITASIGIB) vo ersten Leiterplattensubstrat (107a) zur Grundplatte (101a) und dem Flächenelement FE* (103*) geführt sind.
8. Antennenelement nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem eine jeweilige äußere Abschirmung der Signalleitungen (LEITASIGIA, LEITASIGIB, LEITASIG2A, LEITASIG2B) die Grundplatte (101a) elektrisch mit dem elektrischen Massepotential der jeweiligen Leiterplattensubstrate (107a, 107b) verbindet.
9. Antenne mit einer Vielzahl von Antennenelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Verfahren zur Herstellung eines Antennenelements nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Reflektor (101) und/oder die elektrisch leitende Struktur (102) und/oder zumindest einer der Rat-Race-Koppler (106a, 106b) mittels eines 3D-Druck hergestellt wird/werden.
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