DE4313397A1

DE4313397A1 - Planar antenna

Info

Publication number: DE4313397A1
Application number: DE4313397A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kaczmarek; Steffen Dr Haffa; Werner Dr Lange
Original assignee: Hirschmann Richard Co GmbH
Current assignee: Hirschmann Richard Co GmbH
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1994-11-10
Also published as: FR2704359A1

Abstract

In the case of a planar antenna having radiating elements, which in each receive and transmit two different oscillation modes of reception signals and transmission signals independently of one another, the capability is provided, without any major additional cost and with the same aperture, for extended reception and extended transmission of the electromagnetic waves, in that the radiating elements (21, 22, 23, 24 and 29, 30, 31, 32, respectively) are multi-band radiating elements. The radiating elements are preferably networked in the form of a square and to form an antenna array. The radiating elements are in this case preferably interleaved in one another. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Planarantenne mit Strahler elementen, die jeweils zwei unterschiedliche Schwingungs moden von Empfangs- bzw. Sendesignalen unabhängig vonein ander empfangen bzw. aussenden.The invention relates to a planar antenna with radiator elements, each with two different vibrations modes of receive or transmit signals independently of one another receive or send others.

Eine Planarantenne dieser Art ist aus der DP-A-22 42 316 bekannt. Quadratische Strahlerelemente sind in einer Ebe ne angeordnet. Ein Wellentyp, etwa der horizontale Wel lentyp, wird bei dieser Empfangsantenne an jeweils paral lelen Seiten abgegriffen und in einer Ausgangsleitung zu sammengefaßt. An dazu orthogonalen Seiten wird die dazu orthogonal polarisierte Welle, also die vertikal polari sierte Welle, abgegriffen und in einer getrennten Aus gangsleitung zusammengefaßt. Durch die gleichzeitige Übertragung elektromagnetischer Wellen orthogonaler Po larisation ist es daher möglich, ein Frequenzband mehr fach auszunutzen (frequency reuse) und mit einer einzigen Antenne zu empfangen.A planar antenna of this type is from DP-A-22 42 316 known. Square radiator elements are in one level ne arranged. A wave type, such as the horizontal wel type, becomes parallel with this receiving antenna tapped all pages and in an output line summarized. On the sides orthogonal to this becomes the orthogonally polarized wave, i.e. the vertically polar wave, tapped and in a separate out corridor line summarized. By the simultaneous Transmission of electromagnetic waves of orthogonal Po larisation it is therefore possible to use one more frequency band to exploit (frequency reuse) and with one Receive antenna.

Bekannt sind weiterhin Speisesysteme, bei denen die Tren nung der unterschiedlich polarisierten elektromagneti schen Wellen mittels Polarisationsweichen und/oder rauscharmen Konvertern für Reflektorantennen oder Pla narantennen erfolgt.Feed systems are also known in which the doors of the differently polarized electromagneti waves using polarization switches and / or low-noise converters for reflector antennas or pla antenna antennas.

Ausgehend von einer eingangs genannten Planarantenne ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese derart wei terzubilden, daß die Antenne für den Empfang bzw. die Ab strahlung eines größeren Bereiches unterschiedlicher Fre quenzen einsetzbar ist, wobei der Antennenaufbau einfach sein soll. Starting from a planar antenna mentioned at the beginning it is the object of the present invention to know this terzubilden that the antenna for reception or Ab radiation of a larger area of different fre sequences can be used, the antenna structure being simple should be.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge löst, daß bei der eingangs genannten Planarantenne die Strahlerelemente Multiband-Strahlerelemente sind.The stated object is thereby ge resolves that in the planar antenna mentioned at the beginning Radiator elements are multiband radiator elements.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist es mit einer Pla narantenne nicht nur möglich, elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Polarisation, sondern auch unterschied licher Frequenz zu empfangen bzw. auszusenden. Eine Ver größerung der Apertur der Antenne ist dabei nicht erfor derlich, und der Antennenaufbau ist sehr einfach. Neben der sogenannten Polarisation-Diversity-Betriebsart ist damit auch eine Superposition einer Frequenzmultiplexan regung möglich, so daß bei der Herstellung der Antennen eine wesentliche Volumen-, Gewichts- und Materialeinspa rung bei hoher Integration erreicht wird.By the measure according to the invention, it is with a pla nar antenna not only possible electromagnetic waves different polarization, but also different Licher frequency to receive or send. A ver It is not necessary to increase the aperture of the antenna The antenna structure is very simple. Next the so-called polarization diversity mode thus also a superposition of a frequency division multiplex excitation possible, so that in the manufacture of the antennas a substantial volume, weight and material savings tion with high integration is achieved.

Es sei darauf hingewiesen, daß unter dem Begriff Planar antenne nicht nur eine ebene Anordnung, sondern eine flä chenhafte, gewölbte, sphärische oder zylindrische Anord nung bzw. auf einer sphärischen, gewölbten oder zylin drischen Oberfläche ausgebildete Antennenanordnung ver standen wird. Planarantennen bestehen dabei normalerweise aus direkt gekoppelten oder elektromagnetisch verkoppel ten Strahlerelementen bzw. Einzel- oder Elementarstrah lern, die flächenhaft angeordnet sind.It should be noted that under the term planar antenna not only a flat arrangement, but a flat Chen-like, arched, spherical or cylindrical arrangement or on a spherical, domed or cylindrical ver surface trained antenna arrangement ver will stand. Planar antennas usually exist from directly coupled or electromagnetically coupled th emitter elements or single or elementary beam learn that are arranged over a wide area.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Strahlerelemente in Schleifenform ausgebildet. Die Schleifen sind dabei insbesondere ineinander ge schachtelt. Jeder Schleife einer geschachtelten Schlei fenanordnung ist dabei bezüglich eines zugeordneten Fre quenzbands bzw. einer zugeordneten Wellenfrequenz reso nant. Sehr vorteilhaft ist es dabei, eine Schleife einer geschachtelten Schleifenanordnung auf einer Seite und eine andere Schleife auf der anderen Seite einer Sub stratschicht für die Schleifen auszubilden. Alternativ ist es jedoch auch möglich und vorteilhaft, die ge schachtelten Schleifen jeweils auf einem eigenen Träger substrat auszubilden, wodurch sich eine Mehrschicht- oder Sandwichstruktur ergibt. Dies hat den Vorteil, daß zwei Schleifen, die als Strahlerelemente bzw. Resonatoren wir ken, sich hinsichtlich der Schleifenfläche überlappen können. Dadurch ergeben sich größere Freiheitsgrade im Design der Schleifen.According to an advantageous embodiment of the invention the radiator elements are designed in a loop shape. The loops are in particular ge nesting. Each loop of a nested loop fenanordnung is with respect to an associated Fre quenzbands or an assigned wave frequency reso not. It is very advantageous to loop one nested loop arrangement on one side and another loop on the other side of a sub to form strat layer for the loops. Alternatively however, it is also possible and advantageous that the ge nested loops each on its own carrier Form substrate, which is a multilayer or Sandwich structure results. This has the advantage that two Loops that we as radiator elements or resonators overlap in terms of the loop area can. This results in greater degrees of freedom in Design of the loops.

Jede Schleife eines Strahlerelements weist vorzugsweise zwei Anschlußleitungen auf, so daß neben Signalen aus un terschiedlichen Frequenzbändern auch jeweils zwei nach Polarisation getrennte Signale in einem Wellenleiter be reitgestellt werden. Die Schleifen bzw. Strahlerelemente sind ringförmig, vorzugsweise jedoch zweidimensisonal symmetrisch. Dadurch können zwei Polarisationsebenen, d. h. zwei Schwingungsmoden gleichzeitig empfangen bzw. abgestrahlt werden. Vorteilhaft ist dabei eine Form der Strahlerelemente bzw. Schleifen als quadratischer Rahmen. Die Ankopplung der Anschlußleitungen kann dabei auf den vier Seiten des Rahmens erfolgen, wobei je zwei gegen überliegende Einspeisungen Moden in derselben Polarisa tionsebene anregen. Sollen nicht alle vier Leitungen als Zuleitung wirken, so können je zwei gegenüberliegende Leitungen als Zu- und Ableitung der eingespeisten Leitung verwendet werden. In diesem Fall wird nur ein Teil der elektromagnetischen Energie abgestrahlt bzw. entnommen, während der Rest - im Falle, daß die Strahlerelemente zu Antennenarrays zusammengefaßt sind - zu weiteren Strah lerelementen geführt werden. Benachbarte Speiseleitungen sind dann besonders gut entkoppelt, wenn die Anschlußlei tungen der quadratischen Schleifen mit den jeweils nicht parallelen Seiten verbunden sind, wodurch sich eine gute Entkopplung auf Grund des 90°-Winkels ergibt. Die Strah lerelemente sind vorzugsweise dann, wenn sie zu einem An tennenarray vernetzt sind, in Streifenleitertechnik ver bunden.Each loop of a radiator element preferably has two connecting lines, so that in addition to signals from un different frequency bands also two each Polarization be separate signals in a waveguide be provided. The loops or radiator elements are ring-shaped, but preferably two-dimensional symmetrical. This allows two levels of polarization, d. H. two vibration modes received or be emitted. A form of is advantageous Spotlight elements or loops as a square frame. The connection of the connecting lines can be on the four sides of the frame are made, two against each overlying feed modes in the same Polarisa stimulation level. Not all four lines should be considered Lead can act, so two opposite each other Lines as supply and discharge of the fed line be used. In this case, only part of the radiated or extracted electromagnetic energy, while the rest - in the event that the radiator elements too Antenna arrays are summarized - to further beam learning elements. Adjacent feed lines are particularly well decoupled when the connection line tings of the square loops with the respective not parallel sides are connected, making a good one Decoupling due to the 90 ° angle results. The beam ler elements are preferably when they become a type tennenarray are networked, using stripline technology bound.

Die Strahlerelemente sind dabei in Parallelschaltung mit einander verbunden. Besonders vorteilhaft ist jedoch de ren Serienschaltung, weil die Leitungslänge geringer und dadurch die Möglichkeit der Integration einfacher ist.The radiator elements are connected in parallel connected to each other. However, de is particularly advantageous Ren series connection because the cable length is shorter and making the integration easier.

Vorzugsweise sind die zwei unterschiedlichen Schwingungs moden orthogonale Schwingungsmoden, obgleich auch nicht orthogonale Schwingungsmoden möglich sind.Preferably the two are different vibrations modes orthogonal modes of vibration, although not orthogonal vibration modes are possible.

Die Einstellung der elektrischen Länge der Leitungen bzw. die Einstellung der Anregungphase ist vorteilhaft auch mit Phasenschiebern, insbesondere dielektrischen Phasen schiebern, durchzuführen. Um insofern Wiederholungen zu vermeiden, wird insbesondere auf die DE-A-41 20 439 der selben Anmelderin verwiesen.The setting of the electrical length of the lines or setting the excitation phase is also advantageous with phase shifters, especially dielectric phases slide to perform. To that extent repetitions avoid, in particular on DE-A-41 20 439 referred to the same applicant.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Er findung sind die Richtdiagramme der unterschiedlichen Schwingungsmoden und/oder Frequenzbereiche unabhängig von einander einstellbar. Dies läßt sich vorzugsweise dadurch erreichen, daß die Einstellung der Richtdiagramme durch die Leitungsführung, insbesondere die Änderung der Lei tungslängen erfolgt. Die Änderung der Leitungslängen wird vorzugsweise mit Schaltdioden bzw. mit der Umschaltung umschaltbarer Vorspannungen vorgenommen. Es ist jedoch auch möglich, die Einstellung der Richtdiagramme durch die Wahl des Ankoppelfaktors vorzunehmen. Sehr vorteil haft ist die Ausführungsform, bei der die Planarantenne mit angeschlossenen Schaltungsteilen auf einem Substrat integriert ist. Dies ermöglicht einerseits die Minimie rung von Übergangsverlusten und andererseits kann die Herstellung sowohl der Schaltungsteile als auch des Lei tungsnetzwerks und/oder der Strahlerelemente in einem einheitlichen Fertigungsvorgang erfolgen, so daß die Planarantenne noch kostengünstiger gefertigt werden kann.According to a particularly advantageous embodiment of the Er are the directional diagrams of the different Vibration modes and / or frequency ranges independent of mutually adjustable. This can preferably be done by achieve that by setting the directional diagrams the management, in particular the change in lei length. The change in line lengths will preferably with switching diodes or with switching switchable bias voltages. However, it is also possible by setting the directional diagrams make the selection of the coupling factor. Very beneficial is the embodiment in which the planar antenna with connected circuit parts on a substrate is integrated. On the one hand, this enables the minimie transition losses and, on the other hand, the Manufacture of both the circuit parts and the Lei tion network and / or the radiator elements in one uniform manufacturing process so that the Planar antenna can be manufactured even more cost-effectively.

Die Planarantenne ist jedoch vorzugsweise und alternativ auch als eigener Antennenmodul ausgebildet. Der Antennen modul ist dabei an die Signal-Verarbeitungsschaltung, al so die aktive Schaltung, ankoppelbar, wie dies beispiels weise bei der Rundhohlleiter-Ankopplung handelsüblicher Konverter, insbesondere sogenannter Low-Noise-Konverter als Schnittstelle zwischen Primärstrahler und dem aktiven Teil des Empfangs- bzw. Sendesystems für den Übergang Hohlleiter-Streifenleitung üblich ist.However, the planar antenna is preferred and alternative also designed as a separate antenna module. The antennas module is connected to the signal processing circuit, al so the active circuit, can be coupled, such as this as with the round waveguide coupling more commercially available Converter, in particular so-called low-noise converters as an interface between the primary radiator and the active one Part of the receiving or transmitting system for the transition Waveguide stripline is common.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Er findung ist ein Winkel zwischen der Flächennormalen der Planarantenne und der Hauptstrahlrichtung, der sogenannte Offsetwinkel einstellbar, und zwar vorzugsweise durch Steuerung der komplexen Anregung der Strahlerelemente nach Betrag und/oder Phase. Die Winkeleinstellung erfolgt dabei vorteilhafterweise durch die Wahl der Leitungsfüh rung zwischen den Strahlerelementen und/oder der An schluß-Leitungsführung der Planarantenne. Zusätzlich oder alternativ ist es jedoch auch möglich, die Winkeleinstel lung durch die Wahl des Abstands zwischen den ineinander geschachtelten Strahlerelementen und/oder den nebeneinan der angeordneten Strahlerelementen vorzunehmen.According to a particularly advantageous embodiment of the Er is an angle between the surface normal of the Planar antenna and the main beam direction, the so-called Offset angle adjustable, and preferably by Control of the complex excitation of the radiator elements by amount and / or phase. The angle is adjusted thereby advantageously by the choice of the leadership tion between the radiator elements and / or the An Final line routing of the planar antenna. In addition or alternatively, it is also possible to set the angle by choosing the distance between the two nested emitter elements and / or the side by side make the arranged radiator elements.

Die orthogonal polarisierten Wellenmoden liegen vorzugs weise als linear polarisierte Wellen vor. Dabei sollte jeweils eine gute Polarisationsentkopplung durchgeführt werden bzw. vorhanden sein. Es ist jedoch auch möglich, die orthogonal polarisierten Wellenmoden für den Empfang bzw. die Abstrahlung zweier zirkular polarisierter Wellen zu verwenden. Auch hierbei sollte auf jeweils eine gute Polarisationsentkopplung geachtet werden. The orthogonally polarized wave modes are preferred show as linearly polarized waves. It should good polarization decoupling was carried out in each case will or will be present. However, it is also possible the orthogonally polarized wave modes for reception or the radiation of two circularly polarized waves to use. Again, a good one should be used Polarization decoupling must be observed.

Der Empfang bzw. die Abstrahlung von Wellen mit vier un terschiedlichen, paarweise orthogonalen Polarisationen, wie beim Empfang bzw. bei der Abstrahlung zweier linear oder zirkular polarisierter Wellen ist gleichzeitig bei einer Entkopplung möglich, die bestenfalls 3 dB beträgt und für monofrequente Anwendungen ungeeignet ist. Für den Betrieb mit unterschiedlichen Polarisationsarten, bei spielsweise linear und/oder zirkular, lassen sich Strei fenleitungen unterschiedlicher Länge, zum Beispiel mit Dioden umschalten, so daß aus zwei orthogonalen, linear polarisierten Signalen ein zirkular polarisiertes Signal zusammengesetzt wird. Dies kann vorzugsweise durch Zu- oder Abschalten eines Leiterstücks und anschließendes Ad dieren der Signale erfolgen, wobei ihre Phasendifferenz etwa 90° beträgt.The reception or the emission of waves with four un different pairwise orthogonal polarizations, as with the reception or the radiation of two linear or circularly polarized waves is at the same time decoupling possible, which is at best 3 dB and is unsuitable for monofrequency applications. For the Operation with different types of polarization, at for example linear and / or circular, stripes can be of different lengths, for example with Switch diodes so that two orthogonal, linear polarized signals a circularly polarized signal is put together. This can preferably be done by or switching off a conductor section and subsequent ad dieren the signals take place, their phase difference is about 90 °.

Zur Optimierung der Ausleuchtung eines Reflektors ist die Verwendung eines frequenzselektiven Schirms vorteilhaft, mit dem sich Phasen- oder Betragsdifferenzen der einfal lenden bzw. abgestrahlten Wellen über die Apertur herbei führen lassen. Die Ausleuchtung des Reflektors wird dabei grundsätzlich von der Richtcharakteristik des Antennenmo duls bestimmt. Frequenzselektive Schirme bestehen vor zugsweise aus parasitären Elementen, die hinsichtlich der steuerbaren Phaseneigenschaften abgestrahlter Wellen in unterschiedlichen Frequenzbereichen eine unabhängige Dia grammsynthese ermöglichen. Um Wiederholungen hierzu zu vermeiden, wird auf die DE-A- . . . mit demselben Anmelde datum verwiesen, die insofern zum Inhalt der vorliegenden Unterlagen gemacht wird.To optimize the illumination of a reflector, the Use of a frequency-selective screen advantageous, with which phase or amount differences occur or radiate waves over the aperture let lead. The illumination of the reflector is thereby basically on the directional characteristic of the antenna mo duls determined. Frequency selective screens are available preferably from parasitic elements, which with regard to the controllable phase properties of emitted waves in an independent slide in different frequency ranges Enable gram synthesis. To repeat this too avoid, is on the DE-A-. . . with the same login date referenced to the extent of the content of the present Documents is made.

Antennenmodule mit unterschiedlichen Richtdiagrammen, insbesondere für den Diversity-Betrieb ergeben sich neben der Struktur des Speisenetzwerkes auch durch die Hinzu nahme weiterer Antennenelemente, insbesondere derjenigen, die in Bezug auf höhere Frequenzbänder resonant sind, wo bei diese weiteren Antennenelemente als Maßnahme zur Un terdrückung von sogenannten Grading-Lobes herangezogen werden.Antenna modules with different directional diagrams, in particular for diversity operations the structure of the dining network also through the addition taking other antenna elements, especially those which are resonant with respect to higher frequency bands where with these other antenna elements as a measure to the Un oppression of so-called grading praise become.

Zu Unterstützung einer gewünschten De-/Fokusierung ist vorzugsweise wenigstens eine dielektrische Linse vor gesehen. Vorteilhafterweise besitzen diese unterschiedli che Eigenschaften für verschiedene Wellenlängen. Die Ver wendung solcher dielektrischer Linsen schränkt zwar die Bandbreite unerwünscht ein. Andererseits ergeben sich da durch jedoch auch erwünschte Effekte bei der Diagramm synthese, insbesondere bei weit auseinanderliegenden Fre quenzbändern.To support a desired de / focusing preferably at least one dielectric lens seen. These advantageously have different properties for different wavelengths. The Ver The use of such dielectric lenses limits Bandwidth undesirable. On the other hand, there arise due to desired effects in the diagram synthesis, especially when Fre is far apart quenz tapes.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the embodiment examples explained with reference to the figures. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Antennenarrays mit quadratischen Strahlerele menten; Figure 1 is a schematic representation of a conventional antenna array with square radiating elements.

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Ausführungs beispiels der erfindungsgemäßen Planarantenne; Figure 2 is a schematic representation of an embodiment of the planar antenna according to the invention.

Fig. 3a bis 3c schematische Ausführungsformen für die Leitungsankopplung von Strahlerelementen; Figures 3a to 3c are schematic embodiments for the line coupling of radiating elements.

Fig. 4 eine schematische Anordnung eines quadratischen Strahlerelements zur Erläuterung und Beschreibung von an dem Strahlerelement auftretenden Schwin gungsmoden, und Fig. 4 is a schematic arrangement of a square radiator element for explaining and describing vibration modes occurring on the radiator element, and

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Offset-Para bolreflektors unter Verwendung einer Ausführungs form der erfindungsgemäßen Planarantenne. Fig. 5 is a schematic representation of an offset Para bolreflector using an embodiment of the planar antenna according to the invention.

In Fig. 1 sind quadratische Schleifen 1 als Strahlerele mente in einem Antennenarray mit einem Abstand a zueinan der angeordnet. In waagerechter Richtung sind die jeweils einander gegenüberliegenden Seiten der Quadrate mit Lei tungen 2 verbunden, die auf der einen Seite des Arrays zusammengefaßt sind, so daß am Anschluß 3 die in X-Rich tung polarisierte Welle einer auf das Antennenarray ein fallenden elektromagnetischen Strahlung austritt. In senkrechter Richtung sind die Strahlerelemente 1 über Leitungen 4 jeweils mit den einander gegenüberliegenden Seiten der quadratischen Strahlerelemente verbunden und auf der einen Seite zusammengefaßt, so daß am Ausgang 5 die in Y-Richtung polarisierte Welle austritt. Ein derar tiges Antennenarray mit sogenannter Polarisations-Diver sity ist bekannt.In Fig. 1, square loops 1 are arranged as Strahlerele elements in an antenna array with a distance a zueinan. In the horizontal direction, the opposite sides of the squares are connected to lines 2 , which are combined on one side of the array, so that at the connection 3 the polarized in X-Rich direction wave of a falling on the antenna array a falling electromagnetic radiation. In the vertical direction, the radiator elements 1 are each connected via lines 4 to the opposite sides of the square radiator elements and combined on one side, so that the wave polarized in the Y direction emerges at the output 5 . A derar term antenna array with so-called polarization diversity is known.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Antennen array gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Antennenarray sind wiederum quadratische Strahlerelemente 21, 22, 23, 24 in der be kannten, in Fig. 1 dargestellten Weise über waagerechte Leitungen 25 und senkrechte Leitungen 26 derart miteinan der verbunden, daß an den Ausgängen 27 bzw. 28 die in X- bzw. Y-Richtung polarisierte Welle auftritt, wobei deren Frequenz f1 durch die Abmessungen der Strahlerelemente 21, 22, 23, 24 vorgegeben ist. Fig. 2 shows a schematic representation of an antenna array according to an embodiment of the invention. As in the antenna array shown in Fig. 1 are square radiator elements 21 , 22 , 23 , 24 in the known, be shown in Fig. 1 shown via horizontal lines 25 and vertical lines 26 so miteinan that connected to the outputs 27 and 28 the wave polarized in the X or Y direction occurs, the frequency f1 of which is predetermined by the dimensions of the radiator elements 21 , 22 , 23 , 24 .

Erfindungsgemäß ist nun innerhalb der Strahlerelemente 21, 22, 23, 24 jeweils ein weiteres Strahlerelement 29, 30, 31, 32 vorgesehen, welches ebenfalls quadratisch ist, jedoch kleinere Seitenlängen aufweist. Diese kleineren Strahlerelemente 29, 30, 31, 32 sind in entsprechender Weise wie die größeren Strahlerelemente 21, 22, 23, 24, verbunden, nämlich durch waagrechte Leitungen 33 und senkrechte Leitungen 35 die zu Anschlüssen 37 bzw. 38 je weils zusammengefaßt sind, an denen für diese kleineren Strahlerelemente 29, 30, 31, 32 die in X-Richtung polari sierte Welle bzw. die in Y-Richtung polarisierte Welle auftritt. Die von den kleinen Strahlerelementen 29, 30, 31, 32 gebildeten polarisierten Wellen weisen eine Fre quenz f2 auf, die größer als die Resonanzfrequenz f1 der größeren Strahlerelemente 21, 22, 23, 24 ist.According to the invention, a further radiator element 29 , 30 , 31 , 32 is now each provided within the radiator elements 21 , 22 , 23 , 24 , which is also square, but has smaller side lengths. These smaller radiator elements 29 , 30 , 31 , 32 are connected in a manner corresponding to the larger radiator elements 21 , 22 , 23 , 24 , namely by horizontal lines 33 and vertical lines 35 which are combined to form connections 37 and 38 , respectively which occurs for these smaller radiator elements 29 , 30 , 31 , 32 the wave polarized in the X direction or the wave polarized in the Y direction. The polarized waves formed by the small radiator elements 29 , 30 , 31 , 32 have a frequency f2 which is greater than the resonance frequency f1 of the larger radiator elements 21 , 22 , 23 , 24 .

Vorzugsweise sind die Leitungen 25, 26, die die großen Strahlerelemente 21, 22, 23, 24 verbinden, auf einer an deren Ebene, beispielsweise auf der anderen Seite oder einem zusätzlichen Trägersubstrat ausgebildet als die Leitungen 33, 35, die die kleinen Strahlerelemente 29, 30, 31, 32 verbinden.The lines 25 , 26 , which connect the large radiator elements 21 , 22 , 23 , 24 , are preferably formed on one level, for example on the other side, or on an additional carrier substrate than the lines 33 , 35 which connect the small radiator elements 29 , 30 , 31 , 32 connect.

Mit dem erfindungsgemäßen Antennenarray gemäß Fig. 2 er gibt sich eine Planarantenne mit sehr einfachem Aufbau, die den Empfang bzw. die Abstrahlung von elektromagne tischen Wellen in zwei Frequenzbändern und jeweils zwei Polarisationsebenen ermöglicht, ohne daß die Apertur der Antenne dafür größer ist als bei der herkömmlichen in Fig. 1 dargestellten Antenne.With the antenna array according to the invention shown in FIG. 2, there is a planar antenna with a very simple structure, which enables the reception or radiation of electromagnetic waves in two frequency bands and two polarization planes in each case, without the aperture of the antenna being larger than that of the conventional antenna shown in Fig. 1.

In den Fig. 3a, 3b und 3c sind schematisch verschiedene Formen von Strahlerelementen und deren Ankopplung an Lei tungen bzw. Verteilernetzwerk dargestellt.In FIGS. 3a, 3b and 3c different shapes of radiating elements and their connection are schematically illustrated obligations to Lei or distribution network.

Das in Fig. 3a dargestellte quadratische Strahlerelement ist mit jeder Seite, und zwar in der Mitte der jeweiligen Seite, mit einer Leitung 39, 40, 41, 42 gekoppelt bzw. verbunden.The square emitter element shown in FIG. 3a is coupled or connected to each side, specifically in the middle of the respective side, with a line 39 , 40 , 41 , 42 .

Fig. 3b zeigt eine geschachtelte Anordnung von zwei Strahlerelementen 43, 44, wobei das größere Strahlerele ment 43 an Eckpunkten mit Anschlußleitungen 45, 46 gekop pelt bzw. verbunden ist. Das kleinere innenliegende Strahlerelement 44 ist ebenfalls an Eckpunkten des Qua drats mit Leitungen 47, 48 verbunden, die in einer ande ren Ebene verlaufen als das größere Strahlerelement 43 und an deren Anschlußleitungen 45, 46. Das in Fig. 3c dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen von Fig. 3b lediglich darin, daß die Anschlüs se 45, 46, bzw. 47, 48 der Strahlerelemente 43, 44 nicht an den Ecken der quadratischen Strahlerelemente 43, 44, sondern in der Mitte der Seitenlängen angekoppelt sind. Fig. 3b shows a nested arrangement of two radiator elements 43 , 44 , the larger Strahlerele element 43 at corners with connecting lines 45 , 46 is coupled and connected. The smaller inner radiator element 44 is also connected at the corner points of the square with lines 47 , 48 which run in a different plane than the larger radiator element 43 and at their connecting lines 45 , 46 . The embodiment shown in Fig. 3c differs from that of Fig. 3b only in that the connec se 45 , 46 , and 47, 48 of the radiator elements 43 , 44 not at the corners of the square radiator elements 43 , 44 , but in the Middle of the side lengths are coupled.

Fig. 4 zeigt ein quadratisches Strahlerelement 50 mit ei nem Leiteranschluß 51, welcher sich in der X-Richtung er streckt. Das quadratische Strahlerelement 50 weist die Seitenlänge L auf. Für das aus der X-Richtung gespeiste Strahlerelement 50 dominieren folgende Moden: Fig. 4 shows a square radiator element 50 with egg nem conductor terminal 51 , which he stretches in the X direction. The square radiator element 50 has the side length L. The following modes dominate for the radiator element 50 fed from the X direction:

Die Abstrahlung J_x erfolgt senkrecht zur Zeichenebene, wobei der elektrische Feldvektor Ex dabei in X-Richtung schwingt. n ist dabei Null oder eine ganze natürliche Zahl.The radiation J _x is perpendicular to the plane of the drawing, the electrical field vector Ex vibrating in the X direction. n is zero or an integer.

Die nach dem Superpositionsprinzip gleichzeitig anregba ren Moden, die zur Abstrahlung eines in Y-Richtung schwingenden elektrischen Feldvektors Ey führen, lauten:Which can also be stimulated according to the superposition principle ren modes that emit a radiation in the Y direction vibrating electric field vector Ey, read:

Hierbei ist wiederum n Null oder eine ganze natürliche Zahl.Here again n is zero or an entirely natural one Number.

Das Strahlerelement 50 in Form eines quadratischen Schleifenresonators zeigt gegenüber dem weit verbreiteten Rechteckpatch verbesserte Breitbandeigenschaften, die durch geeignete Wahl der geometrischen Abmessungen einge stellt werden können. Im Vergleich zu resonanten ringför migen Strahlerelementen erfolgt bei rechteckigen oder quadratischen Strahlerelementen 50 eine verbesserte Ab strahlung der elektromagnetischen Wellen an den Ecken; letztere sind daher vorzuziehen.The radiator element 50 in the form of a square loop resonator shows improved broadband properties compared to the widespread rectangular patch, which can be adjusted by a suitable choice of the geometric dimensions. Compared to resonant ring-shaped radiator elements with rectangular or square radiator elements 50 there is an improved radiation from the electromagnetic waves at the corners; the latter are therefore preferable.

Fig. 5 zeigt schematisch die Anwendung einer erfindungs gemäßen Planarantenne 52 im Zusammenhang mit einem Off set-Parabolreflektor 53. Auf Grund der bereits erläuter ten Ausführungsform der Erfindung, einen Offsetwinkel α zwischen der Flächennormalen 54 des Parabolreflektors 53 und der Hauptstrahlrichtung 55 vorzusehen, kann der Off set-Parabolreflektor 53 einer Satellitenempfangsanlage im wesentlichen senkrecht angeordnet werden, was erwünscht ist. Fig. 5, the application shows schematically a planar antenna according to Invention 52 in connection with an off-set parabolic reflector 53rd On the basis of the embodiment of the invention, already explained, to provide an offset angle α between the surface normal 54 of the parabolic reflector 53 and the main beam direction 55 , the off-set parabolic reflector 53 of a satellite reception system can be arranged essentially vertically, which is desirable.

Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungs beispiele dargestellt. Dem Fachmann sind jedoch zahl reiche Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Die erfin dungsgemäße Planarantenne ist dabei insbesondere aufgrund der Tatsache besonders kostengünstig herstellbar, da statt aktiver Baugruppen nur einfache, passive Elemente, wie PE-Substrate, Folien, flache Gehäuse, gegebenenfalls dielektrische Linsen usw., zum Einsatz kommen.The invention was previously based on preferred embodiment examples shown. However, the expert is number rich modifications and refinements possible without thereby leaving the inventive idea. The invent planar antenna according to the invention is in particular due to the fact that it can be produced particularly cost-effectively, since instead of active assemblies, only simple, passive elements, such as PE substrates, foils, flat housings, if necessary dielectric lenses, etc., are used.

Claims

1. planar antenna with radiator elements, each of which receives or sends two different oscillation modes of receive or transmit signals independently of one another, characterized in that the radiator elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ) are multiband emitter elements.

2. Planar antenna according to claim 1, characterized in that the radiator elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ) are designed in a loop shape.

3. planar antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the radiator elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ) are nested.

4. planar antenna according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that each Strahlerele element ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ) of a nested radiating element arrangement is resonant with respect to an assigned frequency band.

5. planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that a radiating element of a nested radiating element arrangement on one side and another radiating element on the other side of a substrate layer for the radiating elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ; 50 ) is formed.

6. planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the nested radiating elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ) are each formed on their own carrier substrate.

7. planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the nested radiating elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ) are each formed on a single carrier substrate.

8. Planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that each radiant element ment has two connecting lines.

9. planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that the radiant element elements are ring-shaped.

10. planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ) are two dimensionally symmetrical.

11. Planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the radiating elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ) are designed in the form of square frames.

12. Planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting lines ( 25 , 26 ; 34 , 35. In a square radiating element ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ) ; 45 , 46 ; 47 , 48 ) are connected to the non-parallel sides of the radiator elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ).

13. planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the radiating elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ; 50 ) are networked to form an array.

14. Planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ; 50 ) are connected in stripline technology.

15. planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the radiating elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ; 50 ) are connected in parallel.

16. Planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the radiating elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ; 50 ) are connected in series.

17. Planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that the two under different vibration modes orthogonal Schwin are fashionable.

18. Planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that the directional diagrams the different shrinkage modes and / or Fre frequency ranges can be set independently of each other are.

19. planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the setting the directional diagrams through the cable routing follows.

20. Planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that the setting of Directional diagrams by changing the cable lengths he follows.

21. Planar antenna according to claim 20, characterized net that the change in line lengths with switching diodes.

22. planar antenna according to claim 20, characterized net that the change in line lengths by the The coupling factor is selected.

23. Planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that the setting of electrical length of the lines with phase shifters he follows.

24. planar antenna according to claim 23, characterized net that the phase shifter is a dielectric Pha senschieber is.

25. Planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that the planar antenna with connected circuit parts on a sub strat is integrated.

26. Planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that the planar antenna is designed as a separate antenna module.

27. planar antenna according to claim 25, characterized net that the antenna module to signal processing circuits using a stripline-waveguide Transition can be coupled.

28. Planar antenna according to one of the preceding claims, characterized in that an angle (α) between the surface normals ( 54 ) of the planar antenna and its main beam direction ( 55 ) by controlling the complex excitation of the radiator elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ; 50 ) is adjustable according to amount and / or phase.

29. Planar antenna according to claim 28, characterized in that the angle setting by the choice of the routing between the radiator elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ; 50 ) and / or the connection - The planar antenna is routed.

30. planar antenna according to claim 28 or 29, characterized in that the angle setting by the choice of the distance (a) between the nested ge radiating elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ; 50 ) and / or the radiator elements ( 21 , 22 , 23 , 24 ; 29 , 30 , 31 , 32 ; 43 , 44 ; 50 ) arranged next to each other.

31. Planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that the orthogonal po larized wave modes as linearly polarized wel len are present.

32. Planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that the orthogonal po larized wave modes as two circular polari waves are sent or received.

33. planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that at least one fre quenzselective screen is provided.

34. planar antenna according to one of the preceding claims che, characterized in that at least one di electrical lens is provided.