EP1045473A2 - Multibeam phased array antenna system - Google Patents
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- EP1045473A2 EP1045473A2 EP00105188A EP00105188A EP1045473A2 EP 1045473 A2 EP1045473 A2 EP 1045473A2 EP 00105188 A EP00105188 A EP 00105188A EP 00105188 A EP00105188 A EP 00105188A EP 1045473 A2 EP1045473 A2 EP 1045473A2
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- EP
- European Patent Office
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- devices
- antenna device
- bfn
- beam shaping
- modules
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
- H01Q21/0025—Modular arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
Definitions
- the invention is based on a multibeam phase array antenna device with radiator elements arranged in a matrix, each of which can be controlled via beam shaping devices are.
- EP 0 651 461 B1 is a phase carry receiving antenna known, arranged in the radiator elements in rows and columns are.
- the reception signals of the radiator elements are summarized in rows and columns using signal combiners and then a non-linear logic circuit fed to a desired preferred direction of this receiving antenna to obtain.
- EP 0 368 121 B1 shows an antenna device for the Reception with radiator elements arranged in a matrix, each radiator element having an amplifier and a filter device having. Those received on the radiator elements Signals are grouped using signal dividers divided and each to a beam shaping device guided. The output signals are via signal combiners the beam shaping devices to form several antenna signals summarized.
- the measures of the main claim and the configurations according to the subclaims can be a very compact Structure of the antenna device achieve that flexibly the number of feedable antenna signals for transmission or removable antenna signals for reception and be adapted to the number of radiator elements can.
- By accommodating the jet shaping devices in a defined line behind a radiator element is the area requirement of the jet shaping devices in the Profile (cross section) identical to the area of the radiator elements.
- the depth of a strand depends on the Complexity of the overall system, that means especially the antenna signals to be fed or taken, and is variably adjustable.
- Another advantage is the combination of several strands each in a tub-like module.
- beam shaping devices is in particular only one circuit carrier substrate necessary, the back of it beyond still for accommodating signal dividing devices can be used so that no additional space is required arises.
- the antenna device according to the invention is distinguished due to a high integration density and compactness out.
- the antenna device according to the invention can be advantageous use as a microwave antenna in the Ku / Ka band, what but does not exclude the use in other frequency ranges.
- Figure 1 shows a schematic overview of the signal paths within the multibeam phase array antenna. Below is described the antenna for use as a transmitting antenna. The signal curves are for use as a receiving antenna to look in the opposite direction.
- n feedable antenna signals - so-called beams - which are each led to a signal dividing device V1 to Vn.
- These signal dividing devices V1 to Vn are combined in block V and divide the power of the beams into m-part signals in each case, in order to control one line of n-beam shaping devices.
- the respective m outputs of the signal distribution device V1 to Vn are routed to a beam shaping device BFN via a connection multiple KF.
- a total of m ⁇ n beam-shaping devices BFN are accordingly provided, which generally consist of active amplitude adjusters A and phase adjusters P and possibly an intermediate amplifier (not shown). This repeater can also be used as amplitude adjuster A at the same time.
- the control elements are usually designed as MMIC circuits (Monolithic Microwave Integrated Circuit). Several phase adjusters and / or amplitude adjusters can be accommodated in one MMIC, for example.
- each Radiator element SE1 ... SEm from each of the n feedable antenna signals (Beams) can be fed.
- Figure 2 shows the cross-sectional area of the beamform networks BFN the size of the radiation elements in the front surface adapted to the antenna.
- the depth of a strand of beamform networks BFN is variable and the number of each n BFN beam shaping devices dependent.
- Behind everyone Steel element SE1 ... SEm become the front surface in one vertical strand (channel) the active blocks A and P for beam shaping and amplification VS1 ... VSm as well as filter devices FI1 ... FIm housed.
- the number of strands (channels) is identical to the number m of radiator elements SE1 ... SEm.
- the number of active beam shape components per line (channel) is identical to the number n of antenna signals (beams). In total there m.times.n active beam shape components necessary.
- the strands of beam shaping devices, which lie in one plane (row) are mechanically combined in each case in a trough-like module WM, which through mechanical intermediate walls ZW brings about both mechanical separation, electrical separation (screen wall function) and heat dissipation.
- the strands (channels) are also mechanically and electrically protected by the outer walls AW.
- the reinforcement and Filter devices VS1 ... VSm or FI1 ... FIm in the trough-like Modules WM housed.
- the electrical and mechanical Separation and also the heat decoupling from the Beam shaping devices BFN is carried out by the others Screen walls SW.
- FIG. 3 shows, the trough-like stacked one on top of the other Module WM a symmetrical stable Antenna block that is shielded on all sides.
- the tub-like Modules WM take circuit carrier substrates SU according to Figure 2, the back of at least part of the n signal sharing devices / power sharing networks V1 ... V4 wear. In Figure 2 and Figure 4, these are designated VR1 ... VR4.
- the tops of the circuit carrier substrates SU carry the line structures for the active beam shaping devices BFN.
- the circuit carrier substrates SU are opposite the tub bottoms of the WM tub-like modules with spacers fixed.
- the signal routing orthogonal to the strand direction of the line structures on the back of the Circuit carrier substrates SU is very essential for that compact structure of the antenna device, since the implementation of the connection multiple KF shown in Figure 1 simple in the form of signal bushings DK ( Figure 4) in the Circuit carrier substrates SU between the line structures for the beam shaping devices BFN on the one hand and the Line structures for the signal dividing devices VR1 ... VR4 on the other hand can be realized.
- the exemplary embodiment according to FIG. 2 in FIG Signal dividing devices VR1 ... VR4 for m 16 lines designed.
- a possible realization of the signal dividing devices VR1 to VR4 is the cascading of seven 3 dB power dividers in stripline technology, e.g. cascaded Wilkinson divider as shown in Figure 2.
- the 4x8 inputs of the eight stacked tub-like Modules WM are shown on a lateral as Figure 3 shows Side of the block of the antenna device on the connectors E1 ... E32 and four other 1-to-8 power sharing networks VT1 ... VT4, which are also a component of the signal dividing devices V1 to 1 shown in FIG V4 are connected to the four beam inputs B1 to B4.
- Figure 3 shows the antenna device for eight stacked WM modules and four beams.
- the execution and dimensions of the power sharing networks VT1 ... VT4 can preferably be identical to the signal dividing devices VR1 ... VRn on the back of the circuit substrate SU.
- the strands of the beam shaping devices are BFN shown in longitudinal section.
- m 16 strands per tub-like module WM provided.
- the Outputs of the active components of the beam shaping devices BFN are each via one of the m signal combiners SK, that means summarized in each case over a power adding network.
- n 4 output signals per line (channel) summarized.
- a possible realization are here too cascaded 3-dB Wilkinson divider / combiner SK1 ... SKn.
- the clever arrangement of the active components of the Beam shaping devices and the power adding networks can the strand (channel) and thus the space required for keep the beam shaping devices BFN small.
- the principle arrangement shows Figure 5.
- the four inputs E1 ... E4 are connected via the active components of the beam shaping devices to the power adders - signal combiners SK1 ... SK4 - guided in the middle of the channel.
- the common output is via the dashed line ZL connected to the power amplifiers VS1 ... VSm.
- HS continuous heatsink
- HP Heatpipe
Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Multibeam-Phasenarray-Antenneneinrichtung mit in einer Matrix angeordneten Strahlerelementen, die jeweils über Strahlformeinrichtungen ansteuerbar sind.The invention is based on a multibeam phase array antenna device with radiator elements arranged in a matrix, each of which can be controlled via beam shaping devices are.
Aus der EP 0 651 461 B1 ist eine Phasenarry-Empfangsantenne
bekannt, bei der Strahlerelemente in Zeilen und Spalten angeordnet
sind. Die Empfangssignale der Strahlerelemente werden
über Signalkombinatoren zeilen- und spaltenweise zusammengefaßt
und dann einer nichtlinearen Verknüfungsschaltung
zugeführt, um eine gewünschte Vorzugsrichtung dieser Empfangsantenne
zu erhalten.From
Die EP 0 368 121 B1 zeigt eine Antenneneinrichtung für den
Empfang mit in einer Matrix angeordneten Strahlerelementen,
wobei jedes Strahlerelement einen Verstärker und eine Filtereinrichtung
aufweist. Die an den Strahlerelementen emfangenen
Signale werden mittels Signalteilereinrichtungen gruppenweise
aufgeteilt und zu jeweils einer Strahlformeinrichtung
geführt. Über Signalkombinatoren werden die Ausgangssignale
der Strahlformeinrichtungen zu mehreren Antennensignalen
zusammengefaßt.
Mit den Maßnahmen des Hauptanspruchs sowie den Ausgestaltungen gemäß der Unteransprüche läßt sich ein sehr kompakter Aufbau der Antenneneinrichtung erreichen, der flexibel an die Anzahl einspeisbarer Antennensignale für den Sendebetrieb bzw. abnehmbarer Antennensignale für den Empfangsbetrieb sowie an die Anzahl der Strahlerelemente angepaßt werden kann. Durch die Unterbringung der Strahlformeinrichtungen in einem abgegrenzten Strang hinter einem Strahlerelement ist der Flächenbedarf der Strahlformeinrichtungen im Profil (Querschnitt) identisch mit der Fläche der Strahlerelemente. Die Tiefe eines Stranges richtet sich nach der Komplexität des Gesamtsystems, daß heißt insbesondere der einzuspeisenden bzw. abzunehmenden Antennensignale, und ist variabel anpassbar.With the measures of the main claim and the configurations according to the subclaims can be a very compact Structure of the antenna device achieve that flexibly the number of feedable antenna signals for transmission or removable antenna signals for reception and be adapted to the number of radiator elements can. By accommodating the jet shaping devices in a defined line behind a radiator element is the area requirement of the jet shaping devices in the Profile (cross section) identical to the area of the radiator elements. The depth of a strand depends on the Complexity of the overall system, that means especially the antenna signals to be fed or taken, and is variably adjustable.
Ein weiterer Vorteil ist die Zusammenfassung mehrerer Stränge in jeweils einem wannenartigen Modul. Für eine Mehrzahl von Strahlformeinrichtungen ist insbesondere nur ein Schaltungsträgersubstrat notwendig, dessen Rückseite darüber hinaus noch zur Unterbringungen von Signalteilereinrichtungen genutzt werden kann, so daß hierfür kein zusätzlicher Platzbedarf entsteht.Another advantage is the combination of several strands each in a tub-like module. For a majority of beam shaping devices is in particular only one circuit carrier substrate necessary, the back of it beyond still for accommodating signal dividing devices can be used so that no additional space is required arises.
Da die Strahlformeinrichtungen und die Signalteilungseinrichtungen jeweils auf gegenüberliegenden Seiten desselben Schaltungsträgersubstrats angeordnet sind, sind die Verbindungsvielfache ohne zusätzlichen Platzbedarf in Form von einfachen Signaldurchführungen in den Schaltungsträgersubstraten realisierbar.Since the beam shaping devices and the signal dividing devices each on opposite sides of the same Circuit carrier substrates are arranged, the connection multiples without additional space in the form of simple signal implementations in the circuit carrier substrates realizable.
Dadurch, daß die Stränge gegeneinander abgegrenzt sind, daß heißt, daß sie insbesondere über gegenseitige Schirmwände verfügen, gibt es trotz der kompakten Unterbringung wenig gegenseitige störende Signalbeeinflussungen. Durch die stapelbare Ausbildung der wannenartigen Module wird ebenfalls eine hohe Packungsdichte bei großer Flexibilität erreicht. Auch Verstärkungs- und ggf. Filtereinrichtungen lassen sich in die abgegrenzten Stränge bzw. die wannenartigen Module einfach integrieren, wobei eine thermische Entkopplung durch Trennwände erfolgen kann. Über Heatpipe-oder Heatsink-Einrichtung kann die Verlustwärme, die bei hochintegrierten Antennen im Sendebetrieb stets problematisch ist, auf einfache Weise abgeführt werden.The fact that the strands are delimited from each other that means that they are in particular on mutual screen walls there is little in spite of the compact housing mutual interfering signal influences. Due to the stackable Training of the tub-like modules will also be achieved a high packing density with great flexibility. Reinforcement and, if necessary, filter devices can also be used into the delimited strands or the tub-like modules easy to integrate, with thermal decoupling through Partitions can be made. Via heat pipe or heatsink facility can be the heat loss that occurs in highly integrated Antennas in broadcast mode is always problematic on simple Way to be dissipated.
Insgesamt zeichnet sich die erfindungsgemäße Antenneneinrichtung durch eine hohe Integrationsdichte und Kompaktheit aus.Overall, the antenna device according to the invention is distinguished due to a high integration density and compactness out.
Die Antenneneinrichtung nach der Erfindung läßt sich vorteilhaft als Mikrowellen-Antenne im Ku/Ka-Band nutzen, was jedoch die Anwendung in anderen Frequenzbereichen nicht ausschließt.The antenna device according to the invention can be advantageous use as a microwave antenna in the Ku / Ka band, what but does not exclude the use in other frequency ranges.
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 zeigt eine schematische Übersicht der Signalwege innerhalb der Multibeam-Phasenarray-Antenne. Nachfolgend wird die Antenne für den Einsatz als Sendeantenne beschrieben. Für den Einsatz als Empfangsantenne sind die Signalverläufe in umgekehrter Richtung zu betrachten.Figure 1 shows a schematic overview of the signal paths within the multibeam phase array antenna. Below is described the antenna for use as a transmitting antenna. The signal curves are for use as a receiving antenna to look in the opposite direction.
Es sind n einspeisbarer Antennensignale - sogenannte Beams - vorgesehen, die jeweils auf eine Signalteilungseinrichtung V1 bis Vn geführt sind. Diese Signalteilungseinrichtungen V1 bis Vn sind in dem Block V zusammengefaßt und teilen die Leistung der Beams auf jeweils m-Teilsignale auf, um jeweils einen Strang von jeweils n-Strahlformeirichtungen anzusteuern. Über ein Verbindungsvielfach KF werden die jeweils m-Ausgänge der Signalverteilungseinrichtung V1 bis Vn zu einer Strahlformeinrichtung BFN geführt. Insgesamt sind demnach m·n Strahltormeinrichtungen BFN vorgesehen, die in der Regel aus aktiven Amplitudenstellern A und Phasenstellern P und eventuell jeweils einem Zwischenverstärker (nicht dargestellt) bestehen. Dieser Zwischenverstärker kann auch gleichzeitig als Amplitudensteller A verwendet werden. Die Steliglieder sind üblicherweise als MMIC-Schaltungen (Monolithic Microwave Integrated Circuit) ausgeführt. Mehrere Phasensteller und/oder Amplitudensteller können beispielsweise in einem MMIC untergebracht werden. Die m-Untergruppen von jeweils n-Strahlformeinrichtungen werden über einen Signalkombinator SK, in der Regel ein Leistungsaddiernetzwerk, zusammengefaßt und jeweils entweder direkt an eines der m-Strahlerelemente SE1... SEM angekoppelt, oder, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, über jeweils einen Leistungsverstärker VS1 bis VSm (SSPA = Solid State Power Amplifier) und eine Filtereinrichtung FI1...FIm, die wie gezeigt jeweils einem Leistungsverstärker nachgeschaltet ist. Alternativ kann die Filtereinrichtung auch vorgeschaltet sein.There are n feedable antenna signals - so-called beams - which are each led to a signal dividing device V1 to Vn. These signal dividing devices V1 to Vn are combined in block V and divide the power of the beams into m-part signals in each case, in order to control one line of n-beam shaping devices. The respective m outputs of the signal distribution device V1 to Vn are routed to a beam shaping device BFN via a connection multiple KF. A total of m · n beam-shaping devices BFN are accordingly provided, which generally consist of active amplitude adjusters A and phase adjusters P and possibly an intermediate amplifier (not shown). This repeater can also be used as amplitude adjuster A at the same time. The control elements are usually designed as MMIC circuits (Monolithic Microwave Integrated Circuit). Several phase adjusters and / or amplitude adjusters can be accommodated in one MMIC, for example. The m subgroups of n-beam shaping devices are combined via a signal combiner SK, usually a power adding network, and each is either coupled directly to one of the m-radiator elements SE1 ... SEM or, as shown in the exemplary embodiment, via a power amplifier in each case VS1 to VSm (SSPA = Solid State Power Amplifier) and a filter device FI1 ... FIm, each of which is connected downstream of a power amplifier as shown. Alternatively, the filter device can also be connected upstream.
Im nicht ausführlich behandelten Empfangsbetrieb ist anstatt des Sendeverstärkers oder Leistungsverstärkers ein LNA (Low Noise Amplifier) und ein Eingangsfilter notwendig.In the receiving company not dealt with in detail is instead an LNA (low Noise Amplifier) and an input filter necessary.
Mit der Realisierung gemäß Figur 1 ist es möglich, daß jedes Strahlerelement SE1... SEm von jedem der n einspeisbaren Antennensignale (Beams) gespeist werden kann.With the implementation according to Figure 1, it is possible that each Radiator element SE1 ... SEm from each of the n feedable antenna signals (Beams) can be fed.
Um die Multibeam-Phasenarray-Antenne möglichst aufwandsarm und kompakt aufbauen zu können, wird erfindungsgemäß nach Figur 2 die Querschnittsfläche der Strahlformnetzwerke BFN an die die Größe der Strahlungselemente in der Frontfläche der Antenne angepaßt. Die Tiefe eines Stranges von Strahlformnetzwerken BFN ist variabel und von der Anzahl der jeweils n Strahlformeinrichtungen BFN abhängig. Hinter jedem Stahlerelement SE1...SEm werden in einem zur Frontfläche senkrechten Strang (Kanal) die aktiven Bausteine A und P für die Strahlformung und die Verstärkung VS1...VSm sowie Filtereinrichtungen FI1...FIm untergebracht. Around the multibeam phase array antenna with as little effort as possible and to be compact, according to the invention Figure 2 shows the cross-sectional area of the beamform networks BFN the size of the radiation elements in the front surface adapted to the antenna. The depth of a strand of beamform networks BFN is variable and the number of each n BFN beam shaping devices dependent. Behind everyone Steel element SE1 ... SEm become the front surface in one vertical strand (channel) the active blocks A and P for beam shaping and amplification VS1 ... VSm as well as filter devices FI1 ... FIm housed.
Die Anzahl der Stränge (Kanäle) ist identisch mit der Anzahl m der Strahlerelemente SE1...SEm. Die Anzahl der aktiven Strahlform-Komponenten je Strang (Kanal) ist identisch mit der Anzahl n der Antennensignale (Beams). Insgesamt sind m·n aktive Strahlform-Komponenten notwendig. Die Unterbringung der Stränge (Kanäle) von Strahlformeinrichtungen erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel zeilen- und spaltenweise. In Figur 2 ist eine solche Zeile für m = 8 Stränge von gegeneinander abgegrenzten Strahlformeinrichtungen dargestellt. Dabei erfolgt eine mechanische Zusammenfassung der Stränge von Strahlformeinrichtungen, die in einer Ebene (Zeile) liegen, jeweils in einem wannenartigen Modul WM, der durch metallische Zwischenwände ZW sowohl eine mechanische Trennung, eine elektrische Trennung (Schirmwandfunktion) als auch eine Wärmeableitung bewirkt. Nach außen sind die Stränge (Kanäle) durch die Außenwände AW ebenfalls mechanisch und elektrisch geschützt.The number of strands (channels) is identical to the number m of radiator elements SE1 ... SEm. The number of active beam shape components per line (channel) is identical to the number n of antenna signals (beams). In total there m.times.n active beam shape components necessary. The strands (channels) of beam shaping devices are accommodated in rows and columns in the exemplary embodiment shown. Such a line is shown in FIG. 2 for m = 8 strands of beam shaping devices delimited from one another. The strands of beam shaping devices, which lie in one plane (row), are mechanically combined in each case in a trough-like module WM, which through mechanical intermediate walls ZW brings about both mechanical separation, electrical separation (screen wall function) and heat dissipation. The strands (channels) are also mechanically and electrically protected by the outer walls AW.
In einer weiteren Ausgestaltung sind auch die Verstärkungs- und Filtereinrichtungen VS1...VSm bzw. FI1...FIm in den wannenartigen Modulen WM untergebracht. Die elektrische und mechanische Trennung und auch die Wärmeentkopplung von den Strahlformeinrichtungen BFN erfolgt durch die weiteren Schirmwände SW. Die wannenartigen Module WM sind stapelbar ausgebildet. Mehrere wannenartige Module WM, im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind es 8, werden aufeinandergestapelt, bis die Anzahl der m = 64 der Strahlerelemente SE1...SE64 erreicht ist.In a further embodiment, the reinforcement and Filter devices VS1 ... VSm or FI1 ... FIm in the trough-like Modules WM housed. The electrical and mechanical Separation and also the heat decoupling from the Beam shaping devices BFN is carried out by the others Screen walls SW. The WM pan-like modules are stackable educated. Several pan-like modules WM, in the embodiment according to FIG. 3 there are 8, are stacked on top of one another, until the number of m = 64 of the radiator elements SE1 ... SE64 is reached.
Wie Figur 3 zeigt, bilden die aufeinander gestapelten wannenartigen Module WM einen symmetrisch aufgebauten stabilen Antennenblock, der allseitig abgeschirmt ist. Die wannenartigen Module WM nehmen Schaltungsträgersubstrate SU gemäß Figur 2 auf, die rückseitig zumindest einen Teil der n Signalteilungseinrichtungen/Leistungsteilungsnetzwerke V1...V4 tragen. In Figur 2 und Figur 4 sind diese mit VR1...VR4 bezeichnet. Die Oberseiten der Schaltungsträgersubstrate SU tragen die Leitungsstrukturen für die aktiven Strahlformeinrichtungen BFN. Die Schaltungsträgersubstrate SU sind gegenüber den Wannenböden der wannenartigen Module WM durch Abstandshalter fixiert. Die zur Strangrichtung orthogonale Signalführung der Leitungsstrukturen auf der Rückseite der Schaltungsträgersubstrate SU ist sehr wesentlich für den kompakten Aufbau der Antenneneinrichtung, da die Realisierung des in Figur 1 gezeigten Verbindungsvielfachs KF einfach in Form von Signaldurchführungen DK (Figur 4) in den Schaltungsträgersubstraten SU zwischen den Leitungsstrukturen für die Strahlformeinrichtungen BFN einerseits und den Leitungsstrukturen für die Signalteilungseinrichtungen VR1...VR4 andererseits realisiert werden kann. In Abweichung zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind in Figur 4 die Signalteilungseinrichtungen VR1...VR4 für m = 16 Stränge ausgelegt. Eine mögliche Realisierung der Signalteilungseinrichtungen VR1 bis VR4 ist die Kaskadierung von jeweils sieben 3-dB-Leistungsteilern in Streifenleitungstechnik, z.B. kaskadierte Wilkinson-Divider wie in Figur 2 dargestellt.As FIG. 3 shows, the trough-like stacked one on top of the other Module WM a symmetrical stable Antenna block that is shielded on all sides. The tub-like Modules WM take circuit carrier substrates SU according to Figure 2, the back of at least part of the n signal sharing devices / power sharing networks V1 ... V4 wear. In Figure 2 and Figure 4, these are designated VR1 ... VR4. The tops of the circuit carrier substrates SU carry the line structures for the active beam shaping devices BFN. The circuit carrier substrates SU are opposite the tub bottoms of the WM tub-like modules with spacers fixed. The signal routing orthogonal to the strand direction of the line structures on the back of the Circuit carrier substrates SU is very essential for that compact structure of the antenna device, since the implementation of the connection multiple KF shown in Figure 1 simple in the form of signal bushings DK (Figure 4) in the Circuit carrier substrates SU between the line structures for the beam shaping devices BFN on the one hand and the Line structures for the signal dividing devices VR1 ... VR4 on the other hand can be realized. In deviation the exemplary embodiment according to FIG. 2 in FIG Signal dividing devices VR1 ... VR4 for m = 16 lines designed. A possible realization of the signal dividing devices VR1 to VR4 is the cascading of seven 3 dB power dividers in stripline technology, e.g. cascaded Wilkinson divider as shown in Figure 2.
Die 4x8 Eingänge der acht aufeinandergestapelten wannenartigen Module WM werden wie Figur 3 zeigt an einer lateralen Seite des Blockes der Antenneneinrichtung auf die Anschlüsse E1...E32 herausgeführt und über vier weitere 1-zu-8 Leistungsteilungsnetzwerke VT1...VT4, die ebenfalls Bestandteil der in Figur 1 gezeigten Signalteilungseinrichtungen V1 bis V4 sind, auf die vier Beam-Eingänge B1 bis B4 geschaltet. Figur 3 zeigt die Antenneneinrichtung für acht aufeinandergestapelte Module WM und vier Beams. Die Ausführung und Abmessung der Leistungsteilungsnetzwerke VT1...VT4 kann vorzugsweise identisch sein zu den Signalteilungseinrichtungen VR1...VRn auf der Rückseite der Schaltungsträgersubstrate SU. The 4x8 inputs of the eight stacked tub-like Modules WM are shown on a lateral as Figure 3 shows Side of the block of the antenna device on the connectors E1 ... E32 and four other 1-to-8 power sharing networks VT1 ... VT4, which are also a component of the signal dividing devices V1 to 1 shown in FIG V4 are connected to the four beam inputs B1 to B4. Figure 3 shows the antenna device for eight stacked WM modules and four beams. The execution and dimensions of the power sharing networks VT1 ... VT4 can preferably be identical to the signal dividing devices VR1 ... VRn on the back of the circuit substrate SU.
In Figur 5 sind die Stränge der Strahlformeinrichtungen BFN im Längsschnitt dargestellt. Entsprechend Figur 4 sind hier m = 16 Stränge pro wannenartigem Modul WM vorgesehen. Die Ausgänge der aktiven Komponenten der Strahlformeinrichtungen BFN werden jeweils über einen der m Signalkombinatoren SK, daß heißt jeweils über ein Leistungsaddiernetzwerk zusammengefaßt. Im Beispiel werden pro Strang (Kanal) n = 4 Ausgangssignale zusammengefaßt. Eine mögliche Realisierung sind auch hier kaskadierte 3-dB Wilkinson-Divider/Combiner SK1...SKn. Insgesamt sind für jedes der 16 wannenartigen Module WM 16 x 4-zu-1 Leistungsaddiernetzwerke notwendig. Durch die geschickte Anordnung der aktiven Komponenten der Strahlformeinrichtungen und der Leistungsaddiernetzwerke läßt sich der Strang (Kanal) und damit der Platzbedarf für die Strahlformeinrichtungen BFN klein halten. Die Prinzipanordnung zeigt Figur 5. In jedem Kanal sind vier RF-Eingänge E1...E4 zu sehen, die wie zuvor erläutert über die Signalteilungseinrichtungen VT1...VT4 an die Eingänge B1...B4 für die Beams angeschlossen sind. Durch die platzsparende geometrische Anordnung, insbesondere die Hintereinanderreihung der jeweils n = 4 Strahlformkomponenten innerhalb eines Stranges (Kanals) werden die vier Eingänge E1...E4 über die aktiven Bausteine der Strahlformeinrichtungen zu den Leistungsaddierern - Signalkombinatoren SK1...SK4 - in der Mitte des Kanals geführt. Der gemeinsame Ausgang wird über die gestrichelte Zuleitung ZL mit den Leistungsverstärkern VS1...VSm verbunden.In Figure 5, the strands of the beam shaping devices are BFN shown in longitudinal section. According to Figure 4 are here m = 16 strands per tub-like module WM provided. The Outputs of the active components of the beam shaping devices BFN are each via one of the m signal combiners SK, that means summarized in each case over a power adding network. In the example, n = 4 output signals per line (channel) summarized. A possible realization are here too cascaded 3-dB Wilkinson divider / combiner SK1 ... SKn. In total there are for each of the 16 tub-like modules WM 16 x 4-to-1 power adder networks required. The clever arrangement of the active components of the Beam shaping devices and the power adding networks can the strand (channel) and thus the space required for keep the beam shaping devices BFN small. The principle arrangement shows Figure 5. There are four RF inputs in each channel E1 ... E4 can be seen, which, as previously explained, via the signal dividing devices VT1 ... VT4 to inputs B1 ... B4 for which beams are connected. Due to the space-saving geometric arrangement, especially the series of each n = 4 beam shape components within one The four inputs E1 ... E4 are connected via the active components of the beam shaping devices to the power adders - signal combiners SK1 ... SK4 - guided in the middle of the channel. The common output is via the dashed line ZL connected to the power amplifiers VS1 ... VSm.
Weitere Komponenten für die Antenneneinrichtung gemäß der Erfindung sind die in den Figuren 6 und 7 dargestellten seitlich angeordneten Signaleingänge BC für die Steuerung der Strahlformeinrichtungen (Beam-Control), Telemetrie TM und Telecommand TC, sowie die DC-Eingänge zur Stromversorgung des gesamten Antennen-Arrays. Es gibt verschiedene Realisierungsmöglichkeiten zur Zuführung dieser Steuer- bzw. Versorgungssignale, z.B. Multilayer-Leiterbahnführung im Schaltungsträgersubstrat SU.Other components for the antenna device according to the Invention are those shown in Figures 6 and 7 BC signal inputs on the side for control beam shaping devices (beam control), Telemetrie TM and Telecommand TC, as well as the DC inputs for power supply of the entire antenna array. There are different implementation options to feed this tax or Supply signals, e.g. Multilayer conductor track in Circuit carrier substrate SU.
Zur Abführung der anfallenden Verlustleistungen befindet sich in den wannenartigen Modulen WM unterhalb der Leistungsverstärkerzone eine durchgehende Heatsink (HS)- oder Heatpipe (HP) - Einrichtung, die die Wärme aus den wannenartigen Modulen WM zu den lateralen Seiten der Antenne herausleitet.To discharge the incurred losses in the pan-like modules WM below the power amplifier zone a continuous heatsink (HS) - or Heatpipe (HP) - device that removes the heat from the tub-like Modules WM leads out to the lateral sides of the antenna.
Der Kompromiß zwischen Schwenkwinkel der Antenne, Nebenkeulenabstand
und Größenabmessung des Arrays kann erfordern,
daß die Anordnung der Strahlerelemente in einem Quadrat, einem
Sechseck, einer Ellipse oder einem X"-Eck darzustellen
ist. Diese Form kann durch die Anzahl der verschieden bestückten
Zeilen in den wannenartigen Modulen nachgebildet
werden.
Figur 8 zeigt als Draufsicht auf die aktiven Strahlerelemente
verschiedene mögliche Anordnungen (jeweils ein Quadrant).
Alle Anordnungen sind mit dem zuvor beschriebenen Aufbau
kompatibel. In Figur 8 ist lediglich ein Antennenarray mit
einer Basis von 36x36 Strahlerelementen zugrunde gelegt. Die
Anordnung der Strahlerelemente untereinander kann entweder
ein rechtwinkliges Zeilen-/Spaltenarray oder eine Hexagonalstruktur
sein. Durch gegenseitiges Versetzen der wannenartigen
Module WM um einen halben Strahlerelementabstand kann
man beide Strukturen erreichen. Es können natürlich auch andere
Arrays, z.B. mit m = 1024 Strahlerelementen und n = 4
Beams realisiert werden. Die Strahlerelemente werden bei
Vollbestückung in einer Matrix von 32 Spalten x 32 Zeilen
angeordnet oder in einer Hexagonalstruktur.The compromise between the swivel angle of the antenna, side lobe distance and size dimension of the array may require that the radiator elements be arranged in a square, a hexagon, an ellipse or an X "corner is to be represented. This shape can be reproduced by the number of differently equipped lines in the tub-like modules.
Figure 8 shows a top view of the active radiator elements different possible arrangements (one quadrant each). All arrangements are compatible with the structure described above. In Figure 8, only an antenna array with a base of 36x36 antenna elements is used. The arrangement of the radiator elements with one another can either be a rectangular row / column array or a hexagonal structure. Both structures can be achieved by mutually displacing the trough-like modules WM by half a radiator element distance. Of course, other arrays can also be realized, for example with m = 1024 emitter elements and n = 4 beams. When fully equipped, the emitter elements are arranged in a matrix of 32 columns x 32 rows or in a hexagonal structure.
Claims (19)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1215750A2 (en) * | 2000-12-08 | 2002-06-19 | KMW Inc. | Based transceiver station having multibeam controllable antenna system |
WO2003019727A1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-03-06 | Paratek Microwave, Inc. | Scannable multi-beam antenna using dielectrically tunable phase shifters |
EP1421649A1 (en) * | 2001-06-12 | 2004-05-26 | Interdigital Acquisition Corporation | Method and apparatus for frequency selective beam forming |
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Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6823021B1 (en) * | 2000-10-27 | 2004-11-23 | Greenwich Technologies Associates | Method and apparatus for space division multiple access receiver |
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US6703976B2 (en) * | 2001-11-21 | 2004-03-09 | Lockheed Martin Corporation | Scaleable antenna array architecture using standard radiating subarrays and amplifying/beamforming assemblies |
DE10163455A1 (en) * | 2001-12-25 | 2003-08-21 | Detlef Mansel | Determining direction of mobile radio transmission, by activating sub-groups comprising combinations of antennas in rapid succession and using phase shifts to locate source |
US6738017B2 (en) | 2002-08-06 | 2004-05-18 | Lockheed Martin Corporation | Modular phased array with improved beam-to-beam isolation |
US7050019B1 (en) | 2002-09-11 | 2006-05-23 | Lockheed Martin Corporation | Concentric phased arrays symmetrically oriented on the spacecraft bus for yaw-independent navigation |
US20040196203A1 (en) * | 2002-09-11 | 2004-10-07 | Lockheed Martin Corporation | Partly interleaved phased arrays with different antenna elements in central and outer region |
US7492325B1 (en) | 2005-10-03 | 2009-02-17 | Ball Aerospace & Technologies Corp. | Modular electronic architecture |
US7265719B1 (en) | 2006-05-11 | 2007-09-04 | Ball Aerospace & Technologies Corp. | Packaging technique for antenna systems |
US10009082B2 (en) | 2011-01-17 | 2018-06-26 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Active antenna arrangement for transmitting precoded signals in a communication system, base station, methods and computer programs |
KR20180043272A (en) * | 2015-07-22 | 2018-04-27 | 블루 다뉴브 시스템스, 인크. | Modular phased array |
US9577723B1 (en) * | 2015-08-10 | 2017-02-21 | The Boeing Company | Systems and methods of analog beamforming for direct radiating phased array antennas |
JP6833854B2 (en) | 2015-12-29 | 2021-02-24 | ブルー ダニューブ システムズ, インク.Blue Danube Systems, Inc. | Low thermal impedance structure in phased array |
CN106410396A (en) * | 2016-10-26 | 2017-02-15 | 华南理工大学 | Compact multi-beam antenna array with high and low frequencies of filtering oscillators in interlacing arrangement |
US10263325B2 (en) | 2017-04-17 | 2019-04-16 | Space Systems/Loral, Llc | Modularized feed array arrangement |
US11791570B1 (en) * | 2022-07-20 | 2023-10-17 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Grating lobe cancellation |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3979754A (en) * | 1975-04-11 | 1976-09-07 | Raytheon Company | Radio frequency array antenna employing stacked parallel plate lenses |
US5115248A (en) * | 1989-09-26 | 1992-05-19 | Agence Spatiale Europeenne | Multibeam antenna feed device |
EP0368121B1 (en) * | 1988-11-03 | 1993-11-18 | Alcatel Espace | Electronically scanned antenna |
EP0702424A1 (en) * | 1994-09-15 | 1996-03-20 | Space Systems / Loral, Inc. | Antenna feed and beamforming network |
US5598173A (en) * | 1994-05-17 | 1997-01-28 | Space Engineering S.P.A. | Shaped-beam or scanned beams reflector or lens antenna |
EP0795928A2 (en) * | 1996-03-13 | 1997-09-17 | SPACE ENGINEERING S.p.A. | Antenna with single or double reflector, with shaped beams and linear polarisation |
EP0651461B1 (en) * | 1993-11-02 | 1998-05-06 | Thomson-Csf | Antenna with array of radiating elements |
US5812088A (en) * | 1994-12-19 | 1998-09-22 | Agence Spatiale Europeenne | Beam forming network for radiofrequency antennas |
US5861845A (en) * | 1998-05-19 | 1999-01-19 | Hughes Electronics Corporation | Wideband phased array antennas and methods |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5162803A (en) * | 1991-05-20 | 1992-11-10 | Trw Inc. | Beamforming structure for modular phased array antennas |
US5488380A (en) * | 1991-05-24 | 1996-01-30 | The Boeing Company | Packaging architecture for phased arrays |
US5745076A (en) * | 1996-09-05 | 1998-04-28 | Northrop Grumman Corporation | Transmit/receive module for planar active apertures |
-
1999
- 1999-04-16 DE DE19917202A patent/DE19917202A1/en not_active Withdrawn
-
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- 2000-04-11 US US09/546,761 patent/US6362780B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3979754A (en) * | 1975-04-11 | 1976-09-07 | Raytheon Company | Radio frequency array antenna employing stacked parallel plate lenses |
EP0368121B1 (en) * | 1988-11-03 | 1993-11-18 | Alcatel Espace | Electronically scanned antenna |
US5115248A (en) * | 1989-09-26 | 1992-05-19 | Agence Spatiale Europeenne | Multibeam antenna feed device |
EP0651461B1 (en) * | 1993-11-02 | 1998-05-06 | Thomson-Csf | Antenna with array of radiating elements |
US5598173A (en) * | 1994-05-17 | 1997-01-28 | Space Engineering S.P.A. | Shaped-beam or scanned beams reflector or lens antenna |
EP0702424A1 (en) * | 1994-09-15 | 1996-03-20 | Space Systems / Loral, Inc. | Antenna feed and beamforming network |
US5812088A (en) * | 1994-12-19 | 1998-09-22 | Agence Spatiale Europeenne | Beam forming network for radiofrequency antennas |
EP0795928A2 (en) * | 1996-03-13 | 1997-09-17 | SPACE ENGINEERING S.p.A. | Antenna with single or double reflector, with shaped beams and linear polarisation |
US5861845A (en) * | 1998-05-19 | 1999-01-19 | Hughes Electronics Corporation | Wideband phased array antennas and methods |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1215750A2 (en) * | 2000-12-08 | 2002-06-19 | KMW Inc. | Based transceiver station having multibeam controllable antenna system |
EP1215750A3 (en) * | 2000-12-08 | 2004-01-14 | KMW Inc. | Based transceiver station having multibeam controllable antenna system |
EP1421649A1 (en) * | 2001-06-12 | 2004-05-26 | Interdigital Acquisition Corporation | Method and apparatus for frequency selective beam forming |
EP1421649A4 (en) * | 2001-06-12 | 2005-02-02 | Interdigital Acquisition Corp | Method and apparatus for frequency selective beam forming |
US7425928B2 (en) | 2001-06-12 | 2008-09-16 | Interdigital Technology Corporation | Method and apparatus for frequency selective beam forming |
WO2003019727A1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-03-06 | Paratek Microwave, Inc. | Scannable multi-beam antenna using dielectrically tunable phase shifters |
US6801160B2 (en) | 2001-08-27 | 2004-10-05 | Herbert Jefferson Henderson | Dynamic multi-beam antenna using dielectrically tunable phase shifters |
CN112332075A (en) * | 2020-11-02 | 2021-02-05 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | Multi-beam phased array integration system and method |
CN112332075B (en) * | 2020-11-02 | 2022-04-15 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | Multi-beam phased array integration system and method |
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