DE4102846A1 - Planar microwave aerial for satellite TV reception - has single feed mains radiation element structure in individual aerial housing - Google Patents

Abstract

The planar microwave aerial consists of feed mains-radiation element-structure in strip conductor technique, mass surfaces which enclose the feed mains, and radiation windows in the mass surfaces in which the radiation elements affect the wave conversion from and to free space. A unit for high frequency connection of a converter to the feed mains is arranged in an enclosed and mechanically supporting housing. The grid-type radiation windows distributed over the aerial surface are segregated in several sectors into an equal number of groups. Each radiation window has two radiation elements (14,15), which within a sector are connected to each of two separate part feed mains. Each of the two part feed mains of a sector connects all radiation elements (14,15) for a polarisation component to the wave to be converted. USE/ADVANTAGE - For 11-12 GHz band. Using triplate arrangement, high frequency signals of each type of polarisation can be received.

Description

Die Erfindung betrifft eine Planarantenne gemäß dem Obergriff des Patentanspruchs, wie sie z. B. für den Fernsehempfang via Satellit, im 11- und 12-GHz-Bereich, Verwendung findet.The invention relates to a planar antenna according to the upper handle of the claim as z. B. for television reception via Satellite, in the 11 and 12 GHz range, is used.

Bei den bekannten Planarantennen sind die HF-Kopplungs- und Leitungsstrukturen so gestaltet, daß mit einem Modul aus Speise­ netzwerk/Strahler-Fläche/Masseflächen (Triplate) jeweils nur Wellen einer Polarisationsart ein- bzw. ausgekoppelt werden können, z. B. horizontal oder vertikal oder zirkular-rechts­ drehend oder -linksdrehend.In the known planar antennas, the RF coupling and Line structures designed so that with a module of food network / radiator surface / ground surfaces (triplates) each only Waves of a polarization type are coupled in or out can, e.g. B. horizontal or vertical or circular-right turning or turning left.

Die Polarisationsart ist abhängig vom Querschnitt der Strahler­ fenster, von Anordnung und Konfiguration der Strahlerelemente und von ihrer Anbindung an das Speisenetzwerk. Beispiele übli­ cher Ausführungen sind in EP-Anmeldung 8 61 10 153, EP-Anmeldung 8 74 01 252 und DE-OS 37 06 051 und in dem Beitrag Ephan, N., und andere: Flachantenne für zirkulare Polarisation (Zeitschrift Funkschau, Heft 18/1990, Seite 58 ff) beschrieben.The type of polarization depends on the cross section of the radiators window, of the arrangement and configuration of the radiator elements and from their connection to the dining network. Examples übli Versions are in EP application 8 61 10 153, EP application 8 74 01 252 and DE-OS 37 06 051 and in the contribution Ephan, N., and other: flat antenna for circular polarization (magazine Funkschau, issue 18/1990, page 58 ff).

Um mit mehr als einer Polarisationsart zu empfangen, ordnet man in einer Antenne, in Wirkrichtung hintereinander, zwei Triplate- Module an (z. B. GB-Patentanmeldung 21 95 832, DE-OS 39 17 138, EP-Anmeldung 8 74 01 252).To receive with more than one type of polarization, you arrange in one antenna, one behind the other in the direction of action, two triplate Modules (e.g. GB patent application 21 95 832, DE-OS 39 17 138, EP application 8 74 01 252).

Die Strahlerfenster beider Triplates müssen koaxial sein; zwi­ schen den beiden Trägerfolien genügt eine Massefläche. So wird es möglich, Signale mit beiden linearen oder beiden zirkularen Polarisationen innerhalb eines Frequenzbands zu empfangen. Ein Empfang von Wellen mit linearer und mit zirkularer Polarisation ist mit einem derartigen Aufbau wegen der fehlenden Orthogona­ lität technisch nicht realisierbar. The radiator windows of both triplates must be coaxial; between A ground surface is sufficient for the two carrier foils. So will it is possible to use signals with both linear or circular To receive polarizations within a frequency band. A Receive waves with linear and circular polarization is with such a structure because of the lack of orthogona technically not feasible.  

Eine weitere Möglichkeit für den gleichzeitigen Empfang in zwei Polarisationsarten ist in der EP-Anmeldung 8 74 01 252 angedeu­ tet: zwei Triplates mit unterschiedlicher oder gegeneinander gedrehter Speisenetz/Strahler-Struktur nebeneinander, auf ge­ meinsamer oder getrennter Trägerfolie. Das ist etwa das gleiche, wie wenn man zwei Planarantennen nebeneinander aufstellt, nur daß sich der Gehäuseaufwand verringert und man eine Antennen­ halterung einspart.Another option for receiving in two at the same time Types of polarization are indicated in EP application 8 74 01 252 tet: two triplates with different or against each other rotated feed network / spotlight structure side by side, on ge common or separate carrier film. It's about the same thing like placing two planar antennas next to each other, only that the housing costs are reduced and an antenna saves bracket.

Der erhöhte Aufwand, der bei der Nebeneinander- wie auch bei Hintereinanderschaltung der Triplates nicht vermeidbar ist, stellt wohl den Hauptnachteil aller bisherigen Lösungsvorschläge von Planarantennen für mehr als eine Polarisationsart dar.The increased effort involved in side by side as well Series connection of the triplates is unavoidable, is probably the main disadvantage of all previous solutions of planar antennas for more than one type of polarization.

Hinzu kommen bei der Variante mit Hintereinanderschaltung Pro­ bleme in bezug auf Empfangsleistung und -qualität: die Träger­ folie des äußeren Triplate wirkt dämpfend auf den vom nachge­ schalteten Triplate auszukoppelnden Signalanteil, und bei Anord­ nung einer Reflexionsfläche hinter den Triplates - für die es einen optimalen Abstand nur zu einer Trägerfolie geben kann - müssen Kompromisse geschlossen werden, d. h. die Empfangsbedin­ gungen in beiden oder in einer von beiden Polarisationsarten verschlechtern sich zusätzlich.In addition, there are Pro with the series connection problems with reception performance and quality: the carriers The film of the outer triplate has a dampening effect on that of the subsequent one switched triplate signal portion to be decoupled, and when arranged of a reflection surface behind the triplates - for which it can only give an optimal distance to a carrier film - compromises must be made, d. H. the reception condition conditions in both or in one of both types of polarization additionally worsen.

Beiden Prinzipen ist weiterhin gemeinsam, daß auf den wesent­ lichen Vorteil der Planarantennen - die geringe Größe bzw. die extrem flache Bauweise - zu einem Teil verzichtet werden muß. Das käme besonders dann zum Tragen, wenn man die Antenne im Zimmer aufstellen wollte - ebenso, wie in diesem Fall auch die Aufstellung z. B. von zwei Antennen für je eine Polarisationsart kaum zu vertreten wäre. Both principles still have in common that on the essential advantage of the planar antennas - the small size or the extremely flat design - part of it has to be dispensed with. This would be particularly important if you put the antenna in Wanted to set up the room - just like in this case Lineup z. B. of two antennas for each type of polarization would hardly be represented.  

Bis heute werden im Handel Planarantennen für die bisher theore­ tisch möglichen jeweils zwei Polarisationsarten nicht angeboten, so daß man für jedes Frequenzband des Satellitenfernsehens zwei Antennen benötigte, wollte man das gesamte Programmspektrum mit Einzelantennen ausschöpfen.To date, planar antennas for theories so far have been used in retail not possible to offer two types of polarization, so that you have two for each frequency band of satellite television If you wanted antennas, you wanted the entire range of programs Use individual antennas.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Planarantenne zu entwickeln, bei der mit einer Triplate-Anordnung, d. h. ohne erhöhten Aufwand gegenüber der bekannten Spezialantenne, HF-Signale jeder Polarisationsart empfangen werden können.The invention has for its object to a planar antenna develop in which with a triplate arrangement, d. H. without increased effort compared to the known special antenna, RF signals of any type of polarization can be received.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmalen gelöst.This object is achieved with the in the characterizing Part of the main claim resolved characteristics.

In den Unteransprüchen werden Ausgestaltungen des Erfindungs­ gedankens angegeben.Embodiments of the invention are described in the subclaims mentally stated.

Die beiden rechtwinklig zueinander angeordneten Strahlerelemente in den Strahlerfenstern, die nicht miteinander, sondern jedes direkt mit dem zentralen Einspeisepunkt verbunden sind, entneh­ men dem einfallenden Signal beliebiger Polarisation jedes die seiner Winkellage entsprechende lineare Feldkomponente. Das heißt, das Strahlerelementepaar koppelt, soweit vorhanden, zwei orthogonale lineare Feldkomponenten aus.The two radiator elements arranged at right angles to each other in the spotlight windows, not each other, but each are directly connected to the central entry point men the incident signal of any polarization each linear field component corresponding to its angular position. The means that the pair of radiator elements, if available, couples two orthogonal linear field components.

Im Einspeisepunkt, der als Hohlleiter ausgebildet ist, werden die beiden Feldkomponenten - hier summiert aus den beiden Teil­ speisenetzwerken - unter Berücksichtigung ihrer gegenseitigen Phasenlage wieder zusammengesetzt und damit das Signal in der richtigen Polarisation rekonstruiert.At the entry point, which is designed as a waveguide the two field components - here summed up from the two parts dining networks - taking into account their mutual Reassembled phase position and thus the signal in the correct polarization reconstructed.

Die erfindungsgemäße Antenne eignet sich - in Verbindung mit jeweils dem entsprechenden Konverter - ohne konstruktive Ände­ rungen und Anpassungen für Senden und Empfangen in allen Polari­ sationsarten, auch mit ellyptischer Polarisation. The antenna according to the invention is suitable - in conjunction with the respective converter - without any design changes Adjustments and adjustments for sending and receiving in all Polari sations types, also with elliptical polarization.  

Ebenfalls nicht erforderlich ist die Kompensation des Polarisa­ tionswinkels (durch Drehung der Antenne in der Flächenachse), wie sie bei den herkömmlichen Planarantennen zumindest in den Randbereichen der Ausleuchtungszonen vorgenommen werden muß.Compensation of the Polarisa is also not required tion angle (by rotating the antenna in the surface axis), as with the conventional planar antennas at least in the Edge areas of the illumination zones must be made.

Die neue Antenne entspricht in puncto Fertigungsaufwand, Kosten und äußere Konturen jeder beliebigen bekannten Planarantenne für eine einzelne Polarisationsart. Sie ist darüber hinaus der Para­ bolspiegel-Antenne gleichwertig. Das erfindungsgemäße Prinzip kann zur Grundlage für die Entwicklung breitbandiger Satelliten- Planarantennen genommen werden, mit denen dann - wie heute be­ reits bei den Parabolspiegel-Antennen - ferngesteurt wahlweise, z. B. über Konverter mit vorgesetzten Polarisationswandlern, Empfang in Frequenzbereichen mit linearer und mit zirkularer Polarisation möglich ist.The new antenna corresponds in terms of manufacturing costs and outer contours of any known planar antenna for a single type of polarization. It is also the Para Bolspiegel antenna equivalent. The principle according to the invention can be the basis for the development of broadband satellite Planar antennas are used with which - as today riding the parabolic mirror antennas - remote-controlled, e.g. B. via converters with polarization converters, Reception in frequency ranges with linear and with circular Polarization is possible.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigtThe invention is illustrated below with the aid of an embodiment explained in more detail. In the accompanying drawing shows

Fig. 1 Trägerfolie mit Speisenetzwerk bis zu den Strahler­ gruppen, Fig. 1 carrier film with feed network to the antenna element groups,

Fig. 2 Strahlergruppe mit Anbindung der Strahlerelemente. Fig. 2 emitter group with connection of the emitter elements.

Fig. 1 zeigt schematisch eine komplette Trägerfolie für eine Planarantenne mit der erfindungsgemäßen Leiterbahnenstruktur. Die Strahlerfenster in der darüber liegenden Massefläche sind dünn ausgezogen und damit nur angedeutet. Fig. 1 shows schematically a complete base film for a planar antenna according to the invention with the conductor track structure. The radiator windows in the ground area above are thinly drawn out and thus only hinted at.

Mit 1 ist der Einspeisepunkt bezeichnet, ein Hohlleiterab­ schnitt, in den die Koppelenden 2 und 3 je zweier Verbindungs­ leitungen 4 und 5 ragen, die zu den Anbindungspunkten 6 und 7 für die Teil-Speisenetzwerke der Strahlersektoren 8 führen. Die Teil-Speisenetze sind jeweils paarig an die Verbindungsleitung für eine Feldkomponente angeschlossen.With 1 the feed point is designated, cut a waveguide section, in which the coupling ends 2 and 3 each two connecting lines 4 and 5 protrude, which lead to the connection points 6 and 7 for the partial feed networks of the radiator sectors 8 . The partial feed networks are each connected in pairs to the connecting line for a field component.

Von den Anbindungspunkten 6 und 7, die bei diesem Ausführungs­ beispiel an den Eckpunkten der Sektoren angeordnet sind, gehen Verteilerleitungen 9 und 10 zu den Strahlergruppen 11. Dieses Bild wiederholt sich ähnlich bei der einzelnen Strahlergruppe 11, die Fig. 2 (in zwei Varianten) zeigt. Hier führen von zwei diametralen Eckpunkten Verbindungen 12 und 13 zu den Strahler­ elementen 14 und 15. Die Verteilerleitungen und die Verbindungen bilden innerhalb des Sektors jeweils zwei Teil-Speisenetze, deren Leiterbahnen einander kammartig durchdringen, sich aber in keinem Punkt kreuzen. Dadurch entsteht für die beiden Polarisa­ tionskomponenten jeweils ein separater Weg 14-12-9-6-4-2 bzw. 15-13-10-7-5-3 in den Einspeisepunkt 1.From the connection points 6 and 7 , which are arranged in this embodiment example at the corner points of the sectors, distribution lines 9 and 10 go to the radiator groups 11th This image is repeated in a similar manner for the individual radiator group 11 , which is shown in FIG. 2 (in two variants). Connections 12 and 13 lead to the radiator elements 14 and 15 from two diametrical corner points. The distribution lines and the connections form two partial feed networks within the sector, the conductor tracks of which penetrate each other like a comb, but do not intersect at any point. This creates a separate path 14-12-9-6-4-2 or 15-13-10-7-5-3 for the two polarization components in the entry point 1 .

Diese Wege sind im Gegensatz zu den Speisenetzwerken bei den Lösungen des Stands der Technik unterschiedlich lang. Da jedoch jede einzelne Leiterbahnlänge als ganzes Vielfaches der mittle­ ren Betriebswellenlänge ausgeführt ist, gelangen die Feldkompo­ nenten von jedem Strahlerelement phasengleich zum Einspeise­ punkt, und das Gesamtsignal aus den Komponentensummen wird phasenrichtig und damit in der Eingangspolarisation aufgebaut.These paths are in contrast to the dining networks in the State-of-the-art solutions of different lengths. However, since each individual track length as a multiple of the mean Ren operating wavelength is executed, the field compo of each radiator element in phase with the feed point, and the total signal from the component sums is in phase and thus built up in the input polarization.

Ein weiterer Effekt ist die im Vergleich zu den bekannten Lösun­ gen unterschiedliche Dämpfung auf den ungleich langen Leiter­ bahnen - zum Teil geringer und teilweise höher. Berechnungen und Messungen haben jedoch gezeigt, daß die mittlere Weglänge aller Strahlerelemente 14 und 15 zu den Koppelenden 2 und 3 bei der erfindungsgemäßen Lösung tatsächlich gleich dem bei den Lösungen des Stands der Technik sich ergebenden Maß ist und daß auch die mittlere Dämpfung und damit die Gesamtdämpfung des Speisenetz­ werks bei der erfindungsgemäßen Lösung dem üblichen Wert ent­ spricht.Another effect is the different attenuation compared to the known solutions on the unevenly long tracks - some lower and some higher. However, calculations and measurements have shown that the mean path length of all radiator elements 14 and 15 to the coupling ends 2 and 3 in the solution according to the invention is actually the same as the dimension resulting in the solutions of the prior art and that the mean damping and thus the total damping the dining network speaks ent the usual value in the solution according to the invention.

Die Struktur der Leiterbahnen innerhalb der Sektoren und inner­ halb der Strahlergruppen ist gleich, nur daß das Leitungsnetz jeweils um 90° gedreht wird. Das ist bei Fig. 1 am linken und am rechten Sektor erkennbar. Fig. 2a zeigt das Leitungsnetz einer Strahlergruppe für den linken oberen Sektor; das gleiche Bild, um 90° gedreht, ergibt das in Fig. 2b gezeigte Leitungsnetz einer Strahlergruppe für den rechten oberen Sektor.The structure of the conductor tracks within the sectors and within the radiator groups is the same, only that the network is rotated by 90 °. This can be seen in Fig. 1 on the left and right sectors. Fig. 2a shows the pipe network of an antenna array for the left upper sector; the same picture, rotated by 90 °, gives the line network shown in FIG. 2b of a radiator group for the upper right sector.

Claims (5)

1. Planare Mikrowellen-Antenne, im wesentlichen bestehend aus

• - Speisenetz-Strahlerelemente-Strukturen in Streifenleiter­ technik,
• - Masseflächen, die das Speisenetz umgeben,
• - Strahlerfenstern in den Masseflächen, in denen die Strahlerelemente die Wellenumwandlung vom bzw. zum Freiraum bewirken, und
• - Mitteln zum HF-Anschluß eines Konverters an das Speisenetz­ werk, die in einem geschlossenen und mechanisch tragenden Gehäuse angeordnet sind,

1. Planar microwave antenna, consisting essentially of

• - Feed network radiator element structures in stripline technology,
• - ground surfaces surrounding the feed network,
• - Spotlight windows in the ground surfaces in which the spotlight elements effect the wave conversion from or to the free space, and
• - Means for HF connection of a converter to the feed network, which are arranged in a closed and mechanically load-bearing housing,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• - die rasterartig über die Antennenfläche verteilten Strahlerfenster sind in mehrere Sektoren (8) mit jeweils einer gleichen Zahl Gruppen (11) aufgeteilt,
• - jedem Strahlerfenster sind zwei Strahlerelemente (14, 15) zugeordnet, die innerhalb eines Sektors (8) an je eines von zwei separaten Teil-Speisenetzwerken angeschlossen sind,
• - jedes der beiden Teil-Speisenetzwerke eines Sektors ver­ bindet alle Strahlerelemente (14) bzw. (15) für eine gleiche Polarisationskomponente der umzuwandelnden Welle,
• - die Teil-Speisenetzwerke sind vorzugsweise paarig mit einer Verbindungsleitung (4, 5) an den zentralen Einspeisepunkt (1) angeschlossen und bestehen aus Verteilerleitungen (9, 10) zu den Gruppen (11) und aus Verbindungsleitungen (12, 13) zu den Strahlerelementen (14, 15),
• - die Anbindungspunkte (6, 7) der Teil-Speisenetzwerke für je einen Polarisationsanteil an einem Sektor (8) und an der Gruppe (11) sind einander diametral angeordnet, und die Ver­ teilerleitungen (9, 10) und die Verbindungsleitungen (12, 13) durchdringen einander kammartig und kreuzungsfrei,
• - die Maßverhältnisse aller Leitungsbahnen des Speisenetz­ werks sind so gestaltet, daß die Länge jedes einzelnen Leitungswegs zwischen einem Strahlerelement (14, 15) und dem Einspeisepunkt (1) exakt ein ganzzahliges Vielfaches der mittleren Betriebswellenlänge beträgt.

characterized by the following features:

• - The radiator windows distributed in a grid pattern over the antenna area are divided into several sectors ( 8 ), each with an equal number of groups ( 11 ),
• - Each radiator window is assigned two radiator elements ( 14, 15 ) which are connected to one of two separate partial feed networks within a sector ( 8 ),
• - Each of the two partial feed networks of a sector connects all radiator elements ( 14 ) or ( 15 ) for the same polarization component of the wave to be converted,
• - The partial feed networks are preferably connected in pairs with a connecting line ( 4, 5 ) to the central feed point ( 1 ) and consist of distribution lines ( 9, 10 ) to the groups ( 11 ) and connecting lines ( 12, 13 ) to the radiator elements ( 14, 15 ),
• - The connection points ( 6, 7 ) of the partial feed networks for each polarization component in a sector ( 8 ) and in the group ( 11 ) are arranged diametrically opposite one another, and the distribution lines ( 9, 10 ) and the connecting lines ( 12, 13 ) penetrate each other like a comb and free of crossings,
• - The proportions of all lines of the food network are designed so that the length of each line between a radiator element ( 14, 15 ) and the feed point ( 1 ) is an integer multiple of the mean operating wavelength.

2. Planare Mikrowellen-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speisenetz-Struktur in Stripline - oder in suspended-Stripline-Technik aufgebaut ist.2. Planar microwave antenna according to claim 1, characterized records that the feed network structure in stripline - or in suspended stripline technology is built. 3. Planare Mikrowellen-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speisenetz-Strahler-Struktur und die Masse­ flächen in koplanar-Leitungstechnik aufgebaut sind.3. Planar microwave antenna according to claim 1, characterized records that the feed network emitter structure and the mass surfaces are built in coplanar line technology. 4. Planare Mikrowellen-Antenne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination von Stripline- und suspended-Stripline- und bzw. oder koplanar-Technik in einer Antennen-Konstruk­ tion.4. Planar microwave antenna according to claim 1, characterized through the combination of stripline and suspended stripline and or or coplanar technology in an antenna construction tion.