DE4409747A1 - Antennenarray - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antennenarray nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Antennenarray ist beispielsweise bekannt aus der US-A- 5 091 731, bei welchem eine Mehrzahl von Einzelstrahlerelementen auf einem gemeinsamen Substrat an­ geordnet sind. Das Substrat enthält zur Frequenzumsetzung Mischerdioden, so daß nur niederfrequente Ausgangssignale abzuführen sind.

Bei komplexeren Schaltungsgruppen zur Signalverarbeitung auf dem Substrat kann eine solche Schaltungsgruppe aus Gründen des Platzbedarfs und störender Verkoppelungen nicht am Ort des Strahlerelements auf dem Substrat ange­ ordnet werden, sondern benötigt separaten Platz, was bei Antennenarrays mit 3 × 3 Elementen zu Zuleitungsproble­ men für die innenliegenden Einzelstrahler führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Antennen­ array anzugeben, das eine Mehrzahl von Einzelstrahlerelementen mit zugeordneten Schaltergruppen in einer vorteilhaften Anordnung umfaßt.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un­ teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht.

In der skizzierten bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 sind Einzelstrahlerelemente E in einer Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet. Ein Einzelstrahlerelement E sei als Hornstrahler mit einem trichterförmigen Reflektor aus­ gebildet, wie es an sich z. B. aus IEEE Transactions AP Vol 39, No. 6, Juni 1991, S. 820-825 bekannt ist.

In Fig. 2 ist ein vorteilhafter Aufbau eines der in Fig. 1 vorgesehenen Strahlerelemente skizziert. Ein auf einem Substrat angeordneter Reflektorkörper K ist innen konisch bzw. pyramidenförmig geformt und bildet ein Horn für ein in einem Fenster am Fuß des Trichters befindliches Anten­ nenelement. Dieses ist über Zuleitungen L mit vorzugsweise monolithisch integrierten Bauelementen einer Schaltungs­ baugruppe Sch verbunden. Die Schaltungsgruppen Sch sind außerhalb des vom Einzelstrahlerelement beanspruchten Platzes auf demselben Substrat angeordnet. Das Substrat besteht beispielsweise aus GaAs. Die Rückseite des Sub­ strats trägt vorteilhafterweise eine ganzflächige Metalli­ sierung M. Die Hauptstrahlrichtung des Strahlerelements verläuft senkrecht zur Substratebene.

Die spezielle Ausgestaltung der Einzelstrahlerelemente ist weitgehend beliebig. Die Erfindung gilt allgemein für An­ tennenarrays mit Einzelstrahlerelementen, deren Haupt­ strahlungsrichtung quer, insbesondere senkrecht zu einer Trägersubstratebene verläuft. Insbesondere können auch durch das Substrat strahlende Ausführungsformen eingesetzt werden. Die einseitige flächige Substratmetallisierung zeigt zusätzlich den Vorteil der Abschirmung der Schal­ tungsgruppen Sch gegen unerwünschte Ein- und Auskopplung von hochfrequenten Signalen.

Ein Einzelstrahlerelement ist gemäß Fig. 2 so auf dem Sub­ strat angeordnet, daß es an einem Rand des Substrats liegt und/oder einen Rand der Substrat und Strahlerelement um­ fassenden Anordnung bildet.

Vorzugsweise sind die Einzelstrahlerelemente zu mehreren so zusammengefaßt, daß sie auf einen gemeinsamen Substrat eine Elementzeile mit in Zeilenrichtung Z aufeinanderfol­ genden Einzelstrahlerelementen bilden. Vorzugsweise ist jedem Element auf dem gemeinsamen Substrat ein sich in Spaltenrichtung Sp (senkrecht zur Zeilenrichtung) erstrec­ kender Streifen für die zugehörigen Schaltungsbaugruppen Sch zugeordnet, was in Fig. 1 durch die punktierten Linien auf einer Substratoberfläche angedeutet ist.

Die verschiedenen Substrate sind nun wie aus Fig. 1 er­ sichtlich in verschiedenen Elementen angeordnet, die im skizzierten Beispiel parallel liegen, aber auch gegenein­ ander leicht geneigt sein können. Die Einzelstrahlerele­ mente dürfen sich dabei nicht überdecken, es ist aber ein möglichst großer Flächenfüllfaktor anzustreben. Im Bei­ spiel nach Fig. 1 stoßen die außenliegenden Ränder der Elementzeile eines Substrats unmittelbar an die Elemente des darunter angeordneten Substrats, so daß sich eine vollständig flächenfüllende Anordnung ergibt. Der Abstand d zwischen zwei Substraten kann für alle Substratfolgen gleich sein, kann aber auch zur Annäherung der gestuften Elementzeilenfolge an eine bestimmte Kurvenform, bei­ spielsweise die gekrümmte Fokusfläche F einer Linse oder eines Reflektors als abbildendem Element T variabel ge­ wählt werden, wie in Fig. 3 für ein Antennenarray mit ei­ ner Linse L und mehreren in verschiedenen parallelen Ele­ menten angeordneten Substraten mit Einzelstrahlerelementen in Zeilenformation skizziert ist. Das abbildende Element kann auch als Reflektor ausgeführt sein.

Die Schaltungsgruppen enthalten insbesondere Mittel zur Frequenzumsetzung hochfrequenter Empfangssignale mit einem Lokaloszillatorsignal in eine Basisband- oder Zwischenfre­ quenzlage, wobei diese Mittel vorzugsweise monolithisch integriert sind. Die in den Skizzen nicht mit eingezeich­ neten Mittel zum Anschluß der Substrate an externe Versor­ gung- und Auswerteeinrichtungen über zuführende HF- und Steuersignal- sowie Speiseleitungen und abführende ZF-Si­ gnalleitungen sind allgemein bekannt.

Die Anordnung kann sowohl wie in Fig. 3 skizziert mit ei­ nem abbildenden Element (Linse oder Reflektor) als bildge­ bende Einrichtung oder ohne abbildendes Element als pha­ sengesteuerte Gruppenantenne eingesetzt sein.

Die Antennen A der Einzelstrahlerelemente sind vorzugs­ weise für zwei orthogonale Polarisationen ausgelegt und das Antennenarray ist dann vorteilhafterweise polarime­ trisch, d. h. gleichzeitig oder im Zeitmultiplex in unter­ schiedlichen Polarisationen betrieben.

Claims (11)

1. Antennenarray mit einer Mehrzahl von Einzelstrahler­ elementen und diesen jeweils zugeordneten Schaltungsgrup­ pen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Substrate in un­ terschiedlichen Ebenen angeordnet sind und daß jedes Einzelstrahlerelement mit der zugeordneten Schaltungs­ gruppe auf einem Substrat kombiniert ist.

2. Antennenarray nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein für alle Einzelstrahlerelemente gemeinsames abbil­ dendes Element vorgesehen ist.

3. Antennenarray nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahlerelemente in der Brennfläche des ab­ bildenden Elements angeordnet sind.

4. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahler auf den Sub­ straten randständig angeordnet sind.

5. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahlerelemente in parallelen Zeilen angeordnet sind und zeilenweise auf ei­ nem gemeinsamen Substrat zusammengefaßt sind.

6. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahlerelemente flä­ chenfüllend aneinander angrenzen.

7. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Einzelstrahle­ relementen zumindest in einer Richtung der gekrümmten Fo­ kusfläche des abbildenden Elements folgt.

8. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Substrate eine Rückseitenme­ tallisierung aufweisen.

9. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Substratebenen parallel zueinander liegen.

10. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß auf den Substraten Schaltungs­ gruppen zur Sende- und Empfangssignalverarbeitung inte­ griert werden.

11. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahlerelemente je­ weils getrennt betreibbare Antennenelemente in unter­ schiedlichen Polarisationen aufweisen.