DE60126899T2 - Microstrip antenna array - Google Patents

Description

Eine Plattenantenne oder auch Patch-Antenne besteht aus einer strahlenden Schicht (Patch) und einer durch eine Dielektrikumschicht getrennten Masseschicht, wobei die strahlende Schicht durch einen heißen Draht eines Erregungsverbinders erregt wird, der mit der Masseschicht verbunden ist. Es sei bemerkt, dass, wenn die Dielektrikumschicht nicht Luft ist und damit eine von 1 abweichende Dielektrizitätskonstante aufweist, die Antenne Mikrobandantenne (Mikrostrip) genannt wird.A Plate antenna or patch antenna consists of a radiant Layer (patch) and a mass layer separated by a dielectric layer, wherein the radiating layer is through a hot wire of an excitation connector is excited, which is connected to the ground layer. It should be noted if the dielectric layer is not air and therefore one from 1 different dielectric constant has, the antenna micro-band antenna (microstrip) is called.

Zur Verbreiterung des Frequenzbandes kann man jenseits der strahlenden Schicht, auf der der Masseschicht entgegengesetzten Seite, eine oder mehrere Störschichten oder kapazitive Dächer anordnen.to Broadening the frequency band can be beyond the radiant Layer on which the ground layer opposite side, one or more interference layers or capacitive roofs Arrange.

Derartige Antennen sind insbesondere bei Frequenzen von etwa 2000 MHz des Mobilfunkbandes UMTS interessant. Man verwendet diese Antennen jedoch in einem Frequenzbereich, der sich grob von 100 MHz bis 40 GHz erstreckt.such Antennas are particularly at frequencies of about 2000 MHz of Mobile band UMTS interesting. However, these antennas are used in a frequency range extending roughly from 100 MHz to 40 GHz.

Zur Erhöhung des Gewinns kann man diese Antennen als Gitter ausführen. Zu diesem Zweck muss man über eine Schicht zur Versorgung der einzelnen Antennenelemente auf der der strahlenden Schicht entgegengesetzten Seite der Masseschicht verfügen. Da jedoch der Erregungsverbinder mit einer Masseschicht verbunden sein muss, hat man vorgeschlagen, in einem Gitter von Patch-Antennenelementen eine Treibplattenversorgung zu verwenden, d.h. eine Versorgungsschicht, die sich zwischen zwei Masseschichten erstreckt.to increase of the profit you can run these antennas as a grid. To You have to over that a layer for supplying the individual antenna elements on the the radiating layer have opposite side of the ground layer. There however, the excitation connector is connected to a ground layer must, it has been proposed, in a grid of patch antenna elements to use a prop plate supply, i. a supply layer, which extends between two mass layers.

Die Schrift OWENS R P u. Mitarb.: "LOW-PROFILE DUAL BAND, DUAL POLARISED ARRAY ANTENNA MODULE" ELECTRONICS LETTERS, GB, IEEE STEVENAGE, Band 26, Nr. 18, 30. August 1990 (1990-08-30), Seiten 1433–1434, XP000108557 ISSN: 0013-5194, beschreibt ein Gitter von Patchantennenelementen, das eine Dreiplattenversorgung verwendet.The Font OWENS R P u. Employee: "LOW-PROFILE DUAL BAND, DUAL POLARIZED ARRAY ANTENNA MODULES "ELECTRONICS LETTERS, GB, IEEE STEVENAGE, Vol. 26, No. 18, 30 August 1990 (1990-08-30), pages 1433-1434, XP000108557 ISSN: 0013-5194, describes a grid of patch antenna elements that provide a three-plate supply used.

Diese Lösung gestattet jedoch nicht den Zugang zur Versorgungsschicht, um die einzelnen Elemente des Gitters phasenzuverschieben und auf diese Weise die Achse des Strahlungsdiagramms des Gitters auf die gewünschte Weise auszurichten.These solution However, does not allow access to the supply layer to the phasenzu shift individual elements of the grid and on this Make the axis of the radiation pattern of the grid in the desired manner align.

Der Gedanke, die zweite Masseschicht zu entfernen, macht es schwierig, den heißen Draht des Verbinders mit der Versorgungsschicht zu verbinden, indem man den Massemantel des Verbinders, in dem sich der heiße Draht erstreckt, durch eine in der Versorgungsschicht vorgesehene Öffnung durchtreten lässt.Of the Thought to remove the second mass layer makes it difficult the hot ones Connect the wire of the connector to the supply layer by one the mass jacket of the connector, in which the hot wire extends, pass through an opening provided in the supply layer opening.

Ziel der vorliegenden Anmeldung ist es, dieses Problem zu lösen.aim The present application is intended to solve this problem.

Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Gitter von Patch-Antennenelementen, umfassend eine strahlende Schicht von Patches, eine Schicht eines Kreises zur Versorgung der Patches der strahlenden Schicht, eine Masseschicht zwischen der strahlenden Schicht und der Versorgungsschicht und einen Verbinder mit heißem Erregungsdraht, der auf Höhe einer Zone der Versorgungsschicht außerhalb des Versorgungskreises angeordnet ist, wobei der heiße Draht mit der Versorgungsschicht über die strahlende Schicht verbunden ist.To For this purpose, the invention relates to a grid of patch antenna elements, comprising a radiating layer of patches, a layer of a Circle for supplying the patches of the radiating layer, one Mass layer between the radiating layer and the supply layer and a connector with hot Excitation wire at height a zone of the supply layer outside the supply circuit is arranged, with the hot Wire with the supply layer over the radiating layer connected is.

Man hat auf diese Weise die strahlende Schicht des Gitters in eine strahlende und Versorgungsschicht umgewandelt. Mit anderen Worten, das Gitter umfasst zwei Versorgungsschichten.you has in this way the radiating layer of the lattice in a radiant and supply layer converted. In other words, the grid includes two supply layers.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man, indem man eine Masseschicht entfernen wollte, eine zweite Versorgungsschicht geschaffen hat, die mit der strahlenden Schicht zusammenfällt.The Invention is characterized in that one, by a mass layer wanted to remove, created a second supply layer, which coincides with the radiating layer.

Die Patches der Antennenelemente der strahlenden Schicht des Gitters werden vorteilhafterweise durch die Versorgungsschicht über die Masseschicht durchquerende Übergänge erregt.The Patches of the antenna elements of the radiating layer of the grating are advantageously through the supply layer on the Mass layer crossing transitions energized.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzes ist der heiße Draht des Erregungsverbinders mit der strahlenden und Versorgungsschicht und mit der Versorgungsschicht durch zwei die Masseschicht durchquerende Übergänge verbunden.at the preferred embodiment the network according to the invention is the hot one Wire of the excitation connector with the radiating and supply layer and connected to the supply layer by two transitions crossing the ground layer.

Das Gitter umfasst vorzugsweise mindestens eine zweite strahlende Schicht von sekundären Patches, die von der ersten strahlenden Schicht von primären Patches durch ein Zwischen- bzw. Abstandselement mit einer Dielektrizitätskonstante von im Wesentlichen gleich 1 getrennt sind, um mit ihrer Dicke den Durchlassbereich des Gitters steuern zu können.The The grating preferably comprises at least one second radiating layer secondary patches, from the first radiating layer of primary patches through an intermediate or spacer element with a dielectric constant of substantially are separated equal to 1 to the passage area with their thickness to control the grid.

Der Versorgungskreis kann einen einzigen Versorgungseingang pro Antennenelement umfassen, um ein Gitter mit linearer Polarisation zu erhalten, oder mindestens zwei Versorgungseingänge pro Antennenelement, um ein Gitter mit kreisförmiger Polarisation zu erhalten.Of the Supply circuit can have a single supply input per antenna element to obtain a grid with linear polarization, or at least two supply inputs per antenna element to obtain a grating with circular polarization.

Der Versorgungskreis ist vorteilhafterweise auf der Versorgungsschicht mit einem metallisierten Versorgungseingangsbereich zur Verbindung mit dem heißen Erregungsdraht des Verbinders und einem allgemein ringförmigen metallisierten Massebereich zur Verbindung mit einem Massemantel des Erregungsverbinders und mit einem ihn mit der Masseschicht verbindenden Übergang aufgedruckt.The supply circuit is advantageously on the supply layer with a metallized supply input region for connection to the hot excitation wire of the connector and a generally annular metallized mass region for connection to a ground plane of the excitation connector and to ground it layer connecting transition printed.

Die strahlenden Patches und ein metallisierter Bereich zur Erregung und zur Verbindung der strahlenden Schicht und der Versorgungsschicht sind vorzugsweise auf der strahlenden Schicht gedruckt.The radiant patches and a metallized area for excitement and bonding the radiating layer and the supply layer are preferably printed on the radiating layer.

Zum besseren Verständnis der Erfindung folgt eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gitters von Antennenelementen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung. In dieser zeigen:To the better understanding The invention follows a description of the preferred embodiment of the grid according to the invention of antenna elements with reference to the accompanying drawings. In this show:

1 eine Ansicht der Versorgungsschicht mit dem Versorgungskreis von unten, 1 a view of the supply layer with the supply circuit from below,

2 eine Draufsicht auf die strahlende und Versorgungsschicht und 2 a plan view of the radiating and supply layer and

3 eine Ansicht des Gitters in einem Schnitt durch die Versorgungseingangs- und Massebereiche der Versorgungsschicht. 3 a view of the grid in a section through the supply input and ground areas of the supply layer.

Das Gitter von Plattenantennen-Elementen (Patch), das nun beschrieben wird, umfasst eine Masseschicht 1, eine Versorgungsschicht 2 und eine strahlende und Versorgungsschicht 3. Die Masseschicht 1 besteht aus einem Substrat 4, auf dem ein der Versorgungsschicht 2 zugewandter metallisierter Film 5 aufgetragen ist.The grid of patch antenna elements (patch), which will now be described, comprises a ground layer 1 , a supply layer 2 and a radiant and supply layer 3 , The mass layer 1 consists of a substrate 4 on which one of the supply layer 2 facing metallized film 5 is applied.

Die strahlende und Versorgungsschicht 3 besteht aus einem Substrat 6, auf das im vorliegenden Fall vier kreisförmige strahlende Patches 7 und ein im vorliegenden Fall rechteckiger metallisierter Erregungsbereich 8 aufgebracht sind, der eine kleinere Oberfläche als die Patches hat.The radiant and supply layer 3 consists of a substrate 6 , to which in the present case four circular radiant patches 7 and in the present case a rectangular metallized excitation region 8th are applied, which has a smaller surface than the patches.

Die Versorgungsschicht 2 besteht aus einem Substrat, auf dem ein Versorgungskreis 9 mit einem metallisierten Versorgungseingangsbereich 10 und einem metallisierten Massebereich 11 aufgedruckt ist.The supply layer 2 consists of a substrate on which a supply circuit 9 with a metallized supply input area 10 and a metallized mass area 11 is printed.

Die Masseschicht 1 und die Versorgungsschicht 2 sind durch ein Dielektrikum 12 getrennt, das durch seine Dielektrizitätskonstante gekennzeichnet ist, die hier größer als 2, im vorliegenden Fall 2, 3 ist, beispielsweise aus Glas-Teflon, um eine gute Strahlung bei einer Wellenlänge von mehr als 2 GHz zu gewährleisten.The mass layer 1 and the supply layer 2 are through a dielectric 12 separated, which is characterized by its dielectric constant, here greater than 2 , in the present case 2 . 3 is, for example, made of glass Teflon to ensure good radiation at a wavelength of more than 2 GHz.

Die Patches 7 der strahlenden Schicht werden durch einen Verbinder 13 erregt, aus dem ein Massemantel 14 und ein heißer Erregungsdraht 15 austreten.The patches 7 the radiating layer are through a connector 13 excited, from which a mass mantle 14 and a hot excitation wire 15 escape.

Der Versorgungskreis 9 umfasst also den Eingangsbereich 10 und im vorliegenden Fall, da vier strahlende Patches vorgesehen sind und da das Gitter eine kreisförmige Polarisation besitzen soll, acht Endzungen 16 für die Erregung der Patches, d.h. zwei pro Patch, mit zwischen diesen Zungen und dem Eingangsbereich auf bei einem Patchantennengitter gebräuchliche Weise die längs des Kreises gedruckten Phasenschieber und Schalter. Der Eingangsbereich 10 hat die Form eines kleinen länglichen Plättchens, das mit dem Hauptkreis 9 durch zwei Krümmungen verbunden ist.The supply circle 9 includes the entrance area 10 and in the present case, since four radiating patches are provided and since the lattice is to have a circular polarization, eight end tongues 16 for the excitation of the patches, ie two per patch, with the phase shifter and switch printed along the circle between these tongues and the input area, as is usual with a patch antenna grid. The entrance area 10 has the shape of a small oblong tile, which is in the main circle 9 is connected by two bends.

Zwischen dem Eingangsbereich 10 und der benachbarten Endzunge 16 befindet sich der Massebereich 11. Er hat eine allgemeine Ringform, jedoch mit einem im Wesentlichen quadratischen Außenumriss.Between the entrance area 10 and the adjacent end tongue 16 is the mass range 11 , It has a general ring shape, but with a substantially square outer contour.

Der Verbinder 13 ist also auf Höhe dieser Zone 11 der Versorgungsschicht 2 angeordnet, die sich außerhalb des Versorgungskreises 9 befindet.The connector 13 is thus at the height of this zone 11 the supply layer 2 arranged, located outside the supply circle 9 located.

Der Massemantel 14 des Verbinders 13 ist mit dem Bereich 11 und mit dem Massefilm 5 der Schicht 1 durch einen Übergang 17 verbunden.The mass jacket 14 of the connector 13 is with the area 11 and with the mass film 5 the layer 1 through a transition 17 connected.

Der Eingangsbereich 10 der Versorgungsschicht 2 ist mit dem Erregungsbereich 8 der strahlenden und Versorgungsschicht 3 über einen die Masseschicht 1 durchquerenden Übergang 18 verbunden. Der heiße Erregungsdraht 15 des Verbinders 13, der sich in dem Massemantel 14 erstreckt, ist mit dem Erregungsbereich 8 über einen Übergang 19 verbunden, der die Masseschicht 1 durchquert und sich zwischen dem Massebereich 11 und dem Erregungsbereich 8 erstreckt. Der Eingangsbereich 10 ist also mit dem heißen Erregungsdraht 15 verbunden.The entrance area 10 the supply layer 2 is with the excitation area 8th the radiant and supply layer 3 over a the mass layer 1 crossing transition 18 connected. The hot excitation wire 15 of the connector 13 who is in the mass coat 14 extends is with the excitation area 8th about a transition 19 connected to the mass layer 1 passes through and between the mass area 11 and the excitation area 8th extends. The entrance area 10 So it is with the hot excitation wire 15 connected.

Auf diese Weise sind der Versorgungseingangsbereich 10 und zum Teil der Massebereich 11 auf der Versorgungsschicht 2 gegenüber dem Erregungsbereich 8 der strahlenden Schicht 3 gedruckt. Ebenso befinden sich die Enden der Erregungszungen 16 paarweise gegenüber den jeweiligen Patches 7 der strahlenden Schicht 3, mit denen sie über die Masseschicht 1 durchquerende Übergänge 20 verbunden sind.In this way, the supply input area 10 and partly the mass range 11 on the supply layer 2 opposite the excitation area 8th the radiating layer 3 printed. Likewise are the ends of the excitation tongues 16 in pairs opposite the respective patches 7 the radiating layer 3 with which they talk about the mass layer 1 crossing transitions 20 are connected.

Es kann interessant sein, eine Schicht von sekundären Patches auf der der Masseschicht 1 entgegengesetzten Seite der strahlenden und Versorgungsschicht 3 vorzusehen, die von der Schicht 3 der primären Patches 7 durch ein dielektrisches Abstandselement mit einer Dielektrizitätskonstante von im Wesentlichen gleich 1, beispielsweise Schaum, getrennt ist, um einerseits die Verluste optimal zu reduzieren und andererseits um den Durchlassbereich des Gitters steuern zu können.It may be interesting to have a layer of secondary patches on the mass layer 1 opposite side of the radiating and supply layer 3 to be provided by the layer 3 the primary patches 7 by a dielectric spacer having a dielectric constant of substantially equal 1 , For example, foam, is separated, on the one hand to optimally reduce the losses and on the other hand to control the passage area of the grid can.

Claims (7)

Gitter (1) von Patch-Antennenelementen, umfassend eine strahlende Schicht (3) von Patches (7), eine Schicht (2) eines Kreises (9) zur Versorgung der Patches (7) der strahlenden Schicht (3), eine Masseschicht (1) zwischen der strahlenden Schicht (3) und der Versorgungsschicht (2) und einen Verbinder (13) mit einem heißen Draht (15), der auf Höhe einer Zone (11) der Versorgungsschicht (2) außerhalb des Versorgungskreises (9) angeordnet ist, wobei aus dem Verbinder (13) ein Massemantel (14) austritt, der an die Masseschicht (1) angeschlossen ist, wobei der heiße Draht (15) mit der Versorgungsschicht (2) über die strahlende Schicht (3) verbunden ist und die Patches (7) mit dem Versorgungskreis durch die Masseschicht (1) hindurch verbunden sind.Grid (grid) 1 ) of patch antenna elements comprising a radiating layer ( 3 ) of patches ( 7 ), a layer ( 2 ) of a circle ( 9 ) to supply the patches ( 7 ) of the radiating layer ( 3 ), a mass layer ( 1 ) between the radiating layer ( 3 ) and the supply layer ( 2 ) and a connector ( 13 ) with a hot wire ( 15 ) at the height of a zone ( 11 ) of the supply layer ( 2 ) outside the supply circle ( 9 ), wherein from the connector ( 13 ) a mass jacket ( 14 ), which reaches the mass layer ( 1 ), the hot wire ( 15 ) with the supply layer ( 2 ) over the radiating layer ( 3 ) and the patches ( 7 ) with the supply circuit through the ground layer ( 1 ) are connected through. Gitter nach Anspruch 1, bei dem die Patches (7) der Antennenelemente der strahlenden Schicht (3) des Gitters durch die Versorgungsschicht (2) über Übergänge (20), die die Masseschicht (1) durchqueren, erregt werden.A grid according to claim 1, wherein the patches ( 7 ) of the antenna elements of the radiating layer ( 3 ) of the grid through the supply layer ( 2 ) via transitions ( 20 ), the mass layer ( 1 ) are traversed, excited. Gitter nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem der heiße Draht (15) des Erregungsverbinders (13) mit der strahlenden und Versorgungsschicht (3) und mit der Versorgungsschicht (2) über zwei die Masseschicht (1) durchquerende Übergänge (19, 18) verbunden ist.Grid according to one of claims 1 and 2, in which the hot wire ( 15 ) of the excitation connector ( 13 ) with the radiating and supply layer ( 3 ) and with the supply layer ( 2 ) over two the mass layer ( 1 ) crossing transitions ( 19 . 18 ) connected is. Gitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Versorgungskreis (9) einen einzigen Versorgungseingang pro Antennenelement umfasst.Grid according to one of Claims 1 to 3, in which the supply circuit ( 9 ) comprises a single supply input per antenna element. Gitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Versorgungskreis (9) mindestens zwei Eingänge (16) pro Antennenelement (7) umfasst.Grid according to one of Claims 1 to 3, in which the supply circuit ( 9 ) at least two inputs ( 16 ) per antenna element ( 7 ). Gitter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Versorgungskreis (9) auf der Versorgungsschicht (2) gedruckt ist, und zwar mit einem metallisierten Versorgungseingangsbereich (10) zur Verbindung mit dem heißen Erregungsdraht (15) des Verbinders (13).Grid according to one of Claims 1 to 5, in which the supply circuit ( 9 ) on the supply layer ( 2 ) is printed, with a metallized supply input region ( 10 ) for connection to the hot excitation wire ( 15 ) of the connector ( 13 ). Gitter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Versorgungskreis (9) auf der Versorgungsschicht (2) mit (1) gedruckt ist.Grid according to one of Claims 1 to 6, in which the supply circuit ( 9 ) on the supply layer ( 2 ) With ( 1 ) is printed.