EP1045473A2 - Multibeam-Phasenarray-Antenneneinrichtung - Google Patents

Multibeam-Phasenarray-Antenneneinrichtung Download PDF

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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
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
devices
antenna device
bfn
beam shaping
modules
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00105188A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1045473A3 (de
Inventor
Jürgen Butz
Hans-Peter Diercks
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tesat Spacecom GmbH and Co KG
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1045473A2 publication Critical patent/EP1045473A2/de
Publication of EP1045473A3 publication Critical patent/EP1045473A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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

Bei einer Multibeam-Phasenarray-Antenneneinrichtung sind Strahlformeinrichtungen (BFN) jeweils in abgegrenzten Strängen hinter jeweils einem Strahlerelement (SE1...SEm) vorgesehen in Abhängigkeit der Anzahl der einspeisbaren/abnehmbaren Antennensignale. Pro Strang von Strahlformeinrichtungen (BFN) ist jeweils ein Signalkombinator (SK) vorgesehen. Signalteilungseinrichtungen (VR1...VRn) zur Ansteuerung der Strahlformeinrichtungen sind vorzugsweise auf der Rückseite der Schaltungsträgersubstrate (SU) für die Strahlformeinrichtungen (BFN)aufgebracht, um einen Kompaktaufbau zu ermöglichen. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Multibeam-Phasenarray-Antenneneinrichtung mit in einer Matrix angeordneten Strahlerelementen, die jeweils über Strahlformeinrichtungen ansteuerbar sind.
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.
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.
Vorteile der Erfindung
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.
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.
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.
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.
Insgesamt zeichnet sich die erfindungsgemäße Antenneneinrichtung durch eine hohe Integrationsdichte und Kompaktheit aus.
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.
Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen
  • Figur 1 eine schematische Übersicht der Signalwege innerhalb der Antenne,
  • Figur 2 eine Ansicht eines Teils der Antenneneinrichtung mit acht Strängen von Strahlformeinrichtungen und vier einspeisbaren Antennensignalen,
  • Figur 3 aufeinandergestapelte wannenartige Module,
  • Figur 4 Signalverteilungseinrichtung für vier Antennensignale (Beams), jeweils auf der Rückseite der Schaltungsträgersubstrate für die Strahlformeinrichtungen,
  • Figur 5 einen Längsschnitt durch die Stränge von Strahlformeinrichtungen,
  • Figur 6 die Antenneneinrichtung mit seitlich angebrachten Zusatzeinrichtungen,
  • Figur 7 einen Längsschnitt durch die Zusatzeinrichtungen und
  • Figur 8 ein Antennenarray mit aktiven Strahlerelementen in unterschiedlichen Quadranten.
    • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
    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.
    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.
    Im nicht ausführlich behandelten Empfangsbetrieb ist anstatt des Sendeverstärkers oder Leistungsverstärkers ein LNA (Low Noise Amplifier) und ein Eingangsfilter notwendig.
    Mit der Realisierung gemäß Figur 1 ist es möglich, daß jedes Strahlerelement SE1... SEm von jedem der n einspeisbaren Antennensignale (Beams) gespeist werden kann.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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
    Figure 00090001
    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.

    Claims (19)

    1. Multibeam-Phasenarray-Antenneneinrichtung mit in einer Matrix angeordneten Strahlerelementen (SE1...SEm), die jeweils über Strahlformeinrichtungen (BFN) ansteuerbar sind, mit folgenden Merkmalen:
      es sind Signalteilungseinrichtungen (V1...Vn) entsprechend der Anzahl (n) der im Sendebetrieb einspeisbaren oder im Empfangsbetrieb abnehmbaren Antennensignale vorgesehen,
      es sind Strahlformeinrichtungen (BFN) pro Anzahl (n) der einspeisbaren oder abnehmbaren Antennensignale in einem abgegrenzten Strang hinter jeweils einem Strahlerelement (SE1...SEm) angeordnet,
      die Strahlformeinrichtungen (BFN) sind über Verbindungsvielfache (KF) mit den Signalteilungseinrichtungen (V1...Vn) verbindbar,
      pro Strang von Strahlformeinrichtungen (BFN) ist ein Signalkombinator (SK) vorgesehen über den jeweils ein Strahlerelement (SE1...SEm) direkt oder ggf. über eine Verstärkungs- (VS1...VSm)- und/oder Filtereinrichtung (FI1...FIm) ankoppelbar ist.
    2. Antenneneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Untermenge von Strängen, die insbesondere in einer ersten Vorzugsrichtung liegen, in einem wannenartigen stapelbaren Modul (WM) untergebracht sind.
    3. Antenneneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wannenartigen stapelbaren Module (WM) in einer zur ersten Vorzugsrichtung weiteren, insbesondere zur ersten Vorzugsrichtung senkrecht stehenden Vorzugsrichtung, aufeinander gestapelt sind, wodurch ein symmetrisch aufgebauter Block von in Strängen angeordneten Strahlformeinrichtungen (BFN) gebildet wird.
    4. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen einem Strahlerelement (SE1...SEm) und einem der Signalkombinatoren (SK) ein Leistungsverstärker (VS1...VSm) sowie ggf. eine Filtereinrichtung (FI1...FIm) vorgesehen ist.
    5. Antenneneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsverstärker (VS1...VSm) sowie ggf. die Filtereinrichtungen (VE1...VEm) ebenfalls in den wannenartigen stapelbaren Modulen (WM) untergebracht sind.
    6. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stränge von Strahlformeinrichtungen (BFN)innerhalb eines wannenartigen Moduls (WM) durch Schirmwände (ZW) voneinander getrennt sind.
    7. Antenneneinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinrichtungen (VS1...VSm) sowie ggf. die Filtereinrichtungen (VI1...VIm) innerhalb der wannenartigen Module (WM) von den Strahlformeinrichtungen (BFN) über weitere Schirmwände (SW) getrennt sind, die ggf. auch zur Wärmeabfuhr dienen.
    8. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den wannenartigen Modulen (WM) Schaltungsträgersubstrate (SU) untergebracht sind, die auf der Substratoberseite Leitungsstrukturen für die Strahlformeirichtungen (BFN) tragen und auf der Substratrückseite insbesondere orthogonale Leitungsstrukturen für zumindest einen Teil der Signalteilungseinrichtungen (V1...Vn) tragen.
    9. Antenneneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsvielfache (KF) in Form von Signaldurchführungen in den Schaltungsträgersubstraten (SU) zwischen den Leitungsstrukturen für die Strahlformeinrichtungen (BFN) einerseits und den Leitungstrukturen für die Signalteilungseinrichtungen (V1...Vn) andererseits vorgesehen sind.
    10. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkombinator (SK) jeweils in der Mitte eines Stranges von Strahlformeinrichtungen (BFN) angeordnet ist.
    11. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 3 sowie 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge (E1...E32) der wannenartigen Module (WM), daß heißt insbesondere die Eingänge der Teile der Signalteilungseinrichtungen (VR1...VR4), die jeweils auf der Substratrückseite der Schaltungsträgersubstrate (SU) untergebracht sind, an einer lateralen Seite des Blockes der aufeinandergestapelten wannenartigen Module (WM) herausgeführt sind und dort über einen weiteren Teil der Signalteilungseinrichtungen (VT1...VT4) zu den Eingängen (B1...B4) für die im Sendebetrieb einspeisbaren Antennensignale bzw. im Empfangsbetrieb zu den Ausgängen für die abnehmbaren Antennensignale führen.
    12. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalteilungseinrichtungen (V1...Vn) und/oder die Signalkombinatoren (SK) aus 3-dB-Leistungsteilern in kaskadierter Form, insbesondere in Streifenleitungstechnik bestehen, wobei die Zahl der Kaskadierungsstufen in Abhängigkeit der Anzahl der Strahlerelemente (SE1...SEm) bzw. der Anzahl (n) der einspeisbaren/abnehmbaren Antennensignale gewählt ist.
    13. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlformeinrichtungen (BFN) aus Phasenstellern (P), Amplitudenstellern (A) und ggf. Zwischenverstärkern bestehen, die gleichzeitig als Amplitudensteller verwendbar sind.
    14. Antenneneinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasensteller (P) und/oder Amplitudensteller (A) als MMIC-Schaltungen ausgeführt sind, wobei insbesondere mehrere Phasensteller und/oder Amplitudensteller in einer MMIC-Schaltung untergebracht sind.
    15. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleingänge (BC) für die Einstellung der Strahlformeinrichtungen (BFN) und/oder der Stromversorgung (DC) seitlich des Blockes der Stränge von Strahlformeinrichtungen (BFN) angeordnet sind.
    16. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Verstärkungseinrichtungen (VS1...VSm) Heatpipe (HP)- oder Heatsink (HS) - Einrichtungen vorgesehen sind, deren Vorzugsrichtungen senkrecht zu den Strängen von Strahlformeinrichtungen (BFN) verlaufen und die insbesondere derart angeordnet sind, daß Wärme aus den wannenartigen Modulen (WM) zu den lateren Seiten des Blockes aufeinandergestapelter wannenartiger Module (WM) abgeleitet werden kann.
    17. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche eines Stranges von Strahlformeinrichtungen (BFN) jeweils an die Flächenausdehnung eines Strahlerelementes (SE1...SEm) angepaßt ist, wohingegen die Länge eines Stranges in Abhängigkeit der Anzahl (n) der zuführbaren bzw. abnehmbaren Antennensignale gewählt ist.
    18. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Stränge in den wannenartigen stapelartigen Modulen (WM) unterschiedlich bestückt sind, um unterschiedliche Formen zusammenwirkender aktiver Strahlerelemente (SE1...SEm) zu erhalten, wie beispielsweise ein Quadrat, ein Sechseck, eine Ellipse oder ein x-Eck.
    19. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Strahlerelemente (SE1...SEm) untereinander als rechtwinkliges Zeilen- und/oder Spaltenarray oder als Hexagonalstruktur realisiert ist, wobei die Hexagonalstruktur durch gegenseitiges Versetzen der Stränge bzw. der sie aufnehmenden wannenartigen Module (WM) um jeweils die Hälfte der Kantenlänge eines Strahlerelements realisiert ist.
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