DE4442894A1

DE4442894A1 - Empfangsmodul für den Empfang höchstfrequenter elektromagnetischer Richtstrahlungsfelder

Info

Publication number: DE4442894A1
Application number: DE4442894A
Authority: DE
Original assignee: Dettling & Oberhaeusser Ing
Current assignee: Dettling & Oberhaeusser Ing
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1994-12-02
Publication date: 1996-06-13
Also published as: CA2206569A1; DE59505327D1; JPH10510110A; WO1996017401A1; US5870058A; EP0795210B1; EP0795210A1

Description

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, planare Sende- und Empfangsmodule zu konfigurieren, mittels derer gerichtete Informationsübertragungsstrecken vorrangig im Rahmen des mobilen Fernsprech- bzw. Informationsübertragungssektors konzipierbar sind. Das Ziel besteht insbesondere darin, ein planares Strahlersystem zu entwickeln, dessen Funktionseigen schaften die Erzielung einer Funkfeldverbindung bzw. eines freiraumgestützten Übertragungskanals in den Frequenzbereichen 8.20 GHz bis 12.50 GHz , 11.90 GHz bis 18.00 GHz sowie 49.80 GHz bis 75.80 GHz unter dem Aspekt der Substitution hohlwellenleitergestützter Übertragungsstrecken vorrangig der Formate R 100, R 140 bzw. R 620 ermöglichen.

Um in diesem Zusammenhang freiraumbedingte Depolarisationsein flüsse und damit einhergehende Polarisationsverluste zu minimieren, besteht die Zielstellung in der definierten Erzeugung hochgerichteter Strahlungsfelder mit zirkularer Polarisation mittels planarer Strahlerkomponenten hoher Neben strahlungsdämpfung.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung umfaßt vorzugsweise die Bereiche der mobilen Fernsprech- bzw. Informationsübertragung den Sektor individueller bzw. spezieller Dienste, die eine Kommunikation der entsprechenden Teilnehmer innerhalb terrestrischer Netze sowie innerhalb von Kurzdistanzübertragungs strecken im Bereich der atmosphärischen Dämpfungsmaxima gestatten.

Das Anwendungsgebiet betrifft desweiteren den gesamten Sektor der Informationsübertragung auf der Basis definierter Punkt zu-Punkt-Verbindungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Gegenwärtig bekannte planare Strahlerlösungen für den Empfang elektromagnetischer Strahlungsfelder basieren auf der elektro magnetischen Anregung von Monopolgruppen in Microstripausführung sowie von strahlenden Öffnungen rechteckförmiger, quadratischer, dreieckförmiger, kreisförmiger, rhombischer und trapezförmiger Berandung oder auch aus den vorgenannten Elementen überlagerter Berandung, deren Speisung mittels leerlaufender Microstripwellen leiter erfolgt.

Die Erzeugung der Strahlungsfelder erfolgt auf dieser Grundlage ausschließlich über galvanisch erregte Monopole bzw. Monopol gruppen oder über monopol- bzw. monopolgruppenerregte Blenden felder.

Die gegenseitige Anordnung der anregenden Monopole und Blenden sowie die jeweilige Auslegung der Blendenkontur bestimmen in ihrer Kombination die Charakteristik des erzeugbaren elektromagnetischen Strahlungsfeldes.

Hierbei beruhen die Anordnungen der entweder strahlenden oder speisenden Microstripwellenleiter auf der Erzeugung zirkular polarisierter elektromagnetischer Strahlungsfelder mittels gleichphasig erregter Monopolgruppen, bestehend aus jeweils einem Paar leerlaufender Microstripwellenleiter der geometrischen Länge von einer Viertelwellenlänge bezüglich der Leitungswellen länge sowie einer gegenseitigen räumlichen und zeitlichen Versetzung von 90 Grad oder auf der Erzeugung linear polari sierter elektromagnetischer Strahlungsfelder mittels gleich phasig erregter Monopole, deren geometrische Anordnung die lineare Schwingungsrichtung des elektrischen Feldvektors be stimmt.

Neben Monopolausführungen der Microstripwellenleiter sind Dipol- sowie Flächenresonatoranordnungen bekannt, wobei leerlaufende Microstripwellenleiter bzw. Monopolausführungen ausschließlich zur Anregung von Blendenfeldern verwendet werden. Bekannt sind desweiteren Microstripstrahler in Ring- bzw. Rahmen ausführung mit resonanter geometrischer Ring- bzw. Rahmenlänge. Die Anordnung räumlich orthogonal versetzter und erregter Viertelwellenlängenstrahler oder auch räumlich orthogonal versetzter Halbwellenstrahler in zwei unabhängig voneinander aktivierbaren Anregungsnetzwerkebenen in Triplateausführung führt zu polarisationsschaltbaren Antennenanordnungen. Weiterhin sind polarisationsschaltbare Lösungen auf der Grundlage diodenschaltbarer Wellenleiterkombinationen bekannt, mittels derer linear polarisierte Felder zu zirkular polarisierten Feldern superponiert oder der Polarisationssinn der Zirkular polarisation des Strahlungsfeldes variiert werden.

Die bekannten Lösungen der Anregungsnetzwerke für den Fall von Gruppenanordnungen beruhen auf der Parallelspeisung der Strahlerelemente oder auf der Parallelspeisung seriengespeister Strahleruntergruppen.

Die Kopplung der Strahlerebene bzw. der Strahlerebenen mit der entsprechenden Konvertierungskomponente erfolgt über einen Hohlwellenleiterübergang mit kapazitiver Einkopplung des Strahlersummensignals, wobei innerhalb des Hohlwellenleiter segmentes die Hauptmode, d. h. die Mode der höchsten Grenzwellen länge angeregt wird.

Die bekannten Hohlwellenleiterübergänge weisen hierbei Recht eckquerschnitt auf und erzeugen am Ort der kapazitiven Ein kopplung das Maximum der parallel zur Hohlwellenleiterschmalseite gerichteten elektrischen Feldkomponente.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Die erfinderische Aufgabe besteht in der Konfigurierung planarer Sende- und Empfangsmodule, mittels derer gerichtete Informations übertragungsstrecken auf der Grundlage der Funkfeldübertragung vorrangig im Rahmen des mobilen Fernmelde- bzw. Informationsüber tragungssektors betreibbar sind. Das erfinderische Ziel besteht insbesondere darin, ein planares Strahlersystem zu entwickeln, dessen Funktionsmerkmale die Erzielung einer Funkfeldverbindung bzw. die Erzeugung eines freiraumgestützten Übertragungspfades in den Frequenzbereichen 8.20 GHz bis 12.50 GHz, 11.90 GHz bis 18.00 GHz sowie 49.80 GHz bis 75.80 GHz unter dem Aspekt der Substitution hohlwellenleitergestützter Übertragungsstrecken vorrangig der Formate R 100, R 140 bzw. R 620 ermöglichen, wobei das erzeugbare Richtstrahlungsfeld die Bedingung der Zirkular polarisation sowie die Eigenschaft eines nebenstrahlungsredu zierten Strahlungsdiagrammes zu erfüllen hat.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem ein Array hochleitfähiger Flächenelemente definierter Geometrie sowie definierter Positionierungsbedingung auf einem dielektrischen Träger in der Weise angeordnet wird, daß auf den beiden gegenüberliegenden parallelen Ebenen des dielek trischen Trägers deckungsgleiche Elementgruppierungen erzeugt werden oder ein Array hochleitfähiger Flächenelemente definierter Geometrie sowie definierter Positionierungsbedingung auf zwei dielektrischen Trägern, die über eine gemeinsame und die beiden dielektrischen Schichten trennende Bezugsebene verfügen, in der Weise angeordnet wird, daß auf den beiden gegenüberliegenden, d. h. den von der gemeinsamen Bezugsebene abgewandten parallelen Ebenen der dielektrischen Träger deckungsgleiche Element gruppierungen erzielt werden.

Die Flächenelemente der parallel verlaufenden Elementebenen weisen sowohl übereinstimmende Konturen als auch übereinstimmende Außenabmessungen auf, wobei die Flächenelemente durch zwei gleiche oder ungleiche Symmetrieebenen gekennzeichnet sind und in jeweils einer der beiden Symmetrieebenen zwei kreisförmige Blenden enthalten, deren Positionierung jeweils in gleichem Abstand vom Schnittpunkt der Flächendiagonalen bzw. vom Ausgangs punkt der Radiusvektoren der Flächenelemente erfolgt.

Kennzeichnendes Merkmal der elementinternen Blenden ist hierbei die Festlegung des Schwingungstyps sowie der Schwingungsbedingung des Strahlungstyps.

Erfindungsgemäß werden die Symmetrieebenen, in denen die elektro magnetischen Blenden positioniert sind, ebenenbezogen orthogonal zueinander oder parallel angeordnet, wobei die elektromagnetische Anregung mittels strukturierter Linienleiter erfolgt, deren Achsen im ersten Fall räumlich orthogonal zur Anordnungsachse der jeweiligen elektromagnetischen Blenden und im zweiten Fall räumlich orthogonal zueinander verlaufen.

Die Festlegung der amplitudenmäßigen Aperturbelegung erfolgt ausschließlich über den koordinatenabhängigen Dämpfungsverlauf der Wellenleiterdämpfung, wobei die Flächenelemente der parallelen Ebenen über ein Wellenleiternetzwerk in der Weise gekoppelt sind, daß die elektrischen Längen der Kopplungswellen leiter zweier ebenendifferenter, jedoch flächenkoordinaten gleicher Elemente um die Länge einer effektiven Viertelwellen länge des übertragungsbandbezogenen Mittenfrequenzsignals differieren.

Mittels eines digitalen Phasendrehgliedes auf der Basis eines diskret gesteuerten Reaktanznetzwerkes erfolgt die Festlegung der Phasenkopplungsbedingung der Summensignalpfade und damit des zeitlichen Modenüberlagerungszustandes.

Claims

1. Empfangsmodul für den Empfang höchstfrequenter elektromagne tischer Richtstrahlungsfelder, bestehend aus einer Gruppe von Flächenresonatoren, die mittels eines Kopplungsnetzwerkes angeregt und untereinander gekoppelt sind, wobei das Kopplungsnetzwerk auf einen zentralen Speisepunkt definierter Impedanzcharakteristik führt, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Array vom hochleitfähigen Flächenelementen definierter Geometrie sowie definierter Positionierungsbedingung auf einem dielektrischen Träger in der Weise angeordnet wird, daß auf den beiden gegenüberliegenden parallelen Ebenen des dielektrischen Trägers deckungsgleiche Element gruppierungen entstehen;
- der dielektrische Träger parallel zu einer geschlossenen hochleitfähigen Ebene angeordnet wird, so daß die parallelen Ebenen zueinander distanzhomogen verlaufen;
- die Flächenelemente der beiden parallel verlaufenden Elementebenen sowohl übereinstimmende Konturen als auch übereinstimmende Außenabmessungen aufweisen;
- die Flächenelemente durch zwei gleiche oder ungleiche Symmetrieebenen gekennzeichnet sind und in jeweils einer der beiden Symmetrieebenen zwei kreisförmige Blenden aufweisen, wobei die kreisförmigen Blenden jeweils in gleichem Abstand vom Schnittpunkt der Flächendiagonalen bzw. Ausgangspunkt der Radiusvektoren der Flächenelemente angeordnet sind;
- die Symmetrieebenen, in denen die Blenden angeordnet sind, ebenenbezogen räumlich orthogonal zueinander angeordnet sind;
- die elektromagnetische Anregung der Flächenelemente mittels strukturierter Linienleiter erfolgt, deren Achsen räumlich orthogonal zur Anordnungsachse der jeweiligen elektromag netischen Blenden verlaufen;
- die Flächenelemente jeweils einer Ebene derartig mit einem Anregungsnetzwerk gekoppelt sind, daß eine phasengleiche Speisung der Elemente einer Ebene hervorgerufen wird;
- die Flächenelemente jeweils einer Ebene derartig mit einem Anregungsnetzwerk gekoppelt sind, daß sich die elektrischen Längen der Kopplungswellenleiter jeweils um die effektive Wellenlänge der übertragungsbandbezogenen Mittensignal frequenz bezüglich der Gruppenelemente zueinander vielfach erweiteren;
- die Flächenelemente der beiden parallelen Ebenen über ein Wellenleiternetzwerk in der Weise gekoppelt sind, daß die elektrischen Längen der Kopplungswellenleiter zweier ebenendifferenter, jedoch flächenkoordinatengleicher Elemente um die Länge einer effektiven Viertelwellenlänge der übertragungsbandbezogenen Signalmittenfrequenz differieren.

2. Empfangsmodul für den Empfang höchstfrequenter elektromagne tischer Richtstrahlungsfelder nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Array von hochleitfähigen Flächen elementen definierter Geometrie sowie definierter Positionierungsbedingung auf zwei dielektrischen Trägern, die über eine gemeinsame und die beiden dielektrischen Schichten trennende Bezugsebene verfügen, in der Weise angeordnet wird, daß auf den beiden gegenüberliegenden, d. h. den von der gemeinsamen Bezugsebene abgewandten parallelen Ebenen des dielektrischen Trägers deckungsgleiche Element gruppierungen bestehen.

3. Empfangsmodul für den Empfang höchstfrequenter elektromagne tischer Richtstrahlungsfelder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochleitfähige Bezugsebene, auf der die strukturtragenden dielektrischen Schichten angeordnet sind, mit der geschlossenen hochleitfähigen Grundebene galvanisch über dem Bereich der gesamten Arrayaußenkante gekoppelt ist und die Flächennormalen aller Ebenen bzw. Schichten eine identische Richtung aufweisen.

4. Empfangsmodul für den Empfang höchstfrequenter elektromagne tischer Richtstrahlungsfelder nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hochleitfähige Ebene, die zwischen den parallelen und distanzhomogen angeordneten struktur tragenden dielektrischen Schichten eingefügt ist, Öffnungen mit einer der Flächenelemente äquivalenten Kontur aufweist, wobei die Schnittpunkte der Flächendiagonalen bzw. die Ausgangspunkte der Radiusvektoren sowohl der Flächenelemente als auch der Öffnungen innerhalb der hochleitfähigen Ebene identisch sind und die Innenkanten bzw. Radiusvektoren der Öffnungen innerhalb der hochleitfähigen Ebene minimal die Ausdehnung der Freiraumwellenlänge bezüglich der übertragungsbandbezogenen Signalmittenfrequenz aufweisen.

5. Empfangsmodul für den Empfang höchstfrequenter elektromagne tischer Richtstrahlungsfelder nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elementinternen Blenden der Flächenresonatorarrays ebenenweise identisch, jedoch in der Anordnung der Ebenen zueinander unterschiedliche Ausdehnung aufweisen.

6. Empfangsmodul für den Empfang höchstfrequenter elektromagne tischer Richtstrahlungsfelder nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieebenen in denen die Blenden angeordnet sind, ebenenbezogen identisch und die anregenden Linienwellenleiter ebenenbezogen orthogonal verlaufen.