DE3538430C2

DE3538430C2 -

Info

Publication number: DE3538430C2
Application number: DE3538430A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Hirakata Osaka Jp Yabu; Toshio Ibaragi Osaka Jp Abiko; Masayuki Kobe Hyogo Jp Matsuo
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1984-11-01
Filing date: 1985-10-29
Publication date: 1989-11-23
Also published as: FR2572592A1; CA1239473A; FR2572592B1; GB2166600B; GB2166600A; GB8526021D0; DE3538430A1; US4679051A

Description

Die Erfindung betrifft eine ebene Mikrowellenantenne nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige ebene Mikrowellenantennen, deren Gattung aus der DE-OS 31 49 200 bekannt ist, sind zum Empfang von zirkular polarisierten Wellen im SHF-Band, insbesondere 12 GHz-Band bestimmt, die von geostationären Rundfunk satelliten ausgestrahlt werden, welche in einer Höhe von 36 000 km stationiert werden.

Die im allgemeinen zum Empfang von zirkular polarisierten Wellen, die von geostationären Rundfunksatelliten ausge strahlt werden, verwendeten Antennen sind Parabolantennen, die auf dem Dach oder einer anderen geeigneten Stelle eines Gebäudes errichtet werden. Bei Parabolantennen tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß sie sehr windanfällig sind und aufgrund ihrer großen Angriffsfläche durch Sturm aus ihrer Verankerung gerissen und vom Dach herabgeworfen werden können, so daß äußerst robuste Halterungen erforderlich sind. Der Aufbau derartiger Halterungen für Parabol antennen ist sehr aufwendig, da beispielsweise an der Antenne Versteifungsstreben befestigt werden müssen, die einen großen Teil der Halterung ausmachen, so daß für die Halterung höhere Herstellungskosten als für die An tenne selbst entstehen.

Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist in der DE-OS 31 49 200 eine ebene Antenne vorgeschlagen, die insgesamt eine flache Gestalt aufweist und mehrere mäan derförmig verlaufende Mikro-Streifenleitungen aufweist, die paarweise an der Oberseite eines Antennenkörpers aus Isoliermaterial angeordnet sind, wobei der Antennenkörper aus einem Material wie glasfaserverstärktem Teflon, Polyäthylen oder dergleichen besteht und auf seiner gesam ten Unterseite mit einem Masseleiter versehen ist. Die Paare von Mikro-Streifenleitungen sind an ihrem einen Ende jeweils mit verzweigten Streifenleitern einer Speiseschal tung in sogenannter "Turnierordnung" verbunden, während jeweils das andere Ende eines Paares mit einem Abschluß widerstand verbunden ist. Es kann daher ein Strom in Form einer stehenden Welle mit gleicher Amplitude und Phase parallel zur Anordnung fließen.

Die mäanderförmig verlaufenden Teile jeder Mikro-Streifen leitung jedes Paares sind gegenüber den entsprechenden Teilen der benachbarten Leitungen versetzt, so daß die räumlichen Phasen der Leitungen jedes Paares verschieden sind und die Kurve des Strahlungsdiagrammes verschmälert wird, um die Richtwirkung der ebenen Antenne zu verbessern. Es wird angenommen, daß die x-Achse eine Achse ist, welche senkrecht auf der den Antennenkörper enthaltenden Ebene steht, die y-Achse sich in Richtung der Breite der gepaar ten Mikro-Streifenleitungen erstreckt und die z-Achse in Längsrichtung der verschiedenen Mikro-Streifenleitungen verläuft. Die Hauptrichtung der ebenen Antenne kann für maximalen Antennengewinn eingestellt werden, indem die Abmessungen der mäanderförmig verlaufenden Teile der ver schiedenen Mikro-Streifenleitungen derart variiert werden, daß die Richtwirkung in der x-y-Ebene optimal in die geeignete Richtung gelegt wird.

Durch diese Ausbildung wurde die Struktur der zum Empfang von zirkular polarisierten Wellen bestimmten Antenne er heblich vereinfacht, so daß sie nicht nur kostengünstig herstellbar ist, sondern auch direkt an einer Wand eines Gebäudes befestigt werden kann, wodurch das Erfordernis zusätzlicher Halterungen entfällt, wodurch auch die Mon tagekosten erheblich vermindert werden. Bei einer solchen ebenen Antenne ist zwar die Hauptstrahlrichtung in der x-z-Ebene in einem gewissen Ausmaß variierbar, jedoch ist keine Einstellung in der x-y-Ebene möglich, so daß also die Hauptstrahlrichtung nicht optimal in allen Ebenen, also dreidimensional, eingestellt werden kann. Aus diesem Grunde besteht bei der oben beschriebenen Antenne noch der Mantel, daß der Empfangsgewinn vermindert wird, wenn die Montagefläche eines Gebäudes für die Antenne gegen über der optimalen Stellung für besten Empfangsgewinn in einer Ebene, welche der x-y-Ebene der Antenne ent spricht, verdreht ist, oder wenn es erforderlich ist, die Antenne aus ihrer Stellung für maximalen Empfangsgewinn zu verdrehen, um die Einflüsse von Wind oder Schnee minimal zu machen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine ebene Mikrowellenantenne zu schaffen, bei welcher der Haupt strahl nicht nur in der x-z-Ebene, sondern auch in der x-y-Ebene einstellbar ist, damit der Einfallswinkel für die von einem geostationären Rundfunksatelliten ausge strahlten Mikrowellen dreidimensional optimal einge stellt werden kann, um so den Empfangsgewinn zu verbessern.

Dies wird bei einer gattungsgemäßen Mikrowellenantenne erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Einzelheiten mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer ebenen Antenne in Betrachtungsrichtung von einer Längs seite her, um die gesamte Anordnung bei einer ersten Ausführungsform zu zeigen;

Fig. 2 eine vergrößerte Perspektivansicht, welche Ein zelheiten eines der Antennenkörper bei der ebenen Antenne nach Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht einer ebenen Antenne in Betrachtungsrichtung von einer Längs seite her, zur Verdeutlichung der Gesamtanordnung bei einer weiteren Ausführungsform; und

Fig. 4 eine vergrößerte Perspektivansicht, welche eine Speiseschaltung für die ebene Antenne nach Fig. 3 zeigt.

Gemäß der Erfindung ist eine Anzahl von Antennenkörpern, die jeweils wenigstens ein Paar Mikro-Streifenleitungen aufweisen, etagenartig in Abständen voneinander angeordnet, die ein ganzzahliges Vielfaches der Raumwellenlänge λ ₀ der von einem geostationären Rundfunksatelliten ausgestrahl ten Mikrowelle sind. Es wird zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Die dort gezeigte ebene Antenne 10 enthält einen Rahmen 11, an dem mehrere Antennen körper 12 jeweils in einen Winkel Φ zu der Ebene des Rahmens angebracht sind. Die Antennenkörper 12 sind direkt an dem Rahmen 11 befestigt oder aber über eine geeignete (nicht gezeigte) Halterung drehbar an ihren beiden Längsenden daran gelagert. Die Antennenkörper 12 haben den Abstand d voneinander, der zwischen ihren einan der gegenüberliegenden Oberflächen gemessen ist; dieser Abstand d beträgt das n-fache (worin n eine natürliche Zahl ist) der Raumwellenlänge λ ₀ der von dem Satelliten ausgestrahlten Welle. Jedoch kann dieser Abstand variabel sein, indem die Antennenkörper 12 längs des Rahmens 11 bewegt werden.

Die Antennenkörper 12 weisen jeweils ein dielektrisches Substrat auf, auf dessen Rückfläche ein Masseleiter be festigt ist, während auf der Vorderfläche 2n Mikro-Strei fenleitungen 13 und 13 a angeordnet sind (worin n eine natürliche Zahl ist und in der gezeigten Ausführungsform diese Zahl gleich zwei ist) beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens gebildet sind. Die Herstellung und Anordnung der Mikro-Streifenleitungen 13 und 13 a, auch was die Ein stellung der Hauptstrahlrichtung in der x-z-Ebene anbe trifft, kann im wesentlichen in gleicher Weise erfolgen wie in der eingangs genannten deutschen Offenlegungs schrift. Die parallel zueinander liegenden Mikro-Streifen leitungen jedes Paares sind also an gegeneinander versetz ten Stellen mäanderartig abgekröpft, um so voneinander ver schiedene Raumphasen herzustellen; hierdurch entsteht Interferenz zwischen den gepaarten Mikro-Streifenleitungen, um die Hauptkeule des Strahlungsdiagramms zu verschmälern und die Richtwirkung der Antenne zu verbessern.

Auf einer Seite des Rahmens 11 ist ein Koaxialver binder 14 an ein Ende der gepaarten Mikro-Streifenleitun gen 13, 13 a jedes Antennenkörpers 12 angeschlossen. Ver zweigte Koaxialkabel 16 sind über Verzweigungs-Verbinder 15 angeschlossen, um eine Speiseschaltung nach Art einer "Turnierordnung" zu bilden, welche an die Paare von benach barten Koaxialverbindern 14 angeschlossen ist. Ein Ab schlußwiderstand 17 ist jeweils an das andere Ende jedes Paares von Mikro-Streifenleitungen 13 und 13 a angeschlos sen. Den gepaarten Mikro-Streifenleitungen 13, 13 a kann so über die Speiseschaltung mit den Koaxialkabeln 16 ein Wanderwellenstrom parallel und mit gleicher Amplitude und Phase zugeführt werden.

Bei der oben gezeigten Ausführungsform ist der Abstand d zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der ver schiedenen Antennenkörper 12 derart eingestellt, daß er ein ganzzahliges Vielfaches der Raumwellenlänge λ ₀ der Empfangs- (oder Sende-) Mikrowelle ist, wodurch in Ab hängigkeit von diesem Abstand d die Phasengleichheits- Oberflächen der jeweiligen Paare von Mikro-Streifenlei tungen der Antennenkörper 12 verdreht werden können, um die Hauptstrahlrichtung um einen bestimmten Winkel relativ zur x-Achse in der x-y-Ebene zu verschwenken. In Kombina tion mit der bereits bekannten Anordnung zur Einstellung der Hauptstrahlrichtung in der x-z-Ebene kann daher bei der erfindungsgemäßen Antenne der Hauptstrahl in optimaler Weise dreidimensional eingestellt werden, also sowohl in der x-z-Ebene als auch in der x-y-Ebene, so daß die An tenne mit der sogenannten "Seitensichtfunktion" ausge stattet ist.

Bei der gezeigten Ausführungsform kann ein (nicht gezeig ter) Phasenschieber in die verschiedenen Paare von Mikro- Streifenleitungen 13 und 13 a jedes Antennenkörpers 12 ein gefügt sein, um die Phase des Wanderwellenstroms in den verschiedenen Mikro-Streifenleitungen 13, 13 a genau abzu gleichen, wodurch es ermöglicht wird, daß die miteinander gleichphasigen Oberflächen der verschiedenen gepaarten Mikro-Streifenleitungen 13 und 13 a in der geeigneten Weise verschwenkt sind, damit die Hauptstrahlrichtung in der x-y-Ebene eingestellt werden kann.

Wenn der Winkel Φ der Antennenkörper 12 bezüglich des Trägerrahmens 11 relativ klein ist, so ist es zweckmäßig, die Breite der Antennenkörper 12 zu vergrößern, ebenso wie die Anzahl von Paaren von Mikro-Streifenleitungen 13 und 13 a.

Ferner kann die Speiseschaltung, wozu die Verzweigungsver binder 15 und die Koaxialkabel 16 bei der oben beschrie benen Ausführungsform gehören, durch eine gedruckte Schal tungskarte 28 ersetzt werden, wie sie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die gedruckte Schaltungskarte 28 mit in "Turnierordnung" ver zweigten Streifenleitungen 26 ausgebildet, die jeweils an ihrem Ende an einen zugeordneten Koaxialverbinder 24 jedes Antennenkörpers 22 über Koaxialverbinder 29 und Steckelemente 30 angeschlossen sind. Ansonsten sind An ordnung und Wirkungsweise bei dieser Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 im wesentlichen dieselben wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2. Daher sind einander entsprechende Teile mit um die Zahl 10 vergrößer ten Bezugszeichen bezeichnet.

Claims

1. Ebene Mikrowellenantenne mit mehreren auf einem ebenen Antennenkörper aus dielektrischem Material angeordneten Paa ren von nebeneinander verlaufenden Mikro-Streifenleitungen, mit gegeneinander versetzten Mäanderabschnitten zur Einstel lung der Hauptrichtung der Antenne in der x-z-Ebene, worin x eine zur Ebene des Antennenkörpers senkrechte Achse und z die der Längsrichtung der Mikro-Streifenleitungen entsprechende Achse ist, und mit einer Speiseschaltung, die verzweigt und an ein Ende jedes Paares von Mikro-Streifenleitungen ange schlossen ist, um deren Verbindung nach Art einer Turnierord nung herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere ein zelne Antennenkörper (12; 22) mit jeweils wenigstens einem Paar Mikro-Streifenleitungen (13, 13 a; 23, 23 a) in einem Rah men (11; 21) an ihren Längsenden unter einem Winkel (Φ) zwi schen der Ebene des Rahmens (11; 21) und der Ebene jedes An tennenkörpers (12; 22) gehaltert sind, durch den die Haupt strahlrichtung in einer x-y-Ebene eingestellt ist, worin die y-Achse der Richtung der Breite der Mikro-Streifenleitungen entspricht, daß die Antennenkörper (12; 22) in mehreren Eta gen jeweils in einem Abstand (d) voneinander gehaltert sind, der einem ganzzahligen Vielfachen der Raumwellenlänge der übertragenen Mikrowelle entspricht, und daß die Speiseschal tung (15, 16; 26, 28) jeweils an ein Längsende eines Anten nenkörpers (12; 22) angeschlossen ist, welches an dem Rahmen (11; 21) gelagert ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je der Antennenkörper 2n (n natürliche Zahl) Mikro-Streifenlei tungen trägt.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für kleine Winkel (Φ) zwischen der Ebene des Rahmens (11; 21) und den Ebenen der Antennenkörper (12; 22) die Anzahl 2n von Mi kro-Streifenleitungen und die Breite der Antennenkörper (12; 22) vergrößert ist.