DE68925992T2

DE68925992T2 - Dualpolarisierte, in gedruckter Schaltungstechnik ausgeführte Antenne, deren Elemente, mit gedruckten Gitterschaltungselementen darin einbegriffen, mit den Speiseleitungen kapazitiv gekoppelt sind

Info

Publication number: DE68925992T2
Application number: DE68925992T
Authority: DE
Inventors: Robert Michael Sorbello; Amir Ibrahim Zaghloul
Original assignee: Comsat Corp
Current assignee: Comsat Corp
Priority date: 1988-05-10
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1996-11-07
Anticipated expiration: 2009-05-10
Also published as: JPH02230804A; DE68925992D1; AU629695B2; KR890018021A; JP3042690B2; KR0125795B1; DK226089A; EP0342175A2; NO891897L; AU611349B2; DK226089D0; AU6367090A; EP0342175B1; EP0342175A3; US4926189A; AU3461889A; NO891897D0; CA1329257C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine zweifachpolarisierte gedruckte bzw. Leiterplatten-Antenne, die Speiseleitungen und Strahlerelemente hat, die einzeln aufeinander gestapelt sind, mit Speiseleitungen, die mit den Strahlerelementen kapazitiv gekoppelt sind, so daß keine HF-Kopplung notwendig ist. Durch Anwendung von elektromagnetischer Kopplung bei der Leistungsübertragung von den Verteilungsnetzen zu den Strahlerelementen wird eine hochleistungsfähige, leichte, kompakte, kostengünstige, zweifachpolarisierte planare oder konforme Antenne erhalten.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung sind die verwendeten Strahlerelemente Gitterelemente, die durch selektives Abtragen von Metallisierung gebildet sind. Mit einer solchen Struktur wird ein überlegenes Leistungsvermögen erzielt.
Beispiele von früheren Arbeiten auf dem Gebiet von Leiterplatten-Antennen, die mit kapazitiver Kopplung arbeiten, finden sich in der gleichfalls übertragenen US-PS 4 761 654, die EP-A-0 270 029 entspricht, sowie der US-Patentanmeldung Aktenzeichen 930 187, angemeldet 13. November 1986, die EP-A-0 271 458 entspricht. Die Patentschrift und die Patentanmeldung zeigen Leiterplatten-Antennen, die kapazitive Kopplung anwenden und in Abhängigkeit von der Gestalt der verwendeten Strahler- und Einspeisungselemente (die Pads oder Schlitze sein können) entweder eine Linear- oder eine Zirkularpolarisation ermöglichen.
Wie Fig. 1a zeigt, sind die Groundplane 10, die Speiseleitung 12 und das Einspeisungspad bzw. die Einspeisungsinsel 14 kapazitiv gekoppelt. Alternative Strukturen, die Strahlerschlitze 16b verwenden, sind in den Fig. 1b sowie 1c gezeigt. Die resultierende Struktur ist eine leichte, kostengünstige, einfachpolarisierte planare oder konforme Antenne, die imstande ist, entweder mit Linear- oder Zirkularpolarisation betrieben zu werden.
Eine Einschränkung dieser Struktur ist, daß die nach den Techniken dieser gleichzeitig anhängigen Anmeldungen aufgebaute Antenne nur eine Polarisationsrichtung, und zwar entweder linear oder zirkular, von einem Satelliten empfangen kann. Es ist erwünscht, eine kompakte Antennenstruktur zu haben, die imstande ist, beide Polarisationsrichtungen zu empfangen, so daß doppelt so viel Information empfangen werden kann.
Eine Technik zur Erzielung dieses erwünschten Ergebnisses umfaßt die Bereitstellung einer zweifachpolarisierten Antennenstruktur. wegen Problemen, die mit der Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Strahlerelementen und den Leistungsteilern in verschiedenen Schichten einer solchen Struktur zusammenhängen, ist es bisher jedoch nicht möglich gewesen, eine solche Antenne bereitzustellen. Dieses Problem wird durch die Erfindung gelöst.
Außerdem verwenden bisher bekannte Konfigurationen von Strahlerelementen entweder eine Insel- oder Schlitzgeometrie, wobei kreisrunde oder viereckige Pads bzw. Inseln oder Schlitze mit oder ohne darauf angebrachten Störsegmenten vorgesehen werden können. Die Antennen, wie sie in den drei vorgenannten Anmeldungen gezeigt sind, erbringen zwar gute Resultate über eine relativ große Bandbreite, aber die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben entdeckt, daß es möglich ist, noch eine weitere Verbesserung des Leistungsvermögens vorzusehen.
Bei der hier gezeigten und beanspruchten Lösung mit der zweifachpolarisierten Antennenstruktur haben die Erfinder außerdem ein Antennenelement mit hohem Apertur-Wirkungsgrad und hoher Polarisationsreinheit entdeckt, das für orthogonal polarisierte Strahlung durchlässig ist. Dieser letztgenannte Aspekt der Erfindung ist bei Leiterplatten-Antennen anwendbar, die Einfachpolarisations- und Zweifachpolarisations- Geometrien verwenden
Die FR-PS 2 603 744, deren englischsprachiges Äquivalent die US-PS 4 816 835 ist, zeigt eine Zweifachpolarisations-Technik, bei der nur eine einzige Schicht von Strahlerelementen vorgesehen ist, wobei zwei orthogonal positionierte Gruppen von Speiseschaltungen verwendet werden, um die beiden Polarisationsrichtungen zu ergeben.
Der Artikel "Dichroic Dual-Band Microstrip Array", Electronics Letters, Vol. 22, Nr. 20, 25. September 1986, S. 1040-1042, zeigt ebenfalls das Konzept einer Doppelband- Mikrostripanordnung, wobei die Speiseleitungen in derselben Ebene wie die Strahlerelemente liegen.
US-A-4 403 221 zeigt eine Mikrostripantenne mit orthogonal positionierten Eingängen zu einem Einzelelement, um zwei Polarisationsrichtungen vorzusehen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf die vorstehenden Mängel ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine zweifachpolarisierte gedruckte bzw. Leiterplatten-Antenne anzugeben, deren Elemente kapazitiv mit Speiseleitungen gekoppelt sind und die eine gegenseitige Störung zwischen den Gruppen minimiert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Leiterplatten-Antenne, die imstande ist, beide Polarisationsrichtungen zu empfangen.
Es ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung, eine zweifachpolarisierte Antenne bereitzustellen, die keine Direktsonde zu jedem Strahlerelement für irgendeine der in der Antenne vorgesehenen Polarisationsrichtungen benötigt.
Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine zweifachpolarisierte Leiterplatten-Antenne vorzusehen, die mit kapazitiver Kopplung von jedem Leistungsteiler (entsprechend jeder Polarisation) zu einem entsprechenden Strahlerelement arbeitet.
Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Strahlerelement zur Verwendung in Leiterplatten-Antennen anzugeben, die entweder Einfach- oder Zweifachpolarisations-Geometrien verwenden, so daß eine verbesserte Leistungsfähigkeit über einen großen Bandbereich erhalten wird.
Im Hinblick auf diese und weitere Aufgaben wird durch die Erfindung eine zweifachpolarisierte gedruckte bzw. Leiterplatten-Antenne gemäß dem Anspruch 1 angegeben. Dabei können die Leistungsteiler orthogonal in bezug aufeinander angeordnet sein, so daß die Antenne zwei Signale mit entgegengesetzten Polarisationsrichtungen empfangen kann. Die Gestalt der Strahlerelemente kann derart sein, daß für jede Polarisationsrichtung entweder Linear- oder Zirkularpolarisation erreicht werden kann. Alternativ kann ein Quadratur-Hybridkoppler oder ein anderer Richtkoppler mit einer zweifachpolarisierten Linearanordnung verwendet werden, um gleiche Leistungsteilung und 90º-Phase zwischen den beiden jeweiligen Toren vorzusehen, um eine zweifache zirkularpolarisierte Anordnung zu entwickeln.
Das Konstruktionsformat der Erfindung ergibt viel niedrigere Ableitungsverluste, als sie bisher bei den meisten herkömmlichen flach-planaren Anordnungen beobachtet werden, die ein Übertragungsmedium wie etwa einen Mikrostripleiter enthalten.
Gemäß der letztgenannten Aufgabe der Erfindung wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlerelements auf der Basis einer Gitterstruktur gebildet, die für eine Polarisation durchlässig ist, während sie für die andere Polarisation als eine feste Leiterebene wirkt. Eine Ausführungsform dieser Struktur vergleichmäßigt außerdem die Feldverteiltung über die Apertur. Infolgedessen stellen sich ein höherer Antennengewinn und einer höherer Isolationsgrad zwischen den beiden orthogonalen Polarisationen ein.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1a bis 1c Querschnitte von Strukturen einer bekannten einfachpolarisierten Antenne, die in den eingangs genannten gleichzeitig anhängigen Anmeldungen beschrieben ist;
Fig. 2 eine Expiosionsansicht der zweifachpolarisierten Geometrie bei der Leiterplatten-Antenne der Erfindung;
Fig. 3a bis 3l Beispiele von Gestalten von Strahlerelementen, die in der Anordnung der Antenne von Fig. 2 verwendet werden können, um eine Linearpolarisation zu erzielen;
Fig. 4a bis 4f Beispiele von Gestalten von Strahlerelementen, die in der Anordnung der Antenne von Fig. 2 verwendet werden können, um eine Zirkularpolarisation zu erzielen
Fig. 5a bis 5d Beispiele von Gitterstrukturen gemäß der Erfindung;
Fig. 6a und 6b Beispiele von gitterlosen Strukturen für Gruppenelemente;
Fig. 7a bis 7c alternative Strukturen für die Speiseleitung, die die Strahlerelemente der Antennengruppe von Fig. 2 speist;
Fig. 8 eine der Fig. 2 ähnliche Zweifachpolarisations- Geometrie, jedoch mit den Elementen der Fig. 5a und 5b;
Fig. 9 eine Ansicht einer Quadratur-Hybridmikroanordnung, die in Verbindung mit der Antenne der Erfindung verwendet werden kann, um eine zweifache Zirkularpolarisation mit einer zweifachpolarisierten Linearanordnung zu erreichen;
Fig. 10 bis 15 Beispiele der Ergebnisse, die mit der Zweifachpolarisations-Implementierung der Erfindung erzielt werden; und
Fig. 16 bis 18 den Antennengewinn, die Polarisations-Isolation und die Isolation von Tor zu Tor einer 16-Element- Gruppe unter Anwendung der in Fig. 8 gezeigten Struktur

GENAUE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 2 ist eine Explosionsansicht eines Beispiels der Zweifachpolarisations-Geometrie der Antenne der Erfindung. Die Figur zeigt eine Groundplane 100, einen ersten Leistungsteiler 200 mit Leistungsteilerelementen 20, einen ersten Flächenkörper mit Strahlerelementen 300, einen zweiten Leistungsteiler 400 mit Leistungsteilerelementen 20, die orthogonal zu den Leistungsteilerelementen in dem ersten Leistungsteiler 200 angeordnet sein können, und einen zweiten Flächenkörper mit Strahlerelementen 500. Die Strahlerelemente auf den Flächenkörpern 300 und 500 können Inseln bzw. Pads oder Schlitze aufweisen. Beispiele von geeignet geformten Strahlerelementen sind in den Fig. 3a bis 3l und 4a bis 4f gezeigt. Ferner weisen gemäß einem speziellen Merkmal der Erfindung die Strahlerelemente bevorzugt gitterförmige Elemente auf, wie die Fig. 5a bis 5d zeigen und wie nachstehend erläutert wird.
Die in der Antenne von Fig. 2 gezeigten Elemente sind Linearelemente. Diese können auch in einer zirkularpolarisierten Anordnung mit Hilfe einer Quadratur-Hybridmikroanordnung 250, die in Fig. 9 gezeigt ist, verwendet werden. Alternativ können die Elemente selbst zirkularpolarisiert und wie in den Fig. 4a bis 4f gezeigt konfiguriert sein, wobei an den Elementen Ausschnitte 18a oder Nasen 18b vorgesehen sind.
Beim Aufbau werden die in Fig. 2 gezeigten Schichten geeignet beabstandet und aufeinander gestapelt, wobei zwischen den Strahlerelementen keine Verbindungen vorgesehen sind Die Beabstandung erfolgt entsprechend der Wellenlänge λ der elektromagnetischen Strahlung, die empfangen wird. Ein solcher Abstand kann beispielsweise λ/10 sein; andere Abstände können je nach Zweckmäßigkeit vorgesehen sein, verlangen dann jedoch eine jeweils andere Optimierung der Elemente in den verschiedenen Schichten, was dem einschlägigen Fachmann bekannt ist.
Die gesamte Speisung sämtlicher Elemente in der Gruppe von Fig. 2 erfolgt durch kapazitive Kopplung. Im wesentlichen sind zwei Gruppen ausgebildet. Eine erste Gruppe mit einer ersten Polarisationsrichtung ist durch die Groundplane 100, den Leistungsteiler 200 und die Elementplatte 300 gebildet. In dieser Gruppe bilden die Schichten 100 und 300 die Groundplane für die Leistungsteiler, und die Schicht 300 enthält außerdem die gedruckten Strahlerelemente.
Eine zweite Polarisationsrichtung wird durch die Schichten 300, 400 und 500 erhalten, wobei die Schichten 300 und 500 die Groundplane für den Leistungsteiler 400 bilden und die Schicht 500 die gedruckten Strahlerelemente enthält.
Die Elementkonstruktionen auf den Schichten 300 und 500 sind geeignet gewählt, um sowohl eine Strahlungs-Wechselwirkung zwischen den unteren und oberen Gruppen als auch Übersprechen zwischen den beiden Leistungsverteilungs-Netzwerken zu minimieren. Es ist darauf hinzuweisen, daß eine Tendenz zu einer natürlichen Wechselwirkung zwischen den Netzen in den Schichten 200 und 400, die in Fig. 2 gezeigt sind, besteht. Der Metallbereich der Schicht 300 wirkt daher als Isolation, um die beiden Netzwerke daran zu hindern, "miteinander zu sprechen", was eine als Übersprechen bekannte Erscheinung ist. Es ist wichtig, Übersprechen zu minimieren, um so die funktionelle Unabhängigkeit der Gruppen zu maximieren.
Um diese Isolation zu verbessern, können die Elemente in der Schicht 300 gegenüber den Elementen in der Schicht 500 geringfügig verschieden sein. Dabei ist entlang einer Linie in jedem der Elemente in der Schicht 300 zusätzliche Metallisierung vorgesehen, so daß die Strahlerschlitze 16a, die in der Schicht 300 gezeigt sind, im wesentlichen zwei U-förmige Schlitze aufweisen. Die Strahlerschlitze können als Grenzwert zwei parallele Schlitze aufweisen, wie Fig. 3d zeigt.
Eine weitere Überlegung ist, daß die Größe des Innenbereichs der Schlitze 16b in den Elementen der Schicht 500 darauf Einfluß hat, wie viel Energie zu der untersten Gruppe blockiert wird. Wenn die Schicht 500 zu große Gestalt aufweist, kann die die Schichten 100, 200 und 300 aufweisende erste Gruppe eventuell nicht imstande sein, den "Durchblick" zu den Schichten 400 und 500 zu haben, so daß diese Schichten in bezug auf Energie, die zu dieser unteren Gruppe übertragen wird, nicht transparent wären.
Speziell in bezug auf die besondere Konstruktion der Elemente in der Schicht 500 sind die Vierecke in dem Schlitz 16b ähnlich dem, was in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 930 187 gezeigt ist. Die Schicht 300 kann auch Formen haben, die ähnlich denen in der Anmeldung mit dem Aktenzeichen 930 187 sind, aber wie oben erwähnt, gibt es wie gezeigt etwas zusätzliche Metallisierung, um zwei U-förmige Gestalten aus dem Viereck zu bilden.
Grundsätzlich sind die Elemente in dem Flächenkörper 300 zuerst einmal im wesentlichen die gleichen wie die in dem Flächenkörper 500. Die Leitungen in dem Leistungsteiler- Flächenkörper 400 brauchen jedoch darunterliegendes Metall dort, wo diese Leitungen unter die Elemente in dem Flächenkörper 500 verlaufen. Daher ist ein Teil des Schlitzes oder der Schicht in den Elementen 300 mit Metall überdeckt, was in den beiden U-förmigen Teilen gemäß Fig. 2 resultiert. Die Zweifachpolarisations-Geometrie der Erfindung erlaubt den beiden Gruppen, im wesentlichen unabhängig voneinander zu arbeiten.
Die Speiseleitungen 12, die die Strahlerelemente in den Flächenkörpern 300 und 500 speisen, können jede geeignete Gestalt haben. Wie die Fig. 7a bis 7c zeigen, kann beispielsweise das Ende der Speiseleitung 12, das mit einem jeweiligen Stahlerelement kapazitiv gekoppelt ist, paddelförmig sein (Fig. 7a); es kann an einem Ende breiter als an dem anderen Ende sein (Fig. 7b); oder es kann einfach gerade sein (Fig. 7c).
Sämtliche in Fig. 2 gezeigten Schichten sind durch ein geeignetes Dielektrikum voneinander geetrennt. Derzeit wird Luft als Dielektrikum bevorzugt, wobei eine geeignete Wabenstruktur zwischen den Schichten vorgesehen ist, um eine physische Trennung zu erhalten, was dem Fachmann wohlbekannt ist. Polyethylen, Duroid(Wz), Nomex oder Teflon(Wz) können ebenfalls verwendet werden. Es ist aber zu beachten, daß je nach dem verwendeten Dielektrikum der Wirkungsgrad der Antenne verschlechtert sein könnte, da Dielektrika die Tendenz haben, bei Mikrowellenfrequenzen verlustbehaftet zu sein.
Der Betrieb der zweifachpolarisierten Anordnung gemäß Fig. 2 ist wie folgt. Wie oben gesagt, ist eine zweifache Linearpolarisation gezeigt, die durch die Strahlerelemente vorgegeben ist. Die beiden Gruppen von Elementen werden orthogonal gespeist, so daß eine Gruppe entweder vertikaloder horizontalpolarisiert abstrahlt, und die andere Gruppe strahlt dementsprechend horizontal- oder vertikalpolarisiert ab. Eine Möglichkeit der Erzielung einer Zirkularpolarisation wurde oben unter Bezugnahme auf die Fig. 4a bis 4f beschrieben. Wie jedoch Fig. 9 zeigt, kann es möglich sein, eine zweifache Zirkularpolarisation dadurch zu erreichen, daß am Eingangspunkt der Gruppe eine Quadratur-Hybridmikroanordnung vorhanden ist. Wie Fig. 9 zeigt, ist eine Quadratur-Hybridmikroanordnung 250 im wesentlichen ein Richtkoppler, der auf dem Gebiet allgemein bekannt ist und hier nicht im einzelnen beschrieben wird. Es ist jedoch zu beachten, daß die Quadratur-Hybridmikroanordnung mit den Gruppen so verbunden ist, daß die beiden Ausgangstore der Hybridmikroanordnung die vertikalen bzw. horizontalen Tore der Gruppe speisen. Die Eingangstore der Hybridmikroanordnung entsprechen dann der Rechts- bzw. der Linkspolarisation. Eine solche Quadratur-Hybridmikroanordnung sorgt für eine inhärente Isolation, so daß beide Polarisationsrichtungen gleichzeitig wirksam sein können. Die Hybridmikroanordnung 250 kann als äußere Komponente implementiert oder direkt in die Gruppe integriert sein.
Die Fig. 10 bis 14 zeigen Resultate, die mit einem Beispiel der erfindungsgemäßen zweifachpolarisierten Linearanordnung unter Anwendung von 16 Elementen erzielt wurden Fig. 13 zeigt die Eingangs-Echodämpfung für beide Polarisationsrichtungen. Es ist zu beachten, daß die Figur eine sehr gute Eingangsanpassung über einen breiten Bandbereich zeigt.
Fig. 14 zeigt den entsprechenden Strahlungsgewinn bei jeder Polarisation und zeigt eine sehr effiziente Strahlung über einen breiten Bandbereich für beide Polarisationsrichtungen. Der Strahlungs-Wirkungsgrad jeder der Gruppen ist offenbar vergleichbar.
Fig. 15 zeigt die Netzwerkisolation der Gruppen. Die beiden Gruppen sind praktisch entkoppelt und sind, wie gefordert, auf unabhängige Weise wirksam, wie dieses Diagramm zeigt.
Die Fig. 13 und 14 zeigen entsprechende Strahlungsmuster für jede Polarisationsrichtung. Die Figuren demonstrieren den Wirkungsgrad der Strahlergruppe und die geringe abgestrahlte Kreuzpolarisation.
Fig. 15 zeigt ein Beispiel der Darstellung der linearen Zweifachpolarisation zu der zirkularen Zweifachpolarisation durch eine Quadratur-Mikroanordnung. Um die in dieser Figur gezeigten Resultate zu erreichen, wurde die 16-Element- Gruppe, die der Gegenstand des Experiments war, für Zirkularpolarisation umgewandelt, indem an den Vertikal- und Horizontaltoren der Gruppe eine äußere Hybrid-Mikroanordnung angeordnet wurde. Fig. 15 zeigt das resultierende gemessene Achsenverhältnis und demonstriert, daß ein gutes zirkularpolarisiertes Betriebsverhalten über eine große Bandbreite erreicht werden kann.
Es versteht sich, daß die in den Fig. 10 bis 15 gezeigten Daten zwar für ein bestimmtes Frequenzband erhalten wurden, die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Beschrieben wurde eine zweifachpolarisierte Antennenkonstruktion, die für jede Frequenz und jede Größe von Anordnung oder jede Anzahl Elemente implementiert werden kann. Es versteht sich also, daß die Erfindung durch die Beschreibung der obigen Ausführungsform nicht eingeschränkt werden soll.
Wie noch im einzelnen beschrieben wird, können die Gruppen von gitterartigen Strahlerelementen der Erfindung erhalten werden, indem zusätzliches Metall von der Metallisierungsschicht abgetragen wird, aus der die einzelnen Strahlerschlitze gebildet sind. Alternativ kann etwas Metall selektiv in den Schlitzen verbleiben, um eine gitterartige Struktur innerhalb der Schlitze selbst vorzusehen.
Wie Fig. 6a zeigt, weist ein gitterfreies Strahlerelement 32 ein Paar von parallelen Schlitzen 32a auf, die einen einzelnen inneren Metallisierungsbereich 32b umgeben. Ein solches Element hat eine Kosinus-Verteilungsfunktion für das elektrische Feld der Apertur mit einem Maximum an der Schlitzmitte und zu Null auslaufend an den Rändern.
Fig. 5a unterscheidet sich von Fig. 6a dadurch, daß zwei Gitterbereiche 32c vorgesehen sind. Zur Bildung dieser Struktur ist, wenn die Metallisierung zur Bildung von Schlitzen abgetragen wird, das Abtragen stärker selektiv, so daß dünne Metallisierungsbereiche verbleiben. Durch Vorsehen einer solchen Struktur wird jeder breite Schlitz 32a effektiv in eine Gruppe von schmalen Schlitzen 32a' mit dünnen Metallbereichen 32b' unterteilt. Die Gruppe schmaler Schlitze hat eine gleichförmigere Verteilung über die Apertur, so daß dadurch der Elementgewinn erhöht wird.
Die soeben beschriebene Struktur kann, wie in Fig. 8 gezeigt, in der unteren Elementgruppe 30 implementiert werden. Die Gitterstruktur erlaubt der Elementgruppe 30, stärker wie eine Grundplane für die obere Gruppe zu erscheinen, die mit orthogonaler Polarisation arbeitet, und zwar in Abhängigkeit von der Orientierung der Speiseleitung (z. B. 22, die gestrichelt gezeigt ist) in bezug auf die Gitterstruktur des Strahlerelements (z. B. 32).
Fig. 5b zeigt eine orthogonale Speiseleitungskonfiguration, die sich von Fig. 5a dadurch unterscheidet, daß das Strahlerelement 52 einen inneren Metallbereich 52b hat, bei dem zusätzliches Metall entfernt ist, so daß dünne Streifen 52b' verbleiben. Diese Streifen sind dort, wo Metallisierung abgetragen wurde, durch Zwischenräume 52a' getrennt. Wenn es in einer zweifachpolarisierten Gruppe verwendet wird, ist das Element von Fig. 5b in einer Richtung gitterartig ausgebildet, die zu der Polarisation der zweiten Gruppe orthogonal ist, und ist somit im wesentlichen durchlässig für diese Polarisation. Beispielsweise enthält Fig. 5b Gitterelemente, die zu der Fig. 6a zugeordneten Strahlung orthogonal sind.
Ebenso zeigt Fig. 6b ein gitterfreies Element 54 mit einem inneren Metallisierungsbereich 54a und einem ihn umgebenden kontinuierlichen Schlitz 54b, und Fig. 5c zeigt ein entsprechendes Gitterelement mit verbleibenden Metallstreifen 54a' und dazwischenliegenden Zwischenräumen 54b', wobei die Speiseleitung wiederum wie in Fig. 5b parallel zu dem Gitter ist. Wenn ein solches Element in der obersten Schicht 50 der in Fig. 8 gezeigten Strahlerelemente verwendet wird, strahlt das Element mit einer Polarisation ab, die zu der der Schicht 30 senkrecht ist, wobei die orthogonal polarisierte Strahlung der Schicht 30 ohne Dämpfung durchgeleitet wird.
Fig. 5d zeigt ein anderes Beispiel der Gitterstruktur, das im wesentlichen eine mit Gitter versehene Version von Fig. 5a ist. Eine solche Struktur ergibt ein Element 56 mit zentralen Metallisierungsbereichen 56b und äußeren Metallisierungsbereichen 56b' innerhalb der Schlitzzonen. Die Gitterbereiche erscheinen für ein polarisiertes Signal parallel zu den Gittern elektrisch ununterbrochen und für zu dem Gitter orthogonale Signale durchlässig.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen sollten die Streifenbreite und -beabstandung ein kleiner Bruchteil einer Wellenlänge der empfangenen Strahlung sein.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ergibt der Aufbau der zweifachpolarisierten Struktur orthogonal polarisierte Strahlerelement-Gruppen 30, 50, die voneinander vollständig isoliert sind, wobei jede Gruppe auf die gleiche Weise funktioniert, ob sie nun für sich oder in der Zweifachpolarisations-Umgebung wirksam ist. Dies gilt ungeachtet der Tatsache, daß die beiden Gruppen dieselbe gesamtprojizierte Aperturfläche nutzen. Die Fig. 16 bis 18 zeigen den überlegenen Antennengewinn, die überlegene Polarisations- Isolation und die überlegene Isolation von Tor zu Tor, die mit einer 16-Element-Gruppe unter Verwendung der Struktur von Fig. 8 erreicht werden.
Wie oben beschrieben, ist es für die Zweifachpolarisations- Konfiguration erwünscht, daß die Strahlerelemente der einen Gruppe eine gegenüber denen der anderen Gruppe etwas verschiedene Gestalt haben, um eine überlegene Isolation der Gruppen zu erhalten. Da jedoch die Gitter in den jeweiligen Gruppen gemäß der Erfindung zueinander orthogonal sind, kann die Gestalt auch gleichartig und entweder regelmäßig (wie in Fig. 5c gezeigt) oder unregelmäßig (wie in den Fig. 5a und 5b gezeigt) sein, so daß, wenn sie senkrecht zueinander angeordnet sind, überlegener Antennengewinn und überlegene Isolations-Charakteristiken erzielt werden konnen.
Die in den Fig. 5a bis 5d gezeigten Elemente können mit den Leistungsteilern an einem einzigen Einspeisungspunkt verbunden sein, wie in der US-PS 4 761 654 und der Anmeldung mit dem Aktenzeichen 930 187 für eine linear polarisierte Anordnung beschrieben wird. Durch Anschließen einer Quadratur- Hybridmikroanordnung (Fig 9) am Eingang kann die Anordnung so betrieben werden, daß eine zweifache Zirkularpolarisation erreicht wird.
Die Fig 5a bis 5d zeigen zwar allgemein Elemente mit Rechteckgestalt oder quadratischer Gestalt, aber die beschriebenen Techniken können bei Elementen jeder beliebigen, jedoch vordefinierten Gestalt angewandt werden, beispielsweise einem kreisrunden Element oder einem Rhomboidelement.

Claims

1. Zweifachpolarisierte gedruckte Antenne, die folgendes aufweist:

eine Groundplane (100);

eine erste Leistungsteilergruppe (200), die über der Groundplane angeordnet ist;

eine zweite Leistungsteilergruppe (400), die über der ersten Leistungsteilergruppe angeordnet ist;

eine erste Gruppe von Strahlerelementen (500), die über der zweiten Leistungsteilergruppe angeordnet ist;

eine zweite Gruppe von Strahlerelementen (300), die zwischen der ersten und der zweiten Leistungsteilergruppe (200, 400) angeordnet ist, wobei die erste Leistungsteilergruppe (200) und die zweite Gruppe von Strahlerelementen (300) miteinander kapazitiv gekoppelt sind und wobei die zweite Leistungsteilergruppe (400) und die erste Gruppe von Strahlerelementen (500) miteinander kapazitiv gekoppelt sind;

dadurch gekennzeichnet, daß die

erste und die zweite Gruppe von Strahlerelementen (500, 300) Strahlerpads oder Strahlerschlitze aufweist, wobei die Strahlerpads oder Strahlerschlitze hinzugefügte Nasen (18b) oder Ausschnitte (18a) haben, um eine Zirkularpolarisation zu erreichen.

2. Antenne nach Anspruch 1, wobei jedes der Strahlerelemente in der ersten Gruppe von Strahlerelementen einen ersten, zweiten und dritten Bereich aufweist, wobei wenigstens einer von dem ersten bis dritten Bereich einen gitterförmigen Metallisierungsbereich (32c, 52b) aufweist.

3. Antenne nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Strahlerelemente in der zweiten Gruppe von Strahlerelementen einen vierten, fünften und sechsten Bereich aufweist, wobei wenigstens einer von dem vierten bis sechsten Bereich einen gitterförmigen Metallisierungsberiech (32c, 52b) aufweist.

4. Antenne nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Strahlerelemente in der zweiten Gruppe von Strahlerelementen eine Schlitzkonfiguration aufweist, wobei ein Metallbereich (32b) Schlitze (32c) auf beiden Seiten davon hat und die Schlitze durch Entfernen von Bereichen der Metallisierungsschicht gebildet sind, um einen gitterför migen Metallisierungsbereich zu bilden, wobei Metall selektiv entfernt ist und eine Vielzahl von parallelen Metallstreifen (32b') zurückbleibt, wobei die Streifen in regelmäßigen Abständen durch Abwesenheiten (32a') des Metalls voneinander getrennt sind.

5. Antenne nach Anspruch 2 oder 3, wobei von dem ersten und dem dritten Bereich und/oder dem vierten und dem sechsten Bereich die Metallisierung vollständig entfernt ist, um Schlitze zu bilden, und wobei der zweite Bereich und/oder der fünfte Bereich den gitterförmigen Metallisierungsbereich aufweist.

6. Antenne nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei von dem ersten und dem dritten Bereich und/oder dem vierten und dem sechsten Bereich Metallisierung selektiv entfernt ist, um zusätzliche gitterförmige Metallisierungsbereiche zu bilden.

7. Antenne nach Anspruch 6, wobei von dem zweiten Bereich und/oder dem fünften Bereich kein Metall entfernt ist.

8. Antenne nach Anspruch 1, wobei die erste Leistungsteilergruppe jedes Strahlerelement in der zweiten Gruppe von Strahlerelementen an einem einzigen Einspeisungspunkt speist und wobei die zweite Leistungsteilergruppe jedes Strahlerelement in der ersten Gruppe von Strahlerelementen an einem einzigen Einspeisungspunkt speist.

9. Antenne nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei von dem ersten und dem dritten Bereich und/oder dem vierten und dem sechsten Bereich die Metallisierung vollständig entfernt ist, um Schlitze zu bilden, wobei der zweite Bereich und/ oder der fünfte Bereich den gitterförmigen Metallisierungsbereich aufweisen, und wobei die zweite Gruppe von Strahlerelementen in bezug auf die erste Gruppe von Strahlerelementen so angeordret ist, daß die erste und die zweite Leistungsteilergruppe jeweils den zweiten bzw. den fünften Bereich in zuemarder orthogonaler Weise speisen.

10. Antenne nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß jedes Strahlerelement in der ersten Gruppe von Strahlerelementen Schlitze aufweist, und jedes Element in der zweiten Gruppe vor Strahlerelementen Schlitze mit ausreichender zugefügter Metallisierung aufweist, um jedes Element in der zweiten Gruppe von Strahlerelementen in zwei U- förmige Bereiche (16a) zu teilen, wobei die Metallisierung fakultativ ausreichend ist, um jedes Element innerhalb der zweiten Gruppe von Strahlerelementen in zwei parallele rechteckige Bereiche zu teilen.

11. Antenne nach Anspruch 1, die ferner eine Quadraturverzweigung (250) aufweist, die mit jeweiligen Eingängen der Antenne verbunden ist, um so zwei unabhängige Zirkularpolarisationsrichtungen zu erhalten.

12. Antenne nach Anspruch 1, wobei die Elemente der zweiten Leistungsteilergruppe in einer anderen Winkelorientierung als die Elemente der ersten Leistungsteilergruppe angeordnet sind.

13. Antenne nach Anspruch 1, wobei die Elemente der zweiten Leistungsteilergruppe in bezug auf Elemente der ersten Leistungsteilergruppe orthogonal angeordnet sind, so daß die von der Antenne erzielten Polarisationsrichtungen zueinander orthogonal sind.

14. Antenne nach Anspruch 1, wobei sämtliche Pads oder Schlitze quadratische oder kreisrunde Gestalt haben.

15. Antenne nach Anspruch 1, wobei die Groundplane, die erste und die zweite Leistungsteilergruppe sowie die erste und die zweite Gruppe von Strahlerelementen sämtlich jeweils durch ein geeignetes Dielektrikum voneinander getrennt sind, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Luft, Polyethylen, Duroid (Wz), Nomex und Teflon (Wz) besteht.

16. Antenne nach Anspruch 10, wobei die Metallisierung dort angebracht ist, wo Bereiche der zweiten Leistungsteilergruppe unter entsprechenden Elementen in der ersten Gruppe von Strahlerelementen durchlaufen, um so Übersprechen zu minimieren.

17. Antenne nach Anspruch 1, wobei die zweite Gruppe von Strahlerelementen und die erste Leistungsteilergruppe gemeinsam mit der Groundplane eine erste Antennengruppe bilden, die eine erste Polarisationsrichtung hat, und wobei die erste Gruppe von Strahlerelementen und die zweite Leistungsteilergruppe gemeinsam mit der zweiten Gruppe von Strahlerelementen eine zweite Antennengruppe bilden, die eine zu der erster Polarisationsrichtung orthogonale zweite Polarisationsrichtung hat.