WO2001013459A1 - Hochfrequenz-phasenschieberbaugruppe - Google Patents

Hochfrequenz-phasenschieberbaugruppe Download PDF

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WO2001013459A1
WO2001013459A1 PCT/EP2000/007236 EP0007236W WO0113459A1 WO 2001013459 A1 WO2001013459 A1 WO 2001013459A1 EP 0007236 W EP0007236 W EP 0007236W WO 0113459 A1 WO0113459 A1 WO 0113459A1
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phase shifter
assembly according
shifter assembly
sections
tap
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PCT/EP2000/007236
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French (fr)
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Maximilian GÖTTL
Roland Gabriel
Mathias Markof
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Kathrein-Werke Kg
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    • H01Q3/32—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 varying the relative phase between the radiating elements of an array by mechanical means
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    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/108—Combination of a dipole with a plane reflecting surface

Definitions

  • the invention relates to a high-frequency phase shifter assembly according to the preamble of claim 1.
  • Phase shifters are used, for example, to balance the transit time of microwave signals in passive or active networks.
  • the running time of a line is used to adjust the phase position of a signal; changing the phase position therefore means changing the electrically effective length of the lines.
  • the signals to the individual radiators for example dipoles, must have different transit times. So is the difference in the running times between two neighboring emitters for a certain lowering angle when one is vertically one above the other arranged array approximately the same. This runtime difference must now also be increased for larger lowering angles. If the phase positions of the individual radiators can be changed by means of phase shifter assemblies, then this is an antenna with an adjustable electrical lowering of the radiation diagram.
  • a phase shifter which comprises the electrically displaceable plates in order to generate a phase difference between different, but at least two, outputs.
  • the disadvantage here is that the displacement of the dielectric plates also changes the impedance of the lines concerned and consequently the power distribution of the signals depends on the setting of the phase shifter.
  • an antenna array 1 with, for example, five dipole antennas la to le, which are ultimately fed via a feed input 5, is drawn in schematically in order to clarify the prior art.
  • a distribution network 7 Downstream of the feed input 5 is a distribution network 7 which, in the exemplary embodiment shown, has two RF phase shifter assemblies 9, i.e. in the exemplary embodiment shown, supplies two phase shifter assemblies 9 ′, 9 ′′, in the exemplary embodiment shown each of the two phase shifter assemblies 9 supplying two dipoles.
  • a feed line 13 leads from the distribution network 7 to a central dipole radiator 1c, which is operated without a phase shift.
  • phase shifter assembly 9 a division of + 2 ⁇ and -2 ⁇ and the second phase shifter assembly 9 "must be ensured by the phase shifter assembly 9 'and a phase shift of + ⁇ and - ⁇ for the respectively assigned dipole radiators.
  • a correspondingly different setting in the phase shifter assemblies 9 can then be ensured by a mechanical actuator 17 can be guaranteed, which is only shown abstractly in the schematic representation according to a phase shifter assembly known according to the prior art and which automatically realizes the different phase shifts for the various downstream dipoles when actuated, so that different settings of the phase shifter assemblies can be made by appropriate Actuation of a suitable mechanical actuator 17 realizes the electrical lowering of a vertical diagram of an antenna 1, that is to say that the above-mentioned phase shifts also set different ones.
  • the present invention creates a phase shifter assembly which is constructed in a much more space-saving manner and has a higher integration density than previously known solutions.
  • additional connecting lines, solder joints and transformation means for realizing the power division can be saved.
  • a transmission gear necessary to produce or adjust the different phase positions of the radiators can be avoided.
  • the solution according to the invention is characterized in that at least two part-circular strip line segments are provided, which have a tap element cooperate, which is connected to a feed point and forms a movable tap or coupling point in the overlap area with the respective part-circular stripline segment.
  • a plurality of separate connecting lines or a common connecting line leading up to the extremely lying circular segment can be provided, all connecting lines being connected to form a jointly manageable tap element, regardless of the geometry and arrangement of the connecting line.
  • the phase angle can then be set jointly for all antenna radiators supplied via it.
  • the connecting lines can run in different radial dimensions from the common pivot point.
  • a tap element is preferably provided which, in the manner of a radially extending pointer, leads over a plurality of part-circular strip line segments and thereby forms a plurality of tap points which are arranged one behind the other in individual strip line segments.
  • a type of bridge construction with connecting lines running in the same direction, one above the other in a horizontal side view and adjustable about a common pivot axis is also possible, which are rigidly connected to form a common, manageable tap element.
  • the feed takes place at the common pivot point, preferably capacitively. But the tap point between the tap element and the respective circular stripline segment is also capacitive.
  • a division of the transmitted powers can also be realized, for example, in such a way that the power decreases from the inner to the outer circular strip line segment, increases or, if necessary, the power even remains more or less the same for all strip line segments.
  • the high-frequency phase shifter assembly is constructed on a metallic base plate, which is preferably formed by the reflector of the antenna. It has also proven to be advantageous if the phase shifter assembly is shielded by a metallic cover.
  • the distances between the circle segments can be formed differently.
  • the diameter of the stripline segments preferably increases from the inside to the outside by a constant factor.
  • the distances can preferably transmit between the circle segments 0.1 to approximately 1.0 of the transmitted HF wavelength.
  • phase shifter assembly can also be made possible by the fact that the circular segments and connecting lines are designed as triplate lines together with a cover.
  • the invention is explained in more detail below with reference to drawings. Show in detail
  • Figure 1 a schematic representation of a high-frequency phase shifter assembly for
  • Figure 2 is a schematic plan view of a phase shifter assembly according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic section along the tap element in FIG. 2 to explain the capacitive coupling of the phase shifter segment and the center tap;
  • FIG. 4 a modified embodiment of a phase shifter assembly according to the invention with three circle segments;
  • FIG. 5 a further exemplary embodiment of a phase shifter group according to the invention with two circular strip line segments, the connecting line running offset from one another from the center tap to the respective decoupling point in a plan view of the phase shifter module and comprising interconnected connecting lines at the pivot point;
  • FIG. 6 a further modified exemplary embodiment of a phase shifter module according to the invention with two opposite circular segments and connecting lines interconnected at the common center tap or pivot point;
  • FIG. 7 an exemplary embodiment modified from FIG. 6 using two non-part-circular strip line sections (which are running straight);
  • 8a shows a radiation diagram of an antenna array and 8b: rays with adjustable electrical lowering, once for a lowering at 4 'and on the other hand at 10'.
  • a first exemplary embodiment of a high-frequency phase shifter assembly which comprises stripline sections 21 which are offset from one another, i.e.
  • a tapping element 25 runs from the pivot axis 23, which, in relation to the pivot axis 23, 2 is designed to run radially essentially in plan view according to FIG. 2 and in the respective overlap area with an associated stripline segment 21 each forms a coupled tap section 27, also referred to below as tap point 27, that is, in the exemplary embodiment shown, two tap points 27a offset in the longitudinal direction of the tap element 25 , 27b are provided.
  • the feed line 13 leads to a center tap 29, in the area of which the pivot axis 23 for the tap element 25 is seated.
  • the tap element 25 is divided into a first connecting line 31a, which extends from the coupling section 33 in the overlap region of the center tap 29 to the tap point 27a on the inner stripline segment 21a.
  • the area protruding beyond this tap point 27a forms the next connecting section or connecting line 31b, which leads in the overlap area with the outer stripline segment 21b to the tap point 27b formed there.
  • the entire RF phase shifter assembly is constructed with the four dipoles la to ld common in the exemplary embodiment according to FIG. 2 on a metallic base plate 35, which at the same time represents the reflector 35 for the dipoles la to ld.
  • the base section of the center tap 29 is provided offset from the reflector plate 35 by means of a dielectric cone section 37a of larger axial height.
  • a thinner dielectric cone layer 37b overlies the coupling layer 33, which, like the center tap 29, is penetrated by the pivot axis 23.
  • the part-circular strip line segments 21 are also at the same distance as the center tap 29 from the reflector plate 37 and are coupled to the tap element 25 via the dielectric 37 formed there.
  • the tap element 25 is a uniformly rigid lever that can be adjusted about the pivot axis 23.
  • connection 31a and 31b between the corresponding tapping points 29 and 27a and 27b can now simultaneously achieve a power division between the dipole radiators la and ld on the one hand and the further pair of dipole radiators lb and lc, since the ends 39a and 39b respectively partially circular stripline segments 21a, 21b are connected via antenna lines 41, the dipole antennas la to ld.
  • a modified exemplary embodiment with a total of six dipole radiators la to lf is shown with reference to FIG. 4, a phase division from + 3 ⁇ to -3 ⁇ being able to be realized here.
  • a power distribution can be achieved, for example, from the outside in, which enables the power to be graded from 0.5: 0.7: 1, as shown in the table below.
  • a middle dipole radiator or middle dipole radiator group as shown in FIG. 1, can also be provided, which has a phase shift angle of 0 'and is directly connected to the feed line input.
  • FIG. 5 shows a modification compared to FIG. 2, in which no radial tapping element 25 is used, but in which, in plan view, the connecting line 31a is offset by an angular offset with respect to the connecting line 31b, hence in FIG Top view shows a V-shaped design of the tap element 25.
  • connecting line 31b leading from the center tap 29 to the outer tapping point 27b intersects or bridges the inner stripline segment 21a
  • the connecting line 31a is narrower here in order to keep the coupling to the inner stripline segment 21a as low as possible.
  • Both connecting lines 31a and 31b are electrically connected in the region of the coupling section 33 lying above the center tap 29 and are joined together to form a rigid tap element which can be rotated uniformly.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 6 differs from that according to FIG. 2 in that the two semicircular stripline segments 21a and 21b are arranged offset from one another by 180 '.
  • the tapping element 25 is designed to protrude radially from the central pivot axis 23 in both directions beyond the pivot axis 23.
  • connection ends 39a Due to the arrangement of the two stripline sections 21a and 21b rotated by 180 ', attention must be paid to the correspondingly correct connection at the connection ends 39a in relation to the connection ends 39b at the stripline section 21b, for example in order to achieve the desired phase shift from + 2 ⁇ to -2 ⁇ in each case over a phase distance of l ⁇ (an antenna with a phase shift of "0" according to the game according to Figure 1 can and is always provided in addition.
  • the thickness of the stripline sections can be designed differently or have a resistance of different sizes for the stripline sections.
  • the resistance is 50 ohms for the stripline sections.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 6 also shows that the center of the two part-circular strip line sections 21a and 21b does not coincide, and not only with respect to the part-circular strip line sections, but also does not coincide with the pivot axis 23 running parallel thereto it is also possible that the stripline sections may not necessarily be part-circular, but generally arc-shaped (for example elliptical), in extreme cases even in the form of two stripline sections running straight to one another, for example if these have different thicknesses over their length or are formed with resistance that changes over the length.
  • FIG. 7 shows two straight strip line sections 21a and 21b which are offset from one another and in the exemplary embodiment shown are offset from one another by 180 ' to the pivot axis 23.
  • the effect on the vertical radiation diagram for a correspondingly constructed antenna is shown with reference to FIGS. 8a and 8b.

Abstract

Eine verbesserte Hochfrequenz-Phasenschieberbaugruppe zeichnet sich durch folgende neue Merkmale aus: Es ist zumindest ein weiterer vorzugsweise konzentrisch zum ersten Streifenleitungsabschnitt (21a) angeordneter weiterer Streifenleitungsabschnitt (21b, 21c, 21d) vorgesehen; es sind weitere Verbindungsleitungen (31b; 31c, 31d) vorgesehen, worüber eine elektrische Verbindung zumindest mittelbar von der Speiseleitung (13) zum jeweiligen einen Streifenleitungsabschnitt (21a, 21b, 21c, 21d) zugeordneten Abgriffsabschnitt (27a - 27d) besteht; an den zumindest beiden Streifenleitungsabschnitten (21a, 21b, 21c, 21d) sind an versetzt zueinander liegenden Abgriffsstellen (39a, 39b) zumindest zwei verschiedene Paare von Antennenstrahlern (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f) mit unterschiedlichen Phasenwinkeln ( phi ) ansteuerbar; und die mehreren Verbindungsleitungen (31a - 31d) sind mechanisch miteinander verbunden.

Description

Hochfrequenz-Phasenschieberbaugruppe
Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Phasenschieberbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Phasenschieber werden beispielsweise zum Abgleich der Laufzeit von Mikrowellensignalen in passiven oder aktiven Netzwerken eingesetzt. Als bekanntes Prinzip wird die Laufzeit einer Leitung zur Abstimmung der Phasenlage eines Signales ausgenutzt, veränderliche Phasenlage bedeutet demzufolge eine veränderliche elektrisch wirksame Länge der Leitungen.
Für Anwendungen in Antennen mit elektrisch einstellbarer Absenkung des Strahlungsdiagramms müssen die Signale zu den einzelnen Strahlern, beispielsweise Dipolen, unterschiedliche Laufzeiten aufweisen. So ist die Differenz der Laufzeiten zwischen zwei benachbarten Strahlern für einen bestimmten Absenkwinkel bei einem vertikal übereinander angeordneten Array in etwa gleich. Diese Laufzeitdifferenz muss nunmehr für größere Absenkwinkel auch vergrößert werden. Sind die Phasenlagen der Einzelstrahler mittels Phasenschieberbaugruppen veränderlich, so handelt es sich um eine Antenne mit einstellbarer elektrischer Absenkung des Strahlungsdiagramms.
Gemäß der WO 96/37922 ist ein Phasenschieber bekannt, welcher die elektrisch verschiebbare Platten umfasst, um eine Phasendifferenz zwischen verschiedenen, zumindest jedoch zwei Ausgängen zu erzeugen. Nachteilig hierbei ist, dass durch die Verschiebung der dielektrischen Platten auch die Impedanz der jeweils betroffenen Leitungen verändert wird und demzufolge die Leistungsaufteilung der Signale von der Einstellung des Phasenschiebers abhängt.
In der Vorveröffentlichung WO 96/37009 wird eine symmetrische Leitungsverzweigung vorgeschlagen, um nach beiden Seiten dieser Leitung die gleiche Leistung abzugeben. Dies ist möglich, falls beide Seiten mit dem Wellenwiderstand dieser Leitung abgeschlossen sind. Vergleichbare Lösungen technischer Prinzipien werden bereits seit langem bei Mobilfunkantennen eingesetzt. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass nur zwei Strahler versorgt werden können, wobei diese auch noch die gleiche Leistung erhalten. Weiterhin von Nachteil ist die elektrisch leitende Verbindung des Eingangs mit den jeweiligen Leitungen, welche bewegliche, jedoch elektrisch hochwertige Kontakte erfordern, welche jedoch unerwünschte Nichtlinearitäten aufweisen können. Schließlich ist es grundsätzlich auch bekannt, mehrere Phasenschieber in einer Antenne zu integrieren, worüber die einzelnen Strahler der gesamten Antennenanordnung versorgt werden. Da allerdings einzelne Strahler unter- schiedliche Phasendifferenzen aufweisen müssen, müssen für die einzelnen Strahler die Einstellungen bezüglich der Phasenschieberbaugruppen unterschiedlich sein. Dies erfordert aufwendige mechanische Übersetzungsgetriebe, wie sich grundsätzlich aus Figur 1 ergibt, die einen entspre- chenden Aufbau gemäß dem Stand der Technik wiedergibt.
Dazu ist in Figur 1 in schematischer Weise zur Verdeutlichung des Standes der Technik ein Antennenarray 1 mit beispielsweise fünf Dipolantennen la bis le eingezeichnet, die letztlich über einen Speiseeingang 5 gespeist werden.
Dem Speiseeingang 5 nachgeordnet ist ein Verteilnetzwerk 7, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei HF-Phasenschieberbaugruppen 9, d.h. im gezeigten Ausführungsbei- spiel zwei Phasenschieberbaugruppen 9', 9" versorgt, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel jede der beiden Phasenschieberbaugruppen 9 zwei Dipole versorgt .
Vom Verteilnetzwerk 7 führt eine Speiseleitung 13 zu einem mittleren Dipolstrahler lc, welcher ohne Phasenverschiebung betrieben wird.
Die anderen Dipole werden je nach Einstellung der Phasenschieberbaugruppe 9 mit unterschiedlichen Phasen versorgt, wobei beispielsweise der Dipol la mit einer Phase +2φ der Dipolstrahler lb mit einer Phase +lφ, der mittlere Dipolstrahler lc mit der Phase φ = 0, der vierte Dipolstrahler ld mit der Phase -lφ und der letzte Dipolstrahler le mit der Phase -2φ versorgt wird.
Somit muss also über die Phasenschieberbaugruppe 9' eine Aufteilung von +2φ und -2φ und über die zweite Phasenschieberbaugruppe 9" eine Phasenverschiebung von +φ und -φ für die jeweils zugeordneten Dipolstrahler gewährleistet werden. Eine entsprechend unterschiedliche Einstellung bei den Phasenschieberbaugruppen 9 kann dann durch einen mechanischen Stellantrieb 17 gewährleistet werden, der bei der schematischen Darstellung nach einem nach dem Stand der Technik bekannten Phasenschieberbaugruppe nur abstrakt dargestellt ist und der bei Betätigung automatisch die unterschiedlichen Phasenverschiebungen für die verschiedenen nachgeordneten Dipole realisiert. So lässt sich durch unterschiedliche Einstellungen der Phasenschieberbaugruppen durch entsprechende Betätigung eines geeigneten mecha- nischen Stellantriebes 17 die elektrische Absenkung eines Vertikaldiagramms einer Antenne 1 realisieren, d.h. die vorstehend genannten Phasenverschiebungen auch unterschiedlichen einstellen.
Wie sich aus dem geschilderten Aufbau nach dem Stand der Technik ergibt, muss als nachteilig festgehalten werden, dass ein vergleichsweise aufwendiges mechanisches Übersetzungsgetriebe 17 erforderlich ist, um die für die jeweils einzelnen Strahler benötigten unterschiedlichen Phasendif- ferenzen zu erzeugen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ausgehend von dem zuletzt genannten, anhand von Figur 1 erläuterten Stand der Technik eine verbesserte Phasenschieberbaugruppe zu schaffen, die einfacher aufgebaut ist und insbesondere im Falle eines Antennenarrays unter Verwendung von mindestens vier Strahlern eine verbesserte Steuerung und Einstellung der Phasen der einzelnen Strahler ermöglicht. Bevorzugt soll dabei gleichzeitig eine insbesondere paarweise Leistungsaufteilung zwischen minde- stens vier Strahlern möglich sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange- geben.
Die vorliegende Erfindung schafft gegenüber vorbekannten Lösungen eine Phasenschieberbaugruppe, die sehr viel platzsparender aufgebaut ist und gegenüber vorbekannten Lösungen eine höhere Integrationsdichte aufweist. Zudem lassen sich zusätzliche Verbindungsleitungen, Lötstellen und Transformationsmittel zur Realisierung der Leistungs- teilung einsparen. Vor allem kann aber auch ein nach dem Stand der Technik notwendiges Übersetzungsgetriebe, um die unterschiedlichen Phasenlagen der Strahler zu erzeugen bzw. einzustellen, vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest zwei teilkreisförmige Streifenleitungs- segmente vorgesehen sind, die mit einem Abgriffselement zusammenwirken, welches einmal mit einem Einspeisepunkt in Verbindung steht und zum anderen im Überlappungsbereich mit dem jeweiligen teilkreisförmigen Streifenleitungssegment einen verschiebbaren Abgriffs- oder Koppelpunkt bildet. Von der gemeinsamen Einspeisstelle können zu den einzelnen Kreissegmenten mehrere separate oder eine gemeinsame bis zu dem zu äußerst liegenden Kreissegment führenden Verbindungsleitung vorgesehen sein, wobei unabhängig von der Geometrie und Anordnung der Verbindungs- leitung alle Verbindungsleitungen zu einem gemeinsam handhabbaren Abgriffselement verbunden sind. Durch Verstellen bzw. Verdrehen des Abgriffselementes um dessen Drehachse dann dadurch der Phasenwinkel für alle darüber versorgten Antennenstrahler gemeinsam eingestellt werden.
Die Verbindungsleitungen können in unterschiedlicher Radialerstreckung von dem gemeinsamen Verschwenkpunkt aus verlaufen. Alternativ bevorzugt ist jedoch ein Abgriffselement vorgesehen, welches nach Art eines radial ver- laufenden Zeigers über mehrere teilkreisförmige Streifenleitungssegmente hinweg führt und dadurch mehrere hinter- einanderliegende in einzelnen Streifenleitungssegmenten zugeordnete Abgriffspunkte bildet.
Schließlich ist auch eine Art Brückenkonstruktion mit in gleicher Richtung verlaufenden, in horizontaler Seitenansicht übereinander angeordneten und um eine gemeinsame Verschwenkachse verstellbare Verbindungsleitungen möglich, die zu einem gemeinsamen handhabbaren Abgriffselement starr verbunden sind. Die Einspeisung erfolgt am gemeinsamen Drehpunkt, bevorzugt kapazitiv. Aber auch der Abgriffspunkt zwischen dem Abgriffselement und dem jeweiligen kreisförmigen Streifenleitungssegment erfolgt kapazitiv.
Schließlich lässt sich mit der erfindungsgemäßen Lösung auch eine Aufteilung der übertragenen Leistungen realisieren beispielsweise derart, dass die Leistung vom inneren zum äußeren kreisförmigen Streifenleitungssegment abnimmt, zunimmt oder bei Bedarf sogar die Leistung zu allen Streifenleitungssegmenten mehr oder weniger gleich bleibt.
Als günstig hat sich ferner erwiesen, dass die Hochfrequenzphasenschieberbaugruppe auf einer metallischen Grund- platte aufgebaut ist, die bevorzugt durch den Reflektor der Antenne gebildet wird. Ferner hat sich als günstig erwiesen, wenn die Phasenschieberbaugruppe durch einen metallischen Deckel abgeschirmt wird.
Die Abstände zwischen den Kreissegmenten können unterschiedlich gebildet werden. Bevorzugt erhöht sich der Durchmesser der Streifenleitungssegmente von innen nach außen mit einem konstanten Faktor. Die Abstände können dabei bevorzugt zwischen den Kreissegmenten 0,1 bis etwa 1,0 der übertragenen HF-Wellenlänge übertragen.
Eine einfache Realisierung der Phasenschieberbaugruppe lässt sich auch dadurch ermöglichen, dass die Kreissegmente und Verbindungsleitungen gemeinsam mit einem Deckel als Triplateleitungen ausgeführt sind. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert . Dabei zeigen im einzelnen
Figur 1 : eine schematische Darstellung einer Hochfrequenz-Phasenschieberbaugruppe zur
Speisung von fünf Dipolen nach dem Stand der Technik;
Figur 2 : eine schematische Draufsicht auf eine er- findungsgemäße Phasenschieberbaugruppe zur
Ansteuerung von vier Strahlern;
Figur 3 : einen schematischen Schnitt längs des Abgriffselementes in Figur 2 zur Erläuterung der kapazitiven Ankoppelung des Phasenschiebersegmentes und des Mittelabgriffs;
Figur 4 : ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Phasenschieberbau- gruppe mit drei Kreissegmenten;
Figur 5 : ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Phasenschiebergruppe mit zwei kreisförmigen Streifenleitungssegmen- ten, wobei die Verbindungsleitung vom Mittenabgriff zum jeweiligen Abkoppelpunkt in Draufsicht auf die Phasenschieberbaugruppe versetzt zueinander läuft und am Drehpunkt zusammengeschaltete Verbindungsleitungen umfasst; Figur 6 : ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbei- spiel einer erfindungsgemäßen Phasenschieberbaugruppe mit zwei gegenüberliegenden Kreissegmenten und am gemeinsamen Mitten- abgriff oder Drehpunkt zusammengeschalteten Verbindungsleitungen;
Figur 7 : ein zu Figur 6 abgewandeltes Ausführungs- beispiel unter Verwendung zweier nicht teilkreisförmiger Streifenleitungsabschnitte (die gerade verlaufen) ; und
Figuren 8a ein Strahlungsdiagramm eines Antennenar- und 8b : rays mit einstellbarer elektrischer Absen- kung, einmal für eine Absenkung bei 4' und zum anderen bei 10' .
Unter Bezugnahme auf Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Phasenschie- berbaugruppe gezeigt, welche versetzt zueinander liegende Streifenleitungsabschnitte 21 umfasst, d.h. im gezeigten Ausführungsbeispiel teilkreisförmige Streifenleitungssegmente 21, nämlich ein inneres Streifenleitungssegment 21a und ein äußeres Streifenleitungssegment 21b, die in Draufsicht konzentrisch um einen gemeinsamen Mittelpunkt angeordnet sind, durch welchen senkrecht zur Zeichenebene eine vertikale Verschwenkachse 23 hindurch verläuft.
Von der Verschwenkachse 23 aus verläuft ein Abgriffsele- ment 25, welches bezogen auf die Verschwenkachse 23 im wesentlichen in Draufsicht gemäß Figur 2 radial verlaufend gestaltet ist und im jeweiligen Überlappungsbereich mit einem zugehörigen Streifenleitungssegment 21 jeweils einen angekoppelten, nachfolgend auch als Abgriffspunkt 27 be- zeichneten, Abgriffsabschnitt 27 bildet, im gezeigten Ausführungsbeispiel also zwei in Längsrichtung des Abgriffselementes 25 versetzt liegende Abgriffspunkte 27a, 27b vorgesehen sind.
Vom Speiseeingang 5 führt die Speiseleitung 13 zu einem Mittelabgriff 29, in dessen Bereich die Verschwenkachse 23 für das Abgriffselement 25 sitzt.
Das Abgriffselement 25 gliedert sich dabei in eine erste Verbindungsleitung 31a, die vom Koppelabschnitt 33 im Überlappungsbereich des Mittelabgriffs 29 bis zum Abgriffspunkt 27a am inneren Streifenleitungssegment 21a reicht. Der über diesen Abgriffspunkt 27a in Verlängerung überstehende Bereich bildet die nächsten Verbindungsab- schnitt oder Verbindungsleitung 31b, die im Überlappungs- bereich mit dem äußeren Streifenleitungssegment 21b zu dem dort ausgebildeten Abgriffspunkt 27b führt.
Die gesamte HF-Phasenschieberbaugruppe ist mit den im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 vier Dipolen la bis ld gemeinsamen auf einer metallischen Grundplatte 35 aufgebaut, die gleichzeitig den Reflektor 35 für die Dipole la bis ld darstellt.
In der horizontalen Querschnittsdarstellung gemäß Figur 3 ist ersichtlich, dass sowohl am Mittelabgriff 29 wie an den Abgriffpunkten 27 die Kopplung kapazitiv gestaltet ist, hierbei übernehmen verlustarme Dielektrika 37 die kapazitive Ankopplung und gleichzeitig die mechanische Fixierung sowohl des Mittelabgriffs 29 wie der radial dazu versetzt liegenden Abgriffspunkte 27.
Über einen in der axialen Höhe größer dimensionierten Dielektrik-Konusabschnitt 37a ist gegenüber dem Reflektor- blech 35 versetzt liegend der Basisabschnitt des Mittelabgriffs 29 vorgesehen. Durch eine dünnere Dielektrik- Konusschicht 37b liegt darüber die Koppelschicht 33, die ebenso wie der Mittelabgriff 29 von der Verschwenkachse 23 durchsetzt wird.
Aus der Querschnittsdarstellung gemäß Figur 3 ist auch ersichtlich, dass die teilkreisförmigen Streifenleitungssegmente 21 ebenfalls in dem gleichen Abstand wie der Mittelabgriff 29 gegenüber dem Reflektorblech 37 sitzen und über das dort ausgebildete Dielektrikum 37 mit dem Abgriffselement 25 gekoppelt sind. Das Abgriffselement 25 ist dabei ein einheitlich starrer Hebel, der um die Verschwenkachse 23 verstellt werden kann.
Durch Drehen des Abgriffselementes 25 um die Verschwenkachse 23 können nunmehr für alle Dipolstrahler la bis ld gemeinsam die Phase mit den entsprechenden Phasenversatz von +2φ bis -2φ eingestellt werden.
Durch geeignete Wahl der Wellenwiderstände bzw. geeignete Ausformungen der Verbindungen 31a und 31b zwischen den entsprechenden Abgriffspunkten 29 und 27a bzw. 27b kann nunmehr gleichzeitig eine Leistungsteilung zwischen den Dipolstrahlern la und ld zum einen und dem weiteren Paar der Dipolstrahler lb und lc erzielt werden, da jeweils am Ende 39a bzw. 39b der teilkreisförmigen Streifenleitungssegmente 21a, 21b über Antennenleitungen 41 die Dipolantennen la bis ld angeschlossen sind.
Anhand von Figur 4 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit insgesamt sechs Dipolstrahlern la bis lf gezeigt, wobei hier eine Phasenaufteilung von +3φ bis -3φ realisiert werden kann. Zudem kann bei Bedarf eine Leistungsaufteilung beispielsweise von außen nach innen er- zielt werden, die eine Abstufung der Leistung von 0,5 : 0,7 : 1 ermöglicht, wie dies anhand der nachfolgenden Tabelle gezeigt ist.
Bei diesem, wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel, kann aber zudem auch ein wie anhand von Figur 1 gezeigter mittlerer Dipolstrahler oder mittlere Dipolstrahler-Gruppe vorgesehen sein, die einen Phasenverschiebungswinkel von 0' aufweist und direkt mit dem Speiseleitungseingang in Verbindung steht .
Anhand von Figur 5 ist eine Abwandlung gegenüber Figur 2 gezeigt, bei der kein radiales Abgriffselement 25 verwendet wird, sondern bei dem in Draufsicht die Verbindungs- leitung 31a um einen Winkelversatz gegenüber der Verbin- dungsleitung 31b versetztliegend verläuft, von daher in Draufsicht eine V-förmige Gestaltung des Abgriffselementes 25 ergibt.
Da hier die vom Mittelabgriff 29 zum äußeren angekoppelten Abgriffspunkt 27b führende Verbindungsleitung 31b das innenliegende Streifenleitungssegment 21a schneidet bzw. überbrückt, ist hier die Verbindungsleitung 31a schmäler gestaltet, um die Kopplung zum inneren Streifenleitungs- segment 21a möglichst gering zu halten. Beide Verbindungs- leitungen 31a und 31b sind im Bereich des über dem Mittelabgriff 29 liegenden Kuppelabschnitt 33 elektrisch verbunden und zu einem starren einheitlich verdrehbaren Abgriffselement zusammengefügt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 unterscheidet sich von dem gemäß Figur 2 dadurch, dass die beiden halbkreisförmigen Streifenleitungssegmente 21a und 21b um 180' versetzt zueinander liegend angeordnet sind. Das Abgriffselement 25 ist dabei ausgehend von der mittleren Ver- schwenkachse 23 in beiden Richtungen über die Verschwenkachse 23 radial überstehend gestaltet.
Durch die um 180' verdrehte Anordnung der beiden Streifenleitungsabschnitte 21a und 21b ist auf den entsprechend richtigen Anschluss an den Anschlussenden 39a im Verhältnis zu den Anschlussenden 39b am Streifenleitungsabschnitt 21b zu achten, um beispielsweise die gewünschte Phasenverschiebung von +2φ bis -2φ jeweils über einen Phasenabstand von lφ zu gewährleisten (wobei eine Antenne mit der Pha- senverschiebung von "0" entsprechend dem Ausführungsbei- spiel nach Figur 1 noch stets ergänzend vorgesehen sein kann und ist.
Wie anhand von Figur 6 auch nur vom Prinzip her gezeigt ist, kann die Dicke der Streifenleitungsabschnitte unterschiedlich ausgebildet sein bzw. einen unterschiedlich großen Widerstand für die Streifenleitungsabschnitte aufweisen. In der Regel beträgt der Widerstand 50 Ohm für die Streifenleitungsabschnitte .
Das Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 6 zeigt auch, dass der Mittelpunkt der beiden teilkreisförmigen Streifenleitungsabschnitte 21a und 21b nicht zusammenfällt, und zwar nicht nur bezüglich der teilkreisförmigen Streifenleitungsab- schnitte, sondern zudem auch nicht zusammenfällt mit der parallel dazu verlaufenden Verschwenkachse 23. Abweichend zu Figur 6 ist es auch möglich, dass die Streifenleitungsabschnitte nicht zwingend teilkreisförmig, sondern allgemein bogenförmig (beispielsweise elliptisch) sein kön- nen, im Extremfall sogar in Form von zwei gerade zueinander verlaufenden Streifenleitungsabschnitten gebildet sein können, beispielsweise dann, wenn diese über ihre Länge hinweg mit unterschiedlicher Dicke oder mit sich über die Länge hinweg veränderndem Widerstand ausgebildet sind.
Anhand von Figur 7 sind zwei versetzt zueinander liegende, im gezeigten Ausführungsbeispiel um 180' zur Verschwenkachse 23 versetzt zueinander liegende gerade Streifenlei- tungsabschnitte 21a und 21b gezeigt. Anhand von Figur 8a und 8b ist die Wirkung auf das vertikale Strahlungsdiagramm für eine entsprechend aufgebaute Antenne gezeigt. Bei einer geringeren Phasendifferenz der dort schematisch wiedergegebenen fünf Dipole wird ein kleinerer und bei einer über die erläuterte Hochfrequenz- Phasenschiebergruppe eingestellte größere Phasendifferenz ein größerer vertikaler Absenkwinkel erzielt.

Claims

Patentansprüche :
1. Hochfrequenz-Phasenschieberbaugruppe mit den folgenden Merkmalen - mit einem Streifenleitungsabschnitt (21) , mit einem Abgriffselement (25) , welches um eine Verschwenkachse (23) über den Streifenleitungsabschnitt (21) hinweg verschwenkbar ist, das Abgriffselement (25) ist zum einen zumindest mit- telbar mit einer Speiseleitung (13) verbunden, und das Abgriffselement (25) ist über einen Abgriffsabschnitt (27) mit dem Streifenleitungsabschnitt (21) verbunden, der Streifenleitungsabschnitt (21) ist an versetzt lie- genden Abgriffsstellen (39a, 39b) mit zumindest zwei Antennenstrahlern (la - ld) verbunden, die hierüber mit unterschiedlichem Phasenwinkel (φ) ansteuerbar sind, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale es ist zumindest ein weiteres konzentrisch zum ersten Streifenleitungsabschnitt (21a) angeordnetes weiteres Streifenleitungsabschnitt (21b, 21c, 21d) vorgesehen, es sind weitere Verbindungsleitungen (31b, 31c, 31d) vorgesehen, worüber eine elektrische Verbindung zumindest mittelbar von der Speiseleitung (13) zum jeweiligen einen Streifenleitungsabschnitt (21a, 21b, 21c, 21d) zugeordneten Abgriffsabschnitt (27a - 27d) besteht, an den zumindest beiden Streifenleitungsabschnitten (21a, 21b, 21c, 21d) sind an versetzt zueinander liegenden Abgriffsstellen (39a, 39b) zumindest zwei ver- schiedene Paare von Antennenstrahlern (la, lb, lc, ld, le, lf) mit unterschiedlichen Phasenwinkeln (φ) ansteuerbar, und die mehreren Verbindungsleitungen (31a - 31d) sind mechanisch miteinander verbunden.
2. Phasenschieberbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen (31a - 31d) gleichzeitig Transformatoren darstellen, worüber eine definierte Leistungsaufteilung zu den Anschlüssen oder Abgriffsabschnitten (27a - 27d) der mehreren Streifenleitungsabschnitte (21a - 21d) erfolgt.
3. Phasenschieberbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abgriffselement (25) nach Art eines von der Verschwenkachse (23) ausgehenden radialen Zeigerelementes gebildet ist, wobei die jeweilige Verbindungsleitung (31a - 31d) zu einem nächsten, weiter außen liegenden Streifenleitungsabschnitt (21b - 21d) durch radiale Verlängerung der jeweiligen vorausgehenden inneren Verbindungsleitung (31a - 31c) zu dem jeweiligen weiter innenliegenden Abgriffsabschnitt (27a - 27c) gebildet ist.
4. Phasenschieberbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungsleitungen
(31a - 31d) in axialer Ansicht parallel zur Verschwenkachse (23) in Verdrehrichtung des Abgriffselementes (25) um jeweils einen Winkel versetzt zueinander liegen.
5. Phasenschieberbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Verbindungen (31a - 31d) parallel zur Verschwenkachse (23) in überlappender aber isolierter Anordnung so zueinander angeordnet sind, dass die einzelnen Verbindungsleitungen (31a - 31d) jeweils am Mittelabgriff (29) bzw. dem mittleren Koppelabschnitt (33) beginnen und zu dem jeweiligen einem bestimmten Streifenleitungsabschnitt (21a - 21d) zugeordneten Abgriffsabschnitt (27a - 27d) verlaufen.
6. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der über die Speiseleitung (13) eingespeisten Leistung von dem zuinnerst liegenden Streifenleitungsabschnitt (21a) bis zum äußersten Streifenleitungsabschnitt (21d) abnimmt.
7. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der über die Speiseleitung (13) eingespeisten Leistung von dem zuinnerst liegenden Streifenleitungsabschnitt (21a) bis zum äußersten Streifenleitungsabschnitt (21d) zunimmt.
8. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest jeweils zwei, vorzugsweise Gruppen von zumindest zwei oder alle Streifenleitungsabschnitte (21a - 21d) mit gleicher oder nahezu gleicher Leistung gespeist werden.
9. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius oder Durchmesser der Streifenleitungsabschnitte (21a - 21d) sich um einen konstanten Faktor erhöhen.
10. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen den
Streifenleitungsabschnitten (21a - 21d) 0,1 bis 1,0 der übertragenen HF-Wellenlänge beträgt.
11. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgriffsabschnitte
(27a - 27d) als kapazitiv angekoppelte Abgriffsabschnitte (27) ausgebildet sind, die jeweils aus flächigen Streifenleitern bestehen, zwischen denen ein Dielektrikum (37) angeordnet ist.
12. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mit der Speiseleitung (13) in elektrischer Verbindung stehenden Mittelabgriff (29) und dem mit dem Abgriffselement (25) in elektrischer Verbindung stehenden Koppelabschnitt (33) eine kapazitive Ankopplung vorgesehen ist, die ein zwischen zwei Streifenleitungsabschnitten vorgesehenes Dielektrikum (37b) umfasst.
13. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass diese auf einem leitenden, insbesondere metallischen Grundplatte (25) aufgebaut ist, die vorzugsweise durch den Reflektor der Antenne (1) gebildet ist.
14. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, dass diese durch einen metallischen Deckel abgeschirmt sind.
15. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis
14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (31a - 31d) sowie die Streifenleitungsabschnitte (21a - 21d) gemeinsam mit dem Deckel für die Phasenschieberbau- gruppe als Triplate-Leitung ausgeführt sind.
16. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitungs- abschnitte (21a - 21d) einen jeweils definierten Wellen- widerstand aufweisen.
17. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis
16, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabgriff (29) gegenüber dem Reflektor (35) durch ein Dielektrikum (37a) getrennt und darüber gehalten ist.
18. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest beiden Streifenleitungsabschnitte (21a, 21b) bogenförmig, insbesondere teilkreisförmig gestaltet sind.
19. Phasenschieberbaugruppe nach 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der zumindest beiden teilkreis- förmigen Streifenleitungsabschnitte (21a bis 21c) um einen gemeinsamen Mittelpunkt teilkreisförmig verlaufend angeordnet sind.
20. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der
Streifenleitungsabschnitte (21a bis 21c) auf der Verschwenkachse (23) des Abgriffselementes (25) liegt.
21. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der
Streifenleitungsabschnitte (21a bis 21c) und die Verschwenkachse (23) versetzt zueinander liegen.
22. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitungsabschnitte (21a bis 21c) gerade verlaufend ausgebildet sind.
23. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitungsabschnitte (21a bis 21c) in Draufsicht parallel zur Verschwenkachse (23) in versetzt zueinander liegenden Winkel - Sektoren und/oder um einen Winkel um die Verschwenkachse (23) herum versetzt zueinander liegen.
24. Phasenschieberbaugruppe nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrehwinkel, um welchen herum die Streifenleitungsabschnitte (21a bis 21c) um die Ver- schwenkachse (23) herum versetzt zueinander liegen größer als 90' ist.
25. Phasenschieberbaugruppe nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Streifenlei- tungsabschnitte (21a, 21b) vorgesehen sind, die um die Verschwenkachse (23) herum um 180' verdreht zueinander liegen, insbesondere in unterschiedlichem Abstand zur Verschwenkachse (23) .
26. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgriffselement (25) zumindest an zwei versetzt zueinander liegenden Stellen jeweils zumindest bis zu einem Abgriffsabschnitt (27a bis 27d) verläuft.
27. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis
26, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgriffselement als gerade verlaufendes doppelzeigerförmiges Abgriffselement
(25) gestaltet ist, welches zu seinen gegenüberliegenden Enden oder Abgriffsabschnitten (27a, 27b) nach innen versetzt liegend die Verschwenkachse (23) aufweist.
28. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitungs- abschnitte (21a bis 21c) unterschiedliche Dicke aufweisen.
29. Phasenschieberbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitungs- abschnitte (21a bis 21c) unterschiedliche Widerstandswerte oder gleiche Widerstandswerte, insbesondere um 50 Ohm aufweisen.
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