EP0653801A1 - Anordnung zur Aufnahme von mehreren Sende- und/oder Empfangsmoduln - Google Patents

Anordnung zur Aufnahme von mehreren Sende- und/oder Empfangsmoduln Download PDF

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EP0653801A1
EP0653801A1 EP94117396A EP94117396A EP0653801A1 EP 0653801 A1 EP0653801 A1 EP 0653801A1 EP 94117396 A EP94117396 A EP 94117396A EP 94117396 A EP94117396 A EP 94117396A EP 0653801 A1 EP0653801 A1 EP 0653801A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier body
arrangement according
modules
transmitting
arrangement
Prior art date
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Ceased
Application number
EP94117396A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Dipl.-Ing. Ludwig
Erwin Schmucker
Heinz-Peter Dr.-Ing. Feldle
Rolf Dipl.-Ing. Reber
Bernhard Dipl.-Ing. Schweizer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Daimler Benz Aerospace AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Benz Aerospace AG filed Critical Daimler Benz Aerospace AG
Publication of EP0653801A1 publication Critical patent/EP0653801A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0087—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0025—Modular arrays

Definitions

  • the invention is based on an arrangement for accommodating a plurality of transmitting and / or receiving modules according to the preamble of patent claim 1.
  • T / R module Such T / R modules are particularly suitable for driving grid elements of a phase-controlled transmitting and / or receiving antenna, in particular a radar antenna.
  • a T / R module is assigned to each radiator element, eg a dipole.
  • the electronic circuitry present in a T / R module is dependent on the Type of radiator element and thus the antenna. If, for example, this is only designed as a receiving antenna, a T / R module contains only one receiving circuit. If, for example, this is only designed as a transmission antenna, a T / R module contains only one transmission circuit.
  • each T / R module contains a circuit arrangement which enables both a transmission and a reception mode.
  • a so-called baseband e.g. the video frequency range (e.g. 10 Hz to 3 MHz)
  • the line-shaped or matrix-shaped radiator elements e.g. Dipoles, a distance which lies, for example, in a range from 0.7 ⁇ to 0.5 ⁇ , where ⁇ is the wavelength of the electromagnetic radiation emitted and / or received by the radiator elements.
  • each radiator element As directly as possible to the associated T / R module, which means that there is no electronic distribution network and that the connection line between the radiator element and the T / R module is as possible must be kept short.
  • the invention has for its object to provide a generic arrangement which is suitable for short wavelengths, which is mechanically robust, which is inexpensive to manufacture, which is inexpensive to replace or repair and which has the lowest possible electrical and thermal resistances.
  • a first advantage of the invention is that a so-called RF front end of an active phase-controlled antenna can be constructed, which consists of a large number, e.g. several hundred, in rows and / or columns arranged radiator elements, and thus T / R modules, and which is mechanically robust and lightweight, so that in particular high-performance transmit and / or receive antennas for e.g. Aviation and / or space applications in the radar area are possible.
  • radiator elements can be connected to the T / R modules in a cost-effective and space-saving manner, for example by means of a so-called bonding process.
  • a third advantage is that a precisely determinable temperature control of the T / R modules is possible, so that in particular high amounts of heat loss can be dissipated and thus very powerful T / R modules can be used. This results in high reliability and a long service life for the T / R modules.
  • a fourth advantage is that a compulsory, highly precise mechanical adjustment of the T / R modules is possible.
  • a fifth advantage is that thermal and electrical contact resistances are almost independent of the thermal expansion of the arrangement.
  • a sixth advantage is that each individual T / R module can be exchanged inexpensively for repair and / or maintenance.
  • a seventh advantage is that the T / R modules can be spatially arranged in such a way that two rows of T / R modules form a mechanical and an electrical unit, and that a so-called cable duct is formed between the rows, in which electrical connecting lines and coupling elements (plugs) can be arranged.
  • T / R modules and radiator elements for the X-band that is to say a wavelength ⁇ of approximately 27 mm.
  • FIG. 1 shows a carrier body 1, e.g. a metal tube (copper, brass, aluminum) with good electrical conductivity, especially for the HF range and good thermal conductivity.
  • the metal tube has a rectangular cross-section (shown hatched) and an interior 2 through which a gaseous or liquid coolant, e.g. Air or water.
  • a gaseous or liquid coolant e.g. Air or water.
  • the metal tube is closed at its ends with corresponding coolant connections, not shown.
  • housings G1, G2 are fastened, each of which contains, for example, four T / R modules M.
  • Each T / R module M can be understood as a cuboid structure, the longitudinal axis of which is arranged perpendicular to that of the metal tube.
  • Each T / R module M has a radiator connection ST to which an associated radiator element (FIG. 2) can be coupled and at least one control connection STE, for example connectors for HF and control signals and for the power supply.
  • the radiator and control connections are attached to the opposite (end) surfaces of a T / R module. At least the radiator connections ST of all T / R modules M lie approximately in one plane. The in FIG.
  • the T / R modules M have a length L that is greater than the width of the metal tube. This creates a gap Z open on one side between the modules M (housings G1, G2), which can be used advantageously, for example for receiving control and / or (current) supply lines.
  • the housings G1, G2 are mechanically fixed, for example by screws, to the metal tube, so that good electrical (ground) contacts and thermal contacts are present.
  • At least one centering device on the housings G1, G2 and the metal tube, for example, two centering pins on each of the housings G1, G2 and associated centering recesses in the outside of the metal tube.
  • This enables the housing G1, G2 and thus the T / R modules M to be assembled in a cost-effective and reproducible manner.
  • mechanical adjustment work that is otherwise necessary is avoided if one of the housings G1, G2 has to be replaced for maintenance and / or repair work .
  • a multiplicity of housings G1, G2 can be arranged in the longitudinal direction of the carrier body 1 on one or both sides.
  • the number of T / R modules M depends on the shape of the phase-controlled antenna to be manufactured.
  • the carrier body 1 with the T / R modules M (housings G1, G2) attached to it thus forms a mechanical and electrical unit that can be manufactured and tested at low cost.
  • Such a unit can be stored as a supply and / or spare part and, if necessary, exchanged for an identical unit, e.g. for repair and / or maintenance work on a complete front end (active phase-controlled antenna).
  • it is e.g. for repair and / or maintenance work it is possible to replace one or more housings G1, G2 (T / R modules M) in a unit in a cost-effective manner and then to test and store the unit as a whole again.
  • each T / R module M individually in a correspondingly reduced housing G1, G2 or to accommodate a large number, for example 16, of T / R modules M in a housing G1, G2, and to already accommodate these in the housing G1, G2 according to the requirements of the phased To link the antenna logically, e.g. according to a multiplex method. In this way, the control and / or connecting lines leading to the housing G1, G2 and thus the required connectors can be considerably reduced.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment with which a plurality of radiator elements STR arranged in a row can be produced in a cost-effective manner with high precision and reproducibility.
  • the radiator element IS is connected to a filter structure IF, e.g. a matching filter, and a connecting line IV connected to the radiator connection ST of a module M. It is inexpensive and advantageous to make this connection with the aid of a bond connection.
  • the RK directional coupler is also designed with integrated technology. With this RK directional coupler, a variety of testing and / or setting procedures can be carried out. For example, a transmission and / or Received signal can be picked up and processed immediately. Furthermore, a large number of (test) reception signals can be fed in via the feed-in / take-off point EAP and the directional coupler RK, for example in order to test one or more T / R modules M and the (radar) processor connected downstream of them.
  • the directional coupler RK can be assigned a detector diode, so that it is possible to monitor the RF output power or to carry out a calibration in the transmit mode of an individual T / R module.
  • FIG. 3 shows a schematically illustrated cross section (normal to the longitudinal axis of the carrier body 1, FIG. 1) of an exemplary embodiment corresponding to FIG. 1, which is particularly compact, mechanically robust and for very short wavelengths ⁇ , e.g. ⁇ ⁇ 10 mm, is feasible.
  • the carrier body consists of two metal plates M1, M2 arranged parallel to one another, between which there is a meandering folded metal structure MS, which is mechanical with the metal plates M1, M2 is connected, for example by welding.
  • the metal plates M1, M2 and the metal structure MS form a mechanically stable composite plate through which a gaseous or liquid coolant KU can be passed.
  • the metal structure MS has - compared to the metal tube (FIG. 1) - a much larger area, so that effective cooling and / or temperature control is made possible.
  • T / R module M On both sides of this (composite) support body, according to FIG. 1, module M attached, but with the difference that the T / R modules M are individually (without housing G1, G2) attached to the (composite) carrier body, e.g. through screw connections.
  • T / R module M consists e.g. from a ceramic housing K, in which an integrated transmission / reception circuit arrangement is arranged, and a substrate S attached thereto, according to FIG. 2, on which a circulator Z is additionally arranged.
  • Such T / R modules M are particularly small (based on the direction of the longitudinal axis of the support body), so that very small (grid) distances x, e.g. x ⁇ 10 mm.
  • the metal plates M1, M2 shown in FIG. 3 centering depressions shown in dashed lines, e.g. trough-shaped depressions with a depth of approximately 0.5 mm.
  • the matching centering elevations are located on the bottom surface of the ceramic housing K.
  • FIG. 4 schematically illustrated embodiment differs from that of FIG. 1 or 3 essentially in that the carrier body 1 has a trench-shaped depression on opposite sides S1, S2, so that a so-called dovetail-shaped structure is formed.
  • the housing G2 (FIG. 1) or the T / R module M (FIG. 3) has a matching counter structure on the underside, a guide part FT being movably mounted and pressed into the recess of the carrier body 1 by spring force (arrow) becomes. This creates a force component KR, which presses the housing G2 or the T / R module M positively against the carrier body 1, so that good thermal and electrical contact is always guaranteed.
  • the dovetail structure described enables the support body 1 to be equipped with housings and / or individual modules on both sides and their cost-effective and rapid exchange from one side for repair and / or maintenance purposes. Furthermore, it is advantageously achieved that the electrical and thermal contact mentioned is largely independent of temperature fluctuations due to the action of the force component KR.
  • the carrier body has three openings 2 for the passage of a gaseous or liquid coolant.
  • a metal structure MS FIG. 3
  • the invention is not limited to the examples described, but can be applied analogously to others.
  • the one shown in FIG. 4 side designated with S2 of the carrier body 1 there have (punctiform) centering bores into which the resilient guide part FT engages.
  • An adjustment of the housing or the T / R module with respect to the longitudinal axis of the carrier body 1 is thereby achieved.
  • FIG. 5 shows a recording with the advantages of the example according to FIG. 4, however, for thin metal plates (as a (base) support (base plate) of a housing G2 or module M).
  • the arrangement of the dovetail guide on one side of the carrier body 1 and a guide part FT resilient in the direction of the arrow, which likewise has a dovetail guide, ensures that the metal plates bend in the direction of the carrier body during tensioning. The metal plates cannot deform mechanically and have good thermal and electrical contact with the carrier body 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aufnahme mehrerer T/R-Module, insbesondere für ein Frontend einer phasengesteuerten (Radar-)Antenne. Dabei wird ein hohler Trägerkörper verwendet, durch den ein Kühlgas oder eine Kühlflüssigkeit geleitet werden kann. An gegenüberliegenden Seiten des Trägerkörpers werden die T/R-Moduln in kostengünstiger und leicht auswechselbarer Weise befestigt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Aufnahme von mehreren Sende- und/oder Empfangsmoduln nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • In folgenden wird der Begriff Sende- und/oder Empfangsmodul mit T/R-Modul abgekürzt. Solche T/R-Module sind insbesondere geeignet zum Ansteuern rasterförmig angeordneter Strahlerelemente einer phasengesteuerten Sende- und/oder Empfangsantenne, insbesondere einer Radarantenne. Dabei wird jedem Strahlerelement, z.B. einem Dipol, ein T/R-Modul zugeordnet. Dabei ist die in einem T/R-Modul vorhandene elektronische Schaltungsanordnung abhängig von der Art des Strahlerelementes und damit der Antenne. Ist diese beispielsweise lediglich als Empfangsantenne ausgebildet, so enthält ein T/R-Modul lediglich eine Empfangsschaltung. Ist diese beispielsweise lediglich als Sendeantenne ausgebildet, so enthält ein T/R-Modul lediglich eine Sendeschaltung. Bei einer Sende- und/oder Empfangsantenne enthält jedes T/R-Modul eine Schaltungsanordnung, die sowohl einen Sende- als auch einen Empfangsmodus ermöglicht.
  • Es ist vorteilhaft, die in einem T/R-Modul vorhandene Sende- und/oder Empfangs-Schaltungsanordnung in integrierter Bauweise so auszulegen, daß eine Umsetzung von einem Zwischenfrequenzband oder sogar einem sogenannten Basisband, z.B. dem Video-Frequenzbereich (z.B. 10 Hz bis 3 MHz), in den Sende- und/oder Empfangsbereich erfolgt, mit welchem die Sende- und/oder Emfangs-Strahlerelemente betrieben werden.
  • Bei einer phasengesteuerten Antenne haben die zeilen- oder matrixförmigen angeordneten Strahlerelemente, z.B. Dipole, einen Abstand, der beispielsweise in einem Bereich von 0,7λ bis 0,5λ liegt, wobei λ die Wellenlänge der von den Strahlerelementen ausgesandten und/oder empfangenen elektromagnetischen Strahlung ist.
  • Zur Vermeidung von elektrischen Leitungsverlusten und elektrischen Koppelverlusten ist es zweckmäßig, jedes Strahlerelement möglichst unmittelbar an das zugehörige T/R-Modul anzukoppeln, das heißt, daß kein elektronisches Verteilnetzwerk vorhanden ist und daß die Verbindungsleitung zwischen dem Strahlerelement und dem T/R-Modul möglichst kurz gehalten werden muß. Diese Vorgaben haben zur Folge, daß die T/R-Module in denselben (Raster-)Abständen wie die zugehörigen Strahlerelemente angeordnet werden müssen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung anzugeben, die für kurze Wellenlängen geeignet ist, die mechanisch robust ist, die kostengünstig herstellbar ist, die kostengünstig austauschbar bzw. reparierbar ist und die möglichst geringe elektrische sowie thermische Widerstände besitzt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des patentanpruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
  • Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein sogenanntes HF-Frontend einer aktiven phasengesteuerten Antenne aufbaubar ist, das aus einer Vielzahl, z.B. mehreren hundert, zeilen- und/oder spaltenförmig angeordneter Strahlerelemente, und damit T/R-Moduln, besteht, und das mechanisch robust und von geringem Gewicht ist, so daß insbesondere hochleistungsfähige Sende- und/oder Empfangsantennen für z.B. Luftfahrt- und/oder Raumffahrtanwendungen im Radarbereich möglich werden.
  • Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß die strahlerelemente in kostengünstiger und raumsparender Weise, z.B. mittels eines sogenannten Bondverfahrens, an die T/R-Module anschließbar sind.
  • Ein dritter Vorteil besteht darin, daß eine genau bestimmbare Temperierung der T/R-Module möglich ist, so daß insbesondere hohe Verlustwärmemengen abführbar sind und somit elektrisch sehr leistungsstarke T/R-Module verwendbar sind. Dieses bewirkt eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer der T/R-Module.
  • Ein vierter Vorteil besteht darin, daß eine zwangsweise hochgenaue mechanische Justierung der T/R-Module möglich ist.
  • Ein fünfter Vorteil besteht darin, daß thermische sowie elektrische Kontaktwiderstände nahezu unabhängig sind von der thermischen Ausdehnung der Anordnung.
  • Ein sechster Vorteil besteht darin, daß bei einer Reparatur und/oder Wartung jeder einzelne T/R-Modul kostengünstig austauschbar ist.
  • Ein siebter Vorteil besteht darin, daß die T/R-Module räumlich derart angeordnet werden können, daß jeweils zwei Zeilen von T/R-Moduln eine mechanische sowie elektrische Einheit bilden, und daß zwischen den Zeilen ein sogenannter Kabelkanal entsteht, in dem elektrische Verbindungsleitungen sowie Kopplungselemente (Stecker) angeordnet werden können.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematisch dargestellte Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Figuren 1 bis 5
    Ausführungsbeispiele zur Erläuterung der Erfindung.
  • Die nachfolgend beschriebenen Beispiele beziehen sich auf T/R-Module und Strahlerelemente für das X-Band, das heißt eine Wellenlänge λ von ungefähr 27 mm. Die Strahlerelemente und damit die T/R-Module haben beispielsweise einen Rasterabstand X = 13 mm. Mit diesen Angaben ist es einem Fachmann möglich, anhand der nachfolgend beschriebenen, schematisch dargestellten Figuren entsprechend genaue Ausführungsbeispiele zu erstellen.
  • FIG. 1 zeigt einen Trägerkörper 1, z.B. ein Metallrohr (Kupfer, Messing, Aluminium) mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit, insbesondere für den HF-Bereich und einer guten Wärmeleitfähigkeit. Das Metallrohr hat einen rechteckförmigen Querschnitt (schraffiert dargestellt) und einen Innenraum 2, durch den parallel zur Längsachse des Metallrohres ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel, z.B. Luft oder Wasser, geleitet werden kann. Dazu ist das Metallrohr an seinen Enden mit entsprechenden, nicht dargestellten Kühlmittelanschlüssen abgeschlossen.
  • Alternativ dazu ist es möglich, mehrere Metallrohre zeilenförmig parallel nebeneinander anzuordnen. Dabei richtet sich die Anzahl der Zeilen nach der Anzahl der in Zeilen angeordneten strahlerelemente. Die Enden der Metallrohre sind mit Verbindungsrohren, z.B. einem Trägerrahmen, verbunden, welche ebenfalls von dem Kühlmittel durchströmt werden. Die entstandene mechanische Struktur hat die Form einer Leiter. Bei einem solchen Gebilde sind dann vorteilhafterweise lediglich zwei Kühlmittelanschlüsse (Zu- und abfluß), z.B. Schlauchanschlüsse nötig.
  • An gegenüberliegenden Seitenflächen, vorzugsweise den größeren Seitenflächen sind Gehäuse G1, G2 befestigt, die jeweils z.B. vier T/R-Module M enthalten. Jeder T/R-Modul M kann als quaderförmiges Gebilde aufgefaßt werden, dessen Längsachse senkrecht zu derjenigen des Metallrohres angeordnet ist. Jeder T/R-Modul M hat einen Strahleranschluß ST, an den ein zugehöriges Strahlerelement (FIG. 2) ankoppelbar ist und mindestens ein Steueranschluß STE, z.B. Konnektoren für HF - sowie Kontrollsignale und für die Stromversorgung. Dabei sind Strahler- und Steueranschluß am gegenüberliegenden (Stirn-)Flächen eines T/R-Moduls angebracht. Zumindest die Strahleranschlüsse ST aller T/R-Module M liegen ungefähr in einer Ebene. Die in FIG. 1 matrixförmig angeordneten Strahleranschlüsse ST haben in beiden Richtungen einen gleichen (Raster-)Abstand x, z.B. 0,7λ≧X≧0,5λ. Die T/R-Module M haben eine Länge L, die größer ist als die Breite des Metallrohres. Dadurch entsteht zwischen den Moduln M (Gehäusen G1, G2) ein einseitig offener Zwischenraum Z, der vorteilhaft nutzbar ist, z.B. zur Aufnahme von Steuer- und/oder (Strom)Versorgungsleitungen. Die Gehäuse G1, G2 sind mechanisch fest, z.B. durch Schrauben, mit dem Metallrohr verbunden, so daß gute elektrische (Masse-)Kontakte und Wärmekontakte vorhanden sind. Es ist vorteilhaft, an den Gehäusen G1, G2 sowie dem Metallrohr mindestens eine Zentriervorrichtung, z.B. jeweils zwei Zentrierstifte an jedem der Gehäuse G1, G2 und zugehörige Zentriervertiefungen in der Außenseite des Metallrohrs, anzubringen. Dieses ermöglicht in kostengünstiger und reproduzierbarer Weise eine hochgenaue Montage der Gehäuse G1, G2 und damit der T/R-Module M. Außerdem werden damit ansonsten notwendige mechanische Justierarbeiten vermieden wenn eines der Gehäuse G1, G2 zu Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten ausgetauscht werden muß.
  • Es ist ersichtlich, daß in Längsrichtung des Trägerkörpers 1 ein- oder beidseitig eine Vielzahl von Gehäusen G1, G2 (und damit T/R-Moduln M) angeordnet werden kann. Dabei ist die Anzahl der T/R-Module M von der Form der herzustellenden phasengesteuerten Antenne abhängig. Der Trägerkörper 1 mit den daran angebrachten T/R-Moduln M(Gehäusen G1, G2) bildet also eine mechanische und elektrische Einheit, die kostengünstig gefertigt und ausgetestet werden kann. Eine solche Einheit kann als Vorrats- und/oder Ersatzteil gelagert werden und bedarfsweise gegen eine gleiche Einheit ausgetauscht werden, z.B. bei Reparatur- und/oder Wartungsarbeiten an einem vollständigen Frontend (aktiver phasengesteurten Antenne). Weiterhin ist es z.B. bei Reparatur- und/oder Wartungsarbeiten möglich, bei einer Einheit ein oder mehrere Gehäuse G1, G2 (T/R-Module M) in kostengünstiger Weise auszutauschen und dann die Einheit als ganzes wieder auszutesten und zu lagern.
  • Es ist weiterhin möglich jeden T/R-Modul M einzeln in einem entsprechend verkleinerten Gehäuse G1, G2 anzuordnen oder in einem Gehäuse G1, G2 eine Vielzahl, z.B. 16, von T/R-Moduln M unterzubringen und diese bereits in dem Gehäuse G1, G2 entsprechend den Erfordernissen der phasengesteuerten Antenne logisch zu verknüpfen, z.B. entsprechend einem Multiplexverfahren. Auf derartige Weise sind die zu dem Gehäuse G1, G2 führenden Steuer- und/oder Verbindungsleitungen und damit die erforderlichen Konnektoren erheblich verringerbar.
  • FIG. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, mit dem eine in einer Zeile angeordnete Vielzahl von Strahlerelementen STR in kostengünstiger Weise hochgenau und reproduzierbar herstellbar ist.
  • Auf einen streifenförmigem Substrat S, dessen Länge (in Richtung der Längsachse des Trägerkörpers 1 (FIG. 1)) vorzugsweise gleich derjenigen eines Gehäuses G2 ist, und das aus einem für HF-Anwendungen geeignetem Material, z.B. Keramik oder Kunststoff, besteht, wird in gedruckter Schaltungstechnologie ein- oder beidseitig ein strahlerelement IS, z.B. ein Dipol-Sende-/Empfangsstrahler, aufgebracht, dessen Abmessungen von der Wellenlänge λ abhängen. Das Strahlerelement IS ist über eine Filtersstruktur IF, z.B. einem Anpaßfilter, sowie eine Verbindungsleitung IV an den Strahleranschluß ST eines Moduls M angeschlossen. Es ist kostengünstig und vorteilhaft, diesen Anschluß mit Hilfe einer Bondverbindung vorzunehmen.
  • Es ist vorteilhaft, an die Verbindungsleitung IV einen Richtkoppler RK mit einem zusätzlichem Einspeise-/Abnahmepunkt EAP anzukoppeln. Dabei ist der Richtkoppler RK ebenfalls in integrierter Technologie ausgeführt. Mit diesem Richtkoppler RK sind vielfältige Prüf- und/oder Einstellvorgänge durchführbar. Beispielsweise kann an dem Einspeise-/Abnahmepunkt EAP zu Kontrollzwecken ein Sende- und/oder Empfangssignal unmittelbar abgenommen und verarbeitet werden. Weiterhin können über den Einspeise-/Abnahmepunkt EAP und den Richtkoppler RK eine Vielzahl von (Test-)Empfangssignalen eingespeist werden, z.B. um ein oder mehrere T/R-Module M sowie den diesen nachgeschalteten (Radar-)Prozessor zu testen.
  • Zusätzlich ist dem Richtkoppler RK eine Detektordiode zuordbar, so daß eine Überwachung der HF-Ausgangsleistung oder Durchführung einer Kalibration im Sendemode eines individuellen T/R-Moduls möglich ist.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, an einem T/R-Modul M neben dem Strahleranschluß ST einen Versorgungsspannungsanschluß DC anzuordnen. Mit diesem und ebenfalls über eine Bondverbindung, sowie einen integrierten Bufferkondensator BK (auf dem Substrat S) ist es möglich, auf dem Substrat S vorhandene aktive Leistungs-Bauteile mit Energie zu versorgen. Derartige Bauteile sind über entsprechende Verbindungsleitungen an den mit STR bezeichneten Punkt anschließbar.
  • FIG. 3 zeigt einen schematisch dargestellten Querschnitt (normal zur Längsachse des Trägerkörpers 1, FIG. 1) eines Ausführungsbeispiels entsprechend FIG. 1, das besonders kompakt, mechanisch robust sowie für sehr kurze Wellenlängenlängen λ, z.B. λ≦10 mm, ausführbar ist.
  • Gemäß FIG. 3 besteht der Trägerkörper aus zwei parallel zueinander angeordneten Metallplatten M1, M2, zwischen denen eine mäanderförmig gefaltete Metallstruktur MS vorhanden ist, die mit den Metallplatten M1, M2 mechanisch verbunden ist, z.B. durch Schweißen. Die Metallplatten M1, M2 sowie die Metallstruktur MS bilden eine mechanisch stabile Verbundplatte, durch die ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel KU geleitet werden kann. Die Metallstruktur MS besitzt - im Vergleich zu dem Metallrohr (FIG. 1) - eine wesentlich größere Fläche, so daß eine wirksame Kühlung und/oder Temperierung ermöglicht wird.
  • Beidseitig an diesem (Verbund-)Trägerkörper sind, entsprechend FIG. 1, Module M angebracht, jedoch mit dem Unterschied, daß die T/R-Module M einzeln (ohne Gehäuse G1, G2) auf dem (Verbund-)Trägerkörper befestigt sind, z.B. durch Schraubverbindungen. Ein in FIG. 3 dargestellter T/R-Modul M besteht z.B. aus einem Keramikgehäuse K, in welchem eine integrierte Sende-/Empfangsschaltungsanordnung angeordnet ist, und einem daran befestigten Substrat S, entsprechend FIG. 2, auf dem zusätzlich ein Zirkulator Z angeordnet ist. Derartige T/R-Module M sind besonders klein (bezogen auf die Richtung der Längsachse des Trägerkörpers) ausführbar, so daß für die Strahlerelemente sehr kleine (Raster-)Abstände x, z.B. x≦10 mm, möglich werden.
  • Für eine zuverlässige sowie kostengünstige Montage derartiger T/R-Module M sind in den Metallplatten M1, M2 die in FIG. 3 gestrichelt dargestellten Zentriervertiefungen, z.B. wannenförmige Vertiefungen mit einer Tiefe von ungefähr 0,5 mm, angebracht. Die dazu passenden Zentriererhebungen befinden sich auf der Bodenfläche des Keramikgehäuses K.
  • Eine solche Anordnung entsprechend FIG. 3 hat folgende Vorteile:
    • 1. Der Trägerkörper ist a) preiswert, b) sehr leicht, c) mechanisch äußerst stabil.
    • 2. Durch die extreme große Fläche der Metallstruktur MS ist eine effiziente Kühlung (forcierte Luft- oder Flüssigkeitskühlung) möglich.
    • 3. Die Kühlung kann als kompletter Block (z.B. für eine komplette Spalte oder Zeile oder Untereinheiten) ausgeführt werden, d.h. es ergibt sich eine drastische Verringerung von Kühlverbindungen (Rohre, Schläuche, Verschlüsse) und damit eine erhöhte Sicherheit des Gesamtsystems.
    • 4. Durch Ausfräsung von Taschen (Tiefe nur wenige zehntel mm) zur Aufnahme von Moduln (T/R-, R- oder T-Module) ist eine Justierung bezüglich des Strahlerabstands gegeben. Ein multiplikativer Fehlereffekt bezüglich des mechanischen Modulquerschnitts und/oder der Einbautoleranzen wird vermieden.
    • 5. Drastische Einsparung bezüglich Fräsarbeiten (Preis, Komplexität).
    • 6. Schnelle Montage/Integration von Moduln, Substraten, Busstrukturen u.a. von nur einer Seite.
    • 7. Einfache Verbreiterung erlaubt beliebige weitere Aufnahmemöglichkeiten, z.B. Kalibrierverteilung.
    • 8. Vereinfachte Lagerhaltung, weniger geschultes Personal für Wartung bzw. Reparaturen erforderlich.
    • 9. Zentrale Komponenten (z.B. Leitungstreiber, Elektronik, Stromversorgung) werden auf der gleichen Platte bzw. Träger befestigt (komplettes Systemteil.
    • 10. Realisierung von geprüften und/oder kalibrierten Einheiten (d.h. schnelle Wartung/Ersatz) möglich.
  • Das in FIG. 4 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von denjenigen der FIG. 1 oder 3 im wesentlichen dadurch, daß der Trägerkörper 1 an gegenüberliegenden Seiten S1, S2 jeweils eine grabenförmige Vertiefung aufweist, so daß eine sogenannte schwalbenschwanzförmige Struktur entsteht. Das Gehäuse G2 (FIG. 1) oder der T/R-Modul M (FIG. 3) hat auf der Unterseite eine dazu passende Gegenstruktur, wobei ein Führungsteil FT beweglich gelagert ist und durch Federkraft (Pfeil) in die Vertiefung des Trägerkörpers 1 gepreßt wird. Dadurch entsteht eine Kraftkomponente KR, welche das Gehäuse G2 oder den T/R-Modul M formschlüssig gegen den Trägerkörper 1 preßt, so daß immer ein guter thermischer sowie elektrischer Kontakt gewährleistet ist.
  • Die beschriebene Schwalbenschwanz-Struktur ermöglicht ein beidseitiges Bestücken des Trägerkörpers 1 mit Gehäusen und/oder Einzelmodule und deren kostengünstigen und schnellen Austausch von einer Seite zu Reparatur- und/oder Wartungszwecken. Weiterhin wird vorteilhafterweise erreicht, daß der erwähnte elektrische und thermische Kontakt durch die Wirkung der Kraftkomponente KR in weiten Grenzen unabhängig von Temperaturschwankungen ist.
  • In dem Beispiel gemäß FIG. 4 besitzt der Trägerkörper drei Öffnungen 2 zur Durchleitung eines gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels. Alternativ dazu ist es möglich, den Innenraum des Trägerkörpers 1 mit einer Metallstruktur MS (FIG. 3) auszugestalten, so daß eine große Kühlfläche entsteht.
  • Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. Beispielsweise kann die in FIG. 4 mit S2 bezeichnete Seite des Trägerkörpers 1 dort (punktförmige) Zentrierbohrungen aufweisen, in welche das federnde Führungsteil FT einrastet. Dadurch wird eine Justierung des Gehäuses oder des T/R-Moduls bezüglich der Längsachse des Trägerkörpers 1 erreicht.
  • FIG. 5 zeigt eine Aufnahme mit den Vorteilen des Beispiels gemäß FIG. 4 jedoch für dünne Metallplatten (als (Grund-)Träger (Bodenplatte) eines Gehäuses G2 oder Moduls M). Durch die Anordnung der Schwalbenschwanzführung an einer Seite des Trägerkörpers 1 und einem in Richtung des Pfeiles federnden Führungsteil FT, das ebenfalls eine Schwalbenschwanzführung besitzt, ist gewährleistet, daß die Metallplatten sich beim Spannen in Richtung Trägerkörper durchbiegen. Die Metallplatten können sich mechanisch nicht verformen und haben einen guten thermischen und elektrischen Kontakt zum Trägerkörper 1.

Claims (10)

  1. Anordnung zur Aufnahme von mehreren Sende- und/oder Empfangsmoduln zum Betreiben mehrerer Strahlerelemente, wobei
    - an jedes Sende- und/oder Empfangsmodul ein Strahlerelement unmittelbar ankoppelbar ist und
    - die Sende- und/oder Empfangsmodule entsprechend dem Raster der Strahlerelemente angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
    - daß ein rohrförmiger Trägerkörper (1) mit einem im wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt vorhanden ist,
    - daß an gegenüberliegenden Seiten des Trägerkörpers (1) mehrere Befestigungsmittel vorhanden sind derart, daß die Sende- und/oder Empfangsmodule (M) in vorgebbaren Abständen formschlüssig und abnehmbar auf dem Trägerkörper (1) montierbar sind, so daß die Längsachse der Sende- und/oder Empfangsmodule (M) im wesentlichen senkrecht steht zu der Längsachse des Trägerkörpers (1) und
    - daß durch den Innenraum des Trägerkörpers (1) parallel zu dessen Längsachse ein Kühl- und/oder Temperiermittel leitbar ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper eine Verbundstruktur besitzt, bestehend aus zwei Metallplatten (M1, M2) sowie eine zwischen diesen befestigte Metallstruktur (MS), die in Richtung der Längsachse des Trägerkörpers durchgängig ist für ein Kühlmittel.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstruktur (MS) aus einem mäanderförmig gefaltetem Blech besteht und daß die Metallstruktur (MS) beidseitig mit den Metallplatten (M1, M2) verbunden ist, so daß ein guter thermischer und elektrischer Kontakt entsteht.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) an gegenüberliegenden Seiten (S1, S2) jeweils eine schwalbenschwanzförmige Zentriervertiefung aufweist und daß an mindestens einem Gehäuse (G2) eines T/R-Moduls eine dazu passende Zentrier-Gegenanordnung vorhanden ist.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zentrier-Gegenanordnung ein federnd gelagertes Führungsteil (FT) vorhanden ist, durch welches das Gehäuse (G2) und/oder ein Sendeund/oder Empfangsmodul (M) formschlüssig gegen den Trägerkörper (1) gedrückt wird, so daß ein im wesentlichen temperaturunabhängiger elektrischer und thermischer Kontakt entsteht.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) an beiden Enden jeweils einen Anschluß zur Ein- und/oder Ausleitung eines Kühlmittels besitzt.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gehäusen (G1, G2) und/oder den Sende-/Empfangsmoduln (M) parallel zur Längsrichtung des Trägerkörpers (1) ein Zwischenraum (Z) vorhanden ist, in dem elektrische Leitungen verlegbar sind.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und/oder Empfangsmodule (M) zumindest in Richtung der Längsachse des Trägerkörpers (1) einen (Raster-)Abstand (x) besitzen, der in einen Bereich 0,7λ≧x≧0,5λ liegt, wobei λ die Wellenlänge der Sende- und/oder Empfangsstrahlung bedeutet.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge λ aus dem Bereich der Radarwellenlängen gewählt ist.
  10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung als Frontend in einer phasengesteuerten Antenne.
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