DE69938413T2

DE69938413T2 - Planare antenne und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE69938413T2
Application number: DE69938413T
Authority: DE
Inventors: Tasuku Teshirogi; Aya Asao-ku Kawasaki-shi YAMAMOTO
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2019-08-12
Also published as: US6317095B1; EP1035615A4; WO2000019559A1; JP3510593B2; EP1035615A1; EP1035615B1; DE69938413D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flächenantenne und ein Verfahren zur Herstellung dergleichen, und genauer gesagt auf eine Flächenantenne, welche im Teilmillimeterwellen- und Millimeterwellen-Band verwendet wird, und eine Technik zur Verbesserung einer Aperturwirksamkeit adaptiert, einen vereinfachten Aufbau hat und eine Mehrfachstrahl-Abtastung und Elektrostrahl-Abtastung ermöglicht, und auf ein Verfahren zum Herstellen der Flächenantenne.
Stand der Technik
Im Funkkommunikationssystem wurde jüngst ein Radarsystem und dergleichen erfordert, bei welchem eine Antenne eine reduzierte Größe und Dicke gemäß der Miniaturisierung von elektronischen Schaltungen hat.
Da der Aperturbereich von der Antenne stets von der Frequenz und dem im System erforderlichen Antennengewinn abhängt, ist es wichtig, dass die Antenne dünner gemacht wird, um das Volumen von der gesamten Antenne zu verringern.
Herkömmlicherweise wurden, um die obige Aufgabe zu erzielen, eine Mikrostreifen-Feld-Antenne und eine Wellenleiter-Schlitzfeld-Antenne als eine typische dünne Flächenantenne in eine praktische Verwendung umgesetzt.
Bei der Mikrostreifen-Feld-Antenne wird ein Mikrostreifen auf einem Substrat ausgebildet und als ein Antennenelement verwendet. Da das Antennenelement durch Drucktechnik hergestellt werden kann, ist die Mikrostreifen-Feld-Antenne relativ einfach herzustellen.
Die Mikrostreifen-Feld-Antenne hat einen Nachteil darin, dass ein Frequenzband schmal ist und ein Übertragungsverlust eines Zuführers in einem Millimeter-Wellenband beträchtlich größer ist als in einem Mikrowellenband.
Die Mikrostreifen-Feld-Antenne wird daher lediglich bei einem Feld angewendet, welches wenige Elemente enthält, und ist nicht für ein System geeignet, welches eine Antenne mit hohem Gewinn erfordert, wie beispielsweise Kommunikationen bei hoher Geschwindigkeit und hoher Kapazität und bei einer Hochauflösungs-Abtastung, bei welcher die Verwendung von Millimeterwellen erwartet wird.
Andererseits enthält die Wellenleiter-Schlitzfeld-Antenne einen Wellenleiter, welcher einen Schlitz als ein Antennenelement hat. Eine Wellenleiter-Schlitzfeld-Antenne, wie beispielsweise in der japanischen U. M. Application KOKOKU Publication No. 7-44091 beschrieben, ist bekannt, bei welcher eine Mehrzahl von Strahlungs-Wellenleitern derart angeordnet sind, so dass ein Endabschnitt von jedem Strahlungs-Wellenleiter gegen die Seite von einem Zuführ-Wellenleiter anschlägt, um eine Energie von dem Zuführ-Wellenleiter an jeden der Strahlungs-Wellenleiter zuzuführen.
Eine solche Wellenleiter-Schlitzfeld-Antenne hat einen reduzierten Übertragungsverlust in einem Hochfrequenzband, wie beispielsweise ein Teilmillimeter- und Millimeter-Wellenband, und ist daher für ein System geeignet, welches eine Antenne mit hohem Gewinn erfordert.
Bei der Wellenleiter-Schlitzfeld-Antenne sind jedoch der Zuführ-Wellenleiter und die Mehrzahl von Strahlungs-Wellenleiter im Allgemeinen ausgebildet, indem eine Seitenwand für den Zuführ-Wellenleiter und die Strahlungs-Wellenleiter an einer gemeinsamen Basis vertikal fixiert werden, und eine Schlitzplatte für die Mehrzahl von Strahlungs-Wellenleitern darauf fixiert wird.
Aus diesem Grund erfordert die derart aufgebaute Wellenleiter-Schlitzfeld-Antenne einen Herstellungsprozess, wie beispielsweise ein Schweißen, um einen elektrischen Kontakt zwischen den oberen Kanten von den Seitenwänden von den Wellenleitern und der Schlitzplatte zu vollenden, und hat dahin gehend Probleme, dass ihre Produktivität gering ist, und es schwierig ist, ihren Preis zu verringern.
Um die strukturellen Probleme von der Wellenleiter-Schlitzfeld-Antenne zu lösen, ist ein Verfahren zum Zuführen von einer Energie an angrenzende Wellenleiter in entgegengesetzten Phasen vorgeschlagen, um einen kontaktfreien Zustand der Seitenwände von den Wellenleitern und der Oberfläche von dem Schlitz zueinander herzustellen.
Das obige Verfahren hat jedoch dahin gehend ein Problem, dass sich die Wellenleiter leicht miteinander verbinden und sich die Antenneneigenschaften verschlechtern.
Ferner ist eine Antenne, welche für ein am Auto montiertes Radar verwendet wird, nicht nur klein, sondern erfordert ebenfalls eine Strahlabtastung, um ein Hindernis mit einer hohen Auflösung zu erfassen und einen Erfassungsfehler aufgrund von einer Differenz zwischen der Richtung des Autokörpers, welcher auf einer Kurve fährt, und jener des fahrenden Autos zu verhindern.
Um die obigen Anforderungen einzuhalten, wurde herkömmlicherweise ein Verfahren zur Abtastung mit einem Strahl durch ein mechanisches Bewegen von einer Radarantenne verwendet.
Ein solches mechanisches Strahlabtastverfahren hat dahin gehend Nachteile, dass ein Radargerät aufgrund eines Antriebsmechanismus eine erhöhte Größe hat und eine verringerte Zuverlässigkeit hat.
Es ist somit gewünscht, dass ein elektronisches Strahlabtastverfahren anstelle einer mechanischen Strahlabtastung in praktische Verwendung umgesetzt wird.
Als ein elektronisches Strahlabtastverfahren gibt es ein Verfahren zum Umschalten von einer Mehrzahl von Antennen, welche unterschiedliche Strahlrichtungen haben, mittels eines Schalters und einer sogenannten Phasen-Feldantenne zum Variieren einer Phase zur Zuführung an eine Mehrzahl von Antennen durch einen variablen Phasenschieber und dann eines Variierens von einer Richtung eines synthetisierten Strahls.
Da das vorherige Verfahren nur von einigen aus der Mehrzahl von Antennenverwendung macht, tritt ein Problem dahin gehend auf, dass die gesamte Antenne in der Größe erhöht ist, um einen schmalen Strahl und einen hohen Gewinn zu erlangen.
Das letztgenannte Verfahren hat ein Problem dahin gehend, dass Strahlen unter Verwendung eines variablen Phasenschiebers für jede Antenne synthetisiert werden müssen, und die Antenne somit einen komplizierten Aufbau und erhöhte Kosten hat.
Die EP 618 642 A1 offenbart eine Antenne, welche Leck-NRD-Wellenleiter verwendet, um Strahlungsschlitze in einer oberen Platte von den Wellenleitern anzuregen.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Situation gemacht, und es ist ihre Aufgabe, die Probleme aus denn Stand der Technik zu lösen und eine Flächenantenne bereitzustellen, welche einen reduzierten Übertragungsverlust hat, eine verbesserte Aperturwirksamkeit hat, eine erhöhte Produktivität hat und reduzierte Kosten hat, wenn sie in einem Hochfrequenzband, wie beispielsweise einem Teilmillimeter- und Millimeter-Wellenband verwendet wird, und welche eine Mehrfachstrahl-Abtastung und elektronische Strahlabtastung mit einem dünnen, einfachen Aufbau erlaubt.
Um die obige Aufgabe zu lösen, enthält eine Flächenantenne gemäß einem Aspekt von der vorliegenden Antenne die Merkmale von Anspruch 1.
Um ebenfalls die obige Aufgabe zu lösen, enthält ein Verfahren zum Herstellen von einer Flächenantenne gemäß einem weiteren Aspekt von der vorliegenden Erfindung die Merkmale von Anspruch 17.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Aufbau von einer Flächenantenne gemäß einer ersten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine vergrößerte Vorderansicht von einem Hauptteil der in 1 gezeigten Flächenantenne;
3 ist ein Kurvenverlauf, welcher elektrische Feldintensitäts-Verteilungscharakteristiken von Bildlinien zeigt;
4 ist eine Schnittansicht, welche entlang einer Linie IV-IV von 2 genommen ist;
5 ist eine Seitenansicht zur Erläuterung eines Signalverbreitungszustandes und einer Leckwelle von einer Bildlinie;
6 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Aufbau von einer Flächenantenne gemäß einer zweiten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Aufbau von einer Flächenantenne gemäß einer dritten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines Hauptteils von der in 7 gezeigten Flächenantenne;
9A und 9B sind schematische Ansichten zur Erläuterung eines Betriebes des Hauptteils von der in 7 gezeigten Flächenantenne;
10 ist eine Schnittansicht, welche entlang einer Linie X-X von 8 genommen ist;
11 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils, welche den Aufbau von einer Flächenantenne gemäß einer vierten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine Vorderansicht, welche den Aufbau von einer Flächenantenne gemäß einer fünften Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche entlang einer Linie XII-XII von 12 genommen ist;
14 ist eine Ansicht zur Erläuterung von einer Funktion von einer bifokalen elektromagnetischen Linse;
15 ist ein Schaubild, welches eine Neigung von der Wellenfront zum Zentrum der Strahlung zeigt;
16 ist ein Schaubild, welches Strahlcharakteristiken von der in 12 gezeigten Flächenantenne darstellt;
17 ist ein Kurvenverlauf welcher Gewinnschwankungen mit dem Zentrum der Strahlung zeigt;
18 ist eine Vorderansicht, welche einen Hauptteil des Aufbaus von einer Flächenantenne gemäß einer sechsten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 ist eine Vorderansicht eines Hauptteils des Aufbaus von einer Strahlabtasttyp-Flächenantenne gemäß einer siebten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung;
20 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche entlang einer Linie XX-XX von 19 genommen ist;
21 ist eine vergrößerte Rückansicht eines Hauptteils von der in 19 gezeigten Flächenantenne;
22 ist eine Ansicht, welche eine Modifikation auf die Anordnung von der in 21 gezeigten Auswahlschaltung zeigt;
23 ist eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils, welche den Aufbau von einer Flächenantenne gemäß einer weiteren Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung zeigt;
24A ist ein charakteristisches Schaubild, welches eine Kurvengruppe von festgelegten Radiant-Größen oder Leck-Koeffizienten zur Wellenlänge und eine Kurvengruppe von festgelegten Strahlrichtungen durch Ausdrucke mit Bezug auf einen Zyklus d und eine Breites von Streifen, welche als Störeinflüsse dienen, zeigt, um den Zyklus d und eine Breites geeigneterweise auszuwählen und sowohl die Amplitude als auch die Phase von einem elektrischen Feld von der Antennenapertur zu steuern;
24B ist ein charakteristisches Schaubild, welches als ein weiteres Beispiel die Verteilung von Leck-Koeffizienten zeigt, welche erforderlich sind, um die gleichförmige Verteilung von elektrischen Feldern zu erlangen, wenn Antennen synthetisiert sind, um somit ein gleichförmiges Verteilungsmuster auszubilden, bei welchem die Verteilung von elektrischen Feldern über die Antennenapertur gleichförmig ist;
24C ist ein charakteristisches Schaubild, welches die Richtcharakteristik von Antennen zeigt, welche unter Verwendung des in 24A gezeigten Schaubildes entworfen ist, um ein gleichförmiges Verteilungsmuster zu erzielen;
24D ist ein charakteristisches Schaubild, welches die Leck-Koeffizienten über die Apertur von einer Antenne und die Richtcharakteristik von einer Antenne, bei welcher der Zyklus d und eine Breites von jedem Störeinfluss derart bestimmt sind, um die Leck-Koeffizienten zu erzielen, zeigt, wenn Taylor-Muster, welche eine Nebenkeule von 20 dB haben, als ein Beispiel synthetisiert sind, bei welchem die Aperturverteilung mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden kann, weil der Zyklus d von Metallstreifen nicht gleichförmig ist, obwohl die Richtungen von lokal ausstrahlenden Strahlen gleich sind;
25 ist ein Schaubild, welches ein Empfangsmodul zeigt, welches als ein Modifikator auf die Auswahlschaltung, wie in 21 gezeigt, verwendet wird;
26 ist ein Schaubild, welches ein Übertragungsmodul zeigt, welches als ein Modifikator auf die Auswahlschaltung, wie in 21 gezeigt, verwendet wird;
27A, 27B und 27C sind Seiten-, Vorder- und Rückansichten, welche den Aufbau von einer Flächen-(Einzelstrahl)-Antenne von einem rückgefalteten Zuführ-Leck-Wellenantennenfeld-Typ gemäß einer achten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung zeigt;
28A, 28B und 28C sind Seiten-, Vorder- und Rückansichten, welche den Aufbau von einer Planar-(Mehrfachstrahl)-Antenne von einem rückgefalteten Zuführ-Leck-Wellenantennenfeld-Typ gemäß einer neunten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung zeigt;
29A und 29B sind eine Seitenansicht und eine vergrößerte Perspektivansicht, welche den Aufbau von einem Hauptteil von einer Flächenantenne gemäß einer zehnten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung zeigen; und
30 ist ein charakteristisches Schaubild, welches eine elektrische Leistung von der in 29A und 29B gezeigten Flächenantenne durch eine Simulationsanalyse zeigt.
Bester Modus zur Durchführung der Erfindung
Zunächst wird eine Übersicht der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, enthält eine erste Flächenantenne gemäß der vorliegenden Antenne:
einen Masseleiter (21);
mehrere strahlende Nichtleiter (26), welche auf der Fläche des Masseleiters parallel angeordnet sind, wobei die strahlenden Nichtleiter eine rechteckige Sektion haben und stabförmig ausgebildet sind, wobei eine Bildlinie für eine elektromagnetische Welle zwischen den strahlenden Nichtleitern und dem Masseleiter ausgebildet wird;
mehrere Störungseinrichtungen (27), welche in nahezu festgelegten Abständen auf einer Oberfläche von jedem von den Nichtleitern entlang einer Längsrichtung von diesen angeordnet sind, um zu bewirken, dass eine elektromagnetische Welle aus der Oberfläche von jedem der strahlenden Nichtleiter leckt und ausgestrahlt wird; und
einen Speiseabschnitt (22), der längsseits eines Endes der jeweils mehreren strahlenden Nichtleiter auf der Oberfläche von dem Masseleiter vorgesehen ist, um eine elektromagnetische Welle in das eine Ende von jedem der mehreren strahlenden Nichtleiter einzuspeisen.
Eine zweite Flächenantenne von der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen ersten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass der Speiseabschnitt eine Einspeisungsbildlinie (23), die auf der Fläche des Masseleiters vorgesehen ist, um eine Abtrennung zu den mehreren strahlenden Nichtleitern zu schaffen und die mehreren strahlenden Nichtleiter im rechten Winkel zu schneiden, und einen Eingangsabschnitt (24) umfasst, um einem Ende (23a) der Einspeisungsbildlinie eine elektromagnetische Welle zuzuführen, und die elektromagnetische Welle, die durch den Eingangsabschnitt eingegeben wurde, von einer Seite der Einspeisungsbildlinie aus in das eine Ende der jeweils mehreren strahlenden Nichtleiter eingespeist wird.
Eine dritte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen ersten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass der Speiseabschnitt ein elektromagnetisches Horn (42) umfasst, das so auf dem Masseleiter ausgebildet ist, dass eine Apertur von diesem, auf der strahlenden Seite, die mehreren strahlenden Nichtleiter im rechten Winkel schneidet.
Eine vierte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen dritten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Horn ein H-Ebenen-Sektorhorn (42) ist, und die mehreren strahlenden Nichtleiter jeweils einen verlängerten Abschnitt (48) an einem Ende haben, wobei sich der verlängerte Abschnitt im Inneren des H-Ebenen-Sektorhorns erstreckt, um eine zylindrische Welle des H-Ebenen-Sektorhorns in eine flächige Welle umzuwandeln und die flächige Welle zu den mehreren strahlenden Nichtleitern zu leiten.
Eine fünfte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen dritten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Horn mehrere Metallplatten (44) an einem oberen Rand einer Öffnung (43) von diesem auf der strahlenden Seite umfasst, wobei die mehreren Metallplatten, die parallel zu einer Mittelachse des elektromagnetischen Horns und senkrecht zum Masseleiter sind, in Abständen angeordnet sind, die jeweils nicht mehr als der Hälfte einer Freiraumwellenlänge der elektromagnetischen Welle entsprechen, um jeweils die strahlenden Nichtleiter dazwischen einzusetzen.
Eine sechste Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen ersten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren strahlenden Nichtleiter jeweils einen verlängerten Abschnitt (68) an einem Ende haben, wobei sich der verlängerte Abschnitt zum Speiseabschnitt hin erstreckt, um eine bifokale elektromagnetische Linse zu bilden, und der Speiseabschnitt umfasst:
mehrere Speisestrahler (72), die so auf dem Masseleiter angeordnet sind, dass sich eine Strahlungsmitte auf einer Linie, die zwei Brennpunkte der bifokalen elektromagnetischen Linse verbindet, oder nahe der Linie befindet, und eine Strahlungsseite zur bifokalen elektromagnetischen Linse gerichtet ist; und
eine Leitvorrichtung (75), um eine von den mehreren Speisestrahlern abstrahlende elektromagnetische Welle in eine zylindrische Welle umzuwandeln und die zylindrische Welle in die verlängerten Abschnitte der strahlenden Nichtleiter einzuspeisen, wobei Enden der Speisestrahler und die verlängerten Abschnitte der strahlenden Nichtleiter zwischen die Leitvorrichtung und den Masseleiter eingesetzt sind,
wobei die von den mehreren Speisestrahlern abstrahlende elektromagnetische Welle in die mehreren strahlenden Nichtleiter mit einer Phasendifferenz eingespeist wird, die der Strahlungsmitte der elektromagnetischen Welle entspricht, und die Antenne Strahlrichtungen hat, die von Speisestrahler zu Speisestrahler variieren.
Eine siebte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen sechsten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung mehrere Metallplatten (44) an einem oberen Rand einer Apertur von dieser längsseits der mehreren strahlenden Nichtleiter umfasst, wobei die Metallplatten, die parallel zu einer Mittellinie der bifokalen elektromagnetischen Linse und senkrecht zum Masseleiter sind, in Abständen angeordnet sind, die nicht mehr als der Hälfte einer Freiraumwellenlänge der elektromagnetischen Welle entsprechen, um jeweils die strahlenden Nichtleiter dazwischen einzusetzen.
Eine achte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen sechsten oder siebten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrichtungen der Antenne durch Steuern einer Auswahleinrichtung (80) abgetastet werden, wobei es die Auswahleinrichtung zulässt, dass die mehreren Speisestrahler selektiv genutzt werden können.
Eine neunte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen achten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Speisestrahler eine Wellenleiterstruktur haben, deren Innenwand teilweise dein Masseleiter entspricht, und der Masseleiter Koppelschlitze (92) an den Innenwänden der Speisestrahler umfasst, und
die Auswahleinrichtung umfasst:
ein dielektrisches Substrat (93), das auf entgegengesetzten Seiten der mehreren Speisestrahler befestigt ist, wobei der Masseleiter dazwischen eingesetzt ist;
mehrere Sonden (94), die auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sind, um die Koppelschlitze (921–927) der mehreren Speisestrahler zu durchqueren, wobei das dielektrische Substrat dazwischen eingesetzt ist;
einen Sende-/Empfangsanschluss (96), der auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet ist;
mehrere Dioden (95), die auf dem dielektrischen Substrat angebracht sind, wobei eine Elektrode der Dioden jeweils an eine entsprechende Elektrode der Sonden angeschlossen ist, und die anderen Elektroden der Dioden gemeinsam an den Sende-/Empfangsanschluss angeschlossen sind;
mehrere Vorspannungsanschlüsse (99, 100), um von außen eine Vorspannung an die mehreren Dioden anzulegen; und
mehrere Tiefpassfilter (97, 98), um die Vorspannungsanschlüsse und die Elektroden der Dioden auf Gleichstromweise am dielektrischen Substrat anzuschließen, wodurch verhindert wird, dass eine Hochfrequenz von den Dioden zu den Vorspannungsanschlüssen übertragen wird, und eine Vorspannung, die an einen Vorspannungsanschluss angelegt wird, an eine Diode angelegt wird, die dem Vorspannungsanschluss entspricht.
Eine zehnte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen achten oder neunten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Speisestrahler eine Wellenleiterstruktur haben, deren Innenwand teilweise dem Masseleiter entspricht, und der Masseleiter Koppelschlitze an den Innenwänden der Speisestrahler umfasst, und
die Auswahleinrichtung umfasst:
ein dielektrisches Substrat, das auf entgegengesetzten Seiten der mehreren Speisestrahler befestigt ist, wobei der Masseleiter dazwischen eingesetzt ist;
mehrere Sonden, die auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sind, um die Koppelschlitze der mehreren Speisestrahler zu durchqueren, wobei das dielektrische Substrat dazwischen eingesetzt ist;
einen auf dem dielektrischen Substrat ausgebildeten Empfangsanschluss;
mehrere Empfangsbausteine, die auf dem dielektrischen Substrat angebracht sind und Eingänge haben, die jeweils an die mehreren Sonden angeschlossen sind, wobei die Empfangsbausteine jeweils aus einem rauscharmen Verstärker und einem Mischer gebildet sind;
einen Anschluss, um jedem Mischer der Empfangsbausteine von außen ein lokales Schwingungssignal zuzuführen; und
mehrere Zwischenfrequenzbandschalter, deren Eingänge jeweils an Ausgänge der mehreren Empfangsbausteine angeschlossen sind, und deren Ausgänge an den Empfangsanschluss angeschlossen sind.
Eine elfte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen achten oder neunten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Speisestrahler eine Wellenleiterstruktur haben, deren Innenwand teilweise dem Masseleiter entspricht, und der Masseleiter Koppelschlitze in den Innenwänden der Speisestrahler umfasst, und
die Auswahleinrichtung umfasst:
ein dielektrisches Substrat, das auf entgegengesetzten Seiten der mehreren Speisestrahler befestigt ist, wobei der Masseleiter dazwischen eingesetzt ist;
mehrere Sonden, die auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sind, um die Koppelschlitze der mehreren Speisestrahler zu durchqueren, wobei das dielektrische Substrat dazwischen eingesetzt ist;
einen auf dem dielektrischen Substrat ausgebildeten Sendeanschluss;
mehrere Sendebausteine, die auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sind und Ausgänge haben, die jeweils an die mehreren Sonden angeschlossen sind, wobei die Sendebausteine jeweils aus einem Leistungsverstärker und einem Mischer gebildet sind;
einen Anschluss, um jedem Mischer der Sendebausteine von außen ein lokales Schwingungssignal zuzuführen; und
mehrere Zwischenfrequenzbandschalter, deren Ausgänge jeweils an Eingänge der mehreren Sendebausteine angeschlossen sind, und deren Eingänge an den Sendeanschluss angeschlossen sind.
Eine zwölfte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen ersten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass der Speiseabschnitt umfasst:
ein H-Ebenen-Sektorhorn, das auf einer Rückseite des Masseleiters vorgesehen ist und einen Speisestrahler aufweist;
einen Parabolzylinderreflektor, der an einem Ende mit einem Endabschnitt des H-Ebenen-Sektorhorns gekoppelt und so an einem Einspeiseende des strahlenden Nichtleiters angeordnet ist, dass ein Brennpunkt mit einer Phasenmitte des strahlenden Nichtleiters zusammenfällt; und
eine obere Platte, die mit einem anderen Ende des Parabolzylinderreflektots gekoppelt ist, um dadurch einen Parallelplatten-Wellenleiter zwischen der oberen Platte und dem Masseleiter zu bilden, und
eine elektromagnetische Welle von der Rückseite des Masseleiters zu dessen Oberfläche mit einem Einzelstrahl zurückkehrt.
Eine dreizehnte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen ersten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass der Speiseabschnitt umfasst:
ein H-Ebenen-Sektorhorn, das auf einer Rückseite des Masseleiters vorgesehen ist und einen Speisestrahler aufweist;
einen Parabolzylinderreflektor, der an einem Ende mit einem Endabschnitt des H-Ebenen-Sektorhorns gekoppelt und so an einem Einspeiseende des strahlenden Nichtleiters angeordnet ist, dass ein Brennpunkt mit einer Phasenmitte des strahlenden Nichtleiters zusammenfällt; und
eine obere Platte, die mit einem anderen Ende des Parabolzylinderreflektors gekoppelt ist, um dadurch einen Parallelplatten-Wellenleiter zwischen der oberen Platte und dem Masseleiter zu bilden, und
eine elektromagnetische Welle von der Rückseite des Masseleiters zu dessen Oberfläche mit einem Mehrfachstrahl zurückkehrt.
Eine vierzehnte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen ersten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Nichtleiter, der aus demselben Material gebildet ist wie der strahlende Nichtleiter, sich über eine Oberseite des Masseleiters erstreckt, und eine Höhe des Nichtleiters nicht mehr als etwa 2/3 von derjenigen des strahlenden Nichtleiters beträgt.
Eine fünfzehnte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen ersten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Störungseinrichtungen jeweils eine vorgegebene Breite haben, die deren Position entspricht, und ein Abstand zwischen aneinander angrenzenden Störungseinrichtungen auf einen nicht gleichmäßigen Wert eingestellt ist.
Eine sechzehnte Flächenantenne der vorliegenden Erfindung gemäß der oben beschriebenen ersten Flächenantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass der Speiseabschnitt umfasst:
einen Speisestrahler (72), der an einem Ende geschlossen ist, das einer Strahlungsfläche gegenüber liegt;
einen am Masseleiter vorgesehenen Koppelschlitz (92), der eine Innenwand des Speisestrahlers in einer zu einer Längsrichtung des Speisestrahlers senkrechten Richtung bildet;
ein dielektrisches Substrat (93), das auf einer Rückseite des Masseleiters an einer Stelle ausgebildet ist, die dem Speisestrahler entspricht; und
eine Sonde (94), die auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet ist, um den Koppelschlitz an einem Ende zu durchqueren, um eine elektromagnetische Eingangswelle zu übertragen.
Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung, welche auf der oben beschriebenen Übersicht basieren, werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
(1. Ausführungsform)
1 stellt den Gesamtaufbau von einer Millimeterwellen-Flächenantenne 20 gemäß einer ersten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung dar.
2 zeigt einen vergrößerten Hauptteil von der Antenne von 1.
Wie in 1 und 2 gezeigt, ist die Flächenantenne 20 auf der Oberfläche 21a von einem rechteckigen Massenleiter 21 ausgebildet.
Ein Bildlinientyp-Speiseabschnitt 22 ist auf der Oberfläche 21a von dem Massenleiter 21 in den unteren Bereichen von den Figuren bereitgestellt.
Der Speiseabschnitt 22 enthält einen Speise-Nichtleiter 23, welcher wie ein Stab geformt ist, welcher einen rechteckigen Abschnitt hat, und welcher eine vorgegebene Länge hat, und einen Wellenleiter 24, welcher an einem Ende 23a von dem Speise-Nichtleiter 23 als ein Eingangsabschnitt zum Empfangen von einer elektromagnetischen Welle verbunden ist.
Der Speise-Nichtleiter 23 ist beispielsweise aus Kunstharz-Fluorid (beispielsweise Teflon Markenname) gemacht, und eine Bildlinie ist zwischen dem Nichtleiter 23 und dem Masseleiter 21 ausgebildet, um eine elektromagnetische Welle, welche durch den Wellenleiter 24 eingegeben ist, von dem einen Ende 23a zu dem weiteren Ende 23b zu übertragen.
Ein solcher Übertragungspfad, welcher durch den Nichtleiter ausgebildet ist, überträgt eine elektromagnetische Welle darin, während sie von der Außenseite entweicht.
Wenn Teflon (Markenname), dessen Schnittbreite gleich 3,2 Millimeter beträgt und dessen Höhe gleich 1,6 Millimeter beträgt, als der Speise-Nichtleiter 23 verwendet wird, wird die Elektrofeld-Intensität von einer zu übertragenen elektromagnetischen Welle im Zentrum (x = 0) von dem Nichtleiter 23 maximiert, wie in 3 gezeigt. Mit abnehmender Distanz zum Zentrum wird die Intensität als eine Kosinus-Funktion innerhalb des Nichtleiters gedämpft, wobei sie außerhalb gleich einer Exponentialfunktion gedämpft wird.
Jedoch hat die elektromagnetische Welle eine Elektrofeld-Intensität von ungefähr –10 dB außerhalb des Nichtleiters 23, jedoch nahe der Seite davon, wenn x beispielsweise gleich 2 Millimeter ist.
Der Speiseabschnitt 22 speist eine elektromagnetische Welle, welche aus der Seite von dem Nichtleiter 23 entweicht, an eine Mehrzahl von Leck-Wellenantennen-Elementen (im Folgenden lediglich als Antennenelemente bezeichnet) 251 bis 258, welches später beschrieben wird.
Wie in 4 gezeigt, nimmt das eine Ende 23a von dem Speise-Nichtleiter 23 einen Übertragungspfad des Wellenleiters 24 ein, und wird verjüngt, um somit mit dem Wellenleiter 24 übereinzustimmen und eine elektromagnetische Welle wirksam zu empfangen.
Der Bodenabschnitt des Wellenleiters 24 ist durch den Masseleiter 21 ausgebildet.
Wie in 1 und 2 dargestellt, ist eine Mehrzahl von (8 in den Figuren) Antennenelementen 251 bis 258 bei festgelegten Abständen auf dem Masseleiter 21 gegenüberliegend zu einer Seite von dem Speise-Nichtleiter 23 angeordnet. Diese Antennenelemente sind zueinander parallel und zu dem Speise-Nichtleiter 23 senkrecht.
Die Antennenelemente 25₁ bis 25₈ enthalten jeweils einen Strahlungs-Nichtleiter 26 und Metallstreifen 27. Der Nichtleiter 26 ist aus Aluminium oder dergleichen ausgebildet, und stabförmig mit einem rechteckigen Abschnitt geformt. Die Metallstreifen 27 dienen als eine Mehrzahl von Störeinrichtungen und sind auf der Oberfläche von dem Strahlungs-Nichtleiter 26 bei nahezu regelmäßigen Abständen entlang seiner Längsrichtung ausgebildet.
Ebenso wie bei dem Speise-Nichtleiter 23, wirken die Strahlungs-Nichtleiter 26 jeweils eine Ausbildung von einer Bildlinie zwischen dem Nichtleiter 26 und dem Masseleiter 21, um an einem Ende 26a eine elektromagnetische Welle zu empfangen, welche von der Seite von dem Speise-Nichtleiter 23 entweicht, und sie an das andere Ende zu übertragen, wie in 5 dargestellt.
Da bei dem obigen Übertragungsprozess die Metallstreifen 27 bei festgelegten Abständen auf der Oberfläche von jedem von den Strahlungs-Nichtleitern 26 als Störungseinrichtungen angeordnet sind, wird eine Anzahl von räumlich harmonischen Komponenten in den Nichtleitern 26 erzeugt, und einige von ihnen strahlen von der Oberfläche von den Nichtleitern 26 als Leck-Wellen, wodurch die Wirkung der Flächenantenne 20 bewirkt wird.
Mit anderen Worten, ist die Flächenantenne 20 ein Typ von einer Leck-Wellenantenne.
Das Strahlungsmuster von Leck-Wellen hängt von einem Abstand d zwischen den Metallstreifen 27 (als ein Streifenzyklus bezeichnet) und einer Länge s von jedem Metallstreifen 27 (als eine Streifenbreite bezeichnet) ab.
Die obige räumliche harmonische βn wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: βn = β + 2nΠ/d (–∞ ≤ n ≤ ∞)wobei β eine Phasenkonstante von dem Nichtleiter ist. Wenn βn kleiner als die Anzahl k0 von Freiraumwellen ist, strahlt eine Leck-Welle aus.
Wenn die Längsrichtung z von dem Nichtleiter positiv ist und die Freiraum-Wellenlänge von der Leck-Welle gleich λ0 mit Bezug auf die X-Achse ist, welche die Oberfläche von dem Nichtleiter senkrecht schneidet, wird die Strahlungsrichtung von der Leck-Welle durch die folgende Gleichung gegeben: θn = sin–1(βn/k0) = sin–1[(β/k0) + nλ0/d]wobei –1 ≤ sin θn ≤ 1 gilt. Da im Nichtleiter der Ausdruck (βn/k0) eine Konstante ist, welche größer als 1 ist, ist n für gewöhnlich gleich –1, damit θn eine wirksame Lösung hat.
Anhand der obigen Gleichungen wird beurteilt, dass die Strahlungsrichtung von der Leck-Welle von dem Streifenzyklus d abhängt.
Es ist bekannt, dass die Strahlungsgrößen von einer Leck-Welle pro Einheitslänge (Leck-Welle konstant) stets von der Streifenbreite abhängt.
In der Flächenantenne 20 haben die Antennenelemente 251 bis 258 stets den gleichen Streifenzyklus d und Streifenbreite s, um somit stets die gleichen Strahlungscharakteristika zu haben.
Gemäß der herkömmlichen Entwurfstheorie, wie oben beschrieben, sind die Zyklen d von den Metallstreifen zueinander stets gleich eingestellt, was auch die Breiten s betrifft.
Gemäß der herkömmlichen Entwurfstheorie war der Streifenzyklus d sogar dann, wenn Parameter verändert wurde, festgelegt, um die Richtungen von Funkstrahlen auszurichten, und wurde lediglich die Streifenbreite s variiert, wodurch somit die Strahlungsgröße gesteuert wurde.
Die obigen Beispiele sind offenbart in K. Solbach, „E-Band Leaky Wave Antenna Using Dielectric Image Line with Etched Radiating Elements", IEEE MTT, 1979, International Microwave Symposium, Seiten 214 bis 216, und U.S.-Patent NO. 4,516,131 , B. T. Bayha et al., „Variable Slot Conductance Dielectric Antenna and Method".
Die Erfinder von der vorliegenden Erfindung haben eine nahe Studie durchgeführt und aufgeklärt, dass die Strahlungsgrößen als auch die Strahlrichtungen variieren, wenn der Streifenzyklus d variiert, und dass die Strahlrichtungen, nicht zu erwähnen die Strahlungsgrößen, variieren, wenn die Streifenbreite s variiert.
Wenn eine Kurvenverlauf-Gruppe von festgelegten Strahlungsgrößen oder Leck-Koeffizienten pro Wellenlänge und jene von festgelegten Strahlrichtungen mit Bezug auf die Streifenbreite und den Zyklus s und d ausgedruckt werden, wird ein Kurvenverlauf erlangt, wie in 24A gezeigt.
Wenn eine Anzahl von interpolierten Kurvenverlauf-Gruppen hinzugefügt wird, können eine Streifenbreite und ein Streifenzyklus d von einem Schnittpunkt zwischen einem beliebigen Leck-Koeffizienten und einer beliebigen Strahlrichtung erlangt werden.
Die obige Tatsache bedeutet, dass, wenn der Streifenzyklus d und die Streifenbreite s geeigneterweise ausgewählt sind, sowohl die Amplitude als auch die Phase eines elektrischen Feldes über die Antennenapertur gesteuert werden können.
Daraus folgend, um eine gewünschte Richtcharakteristik mit Genauigkeit zu erzielen, ist es lediglich wesentlich, dass ein lokaler Leck-Koeffizient erlangt wird, um somit gewünschte elektrische Felder über die Antennenapertur angesichts eines Übertragungsverlustes von einem strahlenden Nichtleiter zu verteilen, und der Streifenzyklus d und die Streifenbreite von jeder Störeinrichtung werden derart gesteuert, um die Verteilung zu erzielen.
Das Merkmal des obigen Entwurfsverfahrens liegt darin, dass, sogar wenn die Richtungen von lokalen Strahlen alle gleich sind, der Zyklus d von den Metallstreifen ungleichförmig ist, und somit die Aperturverteilung mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann.
Als ein Beispiel des Obigen zeigt 24D ein synthetisiertes Taylor-Muster, welches eine Nebenkeule von 20 dB hat.
24D zeigt Leck-Koeffizienten über der Apertur von einer Antenne, unter Berücksichtigung eines Leitungsverlustes, um das Taylor-Muster zu erlangen, und eine Richtcharakteristik von einer Antenne, bei welcher der Strob-Zyklus und die Breite d und s von jeder Störeinrichtung derart bestimmt sind, um die Leck-Koeffizienten zu erzielen. Anhand von 24D kann bestätigt werden, dass das ungefähr gewünschte Taylor-Muster, welches eine Nebenkeule von 20 dB hat, erlangt wird.
Als ein weiteres Beispiel werden Antennen derart synthetisiert, um ein gleichförmiges Verteilungsmuster auszubilden, bei welchem elektrische Felder gleichförmig über die Antennenapertur verteilt werden.
Um die gleichförmige Verteilung von elektrischen Feldern zu erlangen, müssen die Leck-Koeffizienten wie in 24B dargestellt verteilt werden.
24B zeigt vier Kurvenverläufe, welche das Verhältnis von einer im Raum abgestrahlten Leistung zu einer Energie, welche der Antenne zugeführt wird, oder die Strahlungswirksamkeit, als einen Parameter verwenden.
24C ist auf die Richtcharakteristik von einer Antenne gerichtet, welche gewünscht ist, basierend auf den in 24A gezeigten Kurvenverlauf, um das oben beschriebene gleichförmige Verteilungsmuster zu erzielen.
Anhand von 24C kann bestätigt werden, dass die erste Nebenkeule sehr nahe an einem theoretischen Wert von –13,2 dB von der gleichförmigen Verteilungs-Richtcharakteristik ist.
Daraus folgend kann die In-Ebene-Richtcharakteristik von einer Antenne, welche Antennenelemente enthält, gesteuert werden, indem der Streifenzyklus d und die Streifenbreite in jeweiligen Positionen auf den Antennenelementen gesteuert werden.
Wenn eine hochwirksame Antenne für Kommunikationen oder dergleichen erforderlich ist, ist es lediglich wesentlich, dass ein Streifenzyklus d und eine Streifenbreite s derart ausgewählt werden, so dass die Aperturverteilung entlang den Antennenelementen so gleichförmig wie möglich ist. Wenn eine Niedrigseiten-Keule, wie beim Radar, benötigt wird, ist es lediglich wesentlich, dass ein Streifenzyklus d und eine Streifenbreite derart ausgewählt werden, um eine sogenannte Kegel-Verteilung zu erlangen, bei welcher ein elektrisches Feld im mittleren Antennenelement verstärkt ist.
Bei der Flächenantenne 20 sind die Antennenelemente 25₁ bis 25₈ stets gleich, um die Herstellung derer zu erleichtern, und wird die Apertur-Verteilung in der Feldrichtung durch eine Kopplung an den Speise-Nichtleiter 23 oder an ein Speisehorn 42 gesteuert.
Wie in 2 gezeigt variieren die Spalte zwischen dem Speise-Nichtleiter 23 und den strahlenden Nichtleitern 26 ein wenig, welches auch bei den Spalten zwischen den strahlenden Nichtleitern selber gilt.
Der Speiseabschnitt 22 speist eine elektromagnetische Welle an die Antennenelemente 25₁ bis 25₈ , während sie von einem Ende 23A von dem Speise-Nichtleiter 23 an das weitere Ende 23b davon übertragen wird. Die Amplitude von der elektromagnetischen Welle wird zum Ende von dem Nichtleiter 23 gedämpft.
Wenn daher die Distanzen zwischen der Seite von denn Speise-Nichtleiter 23 und den strahlenden Nichtleitern 26 von den Antennenelementen 25₁ bis 25₈ festgelegt sind, wird keine gleichförmige elektromagnetische Welle an die Antennenelemente 25₁ bis 25₈ zugeführt.
Um dies vorzunehmen, werden bei der Flächenantenne 20 von der ersten Ausführungsform die Endabschnitte, welche Längen e1 bis e8 haben, von den strahlenden Nichtleitern 26 ein wenig erhöht, so dass Spalte g1 bis g8 zwischen der Seite von dem Speise-Nichtleiter 23 und den jeweiligen Antennenelementen 25₁ bis 25₈ mit der Distanz von einem Ende 23A von dem Speise-Nichtleiter 23 (Wellenleiter 24 Seite) abnehmen.
Bei der Flächenantenne 20 liegt das Prinzip vor, dass die Antennenelemente 25₁ bis 25₈ bei Abständen angeordnet sind, welche jeweils der Leitungs-Wellenlänge von dem Speise-Nichtleiter 23 entsprechen, um die Antennenelemente 25₁ bis 25₈ mit einer elektromagnetischen Welle zu speisen, welche zueinander in Phase sind.
Jedoch nehmen die Längen e1 bis e8 von den Endabschnitten 26a von den strahlenden Nichtleitern 26 allmählich zu, wodurch eine Phasendifferenz bewirkt wird, welche einer Differenz in der Länge entspricht.
Bei der Flächenantenne 20 werden daher die jeweiligen Abstände a1 bis a7 zwischen angrenzenden Antennenelementen 25₁ bis 25₈ derart eingestellt, dass sie mit der Distanz von dem einen Ende 23a (Wellenleiter 24 Seite) von dem Speise-Nichtleiter 23 um die Leitungs-Wellenlänge von dem Speise-Nichtleiter 23 abnehmen, und werden die Antennenelemente 25₁ bis 25₈ mit der gleichen Leistung gespeist, welche vollständig in Phase ist.
Die Antennenelemente 25₁ bis 25₈ lassen eine Funkwelle entweichen, während eine elektromagnetische Welle entlang einer Linie von einem Ende zu dem anderen übertragen wird. Wenn daher eine Größe des Entweichens pro Einheitslänge gleichförmig ist, nimmt die Funkwelle in der Amplitude bei ihrer Reise ab, und kann somit eine vollständig gleichförmige Amplitudenverteilung nicht erlangt werden.
Um eine gleichförmige Amplitudenverteilung zu erlangen, wird die Streifenbreite s (die Länge von den Metallstreifen) in einem Antennenelement, nicht gezeigt, allmählich von der Speiseseite erhöht, und wird die Größe des Entweichens mit einer Distanz dazu erhöht.
Indem dies derart vorgenommen wird, werden die Antennenelemente 25₁ bis 25₈ in Phase mit einer gleichförmigen Amplitude angeregt, um Funkwellen mit vorgegebenen Strahlungscharakteristika abzustrahlen.
Die Flächenantenne 20 von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform hat einen Aufbau, bei welchem die Leck-Welle-Typ-Antennenelemente 25₁ bis 25₈ , welche Störeinrichtungen in der Bildlinie haben und im Übertragungsverlust abnehmen, parallel zueinander angeordnet sind. Die vollständige Antenne hat somit eine verbesserte Apertur-Wirksamkeit bei einem geringen Übertragungsverlust.
Ferner ist bei der Flächenantenne 20 von der ersten Ausführungsform der Speiseabschnitt von einem Bildlinien-Typ, so dass die gesamte Antenne sehr stark verdünnt werden kann, und ihr Entwurf, ihre Herstellung und ihre Befestigung einfach sind und geringe Kosten haben. Da die Metallstreifen darüber hinaus durch die Druck- und Ätz-Techniken bei exakten Ausmaßen ausgebildet werden können, können die Strahlungs-Charakteristiken gleichförmig ausgebildet werden.
Ferner können bei der Flächenantenne 20 von der ersten Ausführungsform die Strahlungs-Charakteristiken von den Antennenelementen durch den Zyklus und die Länge von den Metallstreifen frei eingestellt werden, und kann eine komplizierte Strahlungs-Charakteristik einfach erlangt werden.
(2. Ausführungsform)
Bei der Flächenantenne 20 gemäß der vorhergehenden ersten Ausführungsform wurde ein Wellenleiter als Eingabeabschnitt des Speiseabschnittes verwendet.
Im Gegensatz dazu wird gemäß einer zweiten Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, ein Mikrostreifenleiter 34 als ein Eingabeabschnitt von einem Speiseabschnitt 32 von einer Flächenantenne 30 verwendet.
Anstelle der Mikrostreifenleitung 34 kann der Eingabeabschnitt durch eine koplanare Leitung gebildet werden.
(3. Ausführungsform)
Bei der Flächenantenne 20 gemäß der vorhergehenden ersten Ausführungsform wird der Speiseabschnitt durch eine Bildlinie gebildet.
Im Gegensatz dazu wird gemäß einer dritten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung ein elektromagnetisches Horn verwendet, wie in 7 und 8 dargestellt.
Genauer gesagt, wenn das elektromagnetische Horn als ein Speiseabschnitt verwendet wird, kann eine Flächenantenne 40, wie in 7 und 8 gezeigt, unter Verwendung von einem H-Ebenen-(magnetisches Feld)-Sektorhorn 42, bei welchem die Höhe von einem Hornabschnitt 42a beinahe gleich jener von einem Wellenleiterabschnitt 42b ist, insgesamt dünner gemacht werden.
Das H-Ebenen-Sektorhorn 42 ist derart ausgebildet, dass ein Aperturabschnitt 43 von dem Hornabschnitt 42a einen strahlenden Nichtleiter 26 von jedem der Antennenelemente kreuzt, und sein Bodenabschnitt als ein Masseleiter 41 dient.
Im H-Ebenen-Sektorhorn 42 wird jedoch die Wellenfront (mit welcher eine Phase übereinstimmt) von einer elektromagnetischen Welle, welche einen Wellenleiter-Abschnitt 42a eingegeben wird, welcher als ein Eingabeabschnitt dient, von einer ebenen Welle auf eine nahezu zylindrische Welle geändert, wie in 9A dargestellt.
Obwohl ein Ende von jedem der Antennenelemente parallel zu der Kante von denn strahlenden Aperturabschnitt 43 von dem Hornabschnitt 42a angeordnet ist, werden die Phasen der elektromagnetischen Wellen, welche den Antennenelementen eingespeist werden, ungleichförmig.
Es kann dann, wie in 9B gezeigt, vorgesehen werden, dass eine elektromagnetische Linse 50 in den Hornabschnitt 42a eingesetzt wird, und dessen ausgegebene Wellenfront in eine ebene Welle umgewandelt wird.
Die dritte Ausführungsform richtet ihre Aufmerksamkeit auf die Tatsache, dass die elektromagnetische Linse aus einem Nichtleiter gebildet ist. Wie in 8 gezeigt, sind Antennenelemente 45₁ bis 45₈ auf eine im Wesentlichen gleiche Art und Weise wie die Antennenelemente 25₁ bis 25₈ von der ersten Ausführungsform ausgebildet. Die Antennenelemente 45₁ bis 45₈ enthalten ihre jeweiligen strahlenden Nichtleiter 26, welche an einem Ende lang gestreckte Abschnitte 48₁ bis 48₈ haben. Diese lang gestreckten Abschnitte haben unterschiedliche Längen, welche den Dicken von Abschnitten von der elektromagnetischen Linse 50 entsprechen, wodurch eine Wellenfront eingestellt wird und sie an die strahlenden Nichtleiter 26 geführt wird. Die Antennenelemente 45₁ bis 45₈ werden daher zueinander in Phase angeregt.
Bezug nehmend auf 10 sind die Enden von den lang gestreckten Abschnitten 48₁ bis 48₈ kegelförmig, um mit dem H-Ebenen-Sektorhorn 42 übereinzustimmen.
Eine Mehrzahl von Metallplatten 44 sind an der oberen Kante von dem strahlenden Aperturabschnitt 43 von dem Hornabschnitt 42a bei Abständen angebracht, welche jeweils nicht mehr als die Hälfte der Freiraum-Wellenlänge entsprechen, um die lang gestreckten Abschnitte 48₁ bis 48₈ von den strahlenden Nichtleitern dazwischen zu setzen. Die Metallplatten sind zur Mittenlinie von dem Hornabschnitt 42a parallel und zum Masseleiter 41 senkrecht, und jede der Metallplatten hat eine Länge, welche etwa der Hälfte der Freiraum-Wellenlänge von der elektromagnetischen Welle entspricht.
Die Metallplatten 44 haben eine Funktion darin, zu verhindern, dass eine elektromagnetische Welle direkt aus dem Hornabschnitt 42a zum externen Raum ausstrahlt, um die elektromagnetische Welle wirksam an die lang gestreckten Abschnitte 48₁ bis 48₈ zu übertragen.
(4. Ausführungsform)
Bei der Flächenantenne 40 gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführungsform wird angenommen, dass die dielektrische Konstante von den strahlenden Nichtleitern 26, welche die Antennenelemente 45₁ bis 45₈ bilden, relativ hoch ist, und dass die Höhe von den Abschnitten von jedem Nichtleiter größtenteils kleiner ist als jene von dem Wellenleiter.
Im Gegensatz dazu wird bei einer Flächenantenne gemäß einer vierten Ausführungsform angenommen, dass die dielektrische Konstante der strahlenden Nichtleiter, welche die Antennenelemente 45₁ bis 45₈ bilden, gering ist, und dass die Höhe von dem Abschnitt von jedem Nichtleiter nahe der von einem Wellenleiter ist.
Mit anderen Worten wird ein elektromagnetisches Horn 52 in der wie in 11 gezeigten vierten Ausführungsform verwendet, und bildet deren Hornabschnitt 52a einen Wellenleiterabschnitt 52b, welcher als ein Eingabeabschnitt dient und zu einer E-(elektrisches Feld)-Ebene geöffnet ist.
(5. Ausführungsform)
Bei der Flächenantenne 40 gemäß der vorhergehenden dritten Ausführungsform wird eine zylindrische Welle, welche von dem Zentrum von dem H-Ebenen-Sektorhorn 42 abgestrahlt wird, in eine ebene Welle mittels der elektromagnetischen Linse umgewandelt, welche aus den Abschnitten ausgebildet ist, welche von den Enden von den strahlenden Nichtleitern entlanggestreckt sind.
Das Strahlungszentrum von dem H-Ebenen-Sektorhorn 42 wird somit dazu bewirkt, mit dem Brennpunkt von einer elektromagnetischen Linse mit einem festgelegten Fokus übereinzustimmen.
Wie oben beschrieben, wenn eine elektromagnetische Linse aus einem lang gestreckten Abschnitt von jedem von den strahlenden Nichtleitern ausgebildet ist, wird sie als eine bifokale elektromagnetische Linse angewendet, und werden eine Mehrzahl von Speisestrahlern, wobei jeder ein Strahlungszentrum an zwei Brennpunkten von der bifokalen elektromagnetischen Linse, und eine Leitung, welche durch die zwei Brennpunkte oder nahe der Leitung passiert, angeordnet, wodurch eine Mehrfachstrahl-Antenne erlangt wird.
In der fünften Ausführungsform wird eine Mehrfachstrahl-Flächenantenne 60 wie in 12 und 13 dargestellt erzielt.
Wie bei der vorhergehenden Flächenantenne 40 enthält die Flächenantenne 60 zwölf Leck-Wellen-Typ-Antennenelemente 65₁ bis 65₁₂ . Die Antennenelemente sind aus Metallstreifen 27 ausgebildet, welche als Störungseinrichtungen dienen, und die Metallstreifen sind bei festgesetzten Abständen auf der Oberfläche von jedem von einer Mehrzahl von strahlenden Nichtleitern 26 (in der Figur sind zwölf strahlende Nichtleiter gezeigt, jedoch können mehrere Nichtleiter verwendet werden) angeordnet. Die strahlenden Nichtleiter 26 sind parallel auf einem Masseleiter 61 angeordnet, welcher aus Metall erstellt ist.
Es sind lang gestreckte Abschnitte 68₁ bis 68₁₂ an den Enden von den strahlenden Nichtleitern 26 von den Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ bereitgestellt, und ihre Längen sind derart eingestellt, um eine bifokale Linse auszubilden, welche zwei Brennpunkte hat.
Im Übrigen, wie in 14 gezeigt, hat eine bifokale Linse 70 im Allgemeinen Brennpunkte F1 und F2 an Positionen, welche mit Bezug auf die Mittenlinie L von der Linse symmetrisch sind.
Eine zylindrische Welle, welche aus dem Brennpunkt F1 ausgestrahlt wird, wird in eine ebene Welle umgewandelt, welche eine Wellenfront A hat, welche entgegen dem Uhrzeigersinn bei einem vorbestimmten Winkel α zur Ebene, welche die Mittenlinie L bei den Winkeln schneidet, geneigt ist, und wird die ebene Welle ausgegeben.
Eine zylindrische Welle, welche aus dem Brennpunkt F2 ausgestrahlt wird, wird in eine ebene Welle umgewandelt, welche eine Wellenfront B hat, welche zur Oberfläche A symmetrisch ist, und im Uhrzeigersinn bei einem vorbestimmten Winkel α zu der Ebene, welche die Mittenlinie L von der Linse schneidet, geneigt ist, und wird die ebene Welle ausgegeben.
Die ausgegebenen Wellenfronten entsprechend den zylindrischen Wellen, welche von Punkten ausgestrahlt werden, welche die Brennpunkte F1 und F2 auf einer geraden Linie P ausschließen, welche durch die Brennpunkte F1 und F2 passiert, sind keine vollständigen Ebenen.
Wie anhand des schematischen kennzeichnenden Schaubildes von 15 zu erkennen, wird die Neigung von der Wellenfront monoton zwischen den Brennpunkten F1 und F2 und in den Bereich nahe der Brennpunkte F1 und F2 variiert (die in 15 gezeigten Charakteristiken sind auf eine Tendenz gerichtet, und entsprechen nicht immer den aktuellen).
In 15 ist „0" von der horizontalen Achse ein Schnittpunkt zwischen der Linsen-Mittenlinie L und der geraden Linie P bei einem rechten Winkel, und sind die aktuellen Charakteristika mit Bezug auf die Position „0" angesichts der Symmetrie von der Linse symmetrisch.
Daraus folgend ist eine Mehrzahl von Strahlern, welche ein zylindrisches Wellenstrahlzentrum auf einer Linie, welche durch die zwei Brennpunkte F1 und F2 passiert, und in einem Bereich nahe der Linie und von den Brennpunkten F1 und F2 nicht weit entfernt, haben, derart angeordnet, so dass die Neigungen von den Oberflächen von Wellen, welche von der Linse ausgegeben werden, von Strahler zu Strahler variieren.
Aufgrund von einer Differenz in den Neigungen von den Oberflächen von den ausgegebenen Wellen kann die Mehrzahl von Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ durch elektromagnetische Wellen angeregt werden, deren Phasen um eine vorgegebene Größe verschoben sind.
Die Flächenantenne 60 wird somit als ein Mehrfachstrahl, welcher das obige Prinzip verwendet, angewendet.
Bei der wie in 12 gezeigten Flächenantenne 60 kann eine bifokale elektromagnetische Linse, welche der obigen elektromagnetischen Linse 70 äquivalent ist, aus den lang gestreckten Abschnitten 68₁ bis 68₁₂ von den Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ ausgebildet werden.
Bei der wie in 14 gezeigten Flächenantenne 60 haben sieben Speisestrahler 72₁ bis 72₇ ihre Strahlungszentren in sieben Punkten R1 bis R7, welche zu einer Linie ausgerichtet sind, welche durch die Brennpunkte F1 und F2 passiert. Die Speisestrahler sind bei Abständen angeordnet, welche gleichen Teilen (in diesem Beispiel vier Teile) entsprechen, in welche der Abstand zwischen den Brennpunkten F1 und F2 unterteilt ist. Die Speisestrahler sind ebenfalls parallel bereitgestellt, so dass ihre Strahlflächen zu den lang gestreckten Abschnitten 68₁ bis 68₁₂ von den Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ gerichtet sind.
In diesem Falle sind die Speisestrahler 72₁ bis 72₇ von einem Wellenleiter-Typ, bei welchem eine elektromagnetische Welle über ein Ende eingegeben wird und von dem weiteren Ende ausstrahlt. Das weitere Ende erstreckt sich zu der bifokalen elektromagnetischen Linse, welche aus den lang gestreckten Abschnitten 68₁ bis 68₁₂ der Antennenelemente 65₁ bis 65₁₂ ausgebildet ist.
Die Innenwandoberflächen von den Speisestrahlern 72₁ bis 72₇ entlang des Masseleiters 61 entsprechen der Oberfläche von dem Masseleiter 61.
Eine im Wesentlichen trapezförmige Oberplatte 75a von einer Leitvorrichtung 75, welche aus einer Metallplatte ausgebildet ist, bedeckt einen Bereich von oberhalb der lang gestreckten Abschnitte 68₁ bis 68₁₂ der Antennenelemente 65₁ bis 65₁₂ bis oberhalb der Endabschnitte von den Speisestrahlern 72₁ bis 72₇ .
Die obere Platte 75a von der Leitvorrichtung 75 ist entgegengesetzt und parallel zum Masseleiter 61 angeordnet, und es sind Seitenplatten 75b und 75c an ihren jeweiligen Seiten von der oberen Platte 75a bereitgestellt.
Die unteren Kanten von den Seitenplatten 75b und 75c sind mit der Oberseite von dem Masseleiter 61 elektrisch verbunden.
Ein Bereich von den Endabschnitten der Speisestrahler 72₁ bis 72₇ zu den lang gestreckten Abschnitten 68₁ bis 68₁₂ der Antennenelemente 65₁ bis 65₁₂ ist parallel zwischen der oberen Platte 75a von der Leitvorrichtung 75 und dem Masseleiter 61 zwischengelegt, um elektromagnetische Wellen, welche aus den Speisestrahlern 72₁ bis 72₇ ausstrahlen, in zylindrische Wellen umzuwandeln und sie an die lang gestreckten Abschnitte 68₁ bis 68₁₂ der Antennenelemente 65₁ bis 65₁₂ wirksam zu übertragen.
Die obigen Metallplatten 44 sind an der Kante und auf der Innenoberfläche von der oberen Platte 75a von der Leitvorrichtung 75 entlang der Antennenelemente angeordnet, um die strahlenden Nichtleiter dazwischen zu setzen. Die Metallplatten 44 sind ebenfalls bei Abständen angeordnet, welche jeweils nicht mehr als der Hälfte von der Freiraum-Wellenlänge von einer elektromagnetischen Welle entsprechen, wodurch somit verhindert wird, dass eine elektromagnetische Welle aus einem Spalt zwischen der oberen Platte 75a und jeden der lang gestreckten Abschnitte 68₁ bis 68₁₂ der Antennenelemente 65₁ bis 65₁₂ entweicht.
Bei der derart aufgebauten Flächenantenne 60 haben die Speisestrahler 72₁ bis 72₇ unterschiedliche Strahlrichtungen.
Eine elektromagnetische Welle, welche aus dem mittleren Speisestrahler 72₄ abgestrahlt wird, wird zwischen der Leitvorrichtung 75 und dem Masseleiter 61 in eine zylindrische Welle umgewandelt, und die zylindrische Welle wird den Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ zugeführt, während ihre Wellenfront nahezu parallel zu einer Ebene ist, welche die Mittenlinie von jedem der lang gestreckten Abschnitte 68₁ bis 68₁₂ bei einem rechten Winkel durch die Linsenfunktion von den lang gestreckten Abschnitten schneidet.
Die Antennenelemente 65₁ bis 65₁₂ werden daher beinahe in Phase angeregt. Wie in 16 gezeigt, haben sie eine Strahlcharakteristik B4 entlang der Y-Achse auf der X-Y-Ebene, wo die Richtung von der Anordnung von den Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ gleich der X-Achse ist, und die Richtung senkrecht zu der Oberfläche von dem Masseleiter 61 gleich die Y-Achse ist.
Eine elektromagnetische Welle, welche aus dem Speisestrahler 72₃ abgestrahlt wird, wird den Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ zugeführt, während ihre Wellenfront nahezu parallel ist zu einer Ebene, welche entgegen dem Uhrzeigersinn (in 14) von der Ebene geneigt ist, welche die Linsen-Mittenlinie bei einem rechten Winkel schneidet.
Die Antennenelemente 65₁ bis 65₁₂ werden mit einer beinahe festgelegten Phasendifferenz auf eine solche Art und Weise angeregt, dass die Anregungsphase vom letzten Antennenelement 75₁ von jener von seinem angrenzenden Antennenelement 75₂ um eine Phase fortschreitet, welche einer Neigung von der Wellenfront entspricht, und die Anregungsphase von dem Antennenelement 65₂ von jener von seinem angrenzenden Antennenelement 65₃ durch etwa die gleiche Phase fortschreitet. Eine Strahlcharakteristik B3 wird daher erlangt, bei welcher eine Strahlrichtung bei einem vorbestimmten Winkel von γ3 zum Antennenelement 65₁₂ geneigt ist, dessen Phase mit Bezug auf die Y-Achse verzögert ist.
Ähnlich wird eine elektromagnetische Welle, welche aus dem Brennpunkt F1 von dem Speisestrahler 72₂ abgestrahlt wird, den Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ zugeführt, während ihre Wellenfront parallel zu einer Ebene ist, welche entgegen dem Uhrzeigersinn (in 14) von der Ebene geneigt ist, welche die Linsen-Mittenlinie bei einem rechten Winkel schneidet, und zwar größer als im Falle des Speisestrahlers 72₃ . Die Antennenelemente 65₁ bis 65₁₂ werden daher mit einer breiten Phasendifferenz angeregt, und der Speisestrahler 72₂ hat eine Strahlcharakteristik B2, bei welcher eine Strahlrichtung bei einem Winkel von γ2 geneigt wird, welcher größer als γ3 ist, und zwar zu dem Antennenelement 65₁₂ , dessen Phase mit Bezug auf die Y-Achse verzögert ist.
Ferner wird eine elektromagnetische Welle, welche aus dem Speisestrahler 72₁ ausgestrahlt wird, den Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ zugeführt, während ihre Wellenfront nahezu parallel zu einer Ebene ist, welche entgegen dem Uhrzeigersinn (in 14) von der Ebene geneigt ist, welche die Linsen-Mittenlinie bei einem rechten Winkel schneidet, und zwar größer als in dem Fall des Speisestrahlers 72₃ . Die Antennenelemente 65₁ bis 65₁₂ werden daher mit einer breiteren Phasendifferenz angeregt, und der Speisestrahler 72₁ hat eine Strahlcharakteristik B1, bei welcher eine Strahlrichtung bei einem Winkel von γ1 geneigt wird, welcher größer als γ2 ist, und zwar zu dem Antennenelement 65₁₂ . dessen Phase mit Bezug auf die Y-Achse verzögert ist.
Da die Speisestrahler 72₅ bis 72₇ symmetrisch zu den Speisestrahlern 72₃ bis 72₁ mit Bezug auf die Linsen-Mittenlinie angeordnet sind, hat der Speisestrahler 72₅ eine Strahlcharakteristik B5, welche bei einem Winkel von γ3 zu dem Antennenelement 65₁ geneigt ist, dessen Phase mit Bezug auf die Y-Achse verzögert ist, wobei der Speisestrahler 72₆ eine Strahlcharakteristik B6 hat, welche bei einem Winkel von γ2 zum Antennenelement 65₁ geneigt ist, dessen Phase mit Bezug auf die Y-Achse verzögert ist, und der Speisestrahler 72₇ eine Strahlcharakteristik B7 hat, welche bei einem Winkel von γ1 zu dem Antennenelement 65₁ geneigt ist, dessen Phase mit Bezug auf die Y-Achse geneigt ist.
Bei der Flächenantenne 60 gemäß der oben beschriebenen fünften Ausführungsform wird eine elektromagnetische Welle, welche von jedem der Speisestrahler abgestrahlt wird, der Mehrzahl von strahlenden Nichtleitern mit einer Phasendifferenz zugeführt, welche dem Strahlungszentrum von der elektromagnetischen Welle entspricht.
Die Flächenantenne ist somit auf eine Mehrfachstrahl-Antenne gerichtet, wobei eine Mehrzahl von Speisestrahlern schmale Strahlen mit hohem Gewinn in unterschiedliche Richtungen abstrahlen.
Die Richtung, in welche die Flächenantenne 60 gemäß der fünften Ausführungsform befestigt werden kann, ist beschränkt. Sogar wenn eine Funkwelle in eine Richtung abzustrahlen (oder zu empfangen) ist, welche sich von der beschränkten Richtung unterscheidet, können hochwirksame Kommunikationen durchgeführt werden, indem ein Speisestrahler ausgewählt wird, welcher an die Richtung adaptiert ist.
Wie oben beschrieben, werden die elektromagnetischen Wellen, welche von den Speisestrahlern 72₂ und 72₆ abgestrahlt werden, welche ihre Strahlungszentren an den Brennpunkten F1 und F2 von der bifokalen elektromagnetischen Linse haben, in vollständig ebene Wellen umgewandelt, und werden die ebenen Wellen den Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ mit einer beinahe gleichförmigen Phasendifferenz zugeführt, wobei die elektromagnetischen Wellen, welche von den weiteren Speisestrahlern abgestrahlt werden, nicht in vollständig ebene Wellen umgewandelt werden, und Variationen in der Phasendifferenz zwischen den ebenen Wellen auftreten.
Aus diesem Grund, wie in 17 dargestellt, ist der Antennengewinn zu den Speisestrahlern, welche sich von den Speisestrahlern 72₂ und 72₆ unterscheiden, niedriger als jener zu den Strahlern 72₂ und 72₆ . Die maximale Gewinndifferenz ΔG wird nicht zu hoch, wenn die Strahlungszentren von den Speisestrahlern sich nahe der zwei Brennpunkte von der bifokalen elektromagnetischen Linse und auf der Linie, welche durch diese Brennpunkte oder nahe dieser Linie passieren, befinden, wodurch eine Mehrfachstrahl-Antenne erlangt wird, welche einen beinahe gleichförmigen Gewinn und Richtcharakteristik hat.
Bei der Flächenantenne 60 werden die Leitvorrichtung 75 und die Mehrzahl von Speisestrahlern 72₁ und 72₇ unabhängig ausgebildet. Jedoch kann die obere Platte 75a von der Leitvorrichtung 75 als eine obere Wandoberfläche von den Speistrahlern 72₁ und 72₇ (die Wandoberfläche, welche dem Masseleiter 61 gegenüberliegt) verwendet werden.
(6. Ausführungsform)
18 stellt einen Hauptteil von einer sechsten Ausführungsform dar.
Bei der sechsten Ausführungsform wird, wie in 18 gezeigt, eine Flächenantenne 60, welche eine Mehrzahl von Strahlcharakteristiken hat, mit einer Auswahlschaltung 80 bereitgestellt, um einige von einer Mehrzahl von Speisestrahlern 72₁ und 72₇ selektiv verwendbar zu machen.
Die Auswahlschaltung wird durch eine nicht gezeigte Steuerung gesteuert, um die Mehrzahl von Speisestrahlern 72₁ und 72₇ in Reihenfolge auszuwählen, wodurch somit eine elektronische Strahlabtastung ermöglicht wird.
Herkömmlicherweise gibt es einen Wellenleiter-Auswähler als die Auswahlschaltung 80, um einige von Wellenleiter-Typ-Speisestrahlern in einen verwendbaren Zustand zu ändern. Der Wellenleiter-Auswähler hat einen Wellenleiter, bei welchem ein Ferrit-Schalter und ein Halbleiter-Schalter befestigt sind.
Eine elektronische Strahlabtastung kann erzielt werden, indem die Speisestrahler in Ansprechen auf ein Steuersignal von der Steuerung unter Verwendung des Wellenleiter-Auswählers ausgewählt werden.
Wenn jedoch der Wellenleiter-Auswähler aus dem Stand der Technik derart aufgebaut ist, dass ein Ferrit-Schalter und ein Halbleiter-Schalter in einem Wellenleiter befestigt sind, wird die Antenne im Aufbau kompliziert und nimmt ihre Größe zu und ist ihre Produktivität gering. Ihre Verwendung ist dabei bei einem im Auto befestigten Radar, welcher eine Miniaturisierung und geringe Kosten erfordert, schwierig.
(7. Ausführungsform)
19 und 20 stellen eine Strahl-Abtasttyp-Flächenantenne 90 gemäß einer siebten Ausführungsform dar, welche angesichts des oben erwähnten Punktes zusammengesetzt ist.
In der Flächenantenne 90 ist ein Ende (entgegengesetzt zur Strahlungsfläche) von jedem der Speisestrahler 72₁ und 72₇ von der vorhergehenden Flächenantenne 60 geschlossen, und sind Kupplungsschlitze 92₁ bis 92₇ an ihren jeweiligen Abschnitten von einem Masseleiter 91 entsprechend den Innenwänden von den Speisestrahlern 72₁ und 72₇ in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung von den Speisestrahlern 72₁ und 72₇ bereitgestellt.
Bei der Flächenantenne 90 ist ein dielektrisches Substrat 93 an der Rückseite des Masseleiters 91 an Positionen befestigt, welche den Speisestrahlern 72₁ und 72₇ entsprechen, und ist eine Auswahlschaltung 80' am dielektrischen Substrat 93 ausgebildet.
Mit anderen Worten, wie in 21 gezeigt, sind Sonden 94₁ bis 94₇ parallel auf dem dielektrischen Substrat 93 ausgebildet, und schneidet ein Ende von jeder der Sonden die Kupplungsschlitze 92₁ bis 92₇ der Speisestrahler 72₁ und 727.
Die weiteren Enden der Sonden 94₁ bis 94₇ sind jeweils mit ihrer jeweiligen Elektrode von jeder der Signalumschalt-Dioden (Strahlführungs-Typ- und Chip-Typ-PIN-Dioden) 95₁ bis 95₇ verbunden, während die weiteren Elektroden von den Dioden 95₁ bis 95₇ gemeinsam mit einem Übertragungs-/Empfangs-Anschluss 96 verbunden sind.
Die Polarität der Dioden 95₁ bis 95₇ ist eine Kathode an der Sonden-Seite, während sie eine Anode an der Übertragungs-/Empfangs-Anschluss-Seite ist.
Es sind Tiefpassfilter 97₁ bis 97₇ und 98 zwischen den Elektroden von den Dioden 95₁ bis 95₇ und dem Übertragungs-/Empfangs-Anschluss 96 und den Vorspann-Anschlüssen 99₁ bis 99₇ und 100, welche jeweils auf dem dielektrischen Substrat 93 ausgebildet sind, verbunden. Diese Filter übertragen einen Gleichstrom und verhindern, dass eine Hochfrequenz (eine Millimeter-Welle in diesem Fall) von einer Elektrode von jeder der Dioden 95₁ bis 95₇ und dem Übertragungs-/Empfangs-Anschluss 96 an die Vorspann-Anschlüsse 99₁ bis 99₇ und 100 übertragen wird.
Die Tiefpassfilter 97₁ bis 97₇ und 98 können aus einem LC-Typ sein, welcher aus Spulen, welche in Serie zwischen der Elektrode von den Dioden und den Vorspann-Anschlüssen eingesetzt sind, und Kondensatoren, welche zwischen der Masse und den Anschlüssen von den Spulen entlang der Vorspann-Anschlüsse verbunden sind, gebildet ist, und von einem RC-Typ sein, welcher aus Widerständen, welche in Serie zwischen den Elektroden von den Dioden und den Vorspann-Anschlüssen eingesetzt sind, und Kondensatoren, welche zwischen der Masse und den Anschlüssen von den Widerständen entlang der Vorspann-Anschlüsse gebildet ist, oder eine Mehrfachstufen-Schaltung von dem RC- oder LC-Typ sein.
Bei der Flächenantenne 90, welche eine derartige Auswahlschaltung 80' hat, wird eine vorgegebene Spannung V1 von der nicht gezeigten Steuerung an den gemeinsamen Vorspann-Anschluss 100 angelegt, wird eine Spannung V2, welche niedriger als die Spannung V1 ist, an den Vorspann-Anschluss 99₁ angelegt, und wird eine Spannung, welche nicht niedriger als die Spannung V1 ist, an die weiteren Vorspann-Anschlüsse 99₂ bis 99₇ angelegt. Somit wird lediglich die Diode 95₁ eingeschaltet.
Die elektromagnetische Welle, welche den Übertragungs-/Empfangs-Anschluss 96 in diesem Zustand eingegeben wird, wird von der Diode 95₁ an die Sonde 94₁ übertragen, dann über den Kopplungsschlitz 92₁ an den Speisestrahler 72₁ übertragen, und den Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ zugeführt.
Aus diesem Grund strahlt die Flächenantenne 90 eine elektromagnetische Welle mit der in 16 gezeigten Strahlcharakteristik B1 aus.
Wenn eine Spannung V2, welche niedriger als die Spannung V1 ist, an den Vorspann-Anschluss 99₂ angelegt wird, und eine Spannung, welche nicht niedriger als die Spannung V1 ist, an die Vorspann-Anschlüsse angelegt wird, welche sich von den Vorspann-Anschlüssen 99₂ und 100 unterscheiden, wird lediglich die Diode 95₂ eingeschaltet.
Die elektromagnetische Welle, welche den Übertragungs-/Empfangs-Anschluss 96 in diesem Zustand eingegeben wird, wird über die Sonde 94₂ und den Kopplungsschlitz 92₂ an den Speisestrahler 72₁ übertragen, und dann den Antennenelementen 65₁ bis 65₁₂ zugeführt. Die Flächenantenne 90 strahlt eine elektromagnetische Welle aus, welche mit der in 16 gezeigten Strahlcharakteristik B2 ausgestrahlt wird.
Ähnlich werden die Dioden 95₃ bis 95₇ sequenziell und selektiv eingeschaltet, und somit können die Strahlrichtungen von der Antenne durch B1 bis B7 in 16 abgetastet werden.
Wenn die Polaritäten von den Dioden 95₁ bis 95₇ umgekehrt sind, oder wenn die Polaritäten an eine Anode auf der Sonden-Seite gesetzt sind, und sie an eine Kathode an der Übertragungs-/Empfangs-Anschluss 96-Seite gesetzt sind, wird eine vorbestimmte Spannung V1 an den gemeinsamen Vorspann-Anschluss 100 von der Steuerung angelegt, wird eine Spannung V2, welche höher als die Spannung V1 ist, an einen der Vorspann-Anschlüsse 99₁ bis 99₇ entsprechend einer Diode, welche einzuschalten ist, angelegt, und wird eine Spannung, welche nicht höher als die Spannung V1 ist, an die weiteren Vorspann-Anschlüsse 99₂ bis 99₇ angelegt.
Die Strahl-Abtast-Reihenfolge wird frei bestimmt. Die Abtastung wird nicht nur in der obigen Reihenfolge, nämlich B1 → B2 → B3 → B4 → B5 → B6 → B7, sondern kann ebenfalls durch abwechselnde Strahlen durchgeführt werden, wie B1 → B3 → B5 → B7 → B2 → B4 → B6 oder vorn Zentrum aus außerhalb, wie beispielsweise B4 → (B3, B5) → (B2, B6) → (B1, B7).
Da bei der Flächenantenne 90 die Speisestrahler 72₁ und 72₇ durch die Auswahlschaltung in Reihenfolge ausgewählt werden, um die Strahlen abzutasten, kann die Antenne viel stärker miniaturisiert werden, und zwar verglichen mit einem System zum Umschalten von einer Mehrzahl von Antennen, welche unterschiedliche Strahlrichtungen hat, mittels eines Schalters. Ferner erfordert die Antenne 90 weder einen variablen Phasenschieber noch einen Synthetisierer, und somit ist ihr Aufbau sehr vereinfacht.
Wie oben beschrieben, kann eine elektromagnetische Welle an die Rückseite des strahlenden Nichtleiters von der Sonde, welche auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet ist, über den Kopplungsschlitz eingegeben werden, und wird die Sonde durch die Diode ausgewählt. Daher kann die Auswahlschaltung dünner ausgebildet werden und im Aufbau vereinfacht werden, und unterliegt die Antenne einer erhöhten Massenproduktion, und ist am besten geeignet für einen kleinen, am Auto befestigten Radar, welcher bei geringen Kosten hergestellt wird.
Bei der Auswahlschaltung 80' von der Flächenantenne 90 erstrecken sich die Sonden 94₁ bis 94₇ in die Richtung, welche entgegengesetzt ist zu den Strahlflächen von den Speisestrahlern 72₁ und 72₇ , welche mit ihren jeweiligen Dioden 95₁ bis 95₇ zu verbinden sind. Jedoch können sich die Sonden 94₁ bis 94₇ , wie in einer in 22 gezeigten Auswahlschaltung 80'' zu den Strahlflächen von den Speisestrahlern 72₁ und 72₇ erstrecken, welche mit ihren jeweiligen Dioden 95₁ bis 95₇ zu verbinden sind.
Durch die obige Schaltungsanordnung kann das dielektrische Substrat 93 nahe der Antennenelemente verbunden werden, und kann die gesamte Antenne ferner kompakter ausgestaltet und miniaturisiert werden.
Ein Auswahlelement in einem geeigneten Funkfrequenzband (RF-Band) kann als die obige Auswahlschaltung 80 verwendet werden. Jedoch wird ein Einführverlust in dem Frequenzband entsprechend einer Millimeter-Welle im Allgemeinen erhöht. Es ist somit wirksam, Übertragungs-/Empfangs-Module RM1 bis RM7 und TM1 bis TM7, welche einen Frequenzumwandler enthalten, mit ihren jeweiligen Sonden 94₁ bis 94₇ zu verbinden, wobei jede als ein Strahl-Anschluss dient, und sie in einem Mittenfrequenz(EF)-Band umzuschalten, wie in 25 und 26 gezeigt.
Wie in 25 gezeigt, sind die Eingangsseiten von rauscharmen Verstärkern LNA von Empfangsmodulen RM1 bis RM7, welche jeweils aus einem rauscharmen Verstärker LNA und einem Mischer MIX gebildet sind, mit ihren jeweiligen Sonden 94₁ bis 94₇ verbunden. Den Mischern MIX wird ein Lokaloszillations(LO)-Signal von einem externen Anschluss zugeführt. Umschaltschaltungen eines Mittenfrequenz-Bandes (IF-Band) IF-SW1 bis IF-SW7 werden mit ihren jeweiligen Ausgangsseiten von den Mischern MIX verbunden, und in Ansprechen auf ein Steuersignal von einem externen Anschluss ausgewählt.
Die von der Mehrzahl von Sonden 94₁ bis 94₇ empfangenen Funkwellen werden daher als Empfangssignale über die Empfangsmodule RM1 bis RM7 und die IF-Band-Umschaltschaltungen IF-SW1 bis IF-SW7, welche in Ansprechen auf ein Steuersignal von dem externen Anschluss ausgewählt sind, ausgegeben.
Wie in 26 gezeigt, sind die Ausgangsseiten von Leistungsverstärkern HPA von Übertragungsmodulen TM1 bis TM7, welche jeweils aus einem Leistungsverstärker HPA und einem Mischer MIX gebildet sind, jeweils mit der Mehrzahl von Sonden 94₁ bis 94₇ verbunden. Den Mischern MIX wird ein lokales Oszillations(LO)-Signal von einem externen Anschluss zugeführt. Mittenfrequenz-Band(IF-Band)-Umschaltschaltungen IF-SW1 bis IF-SW7 sind mit ihren jeweiligen Eingangsseiten von den Mischern X verbunden, und sind in Ansprechen auf ein Steuersignal von einem externen Anschluss ausgewählt.
Die Signale werden daher als übertragene Wellen von der Mehrzahl von Sonden 94₁ bis 94₇ über die IF-Band-Umschaltschaltungen IF-SW1 bis IF-SW7, welche in Ansprechen auf ein Steuersignal von dem externen Anschluss ausgewählt sind, und die Übertragungsmodule TM1 bis TM7 übertragen.
(8. Ausführungsform)
27A, 27B und 27C stellen eine Flächen-(Einzelstrahl)-Antenne 100 von einem rückgefalteten Zuführ-Leck-Wellenantennen-Feld-Typ gemäß einer achten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung dar.
Bei der Flächen(Einzelstrahl)-Antenne 100 gemäß der achten Ausführungsform sind ein H-Ebenen-Sektorhorn 42 und ein Speisestrahler 42B, wie in 7 und 8 gezeigt, an der Rückseite von einem Masseleiter 41 von Bildleit-Leck-Welle-Antennenelementen 45₁ bis 42₈ angeordnet, und ist ein parabelförmiger zylindrischer Reflektor 101 am Speiseende von einer Feldantenne angeordnet, so dass sein Brennpunkt F mit dem Phasenzentrum von dem Speisestrahler 42b übereinstimmt.
Die Kante von dem Masseleiter 41 entlang des parabelförmigen zylindrischen Reflektors 101 ist derart ausgebildet, dass sie die gleiche Form wie jene des Reflektors 101 hat. Die Kante des Masseleiters 41 und des parabelförmigen zylindrischen Reflektors 101 sind bei einem festgelegten Abstand angeordnet.
Eine obere flache Platte 102 von einer Leitvorrichtung ist derart angeordnet, dass ein paralleler, flacher Platten-Wellenleiter zwischen der Platte 102 und der Oberfläche von denn Masseleiter 41 ausgebildet ist. Alle strahlenden Nichtleiter 26 sind derart angeordnet, dass ihre Speisekanten zueinander ausgerichtet sind. Somit kehrt eine Funkwelle, welche von dem Speisestrahler 42b ausgestrahlt wird, nicht hierzu zurück, sondern wird der meiste Teil der Funkwelle in eine ebene Welle umgewandelt und in gleichen Phasen allen strahlenden Nichtleitern 26 zugeführt.
Bei der obigen Anordnung wird eine Funkwelle von dem Speisestrahler 42b in der unteren Stufe weit verbreitet im H-Ebenen-Sektorhorn 42 verbreitet und dann durch den parabelförmigen zylindrischen Reflektor 101 reflektiert. Die reflektierte Welle ändert sich zu einer ebenen Welle und tritt in der oberen Stufe im strahlenden Nichtleiter 26 ein.
Alle strahlenden Nichtleiter 26 haben den gleichen Aufbau (den gleichen lang gestreckten Abschnitt) und werden in Phase angeregt.
Bei der Flächen-(Einzelstrahl)-Antenne 100 von einem rückgefalteten Zuführ-Leck-Welle-Antennenfeld-Typ gemäß der achten Ausführungsform wird ein Abstand q zwischen der Kante von dem Masseleiter 41 und dem parabelförmigen zylindrischen Reflektor 101 geeigneterweise ausgewählt. Daher kehrt eine Funkwelle, welche von dem Speisestrahler 42b abgestrahlt wird, kaum hierzu zurück, sondern werden nahezu 100 Prozent davon an den parallelen Platten-Wellenleiter in der oberen Stufe geleitet, mit dem Ergebnis, dass die Welle wirksam zugeführt werden kann.
Bei der oben beschriebenen Flächenantenne 100 kann ein Speiseabschnitt an der Rückseite von der Antenne angeordnet werden, so dass die Länge (Tiefe) von der Antenne stärker verringert werden kann, verglichen mit dem Fall, bei welchem ein Speiseabschnitt an der gleichen Seite angeordnet ist.
Somit kann eine kompakte Antenne erlangt werden.
In dem Fall der Anordnung auf gleicher Oberfläche wird ein langgestreckter Abschnitt von jedem strahlenden Nichtleiter 26 wie eine Linse geformt, welche eine Krümmung hat, wodurch somit die Herstellung von der Antenne kompliziert wird. Jedoch ist die Antenne gemäß der achten Ausführungsform in der Herstellung einfach, da die Kanten von den strahlenden Nichtleitern zueinander ausgerichtet sind.
(9. Ausführungsform)
28A, 28B und 28C stellen eine Flächen-(Mehrfachstrahl)-Antenne 200 von einem rückgefalteten Zuführ-Leck-Welle-Antennenfeld-Typ gemäß einer neunten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung dar.
Bei der Flächen-(Mehrfachstrahl)-Antenne 200 gemäß der neunten Ausführungsform sind ein H-Ebenen-Sektorhorn 42 und ein strahlender Speiser 26, wie in 7 und 8 gezeigt, an der Rückseite von einem Masseleiter 41 von Bildleit-Leck-Welle-Antennenelementen 45₁ bis 45₈ angeordnet, und ist ein parabelförmiger zylindrischer Reflektor 101 am Speiseende von einer Feldantenne angeordnet, um einen Mehrfachstrahl zu speisen, wie in 12 gezeigt.
Mit Ausnahme des Obigen ist die Flächenantenne von der neunten Ausführungsform gleich jener von der oben beschriebenen achten Ausführungsform.
(10. Ausführungsform)
29A und 29B zeigen den Hauptteil von einer Flächenantenne 300 gemäß einer zehnten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung.
Die Flächenantenne 300 wird durch das Rillenverfahren hergestellt, bei welchen eine Mehrzahl von Rillen parallel in einem einzelnen seitenförmigen dielektrischen Substrat ausgebildet wird.
Mit Ausnahme des Obigen ist die Flächenantenne 300 von der zehnten Ausführungsform gleich jener von jeder der vorhergehenden Ausführungsformen.
Genauer gesagt wird die Flächenantenne 300 durch das obige Rillenverfahren wie folgt hergestellt. Eine Mehrzahl von strahlenden Nichtleitern 26 wird auf der oberen Oberfläche von einem Masseleiter 41 ausgebildet, und jeder Nichtleiter 26a verbleibt zwischen angrenzenden strahlenden Nichtleitern 26. Die Nichtleiter 26a werden aus dem gleichen Material wie jenes von den strahlenden Nichtleitern 26 ausgebildet. Die Höhe (Δb) des Nichtleiters 26a ist nicht größer als ungefähr 2/3 von (b) von dem strahlenden Nichtleiter 26.
Die Höhen Δb von den Nichtleitern 26a, welche auf der oberen Oberfläche von dem Masseleiter 41 verbleiben, sind in 30 als eine Verteilung des elektrischen Feldes in einem vertikalen Abschnitt, welcher durch eine Simulationsanalyse erlangt wird, ausgedruckt. Anhand von 30 lässt sich aussagen, dass die elektrische Leistung von der Antenne nicht so stark verschlechtert wird, wenn die Nichtleiter 26a nicht zu dick sind.
Die Flächenantenne von der zehnten Ausführungsform wird hergestellt, indem eine Mehrzahl von Rillen parallel in einem einzelnen seitenähnlichen dielektrischen Substrat ausgebildet wird. Die zehnte Ausführungsform kann somit an der Herstellung von der vorhergehenden Feldantenne oder der Flächenantenne von jeder der obigen Ausführungsformen angewendet werden. Die Flächenantenne von der zehnten Ausführungsform ist zur Massenproduktion geeignet und kann bei niedrigen Kosten hergestellt werden, wodurch ihre praktische Anwendung sehr hoch ist.
Wie oben beschrieben, wurden soweit keine Antennen aus einem einzelnen Substrat hergestellt. Da die herkömmliche Technik auf eine Feldantenne beschränkt war, welche aus einer Mehrzahl von Nichtleiter-Stäben gebildet ist, welche zueinander parallel und getrennt angeordnet sind, war sie in Anbetracht der Massenproduktion als problematisch angesehen.
(Weitere Ausführungsformen)
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen beträgt die Anzahl von strahlenden Nichtleitern gleich 8 oder 12, jedoch kann sie frei gewählt werden. Da die Anzahl der strahlenden Nichtleiter zunimmt, kann eine Strahlbreite auf der Ebene, welche sowohl durch eine Richtung, in welche die strahlenden Nichtleiter ausgerichtet sind, als auch eine Linie, welche den Masseleiter bei einem rechten Winkel schneidet, bestimmt ist, schmaler gestaltet werden.
In den vorhergehenden Ausführungsformen sind die Metallstreifen 27 als Störungseinrichtungen auf der Oberfläche von jedem der strahlenden Nichtleiter 26 bereitgestellt, um ein Antennenelement auszubilden. Wie in 23 dargestellt, können Abschnitte 27' eines hohen Schrittes, welche eine vorgegebene Höhe h haben, welche als Störungseinrichtungen dienen, bei beinahe gleichmäßigen Abständen auf der Oberfläche von einem strahlenden Nichtleiter 26 angeordnet werden, wodurch somit ein welliges Antennenelement ausgebildet wird, welches eine elektromagnetische Welle entweichen lässt.
Der Abstand d (welliger Zyklus) zwischen den Abschnitten 27' eines hohen Schrittes und die Länge s (wellige Breite) von jedem der Abschnitte 27' eines hohen Schrittes entsprechen jeweils dem Streifenzyklus und der Streifenbreite von dem Metallstreifen. Die Strahlungsrichtung von den Antennenelementen hängt von dem welligen Zyklus d ab, während die Strahlungsgröße von der welligen Breite s und der Höhe h von dem Abschnitt 27' eines hohen Schrittes abhängt.
(Vorteil der Erfindung)
Bei der Flächenantenne von der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, werden eine Mehrzahl von Leck-Welle-Typ-Antennenelementen aus Nichtleitern ausgebildet und auf einem Masseleiter parallel angeordnet, und wird ein Speiseabschnitt auf der gleichen Ebene wie jene der Antennenelemente bereitgestellt, um eine elektromagnetische Welle von einem Ende von jedem der Antennenelemente zu empfangen.
Die Antenne kann somit derart zusammengebaut werden, dass sie einen dünnen Flächenaufbau hat und eine Bildleitung zur Übertragung von einer elektromagnetischen Welle verwendet. Daher kann sie im Übertragungsverlust größer als bei der Mikrostreifen-Antenne verringert werden, wodurch sie daraus folgend in der Antennenwirksamkeit verbessert wird.
Da die Störungseinrichtungen auf den Oberflächen von den Nichtleitern mit einer Genauigkeit hoher Dimension durch Druck- und Ätz-Techniken ausgebildet werden können, ist die Flächenantenne von der vorliegenden Erfindung in der Massenproduktion verbessert, hat geringere Kosten und eine erhöhte Strahlsynthese-Genauigkeit.
Da der Speiseabschnitt darüber hinaus aus einer Bildleitung gebildet ist, kann die Gesamtantenne, welche den Speiseabschnitt enthält, ferner dünner erstellt werden, und kann der Speiseabschnitt einfach hergestellt werden.
Ein langgestreckter Abschnitt ist an dem Ende von jedem strahlenden Nichtleiter ausgebildet, welcher ein Antennenelement bildet, welches eine Funktion hat, welche jener von einer elektromagnetischen Linse entspricht, und somit kann ein H-Ebenen-Sektorhorn als der Speiseabschnitt verwendet werden. Die Flächenantenne von der vorliegenden Erfindung kann in ihrer Dicke verringert werden und in ihrer Wirksamkeit erhöht werden, obwohl sie von einem Horn-Speise-Typ ist.
Bei der Flächenantenne von der vorliegenden Erfindung sind die Metallplatten bei Abständen, welche jeweils entsprechend nicht kürzer als die halbe Wellenlänge ist, an der oberen Kante von einer Apertur von einem elektromagnetischen Horn angeordnet. Es wird verhindert, dass eine elektromagnetische Welle direkt von der Apertur des Horns an die Außenseite direkt abgestrahlt wird, und sie wird an jedes der Antennenelemente wirksam übertragen.
Die Flächenantenne von der vorliegenden Erfindung wird wie folgt zusammengebaut. Eine bifokale elektromagnetische Linse wird durch die lang gestreckten Abschnitte von den strahlenden Nichtleitern ausgebildet. Das Strahlungszentrum befindet sich auf oder nahe einer Linie, welche zwei Brennpunkte von der bifokalen elektromagnetischen Linse verbindet, oder nahe dieser Linie. Eine Mehrzahl von Speisestrahlern ist am Masseleiter angeordnet, wobei ihre Strahlungsflächen zur bifokalen elektromagnetischen Linse gerichtet sind. Ein Bereich von den lang gestreckten Abschnitten zu den Enden von den Speisestrahlern ist zwischen der Leitvorrichtung und dem Masseleiter zwischengelegt, um eine elektromagnetische Welle, welche von den Speisestrahlern an die lang gestreckten Abschnitte abgestrahlt wird, in eine zylindrische Welle umzuwandeln. Die elektromagnetische Welle, welche von jedem der Speisestrahler abgestrahlt wird, wird der Mehrzahl von strahlenden Nichtleitern mit einer Phasendifferenz zugeführt, welche der Position von dem Strahlungszentrum davon entspricht. Die Flächenantenne von der vorliegenden Erfindung kann als eine Flächen-Mehrfachstrahl-Antenne zusammengebaut werden, deren Strahlrichtungen von Speisestrahler zu Speisestrahler variieren.
Bei der Flächenantenne von der vorliegenden Erfindung sind die Metallplatten bei Abständen, welche jeweils entsprechend nicht kürzer als die halbe Wellenlänge sind, an der oberen Kante von einer Apertur von der Leitvorrichtung angeordnet. Es wird verhindert, dass eine elektromagnetische Welle von der Apertur von der Leitvorrichtung an die Außenseite direkt abgestrahlt wird, und sie wird an jedes der Antennenelemente wirksam übertragen.
Da die Mehrfachstrahl-Flächenantenne mit einem Umschaltmittel bereitgestellt ist, um es zu ermöglichen, dass eine Mehrzahl von Speisestrahlern selektiv verwendet wird, kann sie eine Strahlabtastung durchführen.
Die Flächenantenne von der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls wie folgt zusammengebaut. Eine Mehrzahl von Speisestrahlern bildet einen Wellenleiter, dessen Innenwand teilweise aus einem Masseleiter ausgebildet ist. Es werden Kopplungsschlitze an der Innenwand von dem Wellenleiter entlang des Masseleiters bereitgestellt, und ein dielektrisches Substrat wird an der gegenüberliegenden Seite davon ausgebildet. Eine Mehrzahl von Sonden, welche die Kopplungsschlitze f der Speisestrahler bei einem rechten Winkel schneiden, ein Übertragungs-/Empfangs-Anschluss, eine Mehrzahl von Vorspann-Anschlüssen, eine Mehrzahl von Dioden, deren Elektroden an einem Ende mit den Sonden verbunden sind und an dem anderen Ende mit dem Übertragungs-/Empfangs-Anschluss verbunden sind, und ein Tiefpassfilter zum Verbinden der Elektroden von der Mehrzahl von Dioden und der Vorspann-Anschlüsse auf eine Gleichstrom-Weise, und um zu verhindern, dass eine Hochfrequenz von den Dioden an die Vorspann-Anschlüsse übertragen wird, sind auf dem dielektrischen Substrat angeordnet. Da bei dieser Flächenantenne eine Vorspannung über den Vorspann-Anschluss selektiv angelegt wird, können die Speisestrahler zur Verwendung ausgewählt werden, und wird das Umschaltmittel zur Strahlabtastung vereinfacht. Die Flächenantenne kann flächig erstellt werden, einer erhöhten Massenproduktion zugeführt werden und in ihren Kosten verringert werden, und ist daher bevorzugt für ein am Auto befestigtes Radar.
Als die obige Umschaltschaltung kann ein Umschaltelement in einem verwendbaren Funkfrequenz-Band (RF-Band) verwendet werden. Da jedoch ein Einführverlust in dem Frequenzband entsprechend einer Millimeter-Welle im Allgemeinen erhöht wird, ist es wirksam, Empfangs- oder Übertragungsmodule, welche jeweils einen Frequenzumwandler enthalten, an ihre jeweiligen Sonden zu verbinden, welche als Strahl-Anschlüsse dienen, und sie in ein Mittenfrequenz(IF)-Band umzuschalten.
Verglichen mit der Umschaltung im RF-Band, kann ein Rauschfaktor im Empfangssystem stärker verbessert werden, und somit die Übertragungsleistung im Übertragungssystem.
In einer Flächen(Einzelstrahl oder Mehrfachstrahl)-Antenne eines rückgefalteten Zuführ-Leck-Welle-Antennenfeld-Typs, kann ein Speiseabschnitt an der Rückseite von der Antenne angeordnet werden, so dass die Länge (Tiefe) von der Antenne stärker verringert werden kann, verglichen mit dem Fall, bei welchem ein Speiseabschnitt an der gleichen Seite angeordnet wird.
In dem Fall der Anordnung gleicher Oberfläche ist ein langgestreckter Abschnitt von jedem strahlenden Nichtleiter wie eine Linse geformt, welche eine Krümmung hat, wodurch somit die Herstellung von der Antenne kompliziert ist. Wenn der Speiseabschnitt jedoch an der Rückseite von der Antenne ausgebildet wird, ist die Antenne einfach herzustellen, da die Kanten von den strahlenden Nichtleitern zueinander ausgerichtet sind.
Eine Flächenantenne wird hergestellt, indem eine Mehrzahl von Rillen parallel in einem einzelnen seitenartigen dielektrischen Substrat ausgebildet wird. Sie ist daher zur Massenproduktion geeignet, und ihre Herstellungskosten können verringert werden, und ihre praktische Umsetzung kann erhöht werden.
Wenn der Zyklus d und die Breites der Streifen als Störungseinrichtungen geeigneterweise ausgewählt werden, können sowohl die Amplitude als auch die Phase eines elektrischen Feldes auf der Apertur von der Antenne frei gesteuert werden. Daraus folgend wird ein lokaler Leck-Koeffizient erlangt, um somit eine gewünschte Verteilung der elektrischen Felder über die Antennenapertur hinsichtlich eines Übertragungsverlustes von einem strahlenden Nichtleiter durchzuführen, und werden der Streifenzyklus d und die Streifenbreite von jeder Störungseinrichtung gesteuert, wodurch somit eine gewünschte Richtcharakteristik mit hoher Genauigkeit erzielt werden kann.

Claims

Flächenantenne, die Folgendes umfasst: einen ebenflächigen Masseleiter (21); mehrere strahlende Nichtleiter (26), die parallel und in festgesetzten Abständen auf einer Fläche des Masseleiters (21) angeordnet sind, wodurch Bildlinien gebildet werden; mehrere Störungseinrichtungen (27) zum Abstrahlen einer elektromagnetischen Welle, wobei die Störungseinrichtungen (27) jeweils eine vorgegebene Breite haben und in festgesetzten Abständen auf einer Oberseite der jeweils mehreren strahlenden Nichtleiter (26) entlang einer Längsrichtung von diesen angeordnet sind; und einen Speiseabschnitt (22), der längsseits eines Endes der jeweils mehreren strahlenden Nichtleiter (26) vorgesehen ist, um eine elektromagnetische Welle in eine Linie einzuspeisen, die aus jeweils den strahlenden Nichtleitern und dem Masseleiter (21) gebildet ist, mehrere Antennenelemente (251–258), die den Masseleiter (21) umfassen, wobei die strahlenden Nichtleiter (26) und die Störungseinrichtungen (27) und der Speiseabschnitt (22) eine Gruppenantenne bilden, wobei die Antennenelemente (251–258) der Gruppenantenne durch den Speiseabschnitt (22) mit den vorgegebenen Amplituden und Phasen versorgt werden, was elektromagnetische Wellen mit zum Masseleiter (21) senkrechten elektrischen Feldkomponenten zu einem Ende jedes strahlenden Nichtleiters (26) bereitstellt, und Leckwellen von der Fläche jedes der strahlenden Nichtleiter (26) abstrahlen, wobei die Störungseinrichtungen (27) so angeordnet sind, dass sie ein vorgegebenes Strahlungsmuster mit einer vorgegebenen Strahlrichtung erzeugen.
Flächenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speiseabschnitt (22) eine Einspeisungsbildlinie, die auf der Fläche des Masseleiters vorgesehen ist, um eine Abtrennung zu den mehreren strahlenden Nichtleitern (26) zu schaffen und die mehreren strahlenden Nichtleiter (26) im rechten Winkel zu schneiden, und einen Eingangsabschnitt umfasst, um einem Ende der Einspeisungsbildlinie eine elektromagnetische Welle zuzuführen, und die elektromagnetische Welle, die durch den Eingangsabschnitt eingegeben wurde, von einer Seite der Einspeisungsbildlinie aus in das eine Ende der jeweils mehreren strahlenden Nichtleiter (26) eingespeist wird.
Flächenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speiseabschnitt (22) ein elektromagnetisches Horn umfasst, das so auf dem Masseleiter (21) ausgebildet ist, dass eine Apertur von diesem, auf einer strahlenden Seite, die mehreren strahlenden Nichtleiter (26) im rechten Winkel schneidet.
Flächenantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Horn ein H-Ebenen-Sektorhorn (42) ist, und die mehreren strahlenden Nichtleiter (26) jeweils einen verlängerten Abschnitt an einem Ende haben, wobei sich der verlängerte Abschnitt im Inneren des H-Ebenen-Sektorhorns (42) erstreckt, um eine zylindrische Welle des H-Ebenen-Sektorhorns (42) in eine flächige Welle umzuwandeln und die flächige Welle zu den mehreren strahlenden Nichtleitern (26) zu leiten.
Flächenantenne nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Horn mehrere Metallplatten (44) an einem oberen Rand einer Öffnung von diesem auf der strahlenden Seite umfasst, wobei die mehreren Metallplatten (44), die parallel zu einer Mittelachse des elektromagnetischen Horns und senkrecht zum Masseleiter (21) sind, in Abständen angeordnet sind, die jeweils nicht mehr als der Hälfte einer Freiraumwellenlänge der elektromagnetischen Welle entsprechen, um jeweils die strahlenden Nichtleiter (26) dazwischen einzusetzen.
Flächenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren strahlenden Nichtleiter (26) jeweils einen verlängerten Abschnitt an einem Ende haben, wobei sich der verlängerte Abschnitt zum Speiseabschnitt hin erstreckt, um eine bifokale elektromagnetische Linse zu bilden, und der Speiseabschnitt umfasst: mehrere Speisestrahler (721–727), die so auf denn Masseleiter (21) angeordnet sind, dass sich eine Strahlungsmitte auf einer Linie, die zwei Brennpunkte der bifokalen elektromagnetischen Linse verbindet, oder nahe der Linie befindet, und eine Strahlungsseite zur bifokalen elektromagnetischen Linse gerichtet ist; und eine Leitvorrichtung (75), um eine von den mehreren Speisestrahlern (721–727) abstrahlende elektromagnetische Welle in eine zylindrische Welle umzuwandeln und die zylindrische Welle in die verlängerten Abschnitte der strahlenden Nichtleiter (26) einzuspeisen, wobei Enden der Speisestrahler (721–727) und die verlängerten Abschnitte der strahlenden Nichtleiter (26) zwischen die Leitvorrichtung und den Masseleiter (21) eingesetzt sind, wobei die von den mehreren Speisestrahlern abstrahlende elektromagnetische Welle in die mehreren strahlenden Nichtleiter (26) mit einer Phasendifferenz eingespeist wird, die der Strahlungsmitte der elektromagnetischen Welle entspricht, und die Antenne Strahlrichtungen hat, die von Speisestrahler zu Speisestrahler variieren.
Flächenantenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (75) mehrere Metallplatten (75a, 75b, 75c) an einem oberen Rand einer Apertur von dieser längsseits der mehreren strahlenden Nichtleiter (26) umfasst, wobei die Metallplatten (75a, 75b, 75c), die parallel zu einer Mittellinie der bifokalen elektromagnetischen Linse und senkrecht zum Masseleiter (21) sind, in Abständen angeordnet sind, die nicht mehr als der Hälfte einer Freiraumwellenlänge der elektromagnetischen Welle entsprechen, um jeweils die strahlenden Nichtleiter (26) dazwischen einzusetzen.
Flächenantenne nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrichtungen der Antenne durch Steuern einer Auswahleinrichtung (80) abgetastet werden, wobei es die Auswahleinrichtung zulässt, dass die mehreren Speisestrahler selektiv genutzt werden können.
Flächenantenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Speisestrahler (721–727) eine Wellenleiterstruktur haben, deren Innenwand teilweise dem Masseleiter (21) entspricht, und der Masseleiter (21) Koppelschlitze (921–927) in den Innenwänden der Speisestrahler (721–727) umfasst, und die Auswahleinrichtung (80) umfasst: ein dielektrisches Substrat (93), das auf entgegengesetzten Seiten der mehreren Speisestrahler befestigt ist, wobei der Masseleiter (21) dazwischen eingesetzt ist; mehrere Sonden (941–947), die auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sind, um die Koppelschlitze (921–927) der mehreren Speisestrahler (721–727) zu durchqueren, wobei das dielektrische Substrat (93) dazwischen eingesetzt ist; einen Sende-/Empfangsanschluss (96), der auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet ist; mehrere Dioden (951–957), die auf dem dielektrischen Substrat angebracht sind, wobei eine Elektrode der Dioden jeweils an eine entsprechende Elektrode der Sonden (941–947) angeschlossen ist, und die anderen Elektroden der Dioden (951–957) gemeinsam an den Sende-/Empfangsanschluss (96) angeschlossen sind; mehrere Vorspannungsanschlüsse (991–997), um von außen eine Vorspannung an die mehreren Dioden (951–957) anzulegen; und mehrere Tiefpassfilter (971–977), um die Vorspannungsanschlüsse (991–997) und die Elektroden der Dioden (951–957) auf Gleichstromweise am dielektrischen Substrat (93) anzuschließen, wodurch verhindert wird, dass eine Hochfrequenz von den Dioden (951–957) zu den Vorspannungsanschlüssen (991–997, 100) übertragen wird, und eine Vorspannung, die an einen Vorspannungsanschluss (991–997, 100) angelegt wird, an eine Diode angelegt wird, die dem Vorspannungsanschluss (991–997, 100) entspricht.
Flächenantenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Speisestrahler (721–727) eine Wellenleiterstruktur haben, deren Innenwand teilweise dem Masseleiter (21) entspricht, und der Masseleiter (21) Koppelschlitze (921–927) in den Innenwänden der Speisestrahler (721–727) umfasst, und die Auswahleinrichtung (80) umfasst: ein dielektrisches Substrat (93), das auf entgegengesetzten Seiten der mehreren Speisestrahler befestigt ist, wobei der Masseleiter dazwischen eingesetzt ist; mehrere Sonden (941–947), die auf dem dielektrischen Substrat (93) ausgebildet sind, um die Koppelschlitze (921–927) der mehreren Speisestrahler (721–727) zu durchqueren, wobei das dielektrische Substrat dazwischen eingesetzt ist; einen auf dem dielektrischen Substrat (93) ausgebildeten Empfangsanschluss; mehrere Empfangsbausteine, die auf dem dielektrischen Substrat (93) angebracht sind und Eingänge haben, die jeweils an die mehreren Sonden (921, 927) angeschlossen sind, wobei die Empfangsbausteine jeweils aus einem rauscharmen Verstärker und einem Mischer gebildet sind; einen Anschluss, um jedem Mischer der Empfangsbausteine von außen ein lokales Schwingungssignal zuzuführen; und mehrere Zwischenfrequenzbandschalter (IF-SW1 bis IF-SW7), deren Eingänge jeweils an Ausgänge der mehreren Empfangsbausteine angeschlossen sind, und deren Ausgänge an den Empfangsanschluss angeschlossen sind.
Flächenantenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Speisestrahler (721–727) eine Wellenleiterstruktur haben, deren Innenwand teilweise dem Masseleiter (21) entspricht, und der Masseleiter (21) Koppelschlitze in den Innenwänden der Speisestrahler (721–727) umfasst, und die Auswahleinrichtung (80) umfasst: ein dielektrisches Substrat (93), das auf entgegengesetzten Seiten der mehreren Speisestrahler (721–727) befestigt ist, wobei der Masseleiter (21) dazwischen eingesetzt ist; mehrere Sonden (941–947), die auf dem dielektrischen Substrat (93) ausgebildet sind, um die Koppelschlitze (921–927) der mehreren Speisestrahler (721–727) zu durchqueren, wobei das dielektrische Substrat (93) dazwischen eingesetzt ist; einen auf dem dielektrischen Substrat (93) ausgebildeten Sendeanschluss; mehrere Sendebausteine, die auf dem dielektrischen Substrat (93) ausgebildet sind und Ausgänge haben, die jeweils an die mehreren Sonden (941–947) angeschlossen sind, wobei die Sendebausteine jeweils aus einem Leistungsverstärker und einem Mischer gebildet sind; einen Anschluss, um jedem Mischer der Sendebausteine von außen ein lokales Schwingungssignal zuzuführen; und mehrere Zwischenfrequenzbandschalter (IF-SW1 bis IF-SW7), deren Ausgänge jeweils an Eingänge der mehreren Sendebausteine angeschlossen sind, und deren Eingänge an den Sendeanschluss angeschlossen sind.
Flächenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speiseabschnitt (22) umfasst: ein H-Ebenen-Sektorhorn (42), das auf einer Rückseite des Masseleiters (41) vorgesehen ist und einen Speisestrahler (42b) aufweist; einen Parabolzylinderreflektor (101), der an einem Ende mit einem Endabschnitt des H-Ebenen-Sektorhorns (42) gekoppelt und so an einem Einspeiseende des strahlenden Nichtleiters (26) angeordnet ist, dass ein Brennpunkt mit einer Phasenmitte des strahlenden Nichtleiters (26) zusammenfällt; und eine obere Platte (102), die mit einem anderen Ende des Parabolzylinderreflektors (101) gekoppelt ist, um dadurch einen Parallelplatten-Wellenleiter zwischen der oberen Platte (102) und dem Masseleiter (42) zu bilden, und eine elektromagnetische Welle von der Rückseite des Masseleiters zu dessen Oberfläche mit einem Einzelstrahl zurückkehrt.
Flächenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speiseabschnitt umfasst: ein H-Ebenen-Sektorhorn (42), das auf einer Rückseite des Masseleiters vorgesehen ist und einen Speisestrahler aufweist; einen Parabolzylinderreflektor (101), der an einem Ende mit einem Endabschnitt des H-Ebenen-Sektorhorns (42) gekoppelt und so an einem Einspeiseende des strahlenden Nichtleiters (26) angeordnet ist, dass ein Brennpunkt mit einer Phasenmitte des strahlenden Nichtleiters (26) zusammenfällt; und eine obere Platte (102), die mit einem anderen Ende des Parabolzylinderreflektors gekoppelt ist, um dadurch einen Parallelplatten-Wellenleiter zwischen der oberen Platte (102) und dem Masseleiter (42) zu bilden, und eine elektromagnetische Welle von der Rückseite des Masseleiters zu dessen Oberfläche mit einem Mehrfachstrahl zurückkehrt.
Flächenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nichtleiter, der aus demselben Material gebildet ist wie der strahlende Nichtleiter (26), sich über eine Oberseite des Masseleiters (42) erstreckt, und eine Höhe des Nichtleiters nicht mehr als ca. 2/3 von derjenigen des strahlenden Nichtleiters (26) beträgt.
Flächenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Störungseinrichtungen (27) jeweils eine vorgegebene Breite haben, die deren Position entspricht, und ein Abstand zwischen aneinander angrenzenden Störungseinrichtungen auf einen nicht gleichmäßigen Wert eingestellt ist.
Flächenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speiseabschnitt (22) umfasst: einen Speisestrahler (72), der an einem Ende geschlossen ist, das einer Strahlungsfläche gegenüber liegt; einen am Masseleiter (21) vorgesehenen Koppelschlitz (92), der eine Innenwand des Speisestrahlers in einer zu einer Längsrichtung des Speisestrahlers (72) senkrechten Richtung bildet; ein dielektrisches Substrat (93), das auf einer Rückseite des Masseleiters (21) an einer Stelle ausgebildet ist, die dem Speisestrahler (72) entspricht; und eine Sonde (94), die auf dem dielektrischen Substrat (93) ausgebildet ist, um den Koppelschlitz (92) an einem Ende zu durchqueren, um eine elektromagnetische Eingangswelle zu übertragen.
Verfahren zum Herstellen einer Flächenantenne, das Folgendes umfasst: einen Schritt des Vorbereitens eines ebenflächigen Masseleiters; einen Schritt des Vorbereitens mehrerer strahlender Nichtleiter, die parallel und in festgesetzten Abständen auf einer Fläche des Masseleiters angeordnet werden sollen, wodurch Bildlinien gebildet werden; einen Schritt des Vorbereitens mehrerer Störungseinrichtungen zum Abstrahlen einer elektromagnetischen Welle, wobei die Störungseinrichtungen jeweils eine vorgegebene Breite (s) haben und in festgesetzten Abständen (d) auf einer Oberseite der jeweils mehreren strahlenden Nichtleiter entlang einer Längsrichtung von diesen angeordnet sind; einen Schritt des Vorbereitens eines Speiseabschnitts, der längsseits eines Endes der jeweils mehreren strahlenden Nichtleiter vorgesehen werden soll, um eine elektromagnetische Welle in Linien einzuspeisen, die aus den strahlenden Nichtleitern und dem Masseleiter gebildet sind, wobei eine Gruppenantenne durch den Speiseabschnitt und mehrere Speiseelemente gebildet wird, die den Masseleiter, die strahlenden Nichtleiter und die Störungseinrichtungen umfassen; und einen Schritt des vorherigen Auftragens einer Kurvengruppe von feststehenden Strahlungsquantitäten oder Leckkoeffizienten für jede Wellenlänge der von den mehreren Störungseinrichtungen aus abgestrahlten elektromagnetischen Welle, und einer Kurvengruppe von im Hinblick auf die Breite (s) und die Abstände (d) feststehenden Strahlrichtungen, und des Vorbereitens einer vorgegebenen Anzahl von interpolierten Kurvengruppen, wodurch die Breite (s) und die Abstände (d) aus einem Kreuzungspunkt zwischen einer Kurve eines beliebigen Leckkoeffizienten und derjenigen einer beliebigen Strahlrichtung erhalten werden.