DE112007000224T5

DE112007000224T5 - Antennenbauelement, Arrayantenne, Mehrfachsektorantenne, Hochfrequenzwellen-Sende-Empfangs-Gerät

Info

Publication number: DE112007000224T5
Application number: DE112007000224T
Authority: DE
Inventors: Nobumasa Nagaokakyo-shi Kitamori; Tomohiro Nagaokakyo-shi Nagai
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2008-12-11
Also published as: JP4379541B2; WO2007097282A1; US7724200B2; US20080272976A1; JPWO2007097282A1

Abstract

Ein Antennenbauelement, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Merkmale aufweist:
eine Speiseantenne, die in einer Form gebildet ist, die sich linear auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats erstreckt;
eine symmetrische Elektrode, die ein Paar aus Elektroden umfasst, die mit der Speiseelektrode verbunden ist, wobei diese durch ein Intervall eines ungeraden Mehrfachen von ½ einer Wellenlänge eines Sende-/Empfangssignals getrennt sind, und in einer Form gebildet ist, die sich in einer Richtung erstreckt, die die Erstreckungsrichtung der Speiseelektrode in einem vorbestimmten Winkel kreuzt;
eine Strahlungselektrode einer vorbestimmten Länge, die mit jeder der zwei Elektroden der symmetrischen Elektrode verbunden ist und in einer Form gebildet ist, die sich in entgegengesetzten Richtungen entlang der Erstreckungsrichtung der Speiseelektrode erstreckt;
eine Wellenleiterelektrode einer vorbestimmten Länge, die an einer Position angeordnet ist, die von der Strahlungselektrode um eine vorbestimmte Länge getrennt ist, auf einer Seite der Strahlungselektrode gegenüberliegend zu der symmetrischen Elektrode, und in...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Antennenbauelemente, die auf Dipolantennen basieren, und insbesondere auf ein planares Antennenbauelement mit Dipolelektroden, die auf einem dielektrischen Substrat gebildet sind. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Arrayantenne, in der eine Mehrzahl dieser Antennenbauelemente angeordnet sind, eine Mehrfachsektorantenne mit einer Mehrzahl von Arrayantennen und ein Hochfrequenz-Sende-Empfangs-Gerät.
Hintergrund der Technik
In der verwandten Technik sind Yagi-Uda-Antennen solche der Antennebauelemente, die der Öffentlichkeit weitgehend bekannt sind. Solche Yagi-Uda-Antennen umfassen einen planaren Typ, der ein dielektrisches Substrat einsetzt, um in einem an einem Fahrzeug befestigten Radargerät oder ähnlichem integriert zu sein, und um Platz zu sparen. Das Nichtpatentdokument 1 offenbart ein Antennenbauelement, das ein Array aus solchen Yagi-Uda-Antennen umfasst.
12(A) und (B) sind Konfigurationsdiagramme einer Antenne, die in dem Nichtpatentdokument 1 offenbart ist, wohingegen (C) ein Konfigurationsdiagramm einer Arrayantenne ist, in der eine Mehrzahl von Antennenbauelementen aus (A) und (B) angeordnet sind. Jedoch ist die Darstellung einer Masseelektrode, die auf einer Rückoberfläche vorgesehen ist, bei (C) weg gelassen.
Wie in 12 gezeigt ist, sind bei einem Antennenbauelement 100 des Nichtpatentdokuments 1 eine Speiseabschnittselektrode 20, eine Unsymmetrisch-Symmetrisch-Transformatorelektrode (hierin nachfolgend bezeichnet als eine Balun-Elektrode) 30, eine Strahlungsabschnittselektrode 40 und eine Wellenleiterabschnittselektrode 50 auf einer oberen Oberfläche 111 eines dielektrischen Substrats 101 gebildet, wohingegen eine Masseelektrode 60 auf einer Rückoberfläche 112 derselben gebildet ist.
Die Speiseabschnittselektrode 20 ist wie eine Leitung gebildet, die sich in einer vorbestimmten Richtung erstreckt. Ein Ende derselben ist mit der Balun-Elektrode 30 verbunden. Die Balun-Elektrode 30 weist zwei U-förmige Elektroden auf, die so angeordnet sind, dass Öffnungen derselben einander zugewandt sind, und ist in einer Form gebildet, die sich in einer Richtung vertikal zu der Erstreckungsrichtung der Speiseabschnittselektrode 20 ausbreitet. Eine der zwei U-förmigen Elektroden (die U-förmige Elektrode rechts, wenn 12 von vorne betrachtet wird), ist in einer Form gebildet, deren elektrische Länge um eine halbe Wellenlänge (λ/2) eines Sende-/Empfangssignals länger ist als die der anderen. Mit dieser Form wird ein Stromweg von der Speiseabschnittselektrode 20, die eine unsymmetrische Leitung ist, zu der Strahlungsabschnittselektrode 40, die eine symmetrische Leitung ist, beibehalten, und Sende- und Empfangs-Signale werden übertragen. Die Strahlungsabschnittselektrode 40 weist zwei lineare Elektroden mit einer vorbestimmten Länge auf, die sich in einer vertikalen Richtung zu der Erstreckungsrichtung der Speiseabschnittselektrode 20 erstrecken. Die Elektroden derselben sind jeweils mit den zwei Elektroden der Balun-Elektrode 30 verbunden. Diese Struktur ermöglicht, dass die Strahlungsabschnittselektrode 40 als ein Strahlungsabschnitt einer Dipolantenne funktioniert. Die Wellenleiterabschnittselektrode 50 ist gebildet, um von der Strahlungsabschnittselektrode 40 durch ein vorbestimmtes Intervall getrennt und parallel zu der Strahlungsabschnittselektrode 40 zu sein. Die Masseelektrode 60 ist auf der Rückoberfläche 112 gebildet, die einem Bereich entspricht, der die Speiseabschnittselektrode 20 und die Balun-Elektrode 30 umfasst.
Zusätzlich dazu umfasst eine Arrayantenne des Nichtpatentdokuments 1 Antennenbauelemente 100A–100D, die jeweils die Speiseabschnittselektrode 20, die Balun-Elektrode 30, die Strahlungsabschnittselektrode 40, die Wellenleiterabschnittselektrode 50 und die Masseelektrode 60 aufweisen, die auf dem dielektrischen Substrat 101 in einem vorbestimmten Intervall angeordnet sind. Die Speiseabschnittselektroden der Antennenbauelemente 100A und 100B sind mit einer Verzweigungsschaltung 71 verbunden, wohingegen die Speiseabschnittselektroden der Antennenbauelemente 100C und 100D mit einer Verzweigungsschaltung 72 verbunden sind. Die Verzweigungsschaltungen 71 und 72 sind mit einer Verzweigungsschaltung 73 verbunden. Diese Struktur ermöglicht, dass ein Sendewellensignal, das zu der Verzweigungsschaltung 73 zugeführt wird, durch die Verzweigungsschaltung 73 in die Verzweigungsschaltungen 71 und 72 verzweigt wird, um durch die Verzweigungsschaltung 71 in die Antennenbauelemente 100A und 100B verzweigt zu werden, und um durch die Verzweigungsschaltung 72 in die Antennenbauelemente 100C und 100D verzweigt zu werden. Andererseits wird ein reflektiertes Wellensignal, das durch die Antennenbauelemente 100A und 100E empfangen wird, zu einer Verarbeitungseinheit auf einer nachfolgenden Stufe durch die Verzweigungsschaltungen 71 und 73 übertragen. Ein reflektiertes Wellensignal, das durch die Antennenbauelemente 100C und D empfangen wird, wird auf der nachfolgenden Stufe durch die Verzweigungsschaltungen zu der Verarbeitungseinheit 72 und 73 übertragen.

Nichtpatentdokument 1: William R. Deal, Noritake Kaneda, James Sor, Yongxi Qian und Tatsou Itoh, „A New Quasi-Yagi-Antenna for Planar Active Antenna Arrays", JUNI 2000, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, BD. 48, NR. 6.

Offenbarung der Erfindung
Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen Dennoch, da ein Speiseabschnitt und ein Balunabschnitt separat in einem Antennenbauelement gebildet sind, das in 12(A) und (B) gezeigt ist, und der Balunabschnitt zwei U-förmige Elektroden umfasst, die sich in einer Richtung vertikal zu einer Erstreckungsrichtung des Speiseabschnitts ausbreiten, benötigt das Antennenbauelement eine bestimmte Raumgröße, obwohl das Antennenbauelement bereits miniaturisiert wurde. Zusätzlich dazu, wenn eine Arrayantenne unter Verwendung dieser Antennenbauelemente gebildet ist, wie in 12(C) gezeigt ist, wird dieser Raum für jedes Antennenbauelement benötigt. Dementsprechend, wenn die Anzahl von Antennen, die angeordnet werden sollen, erhöht wird, um die Richtwirkung eines Empfangsstrahls zum Zweck einer Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit zu schärfen, erhöht sich ein Verhältnis dieses Raums für den Speiseabschnitt und den Balunabschnitt zu dem gesamten Raum der Arrayantenne. Somit ist der Raum ein Problem, wenn eine Arrayantenne, die eine Mehrzahl dieser Antennenbauelemente verwendet, eine Mehrfachsektorantenne, die diese Arrayantenne aufweist, und ein Hochfrequenzwellen-Sende-Empfangs-Gerät miniaturisiert werden. Zusätzlich dazu, da die Länge einer Sendeleitung, die jede Einheit verbindet, lang wird, nimmt ein Sendeverlust zu und ein Antennengewinn nimmt ab.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein planares Antennenbauelement mit einem gewünschten Antennengewinn und einer Form bereitzustellen, die kleiner ist als herkömmliche Formen.
Einrichtung zum Lösen der Probleme
Ein Antennenbauelement dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: eine Speiseantenne, die in einer Form gebildet ist, die sich linear auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats erstreckt; eine symmetrische Elektrode, die ein Paar aus Elektroden umfasst, die mit der Speiseelektrode verbunden ist, wobei diese durch ein Intervall eines ungeraden Mehrfachen von ½ einer Wellenlänge eines Sende-/Empfangssignals getrennt sind, und in einer Form gebildet ist, die sich in einer Richtung erstreckt, die die Erstreckungsrichtung der Speiseelektrode in einem vorbestimmten Winkel kreuzt; eine Strahlungselektrode einer vorbestimmten Länge, die mit jeder der zwei Elektroden der symmetrischen Elektrode verbunden ist und in einer Form gebildet ist, die sich in entgegengesetzten Richtungen entlang der Erstreckungsrichtung der Speiseelektrode erstreckt; eine Wellenleiterelektrode einer vorbestimmten Länge, die an einer Position angeordnet ist, die von der Strahlungselektrode um eine vorbestimmte Länge getrennt ist, auf einer Seite der Strahlungselektrode gegenüberliegend zu der symmetrischen Elektrode und in einer Form gebildet ist, die sich parallel zu der Strahlungselektrode erstreckt; und eine Masseelektrode, die in einem Bereich einer anderen Oberfläche gebildet ist, die einem Bereich der einen Oberfläche zugewandt ist, die zumindest einen Abschnitt umfasst, wo die Speiseelektrode gebildet ist, aber einen Abschnitt nicht umfasst, wo die Strahlungselektrode und die Wellenleiterelektrode gebildet sind.
Bei dieser Konfiguration wird ein Sendesignal, nachdem es durch die Speiseelektrode geliefert wird, in zwei Sendewegelektroden aufgeteilt, die die symmetrische Elektrode bilden. Hier ist ein Intervall zwischen zwei Verbindungs punkten (Verzweigungspunkten) der Speiseelektrode und der symmetrischen Elektrode auf eine Länge eingestellt, die ein ungerades Mehrfaches von 1/2 einer Wellenlänge eines Sende-/Empfangssignals ist. Genauer gesagt, wenn „λ" die Wellenlänge des Sende-/Empfangssignals darstellt und N eine natürliche Zahl darstellt, die „0" umfasst, ist das Intervall ((2N + 1)λ/2). Dadurch werden Phasen von Sendesignalen, die zu den zwei Sendewegen der symmetrischen Elektrode übertragen werden, voneinander um λ/2 verschoben, und eine Unsymmetrisch/Symmetrisch-Transformation wird ausgeführt. Wenn dieses symmetrische Sendesignal zu der Strahlungselektrode geliefert wird, funktioniert die Strahlungselektrode als eine Dipolantenne und strahlt eine Funkwelle ab. Hier ermöglicht die Bildung der Wellenleiterelektrode, dass die Funkwelle von der Strahlungselektrode abgestrahlt wird, während die Seite der Wellenleiterelektrode als das Zentrum der Richtwirkung eingestellt wird, gemäß der Position und Form dieser Wellenleiterelektrode. Andererseits, in dem Fall des Empfangs einer reflektierten Welle, wird die reflektierte Welle (Empfangssignal), die durch die Strahlungselektrode empfangen wird, zu den zwei Sendewegen der symmetrischen Elektrode übertragen. Da das Intervall zwischen den Verbindungspunkten der symmetrischen Elektrode und der Speiseelektrode auf eine Länge eines ungeraden Mehrfachen von 1/2 einer Wellenlänge eines Sende-/Empfangssignals eingestellt ist, wird das Empfangssignal symmetrisch/unsymmetrisch-transformiert und wird zu der Speiseelektrode übertragen.
Zusätzlich dazu ist das Antennenbauelement dieser Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Intervall, mit dem die zwei Elektroden der symmetrischen Elektrode mit der Speiseelektrode verbunden sind, eine Länge von 1/2 einer Wellenlänge eines Sende-/Empfangs-Signals aufweist.
Bei dieser Konfiguration wird durch Einstellen des Intervalls zwischen den Verbindungsabschnitten (Verzweigungsabschnitten) der zwei Elektroden (Sendewegelektroden) der symmetrischen Elektrode und der Speiseelektrode zu der Länge, die einer Wellenlänge des Sende-/Empfangssignals (λ/2) ist, die Unsymmetrisch-Symmetrisch-Transformation mit dem kürzesten Intervall ausgeführt. Dadurch, da die Unsymmetrisch-Symmetrisch-Transformation mit dem kürzesten Intervall ausgeführt wird, wird der Sendeverlust auf das Minimum unterdrückt und das Antennenbauelement wird miniaturisiert.
Zusätzlich dazu ist das Antennenbauelement dieser Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: ein Reflexionsbauglied mit einer Reflexionsoberfläche, die von der anderen Oberfläche in einem Bereich der Außenoberfläche getrennt ist, die einer Position entspricht, wo die Strahlungselektrode gebildet ist, und einen vorbestimmten Winkel mit der anderen Oberfläche bildet.
Bei dieser Konfiguration, da ein Teil der Sendewellen, die von der Strahlungsabschnittselektrode abgestrahlt werden, durch eine Reflexionsoberfläche reflektiert wird, die von dem dielektrischen Substrat um einen vorbestimmten Winkel getrennt ist, wird die Richtwirkung, die der Form der Reflexionsoberfläche entspricht, bereitgestellt. Dementsprechend können durch geeignetes Einstellen der Reflexionsoberfläche, Antennenbauelemente, die jeweils die unterschiedliche Mittelrichtung der Richtwirkung aufweisen, realisiert werden. Wenn z. B. der Neigungswinkel verändert wird, kann die Mittelrichtung der Richtwirkung zusammen mit der Richtung vertikal zu den zwei Oberflächen des dielektrischen Substrats verändert werden.
Zusätzlich dazu ist eine Arrayantenne dieser Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der oben beschriebenen Antennenbauelemente in der Erstreckungsrichtung der Speiseelektrode in einem vorbestimmten Anordnungsintervall gebildet sind.
Bei dieser Konfiguration, da die oben beschriebenen Antennenbauelemente mit der Speiseelektrode in Reihe verbunden sind und der Verzweigungsabschnitt Funktionen einer Verzweigungsschaltung und einer Unsymmetrisch-Symmetrisch-Transformatoreinheit in jedem Antennenbauelement aufweist, wie oben beschrieben wurde, ist die Arrayantenne mit einer Struktur gebildet, bei der eine integrierte Einheit der Verzweigungsschaltung zu der Strahlungsantenne jedes Antennenbauelements und der Unsymmetrisch-Symmetrisch-Transformatorschaltung einfach entlang der Speiseelektrode angeordnet ist.
Zusätzlich dazu ist eine Mehrfachsektorantenne dieser Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Arrayantennen unter Verwendung eines einzelnen dielektrischen Substrats gebildet ist, so dass sich Sende- und Empfangsrichtung unterscheiden.
Bei dieser Konfiguration wird, da die Mehrzahl von Arrayantennen mit der oben beschriebenen Struktur und einer unterschiedlichen Sende-/Empfangsrichtung integriert ist, eine Mehrfachsektorantenne gebildet, die in der Lage ist, eine Erfassung in einer Mehrzahl von Richtungen auszuführen.
Zusätzlich dazu ist ein Hochfrequenzwellen-Sende-Empfangsgerät dieser Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: zumindest eines der oben beschriebenen Antennenbauelemente, die Arrayantenne und die Mehrfachsektorantenne.
Bei dieser Konfiguration wird durch Integrieren der oben beschriebenen Antennenbauelemente, der Arrayantenne und der Mehrfachsektorantenne ein Hochfrequenzwellen-Sende-Empfangs-Gerät gemäß einer erwünschten Charakteristik gebildet.
Vorteile
Da gemäß dieser Erfindung eine Verzweigung von einer Speiseelektrode und eine Unsymmetrisch-Symmetrisch-Transformation mit zwei Elektrodenzweigen realisiert werden kann, die an einem Intervall eines ungeraden Mehrfachen von ½ einer Wellenlänge eines Sende-/Empfangssignals vorgesehen sind, kann ein Antennenbauelement, das kleiner ist als eine herkömmliche Antenne, gebildet werden. Genauer gesagt kann durch Einstellen der Elektrodenverzweigungsposition auf ½ der Wellenlänge ein noch kleineres Antennenbauelement gebildet werden. Zusätzlich dazu, da das Antennenbauelement in einer solchen Form vorliegt, wird der Sendeverlust reduziert und ein Antennenbauelement mit einem verbesserten Antennengewinn kann gebildet werden.
Zusätzlich dazu kann gemäß dieser Erfindung, durch Integrieren einer Reflexionsoberfläche, die einen vorbestimmten Winkel mit einem dielektrischen Substrat auf einer Seite des dielektrischen Substrats bildet, die sich von der Strahlungselektrodenseite unterscheidet, die Sende-/Empfangsrichtwirkung entsprechend eingestellt werden und ein Antennenbauelement mit einer gewünschten Charakteristik kann in einer geringen Größe gebildet werden.
Zusätzlich dazu kann gemäß dieser Erfindung durch Verbinden der Antennenbauelemente in Reihe mit einer Speiseelektrode eine Arrayantenne mit einer Struktur gebildet werden, bei der eine integrierte Einheit einer Verzweigungsschaltung zu einer Strahlungselektrode jedes Antennenbauelements und einer Unsymmetrisch-Symmetrisch-Transformationsschaltung einfach entlang der Speiseelektrode angeordnet ist. Dies ermöglicht, dass die Arrayantenne in einer geringen Größe gebildet wird.
Zusätzlich dazu kann gemäß dieser Erfindung durch Verwenden einer Mehrzahl von Arrayantennen eine Mehrfachsektorantenne in einer geringen Größe gebildet werden. Ferner kann unter Verwendung dieser Antennenbauelemente, Arrayantenne und Mehrfachsektorantenne ein Hochfrequenzwellen-Sende-Empfangsgerät in einer geringen Größe gebildet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements 1 eines ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
2 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements zeigt, das eine Anpassungsschaltung an einem Verbindungspunkt einer Speiseelektrode und einer symmetrischen Elektrode umfasst.
3 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements mit symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B einer symmetrischen Elektrode 3 zeigt, die nicht parallel sind.
4 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements zeigt, das eine Reflektorelektrode 9 umfasst.
5 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements zeigt, das eine Mehrzahl von Wellenleiterelektroden umfasst.
6 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements zeigt, bei dem sich die Länge einer ersten Elektrode 4A und einer zweiten Elektrode 4B einer Strahlungselektrode 4 unterscheidet.
7 ist eine externe, perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht eines Antennenbauelements eines zweiten Ausführungsbeispiels und eine Seitenansicht, die ein Antennenbauelement einer unterschiedlichen Struktur zeigt.
8 sind Ergebnisse einer Simulation unter Verwendung einer Leiterplatte 61, die einen Neigungsabschnitt 63A aufweist.
9 ist eine Draufsicht, die eine Struktur einer Arrayantenne eines dritten Ausführungsbeispiels zeigt.
10 ist eine Aufrissansicht, die eine Struktur einer Mehrfachsektorantenne eines vierten Ausführungsbeispiels zeigt.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration aus Haupteinheiten eines Radargeräts eines fünften Ausführungsbeispiels zeigt.
12 sind Konfigurationsdiagramme einer Antenne, die in dem Nichtpatentdokument 1 offenbart ist, und ein Konfigurationsdiagramm einer Arrayantenne, die eine Mehrzahl dieser Antennenbauelemente darin angeordnet aufweist.
Beste Ausführung der Erfindung
Ein Antennenbauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben.
1(A) ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements dieses Ausführungsbeispiels zeigt, wohingegen (B) eine Seitenansicht derselben ist. In 1(A) ist die horizontale Achse von vorne gesehen eine x-Achse, wohingegen eine Richtung nach Rechts und eine Richtung nach Links als eine +x-Richtung bzw. eine –x-Richtung eingestellt sind. Zusätzlich dazu ist die vertikale Achse als eine y-Achse eingestellt, wohingegen eine Aufwärtsrichtung und eine Abwärtsrichtung als eine +y-Richtung bzw. eine –y-Richtung eingestellt sind. In 1(B) ist die horizontale Richtung betrachtet von vorne als eine z-Achse eingestellt, wohingegen eine Richtung nach Links und eine Richtung nach Rechts als eine +z-Richtung bzw. eine –z-Richtung eingestellt sind. Zusätzlich dazu ist die vertikale Achse als eine y-Achse eingestellt, wohingegen eine Aufwärtsrichtung und eine Abwärtsrichtung als eine +y-Richtung bzw. eine –y-Richtung eingestellt sind. Hierin nachfolgend wird die Beschreibung einer Struktur gegeben, die diese x-Achse, y-Achse und z-Achse verwendet ergänzend.
Das Antennenbauelement 1 dieses Ausführungsbeispiels umfasst ein dielektrisches Substrat 10 mit einer vorbestimmten Ausdehnung in den Richtungen von zwei Achsen (der x-Achse und der y-Achse) und einer vorbestimmten Dicke in einer Richtung einer Achse (der z-Achse) vertikal zu diesen Achsen. Eine Speiseelektrode 2, eine symmetrische Elektrode 3, eine Strahlungselektrode 4 und eine Wellenleiterelektrode 5 sind auf einer oberen Oberfläche 11 gebildet (die „einer Oberfläche" der vorliegenden Erfindung entspricht), die eine Oberfläche des dielektrischen Substrats 10 in der +z-Richtung ist. Eine Masseelektrode 6 ist auf einer hinteren Oberfläche 12 gebildet (die „einer anderen Oberfläche" der vorliegenden Erfindung entspricht), die eine Oberfläche in der –z-Richtung ist.
Die Speiseelektrode 2 ist eine lineare Elektrode, die sich in der x-Achsen-Richtung erstreckt. Entlang der Erstreckungsrichtung ist die Speiseelektrode mit symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B der symmetrischen Elektrode 3 in einem Intervall von ½ einer Wellenlänge λ eines Sende-/Empfangssignals verbunden. In der nachfolgend gegebenen Beschreibung werden ein Verbindungspunkt der Speiseelektrode 2 und der symmetrischen Sendeelektrode 3A und ein Verbindungspunkt der Speiseelektrode 2 und der symmetrischen Sendeelektrode 3B als ein Verbindungspunkt 23A bzw. ein Verbindungspunkt 23B bezeichnet.
Die symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B sind mit der Speiseelektrode an den Verbindungspunkten 23A und 23B jeweils vertikal zu der Erstreckungsrichtung (der x-Achse) der Speiseelektrode 2 verbunden. Die symmetrischen Sende elektroden sind in einer Form gebildet, die sich parallel zueinander entlang dieser vertikalen Richtung erstreckt (+y-Richtung).
Die Strahlungselektrode 4 umfasst eine erste Elektrode 4A und eine zweite Elektrode 4B, die mit den Enden der symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B gegenüberliegend zu den Verbindungspunkten 23A bzw. 23B verbunden sein sollen. Diese erste Elektrode 4A und zweite Elektrode 4B sind in einer Form gebildet, die sich parallel zu der Erstreckungsrichtung (der x-Achse) der Speiseelektrode 2 erstreckt, nämlich in einer Form, die sich vertikal zu der Erstreckungsrichtung (der y-Achse) der symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B erstreckt. Dabei erstreckt sich die erste Elektrode 4A in der –x-Richtung von dem Verbindungspunkt zu der symmetrischen Sendeelektrode 3A. Die zweite Elektrode 4B ist in einer Form gebildet, die sich in der +x-Richtung von dem Verbindungspunkt zu der symmetrischen Sendeelektrode 3B erstreckt. Die Länge der Strahlungselektrode 4, die durch die erste Elektrode 4A, die zweite Elektrode 4B und einen Zwischenraum zwischen der ersten Elektrode 4A und der zweiten Elektrode 4B gebildet ist, ist auf eine Länge eingestellt, die eine vorbestimmte Richtwirkung als Dipolantenne bietet.
Die Wellenleiterelektrode 5 ist in einer Form gebildet, die sich parallel zu der Erstreckungsrichtung (der x-Achse) der Strahlungselektrode 4 erstreckt. Die Wellenleiterelektrode 5 ist gebildet, um kürzer zu sein als die Länge der Strahlungselektrode 4, an einer Position, die von der Strahlungselektrode 4 um eine vorbestimmte Distanz auf der Seite (+y-Richtung) gegenüberliegend zu der symmetrischen Elektrode 3 im Hinblick auf die Strahlungselektrode 4 getrennt ist. Zusätzlich dazu ist die Mitte der Erstreckungsrichtung (der x-Achse) der Wellenleiterelektrode 5 angeordnet, um im Wesentlichen mit der Mitte der Erstreckungsrichtung (der x-Achse) der Strahlungselektrode 4 in der x-Achsenrichtung übereinzustimmen.
Die Masseelektrode 6 ist an einem Bereich der Rückoberfläche 12 gebildet, der einem Bereich entspricht, der einen Abschnitt der oberen Oberfläche 11 umfasst, wo die Speiseelektrode 2 gebildet ist, und einen Teil eines Abschnitts, wo die symmetrische Elektrode 3 gebildet ist, aber Abschnitte ausschließt, wo die Strahlungselektrode 4 und die Wellenleiterelektrode 5 gebildet sind. Genauer gesagt ist die Masseelektrode 6 in einem Bereich gebildet, der der Speiseelektrode 2 zugewandt ist, wenn der Abschnitt, der durch die Speiseelektrode 2 gebildet ist, und die Position der symmetrischen Elektrode 3, die von der Speiseelektrode 2 um eine vorbestimmte Distanz getrennt ist aber die Strahlungselektrode 4 nicht erreicht, als eine Grenze eingesetzt werden.
Bei einer solchen Konfiguration bilden das dielektrische Substrat 10, die Speiseelektrode 2 und die Masseelektrode 6 eine Mikrostreifenleitung. Zusätzlich dazu bilden das dielektrische Substrat 10, ein Teil der symmetrischen Elektrode 3 in der Nähe der Speiseelektrode 2 und die Masseelektrode 6 eine Mikrostreifenleitung. Das dielektrische Substrat 10 und ein Teil der symmetrischen Elektrode 3 in der Nähe der Strahlungselektrode 4 bilden eine koplanare Führung.
Dadurch wird ein Sendesignal, das von einer Sendesignalerzeugungsschaltung (nicht gezeigt) durch die Mikrostreifenleitung geliefert wird, die die Speiseelektrode 2 umfasst, in die symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B der symmetrischen Elektrode 3 an den Verbindungspunkten 23A und 23B, die jeweils voneinander um λ/2 getrennt sind, aufgeteilt. Hier, da das Intervall zwischen den Verbindungspunkten 23A und 23B, nämlich das Intervall der Sendesignalverzweigungspunkte, λ/2 ist, weisen das Sendesignal, das in die symmetrische Sendeelektrode 3A divergiert ist, und das Sendesignal, das in die symmetrische Sendeelektrode 38 divergiert ist, entgegengesetzte Phasen auf. Die symmetrischen Sende signale werden dann durch die Mikrostreifenleitungen, die diese symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B (die symmetrische Elektrode 3) aufweisen, übertragen. Das heißt, die Unsymmetrisch-Symmetrisch-Transformation wird ausgeführt.
Die Sendeleitung, die die symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B umfasst, wird von der Mikrostreifenleitung in den koplanaren Typ transformiert und das symmetrische Sendesignal wird übertragen. Das symmetrische Sendesignal, das durch die Sendeleitung übermittelt wird, die die symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B aufweist, wird auf diese Weise zu der Strahlungselektrode 4 geliefert und wird zu einem Raum von der Strahlungselektrode 4 gestrahlt, die als eine Dipolantenne wirkt. Dabei, da die Wellenleiterelektrode 5 und die Masseelektrode 6 angeordnet sind, um einander zugewandt zu sein, während sie die Strahlungselektrode 4 sandwichartig in der Mitte entlang der Richtung (der y-Achse) vertikal zu der Strahlungselektrode 4 und der Wellenleiterelektrode 5 in Eingriff nehmen, funktioniert diese Masseelektrode 6 als ein Reflektor, und eine planare Yagi-Uda-Antenne, die diese Strahlungselektrode 4, Wellenleiterelektrode 5 und Masseelektrode 6 umfasst, wird gebildet. Dabei wird ein Sendesignal abgestrahlt, während die Richtung hin zu der Wellenleiterelektrode 5 von der Strahlungselektrode 4 als die Mitte der Richtwirkung eingestellt ist. In der Zwischenzeit folgt ein Empfangssignal, das sich durch den Raum ausgebreitet hat und empfangen wurde, dem Weg entgegen dem des Sendesignals, wird an den zwei Verbindungspunkten der symmetrischen Elektrode 3 und der Speiseelektrode 2 gekoppelt und wird zu der Mikrostreifenleitung übertragen, die die Speiseelektrode 2 aufweist, und wird zu einer Empfangssignalverarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) von dieser Mikrostreifenleitung ausgegeben.
Wie oben beschrieben wurde, ermöglicht die Verwendung der Struktur dieses Ausführungsbeispiels, dass eine Verzweigungsschaltung (eine gekoppelte Schaltung) und eine Unsymmetrisch-Symmetrisch-Transformationsschaltung nur durch die Speiseelektrode 2 und eine Sendeleitung, die die symmetrische Elektrode 3 aufweist, die mit der Speiseelektrode 2 in einem Intervall von λ/2 verbunden ist, gebildet wird. Dies kann eine Struktur zum Speisen eines Sendesignals von einer Speiseleitung, die eine unsymmetrische Leitung ist, zu einer Dipolantenne (planare Yagi-Uda-Antenne), die eine symmetrische Antenne ist, und zum Übertragen eines Empfangssignals der Dipolantenne (planare Yagi-Uda-Antenne) zu der Speiseleitung vereinfachen und miniaturisieren. Ferner, da die Sendeleitung kürzer wird, wird ein Übertragungsverlust (Sendeverlust) unterdrückt und ein Antennengewinn wird verbessert.
Indessen, obwohl in der vorangehend gegebenen Beschreibung das Intervall zwischen den Verbindungspunkten auf λ/2 eingestellt ist, kann das Intervall zwischen den Verbindungspunkten auf (2N + 1)λ/2 eingestellt sein, wobei N eine natürliche Zahl ist (einschließlich 0), die ähnliche Effekte und Vorteile liefern kann.
Zusätzlich dazu ist die Form jeder Elektrode, die das oben beschriebene Antennenbauelement bildet, ein Beispiel und kann gemäß einer Spezifikation entsprechend eingestellt werden, wie nachfolgend gezeigt wird.
2 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements zeigt, die eine Anpassungsschaltung an einem Verbindungspunkt einer Speiseelektrode und einer symmetrischen Elektrode umfasst.
Ein Antennenbauelement 1, das in 2 gezeigt ist, weist eine Form auf, deren Breite der Speiseelektrode 2 um eine vorbestimmte Länge an einer Position eines Verbindungspunkts 23A einer Speiseelektrode 2 und einer symmetrischen Sendeelektrode 3A einer symmetrischen Elektrode 3 verbreitet ist. In diesem Fall ist die Speiseelektrode 2 in einer Form gebildet, deren Breite sich hin zu der Seite (–y-Richtung) gegenüberliegend zu der Seite der symmetrischen Sendeelektrode 3A ausbreitet. Dabei wird eine charakteristische Impedanz der Leitung eingestellt und eine Anpassungsschaltung 7 der Seite der Speiseelektrode 2 und der Seite der symmetrischen Sendeelektrode 3A kann gebildet werden.
Zusätzlich dazu weist das Antennenbauelement 1, das in 2 gezeigt ist, einen Eckenabschnittsabschnitt 8 auf, dessen Ecke in einer Form abgeschnitten ist, die einen vorbestimmten Winkel mit der Erstreckungsrichtung der Speiseelektrode 2 an einer Position eines Verbindungspunkts 23B der Speiseelektrode 2 und einer symmetrischen Sendeelektrode 3B der symmetrischen Elektrode 3 bildet. Durch Bilden eines solchen Eckenabschnittsabschnitts 8 wird die charakteristische Impedanz der Leitungen auf der Seite der Speiseelektrode 2 und der Seite der symmetrischen Sendeelektrode 3B eingestellt.
Indessen, da andere Strukturen dieselben sind wie jene des Antennenbauelements 1, das in 1 gezeigt ist, wird die Beschreibung weg gelassen.
Durch entsprechendes Einstellen der Formen der Anpassungsschaltung 7 und des Eckenabschnittsabschnitts 8 als diese Struktur, kann der Übertragungsverlust der Sende-/Empfangssignale zwischen der Speiseelektrode 2 und der symmetrischen Elektrode 3 reduziert werden. Zusätzlich dazu kann durch geeignetes Einstellen der Formen dieser Elektroden ein Signalverzweigungsverhältnis zu den symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B auf ein vorbestimmtes Verhältnis eingestellt sein. Auf diese Weise kann ein Antennenbauelement mit einer gewünschten Richtwirkung und einem niedrigen Verlust gebildet werden.
Als nächstes ist 3 eine Draufsicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements zeigt, deren symmetrische Sendeelektroden 3A und 3B einer symmetrischen Elektrode 3 nicht parallel sind.
Bei einem Antennenbauelement 1, das in 3 gezeigt ist, sind die symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B so gebildet, dass ein Intervall zwischen den zwei symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B der symmetrischen Elektrode 3 sich allmählich hin zu der Strahlungselektrode 4 von der Speiseelektrode 2 verschmälert. Andere Strukturen sind dieselben wie jene des Antennenbauelements, das in 2 gezeigt ist.
Bei einer solchen Konfiguration, da das Intervall zwischen einer ersten Elektrode 4A und einer zweiten Elektrode 4B der Strahlungselektrode 4 kürzer wird, kann die Richtwirkung, die unterschiedlich zu der des oben beschriebenen Antennenbauelements ist, mit der Form, so dass sich die symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B parallel erstrecken, erreicht werden. Zusätzlich dazu kann durch entsprechendes Einstellen dieses Annäherungsverhältnisses und eines Zwischenraums der Strahlungselektrode 4 eine Mehrzahl Richtwirkungsarten erreicht werden.
Als nächstes ist 4 eine Draufsicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements zeigt, das eine Reflektorelektrode 9 umfasst.
Bei einem Antennenbauelement 1, das in 4 gezeigt ist, ist eine Reflektorelektrode 9 gebildet, auf einer Rückoberfläche, die einem Bereich zugewandt ist, wo eine symmetrische Elektrode 3 gebildet ist, parallel zu einer Strahlungselektrode 4, an einer Position, die von der Masseelektrode 6 um eine vorbestimmte Distanz in einer Richtung (+y-Richtung) hin zu der Strahlungselektrode 4 getrennt ist. Diese Reflektorelektrode 9 ist so gebildet, dass die Mitte der Erstreckungsrichtung (der x-Richtung) derselben im Wesentlichen mit der Mitte der Erstreckungsrichtung (der x-Achse) der Strahlungselektrode 4 übereinstimmt. Zusätzlich dazu ist die Länge entlang der Erstreckungsrichtung (der x-Achse) der Reflektorelektrode 9 um einen vorbestimm ten Betrag länger eingestellt als die der Strahlungselektrode 4. Indessen sind andere Strukturen dieselben wie jene des Antennenbauelements, das in 1 gezeigt ist.
Bei einer solchen Konfiguration, da sowohl die Reflektorelektrode 9 als auch die Masseelektrode 6 als ein Reflektor einer Yagi-Uda-Antenne funktionieren, wird eine Komponente eines Sendesignals, das von der Strahlungselektrode 4 zu der Seite der Speiseelektrode 2 abgestrahlt wird, unterdrückt, und das Sendesignal wird mit größerer Wahrscheinlichkeit in der Richtung der Wellenleiterelektrode 4 abgestrahlt. Damit wird die gewünschte Richtwirkung erhalten, ein Reflexionsverlust wird reduziert und ein effektiver Antennengewinn kann verbessert werden.
Indessen, obwohl in 4 eine Reflektorelektrode 9 vorgesehen ist, kann eine Mehrzahl von Reflektorelektroden parallel vorgesehen sein.
Als nächstes ist 5 eine Draufsicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements mit einer Mehrzahl von Wellenleiterelektroden zeigt.
Bei einem Antennenbauelements 1, das in 5 gezeigt ist, sind zwei Wellenleiterelektroden 5A und 5B in unterschiedlichen Distanzen von einer Strahlungselektrode 4 auf der Seite (der +y-Richtung) der Strahlungselektrode 4 gegenüberliegend zu einer Speiseelektrode 2 gebildet. Jede der Wellenleiterelektroden 5A und 5B ist wie eine Leitung gebildet, die sich in derselben Richtung erstreckt (der x-Achsen-Richtung) wie die Strahlungselektrode 4. Die Strahlungselektrode 4 und die Wellenleiterelektroden 5A und 5B sind parallel angeordnet. Zusätzlich dazu sind die Wellenleiterelektroden 5A und 5B in derselben Länge gebildet und so, dass sie um einen vorbestimmten Betrag kürzer sind als die Strahlungselektrode 4, wie in dem Fall der Wellenleiterelektrode 5 aus 1. Zusätzlich dazu ist die Mitte der Erstreckungsrichtung der Wellenleiterelektroden 5A und 5B angeordnet, um mit der Mitte der Erstreckungsrichtung der Strahlungselektrode 4 übereinzustimmen. Indessen sind andere Strukturen dieselben wie jene des Antennenbauelements, das in 2 gezeigt ist.
Da bei einer solchen Konfiguration die Richtwirkung eines abgestrahlten Sendesignals durch die zwei Wellenleiterelektroden 5A und 5B verschmälert wird, kann ein schmaleres Strahlsendesignal abgestrahlt werden und ferner kann ein Antennengewinn verbessert werden.
Indessen, obwohl in 5 zwei Wellenleiterelektroden vorgesehen sind, können drei oder mehr Elektroden vorgesehen sein.
Als nächstes ist 6 eine Draufsicht, die eine Struktur eines Antennenbauelements mit einer ersten Elektrode 4A und einer zweiten Elektrode 4B einer Strahlungselektrode 4 unterschiedlicher Länge zeigt.
Bei einem Antennenbauelement 1, das in 6 gezeigt ist, ist die Länge der ersten Elektrode 4A der Strahlungselektrode 4 länger als die Länge der zweiten Elektrode 4B. Zusätzlich dazu ist eine Wellenleiterelektrode 5 so vorgesehen, dass die Mitte der Erstreckungsrichtung derselben mit der Mitte der Erstreckungsrichtung der Strahlungselektrode 4 übereinstimmt. Die Mitten der Erstreckungsrichtungen dieser Wellenleiterelektrode 5 und Strahlungselektrode 4 sind in einer Position angeordnet, die von einer Position einer liniensymmetrischen Achse von symmetrischen Sendeelektroden 3A und 3B einer symmetrischen Elektrode 3 verschoben ist. Hier, obwohl die Länge der ersten Elektrode 4A und die Länge der zweiten Elektrode 4B unterschiedlich eingestellt sind, ist die Länge der Strahlungselektrode 4 auf eine oben beschriebene Länge eingestellt. Andere Strukturen sind dieselben wie jene des Antennenbauelements, das in 3 gezeigt ist.
Da bei einer solchen Konfiguration die Mittenrichtung der Richtwirkung verschoben werden kann, z. B. entlang der x-Achse, um die Form der Strahlungselektrode 4 und die Position der Wellenleiterelektrode 5, kann die Richtwirkung verändert werden. Dies kann verschiedene Arten von Richtwirkung realisieren, so wie z. B. ein Verändern der Strahlrichtung und der Strahlbreite.
Zusätzlich dazu kann eine Mehrzahl der oben beschriebenen Strukturen von 2 bis 6 kombiniert werden, anstatt dieselben individuell zu verwenden. Zum Beispiel kann eine Struktur, die eine Anpassungsschaltung und einen Eckenabschnittsabschnitt umfasst, die eine Reflektorelektrode umfasst, die sich von einer Masseelektrode unterscheidet, und die ferner eine Mehrzahl von Wellenleiterelektroden oder ähnliches umfasst, verwendet werden. Durch Verwenden einer solchen Kombination kann das Antennenbauelement dieses Ausführungsbeispiels verschiedene Arten von Richtwirkung mit einer einfachen und kleinen Struktur realisieren.
Als nächstes wird ein Antennenbauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben.
7(A) ist eine perspektivische Außenansicht eines Antennenbauelements 1' dieses Ausführungsbeispiels, wohingegen (B) eine Seitenansicht desselben ist. Zusätzlich dazu ist 7(C) eine Seitenansicht, die eine unterschiedliche Struktur eines Antennenbauelements dieses Ausführungsbeispiels zeigt.
Im Gegensatz zu dem Antennenbauelement 1, das in 1 gezeigt ist, ist bei dem Antennenbauelement 1', das in 7 gezeigt ist, eine Leiterplatte 61 auf einer Rückoberfläche 12 eines dielektrischen Substrats 10 anstelle der Masseelektrode 6 vorgesehen. Die Strukturen auf einer oberen Oberfläche 11 des dielektrischen Substrats 10 sind dieselben und die Beschreibung im Hinblick auf die obere Oberfläche 11 ist weg gelassen.
Die Leiterplatte 61 ist in einer Form im Wesentlichen von der Größe des dielektrischen Substrats 10 in einer Draufsicht auf eine x-y-Ebene gebildet. Eine Oberfläche von einer seitlichen Fläche (eine seitliche Fläche in der –y-Richtung aus 7) zu einer vorbestimmten Distanz ist wie eine Ebene gebildet (ein planarer Abschnitt 62). Eine Oberfläche von einem Ende dieses planaren Abschnitts 62 zu der anderen seitlichen Fläche (eine seitliche Fläche in der +y-Richtung aus 7) ist wie eine gekrümmte Oberfläche gebildet (ein gekrümmter Abschnitt 63). Der gekrümmte Abschnitt 63 ist eine Oberfläche, die in einer Form gebildet ist, deren Dicke allmählich von der Grenze mit dem planaren Abschnitt 62 hin zu der anderen seitlichen Fläche abnimmt. Die Querschnittform entlang der Verdünnungsrichtung (der y-Achsen-Richtung) ist parabolisch. Zusätzlich dazu tritt der gekrümmte Abschnitt 63 mit der Rückoberfläche 12 des dielektrischen Substrats 10 in einem Winkel θ an dem Grenzpunkt zu dem planaren Abschnitt 62 betrachtet aus der x-Achsen-Richtung in Kontakt.
Der planare Abschnitt 62 der Leiterplatte 61 stößt gegen die Rückoberfläche 12 des dielektrischen Substrats 10 an. Die Größe des Anstoßbereichs ist im Wesentlichen gleich zu der der Masseelektrode 6, wie in 1 gezeigt ist. Dies ermöglicht, dass die Leiterplatte 61 als ein Reflektor für die y-Achsen-Richtung funktioniert, wie in dem Fall der Masseelektrode 6, die in 1 gezeigt ist. Zusätzlich dazu werden, da der gekrümmte Abschnitt 63 nicht parallel zu den Elektrodenoberflächen der Strahlungselektrode 4 und der Wellenleiterelektrode 5 ist, Sendesignale in unterschiedlichen Winkeln an entsprechenden Positionen reflektiert. Dementsprechend kann die Strahlungsrichtung des Sendesignals auf eine Richtung eingestellt sein (die +y- und +z-Richtung der y-z-Ebene), die einen vorbestimmten Winkel mit der Seitenflächenrichtung der oberen Oberfläche 11 bildet, gemäß einem Winkel zwischen der gekrümmten Oberfläche 63 und der Strahlungselektrode 4 oder der Wellenleiterelektrode 5. Dadurch kann ein Senden/Empfangen in einer Richtung ausgeführt werden, die einen vorbestimmten Winkel mit der oberen Oberfläche des Antennenbauelements 1' bildet.
Ergebnisse einer Simulation unter Verwendung eines Neigungsabschnitts 63A, der nicht gekrümmt sondern planar ist und einen vorbestimmten Winkel θ mit dem planaren Abschnitt 61 bildet, wie in 7(C) gezeigt ist, an dem Antennenbauelement 1', das eine solche Struktur aufweist, sind in 8 gezeigt.
8 zeigt Ergebnisse einer Simulation unter Verwendung der Leiterplatte 61, die den Neigungsabschnitt 63A umfasst. (A) zeigt eine Antennenrichtwirkung, wohingegen (B) eine Änderung bei einem Mittenrichtungswinkel Φ eines Sende-/Empfangssignals im Hinblick auf einen Neigungswinkel θ zeigt. In dieser Zeichnung zeigt der Mittenrichtungswinkel des Sende-/Empfangssignals einen Winkel Φ der Mittenrichtung der Richtwirkung des Sende-/Empfangssignals im Hinblick auf die obere Oberfläche 11 an, und der Winkel Φ nimmt ab (Minus-Wert nimmt zu), wenn sich die Leiterplatte der oberen Oberfläche 11 in der +z-Richtung nähert.
Wie in 8(A) und (B) gezeigt ist, nimmt der Winkel Φ zwischen der Mittenrichtung der Richtwirkung des Sende-/Empfangssignals und der oberen Oberfläche 11 zu, wenn der Neigungswinkel θ abnimmt. Durch entsprechendes Einstellen des Neigungswinkels θ unter Verwendung davon, kann die Mittenrichtung des Sende-/Empfangssignals variabel entlang der z-Achse eingestellt werden.
Zusätzlich dazu kann durch Kombinieren der Strukturen der Antennenbauelemente, die in 2 bis 6 gezeigt sind, und der Struktur der Antenne, die in 7 gezeigt ist, die Mittenrichtung der Richtwirkung entlang jeder von zwei Ebenen eingestellt werden, die in 7 z. B. die x-y-Ebene und die z-y-Ebene sind. Dementsprechend kann ein Antennenbauelement, das die Mittenrichtung der Richtwirkung eines Sende-/Empfangssignals dreidimensional einstellt, mit einer einfachen und kleinen Struktur gebildet sein.
Als nächstes wird eine Arrayantenne gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel Bezug nehmend auf die Zeichnung beschrieben.
9 ist eine Draufsicht, die eine Struktur einer Arrayantenne 200 dieses Ausführungsbeispiels zeigt.
Wie in 9 gezeigt ist, weist die Arrayantenne 200 eine Speiseelektrode 2 auf, die sich linear auf der oberen Oberfläche eines dielektrischen Substrats 10 in der x-Achsen-Richtung erstreckt. Zusätzlich dazu umfasst die Arrayantenne 200 eine symmetrische Elektrode, eine Strahlungselektrode und eine Wellenleiterelektrode für jedes der Antennenbauelemente 1A bis 1C auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 10. Jedes der Antennenbauelemente 1A bis 1C ist in derselben Form gebildet wie das oben beschriebene Antennenbauelement 1, das in 3 gezeigt ist, abgesehen von dem Eckenabschnittsabschnitt. Zusätzlich dazu ist bei der Arrayantenne 200 eine Verbindungsposition der Speiseelektrode 2 und der symmetrischen Elektrode von jedem der Antennenbauelemente 1A bis 1C in einer Struktur, die ähnlich zu der Anpassungsschaltung 7 und dem Eckenabschnittsabschnitt 8 ist, gezeigt in 3. Anpassungsschaltungen 7A bis 7C und ein Eckenabschnittsabschnitt 8, die jeweils mit einer vorbestimmten Anpassungsbedingung eingestellt sind, sind gebildet.
Intervalle zwischen jeweiligen Antennenbauelementen 1A bis 1C sind auf eine Länge einer Wellenlänge eines Sende-/Empfangssignals eingestellt. Indessen ist es wünschenswert, das Intervall zwischen den Antennenbauelementen auf 0,8 λ bis 0,9 λ einzustellen, wobei λ die Wellenlänge darstellt, unter Berücksichtigung einer Nebenkeule, die durch jedes Antennenbauelement erzeugt wird. Das Intervall ist jedoch nicht besonders auf diesen Bereich beschränkt und kann eingestellt sein, um im Wesentlichen gleich (n + 1/2)λ zu sein, wobei n eine natürliche Zahl ist.
Zusätzlich dazu sind bei jedem der Antennenbauelemente 1A bis 1C die entsprechende symmetrische Elektrode, Strahlungselektrode und Wellenleiterelektrode in derselben Richtung (der +y-Richtung) im Hinblick auf die Speiseelektrode 2 vorgesehen. Eine solche Konfiguration ermöglicht, dass ein Sende-/Empfangsstrahl eines Sende-/Empfangssignals, dessen Mittenrichtung in die +y-Richtung zeigt, mit den Antennenbauelementen 1A bis 1C realisiert wird.
Bei der Konfiguration dieses Ausführungsbeispiels müssen ein Balun für jedes Antennenbauelement, und Verzweigungsschaltungen, die jedes Antennenbauelement in einer Baumstruktur verbinden, nicht durch eine entsprechende Sendeleitung gebildet sein, wie in dem Fall eines herkömmlichen Beispiels, das in dem Nichtpatendokument 1 gezeigt ist. Somit kann eine planare Arrayantenne mit einer einfachen und kleinen Struktur gebildet sein. Ferner, da die Sendedistanz zu der Strahlungselektrode kürzer wird, kann eine planare Arrayantenne mit niedrigem Verlust gebildet werden.
Zusätzlich dazu kann durch Verwenden der Strukturen, die in 2 bis 7 gezeigt sind, als die Form jedes Antennenbauelements, und durch entsprechendes Einstellen des Intervalls zwischen den Antennenbauelementen bei einer solchen Konfiguration, eine kleine Arrayantenne gebildet werden, die in der Lage ist, eine gewünschte Richtwirkung zu realisieren.
Als nächstes wird eine Mehrfachsektorantenne gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel Bezug nehmend auf die Zeichnung beschrieben.
10 ist eine Aufrissansicht, die eine Struktur einer Mehrfachsektorantenne dieses Ausführungsbeispiels zeigt.
Wie in 10 gezeigt ist, sind vier Speiseelektroden 2A, 2B, 211 und 212 auf einer oberen Oberfläche eines dielektrischen Substrats 10 in einer Form gebildet, die sich entlang der x-Achsen-Richtung erstreckt. Die Arrayantennen 201 und 202 weisen eine ähnliche Struktur zu der der Arrayantenne 200 auf, die in 9 gezeigt ist, und jede derselben ist durch vier Antennenbauelemente gebildet. Die Arrayantenne 201 weist eine Struktur auf, die die Antennenbauelemente 1A bis 1D mit einer Mikrostreifenleitung verbindet, die die Speiseelektrode 2A umfasst, während sie die Anpassung mit den Anpassungsschaltungen 7A bis 7D ausführt, und die Mittenrichtung der Richtwirkung in der +y-Richtung aufweist. Die Arrayantenne 202 weist eine Struktur auf, die Antennenbauelemente 1E bis 1H mit einer Mikrostreifenleitung verbindet, die die Speiseelektrode 2B umfasst, während sie die Anpassung mit den Anpassungsschaltungen 7E bis 7H ausführt und die Mittenrichtung der Richtwirkung in der –y-Richtung aufweist.
Die Arrayantenne 203 ist durch acht Patch-Elektroden 222 gebildet, die an einem vorbestimmten Intervall entlang der Speiseelektroden 211 und 212 gebildet sind. Mit dieser Struktur weist die Arrayantenne 203 die Mittenrichtung der Richtwirkung in der +z-Richtung im Wesentlichen vertikal zu einer oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 10 auf.
Hier sind die Arrayantennen 201 und 202 in einer Form gebildet, die parallel zu den Speiseelektroden 2A und 2B und liniensymmetrisch im Hinblick auf eine Achse (eine Symmetrieachse) ist, die in der Mitte der Speiseelektroden 2A und 2B angeordnet ist. Zusätzlich dazu ist die Arrayantenne 203 an einer Position angeordnet, wo die Patch-Elektrode 222, die an der Speiseelektrode 211 vorgesehen ist, und die Patch-Elektrode 222, die an der Speiseelektro de 212 vorgesehen ist, symmetrisch im Hinblick auf die Symmetrieachse werden. Indessen ist eine solche Symmetrie nicht absolut und kann entsprechend gemäß der erforderlichen Antennencharakteristik eingestellt werden.
Bei einer solchen Konfiguration kann eine Mehrfachsektorantenne mit einer Richtwirkung der Vorderrichtung mit der Arrayantenne 203 und einer Richtwirkung der seitlichen Richtung mit den Arrayantennen 201 und 202 gebildet werden. Dabei kann bei dieser Mehrfachsektorantenne eine einfache und kleine Struktur unter Verwendung der Strukturen des oben beschriebenen Antennenbauelements und der Arrayantenne realisiert werden. Zusätzlich dazu, da die Sendedistanz zu jeder Strahlungselektrode bei der Arrayantenne für die seitliche Richtungserfassung kürzer wird, kann eine Mehrfachsektorantenne mit einem niedrigen Verlust gebildet werden. Ferner können durch Einsetzen von Strukturen der Antennenbauelemente, die in 2 bis 6 und 7 gezeigt sind, in der Mehrfachsektorantenne, verschiedene Arten einer Antennenrichtwirkung in einer geringen Größe realisiert werden.
Als nächstes wird ein Radargerät gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel Bezug nehmend auf die Zeichnung beschrieben.
11 ist ein Blockdiagramm, das Hauptkonfigurationen eines Radargeräts dieses Ausführungsbeispiels zeigt.
Eine Signalverarbeitungseinheit 302 erzeugt eine Steuerspannung zum Bilden eines Sendestrahls auf der Basis einer FMCW-Erfassungsverarbeitung und liefert die Spannung zu einem VCO 303. Der VCO 303 erzeugt ein Sendesignal, dessen Frequenz kontinuierlich in einer Dreiecksform moduliert wird, in einer Zeitreihe gemäß der gelieferten Steuerspannung. Ein Koppler 304 gibt das Eingangssendesignal zu einem Zirkulator 305 aus und liefert ferner einen Teil desselben zu einem Mischer 306 als ein lokales Signal. Der Zirkulator 305 gibt das Sendesignal aus, das von dem Koppler 304 zu einer Antenneneinheit 301 geführt wird.
Die Antenneneinheit 301 umfasst die Arrayantenne, die in 9 gezeigt ist, oder die Mehrfachsektorantenne, die in 10 gezeigt ist. Jede Antenne der Arrayantenne und der Mehrfachsektorantenne ist durch die Antennen gebildet, die in 1 bis 7 gezeigt sind.
Der Zirkulator gibt ein Empfangssignal aus, das von der Antenneneinheit 301 zu dem Mischer 306 geführt wird. Der Mischer 306 mischt das lokale Signal, das von dem Koppler 304 zugeführt wird, und das Empfangssignal, das von dem Zirkulator 305 zugeführt wird, wodurch ein Überlagerungssignal erzeugt wird. Der Mischer gibt dann das Überlagerungssignal zu einem LNA 307 aus. Der LNA 307 verstärkt das Überlagerungssignal und liefert das Überlagerungssignal zu einem A/D-Wandler 308. Der A/D-Wandler 308 führt eine A/D-Umwandlung an dem verstärkten Überlagerungssignal aus und liefert das Signal zu der Signalverarbeitungseinheit 302. Die Signalverarbeitungseinheit 302 berechnet eine relative Geschwindigkeit und eine relative Distanz eines Ziels unter Verwendung eines bekannten FMCW-Datenverarbeitungsverfahrens auf der Basis des digitalisierten Überlagerungssignals.
Mit einer solchen Konfiguration kann das Radargerät miniaturisiert werden, da die Antenneneinheit 301 miniaturisiert ist. Zusätzlich dazu kann, da der Verlust der Antenneneinheit 301 abnimmt, ein Radargerät mit einem niedrigen Antennenverlust gebildet werden und eine Erfassungsfähigkeit kann verbessert werden.
Indessen können, obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel ein FMCW-Radargerät beschrieben ist, Radargeräte gemäß anderen Verfahren die planare Antenne, die Arrayantenne, die diese planaren Antennen verwendet, oder die Mehrfachsektorantenne einsetzen.
Zusammenfassung
Eine Speiseelektrode (2), die sich linear erstreckt, ist auf einer oberen Oberfläche (11) eines dielektrischen Substrats (10) gebildet. Eine symmetrische Elektrode (3) ist durch symmetrische Sendeelektroden (3A) und (3B) gebildet, die vertikal zu der Erstreckungsrichtung der Speiseelektrode (2) sind und sich parallel erstrecken. Die symmetrischen Sendeelektroden (3A) und (3B) sind mit der Speiseelektrode (2) verbunden, getrennt durch ein Intervall von ½ einer Wellenlänge eines Sende-/Empfangssignals. Eine Strahlungselektrode (4) ist durch eine erste Elektrode (4A), die mit der symmetrischen Sendeelektrode (3A) verbunden ist, und eine zweite Elektrode (4B), die mit der symmetrischen Sendeelektrode (3B) verbunden ist, gebildet, und ist parallel zu der Speiseelektrode (2) gebildet. Eine Wellenleiterelektrode (5) ist an einer Position gebildet, die von der Strahlungselektrode (4) durch ein vorbestimmtes Intervall getrennt ist und parallel zu der Strahlungselektrode (4) ist. Eine Masseelektrode (6) ist in einem Bereich einer Rückoberfläche (12) des dielektrischen Substrats (10) gebildet, der einem Bereich entspricht, der einen Abschnitt umfasst, wo die Speiseelektrode (2) gebildet ist. Durch Verbinden der zwei Elektroden der symmetrischen Elektrode (3) mit der Speiseelektrode (2) mit einem Intervall von ½ einer Wellenlänge auf diese Weise weist dieser Verzweigungsabschnitt gleichzeitig eine Signalverzweigungsfunktion und eine Balunfunktion auf.
Bezugszeichen

1, 1', 1A–1H: Antennenbauelement, 2, 2A, 2B, 211, 212: Speiseelektrode, 3: symmetrische Elektrode, 3A, 3B: symmet rische Sendeelektrode, 23A, 23B: Verbindungspunkt, 4: Strahlungselektrode, 4A: erste Elektrode einer Strahlungselektrode 4, 4B: zweite Elektrode einer Strahlungselektrode 4, 5: Wellenleiterelektrode, 6: Masseelektrode, 7, 7A–7H: Anpassungsschaltung, 8: Eckenabschnittsabschnitt, 9: Reflektorelektrode, 10: dielektrisches Substrat, 11: obere Oberfläche des dielektrischen Substrats 10, 12: hintere Oberfläche des dielektrischen Substrats 10, 61: Leiterplatte, 62: planarer Abschnitt, 63: gekrümmter Abschnitt, 63A: Neigungsabschnitt, 100, 100A–100D: Antennenbauelement, 101: dielektrisches Substrat, 111: obere Oberfläche, 112: hintere Oberfläche, 20: Speiseelektrode, 30: Balun, 40: Strahlungselektrode, 50: Wellenleiterelektrode, 60: Masseelektrode, 71–73: Verzweigungsschaltung, 200, 201, 202, 203: Arrayantenne, 301: Antenneneinheit, 302: Signalverarbeitungseinheit, 303: VCO, 304: Koppler, 305: Zirkulator, 306: Mischer, 307: LNA, 308: A/D-Wandler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- William R. Deal, Noritake Kaneda, James Sor, Yongxi Qian und Tatsou Itoh, „A New Quasi-Yagi-Antenna for Planar Active Antenna Arrays", JUNI 2000, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, BD. 48, NR. 6 [0006]

Claims

Ein Antennenbauelement, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Merkmale aufweist: eine Speiseantenne, die in einer Form gebildet ist, die sich linear auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats erstreckt; eine symmetrische Elektrode, die ein Paar aus Elektroden umfasst, die mit der Speiseelektrode verbunden ist, wobei diese durch ein Intervall eines ungeraden Mehrfachen von ½ einer Wellenlänge eines Sende-/Empfangssignals getrennt sind, und in einer Form gebildet ist, die sich in einer Richtung erstreckt, die die Erstreckungsrichtung der Speiseelektrode in einem vorbestimmten Winkel kreuzt; eine Strahlungselektrode einer vorbestimmten Länge, die mit jeder der zwei Elektroden der symmetrischen Elektrode verbunden ist und in einer Form gebildet ist, die sich in entgegengesetzten Richtungen entlang der Erstreckungsrichtung der Speiseelektrode erstreckt; eine Wellenleiterelektrode einer vorbestimmten Länge, die an einer Position angeordnet ist, die von der Strahlungselektrode um eine vorbestimmte Länge getrennt ist, auf einer Seite der Strahlungselektrode gegenüberliegend zu der symmetrischen Elektrode, und in einer Form gebildet ist, die sich parallel zu der Strahlungselektrode erstreckt; und eine Masseelektrode, die in einem Bereich einer anderen Oberfläche gebildet ist, die einem Bereich der ei nen Oberfläche zugewandt ist, die zumindest einen Abschnitt umfasst, wo die Speiseelektrode gebildet ist, aber einen Abschnitt nicht umfasst, wo die Strahlungselektrode und die Wellenleiterelektrode gebildet sind.
Das Antennenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem ein Intervall, mit dem die zwei Elektroden der symmetrischen Elektrode mit der Speiseelektrode verbunden sind, eine Länge von ½ einer Wellenlänge eines Sende-/Empfangssignals aufweist.
Das Antennenbauelement gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, das ferner folgendes Merkmal aufweist: ein Reflexionsbauglied, das eine Reflexionsoberfläche aufweist, die von der anderen Oberfläche in einem Bereich der anderen Oberfläche getrennt ist, der einer Position entspricht, wo die Strahlungselektrode gebildet ist, und einen vorbestimmten Winkel mit der anderen Oberfläche bildet.
Eine Arrayantenne, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Antennenbauelementen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 in der Erstreckungsrichtung der Speiseelektrode in einem vorbestimmten Anordnungsintervall gebildet sind.
Eine Mehrfachsektorantenne, bei der eine Mehrzahl von Arrayantennen gemäß Anspruch 4 unter Verwendung eines einzelnen dielektrischen Substrats gebildet sind, so dass sich Sende- und Empfangsrichtung unterscheiden.
Ein Hochfrequenzwellen-Sende-Empfangs-Gerät, das folgendes Merkmal aufweist: zumindest eines der Antennenbauelemente gemäß Anspruch 1 bis 3, eine Arrayantenne gemäß Anspruch 4 und eine Mehrfachsektorantenne gemäß Anspruch 5.