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DE112018001974T5 - Wellenleitervorrichtung und antennenvorrichtung mit derwellenleitervorrichtung - Google Patents

Wellenleitervorrichtung und antennenvorrichtung mit derwellenleitervorrichtung Download PDF

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DE112018001974T5
DE112018001974T5 DE112018001974.8T DE112018001974T DE112018001974T5 DE 112018001974 T5 DE112018001974 T5 DE 112018001974T5 DE 112018001974 T DE112018001974 T DE 112018001974T DE 112018001974 T5 DE112018001974 T5 DE 112018001974T5
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DE
Germany
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electrically conductive
waveguide
hole
pair
conductive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE112018001974.8T
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English (en)
Inventor
Hiroyuki KAMO
Hideki Kirino
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec Corp
WGR Co Ltd
Original Assignee
Nidec Corp
WGR Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Corp, WGR Co Ltd filed Critical Nidec Corp
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Abstract

Eine Wellenleitervorrichtung ist zur Verwendung bei der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle eines Bandes mit einer kürzesten Wellenlänge λm im freien Raum bestimmt. Die Wellenleitervorrichtung weist auf: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer elektrisch leitenden Oberfläche und einem ersten Durchgangsloch; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe aufweist und ein zweites Durchgangsloch hat, das das erste Durchgangsloch, entlang einer axialen Richtung des ersten Durchgangslochs gesehen, überlappt; und ein Paar elektrisch leitender, wellenleitender Wände, die so positioniert sind, dass mindestens ein Abschnitt eines Raums zwischen dem ersten Durchgangsloch und dem zweiten Durchgangsloch dazwischen eingefügt ist. Das Paar wellenleitender Wände ist von der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe umgeben und erlaubt die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem ersten Durchgangsloch und dem zweiten Durchgangsloch. Das Paar wellenleitender Wände hat jeweils eine Höhe, die kleiner als λm/2 ist.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Wellenleitervorrichtung und eine Antennenvorrichtung mit der Wellenleitervorrichtung.
  • [Stand derTechnik]
  • Beispiele für wellenleitende Strukturen, die einen künstlichen magnetischen Leiter aufweisen, sind in den Patentdokumenten 1 bis 3 und den Nicht-Patentdokumenten 1 und 3 offenbart. Ein künstlicher magnetischer Leiter ist eine Struktur, die die Eigenschaften eines perfekten magnetischen Leiters (PMC), der in der Natur nicht vorkommt, künstlich realisiert. Eine Eigenschaft eines perfekten magnetischen Leiters besteht darin, dass „ein Magnetfeld auf seiner Oberfläche eine Tangentialkomponente von null hat“. Diese Eigenschaft ist entgegengesetzt zu der Eigenschaft eines perfekten elektrischen Leiters (PEC), dass nämlich „ein elektrisches Feld auf seiner Oberfläche eine Tangentialkomponente von null hat“. Obwohl ein perfekter magnetischer Leiter in der Natur nicht vorkommt, ist er durch eine künstliche Struktur ausführbar, z.B. durch ein Array aus einer Vielzahl elektrisch leitender Stäbe. Ein künstlicher magnetischer Leiter ist als perfekter magnetischer Leiter in einem spezifischen Frequenzband wirksam, das durch seine Struktur definiert ist. Ein künstlicher magnetischer Leiter beschränkt oder verhindert die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle jeder Frequenz, die in dem spezifischen Frequenzband enthalten ist (ausbreitungsbeschränktes Band), entlang der Oberfläche des künstlichen magnetischen Leiters. Daher kann die Oberfläche eines künstlichen magnetischen Leiters als Oberfläche mit hoher Impedanz bezeichnet werden.
  • Bei den Wellenleitervorrichtungen, die in den Patentdokumenten 1 bis 3 und den Nicht-Patentdokumenten 1 bis 3 offenbart sind, ist ein künstlicher magnetischer Leiter durch eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe realisiert, die entlang von Zeilen- und Spaltenrichtungen arrayartig angeordnet sind. Solche Stäbe sind Vorsprünge, die auch als Pfeiler oder Stifte bezeichnet werden können. Jede dieser Wellenleitervorrichtungen weist als Ganzes ein Paar entgegengesetzter elektrisch leitender Platten auf. Eine leitende Platte hat eine Rippe, die in Richtung der anderen leitenden Platte absteht, und Erstreckungen eines künstlichen magnetischen Leiters, die sich auf beiden Seiten der Rippe erstrecken. Eine obere Fläche der Rippe (d.h. ihre elektrisch leitende Fläche) ist über einen Abstand zu einer leitenden Oberfläche der anderen leitenden Platte entgegengesetzt. Eine elektromagnetische Welle von einer Wellenlänge, die in dem ausbreitungsbeschränkten Band des künstlichen magnetischen Leiters enthalten ist, breitet sich entlang der Rippe in dem Raum (Abstand) zwischen dieser leitenden Oberfläche und der oberen Fläche der Rippe aus.
  • [Liste zitierter Druckschriften]
  • [Patentliteratur]
  • [Nicht-Patentliteratur]
    • [NPL 1] H. Kirino und K. Ogawa, „A 76 GHz Multi-Layered Phased Array Antenna using a Non-Metal Contact Metamaterial Waveguide", IEEE Transaction on Antenna and Propagation, Vol. 60, Nr. 2, S. 840-853, Februar 2012
    • [NPL 2] A.Uz.Zaman und P.-S.Kildal, „Ku Band Linear Slot-Array in Ridge Gapwaveguide Technology“, EUCAP 2013, 7th European Conference on Antenna and Propagation
  • [Zusammenfassung der Erfindung]
  • [Technische Aufgabe]
  • Entsprechend den Wellenleiterstrukturen, die in den Patentdokumenten 1 bis 3 und den Nicht-Patentdokumenten 1 und 2 offenbart sind, können Antennenvorrichtungen mit kleinerer Größe realisiert werden, als wenn ein herkömmlicher Hohlwellenleiter verwendet wird. Mit dem Kleinerwerden der Antenne wird jedoch die Konstruktion eines Speisenetzes zum Einspeisen von Leistung in jedes Antennenelement schwieriger.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt eine Wellenleitervorrichtung mit einer neuartigen Speisungsstruktur bereit, die für eine Antennenvorrichtung mit geringer Größe geeignet ist.
  • [Lösung der Aufgabe]
  • Eine Wellenleitervorrichtung gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist zur Verwendung bei der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle eines Bandes mit einer kürzesten Wellenlänge λm im freien Raum bestimmt. Die Wellenleitervorrichtung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer elektrisch leitenden Oberfläche und einem ersten Durchgangsloch; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe aufweist, die jeweils ein zu der elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetztes führendes Ende haben, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied ein zweites Durchgangsloch hat, das das erste Durchgangsloch, entlang einer axialen Richtung des ersten Durchgangslochs gesehen, überlappt; und ein Paar elektrisch leitender, wellenleitender Wände, die so positioniert sind, dass mindestens ein Abschnitt eines Raums zwischen dem ersten Durchgangsloch und dem zweiten Durchgangsloch dazwischen eingefügt ist, wobei das Paar wellenleitender Wände von der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe umgeben ist und die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem ersten Durchgangsloch und dem zweiten Durchgangsloch erlaubt. Ein senkrecht zu der axialen Richtung genommener Querschnitt von mindestens einer aus dem Paar elektrisch leitender, wellenleitender Wände weist einen lateralen Abschnitt auf, der sich entlang einer ersten Richtung erstreckt. Entlang der axialen Richtung gesehen, ist das Paar wellenleitender Wände entlang einer zweiten Richtung angeordnet, die die erste Richtung schneidet, und liegt auf entgegengesetzten Seiten eines zentralen Abschnitts des lateralen Abschnitts. Mindestens ein Ende entlang der ersten Richtung von einer aus dem Paar wellenleitender Wände und mindestens ein Ende entlang der ersten Richtung einer anderen aus dem Paar wellenleitender Wände sind über einen Abstand zueinander entgegengesetzt. Das Paar wellenleitender Wände hat jeweils eine Höhe, die kleiner als λm/2 ist.
  • [Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle durch mindestens eine Wellenleiterschicht über ein Paar wellenleitender Wände ermöglicht. In einer Schicht oberhalb oder unterhalb dieser Wellenleiterschicht kann eine weitere Wellenleiterschicht oder eine Anregungsschicht vorgesehen sein. Da eine unerwünschte Ausbreitung in einer Zwischenschicht eingeschränkt werden kann, bietet die Wellenleitervorrichtung verbesserte Gestaltungsfreiheit.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein nicht-einschränkendes Beispiel für die Grundkonstruktion einer Wellenleitervorrichtung schematisch zeigt.
    • [2A] 2A ist ein Diagramm, das eine Konstruktion für eine Wellenleitervorrichtung 100 in einem Querschnitt parallel zu der XZ-Ebene schematisch zeigt.
    • [2B] 2B ist ein Diagramm, das eine weitere Konstruktion für die Wellenleitervorrichtung 100 aus 1 in einem Querschnitt parallel zu der XZ-Ebene schematisch zeigt.
    • [3] 3 ist eine weitere perspektivische Ansicht, die die Konstruktion der Wellenleitervorrichtung 100 schematisch so illustriert, dass die Beabstandung zwischen einem leitenden Bauglied 110 und einem leitenden Bauglied 120 zum leichteren Verständnis übertrieben ist.
    • [4] 4 ist ein Diagramm, das einen Beispiel-Abmessungsbereich eines jeden Bauglieds in der in 2A gezeigten Struktur zeigt.
    • [5A] 5A ist ein Diagramm, das schematisch eine elektromagnetische Welle zeigt, die sich in einem schmalen Raum, d.h. einem Abstand zwischen einer Wellenleiterfläche 122a eines Wellenleiterbauglieds 122 und einer leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110, ausbreitet.
    • [5B] 5B ist ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Hohlwellenleiters 130 schematisch zeigt.
    • [5C] 5C ist eine Querschnittsansicht, die eine Implementierung zeigt, bei der zwei Wellenleiterbauglieder 122 auf dem leitenden Bauglied 120 vorgesehen sind.
    • [5D] 5D ist ein Diagramm, das einen Querschnitt einer Wellenleitervorrichtung, bei der zwei Hohlwellenleiter 130 nebeneinander angeordnet sind, schematisch zeigt.
    • [6A] 6A ist eine perspektivische Ansicht, die die Wellenleiterstruktur eines Phasenschiebers zeigt, der in 7 aus Patentdokument 1 gezeigt ist.
    • [6B] 6B ist eine Querschnittsansicht, die die Wellenleiterstruktur eines Phasenschiebers zeigt, der in 8 aus Patentdokument 1 gezeigt ist.
    • [7A] 7A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Teilstruktur einer Wellenleitervorrichtung 200 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung schematisch zeigt.
    • [7B] 7B ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des in 7A gezeigten ersten leitenden Bauglieds 210 das auf der zu dem zweiten leitenden Bauglied 220 entgegengesetzten Seite illustriert.
    • [7C] 7C ist eine perspektivische Ansicht, die die in 7A gezeigte Struktur des zweiten leitenden Bauglieds 220 auf der zu dem ersten leitenden Bauglied 210 entgegengesetzten Seite illustriert.
    • [7D] 7D ist eine Draufsicht von oben, die die Struktur des in 7A gezeigten zweiten leitenden Bauglieds 220 zeigt.
    • [7E] 7E ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt der Wellenleitervorrichtung 200 zeigt, der parallel zu der YZ-Ebene und durch die Mitten der Durchgangslöcher 211 und 221 genommen ist.
    • [8A] 8A ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Beispielkonstruktion für ein Paar wellenleitender Wände zeigt.
    • [8B] 8B ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für ein Paar wellenleitender Wände zeigt.
    • [8C] 8C ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für ein Paar wellenleitender Wände zeigt.
    • [8D] 8D ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für ein Paar wellenleitender Wände zeigt.
    • [8E] 8E ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für ein Paar wellenleitender Wände zeigt.
    • [8F] 8F ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für ein Paar wellenleitender Wände zeigt.
    • [8G] 8G ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für ein Paar wellenleitender Wände zeigt.
    • [8H] 8H ist ein Diagramm, das die relative Positionierung zwischen jeweiligen Elementen bei Ansicht des zweiten Wellenleiterbauglieds 220 in 8F aus der +Z-Richtung zeigt.
    • [9A] 9A ist ein Diagramm, das schematisch eine weitere Beispielform eines X-Y-Querschnitts eines Durchgangslochs 221 zeigt.
    • [9B] 9B ist ein Diagramm, das schematisch wiederum eine weitere Beispielform eines X-Y-Querschnitts eines Durchgangslochs 221 zeigt.
    • [9C] 9C ist ein Diagramm, das schematisch wiederum eine weitere Beispielform eines X-Y-Querschnitts eines Durchgangslochs 221 zeigt.
    • [9D] 9D ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für ein Paar wellenleitender Wände zeigt.
    • [9E] 9E ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des in 9D gezeigten ersten leitenden Bauglieds 210 auf der zu dem zweiten leitenden Bauglied 220 entgegengesetzten Seite illustriert.
    • [9F] 9F ist eine perspektivische Ansicht, die die in 9D gezeigte Struktur des zweiten leitenden Bauglieds 220 auf der zu dem ersten leitenden Bauglied 210 entgegengesetzten Seite illustriert.
    • [9G] 9G ist eine Draufsicht von oben, die die Struktur des in 9D gezeigten zweiten leitenden Bauglieds 220, aus der +Z-Richtung gesehen, illustriert.
    • [10] 10 ist ein Diagramm zur detaillierteren Beschreibung der Abmessungen eines Durchgangslochs 211, 221.
    • [11] 11 ist ein Diagramm, das schematisch eine Beispielverteilung der elektrischen Feldstärke zeigt, die in dem Fall erzeugt wird, in dem die Öffnung H-förmig ist.
    • [12A] 12A ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem ein Paar wellenleitender Wände 203 jeweilsdie gleiche Form wie jeder leitende Stab 124 hat.
    • [12B] 12B ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt.
    • [12C] 12C ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt.
    • [12D] 12D ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt.
    • [12E] 12E ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt.
    • [12F] 12F ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt.
    • [12G] 12G ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt.
    • [12H] 12H ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt.
    • [12I] 12I ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt.
    • [12J] 12J ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt.
    • [12K] 12K ist eine perspektivische Ansicht der wellenleitenden Wände 203 in 12J.
    • [12L] 12L ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt.
    • [13] 13 ist ein Diagramm, das eine weitere Beispielkonstruktion für ein Paar wellenleitender Wände zeigt.
    • [14A] 14A ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das zweite leitende Bauglied 220 eine Vielzahl von Sätzen hat, die jeweils aus einem Durchgangsloch 221 und einem Paar wellenleitender Wände 203 bestehen.
    • [14B] 14AB ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel zeigt, bei dem das zweite leitende Bauglied 220 eine Vielzahl von Sätzen hat, die jeweils aus einem Durchgangsloch 221 und einem Paar wellenleitender Wände 203 bestehen.
    • [14C] 14C ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel zeigt, bei dem das zweite leitende Bauglied 220 eine Vielzahl von Sätzen hat, die jeweils aus einem Durchgangsloch 221 und einem Paar wellenleitender Wände 203 bestehen.
    • [15A] 15A ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem ein drittes leitendes Bauglied 230 mit einer WRG-Struktur unter dem zweiten leitenden Bauglied 220 vorgesehen ist.
    • [15B] 15B ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem WRG-Strukturen über und unter dem zweiten leitenden Bauglied 220 vorgesehen sind.
    • [16] 16 ist eine Draufsicht von oben, die das dritte leitende Bauglied 230 aus der positiven Richtung der Z-Achse zeigt.
    • [17] 17 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem eine WRG-Struktur oberhalb des ersten leitenden Bauglieds 210 vorgesehen ist.
    • [18] 18 ist eine Draufsicht von oben, die das erste leitende Bauglied 210 in 17 aus der positiven Richtung der Z-Achse zeigt.
    • [19] 19 ist eine Querschnittsansicht, die eine Beispielkonstruktion zeigt, in der die Konstruktionen aus 15A und 17 kombiniert sind.
    • [20A] 20A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Beispielkonstruktion einer Wellenleitervorrichtung 200 zeigt, die die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen unter Auslassung von zwei Schichten erlaubt.
    • [20B] 20B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine weitere Beispielkonstruktion einer Wellenleitervorrichtung 200 zeigt, die die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen unter Auslassung von zwei Schichten erlaubt.
    • [21] 21 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Beispielkonstruktion zeigt, bei der ein weiterer Wellenleiter in einer Schicht erzeugt ist, in der wellenleitende Wände 203 vorgesehen sind.
    • [22] 22 ist eine Draufsicht von oben, die das zweite leitende Bauglied 220 in der Wellenleitervorrichtung 200 aus 21 aus der positiven Richtung der Z-Achse zeigt.
    • [23A] 23A ist eine Draufsicht von oben, die eine Antennenvorrichtung 300 gemäß Ausführungsform 2 schematisch zeigt.
    • [23B] 23B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 23A.
    • [24A] 24A ist eine Draufsicht von oben, die eine Variante der Antennenvorrichtung 300 gemäß Ausführungsform 2 schematisch zeigt.
    • [24B] 24B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 24A.
    • [25A] 25A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Antennenvorrichtung (Array-Antenne) zeigt, in der eine Vielzahl von Schlitzen (Öffnungen) arrayartig angeordnet ist.
    • [25B] 25B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 25A.
    • [26A] 26A ist ein Diagramm, das ein planes Layout von Wellenleiterbaugliedern 122U und leitenden Stäben 124U auf dem ersten leitenden Bauglied 210 zeigt.
    • [26B] 26B ist ein Diagramm, das ein planes Layout von leitenden Stäben 124M, wellenleitenden Wänden 203 und Durchgangslöchern 221 auf dem zweiten leitenden Bauglied 220 zeigt.
    • [26C] 26C ist ein Diagramm, das ein planes Layout eines Wellenleiterbauglieds 122L und von leitenden Stäben 124L auf dem dritten leitenden Bauglied 230 zeigt.
    • [26D] 26D ist eine perspektivische Ansicht, die ein Abstrahlelement einer Schlitzantennenvorrichtung gemäß wiederum einer weiteren Variante der Ausführungsform 2 zeigt.
    • [26E] 26E ist ein Diagramm, das das Abstrahlelement aus 26D so illustriert, dass die Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem weiteren leitenden Bauglied 160 übertrieben ist.
    • [27A] 27A ist eine Querschnittsansicht, die eine Beispielstruktur zeigt, bei der nur eine Wellenleiterfläche 122a, die eine obere Fläche des Wellenleiterbauglieds 122 definiert, elektrisch leitend ist, während jeder andere Abschnitt des Wellenleiterbauglieds 122 außer der Wellenleiterfläche 122a nicht elektrisch leitend ist.
    • [27B] 27B ist ein Diagramm, das eine Variante zeigt, bei der das Wellenleiterbauglied 122 nicht auf dem leitenden Bauglied 120 gebildet ist.
    • [27C] 27C ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur zeigt, bei der das leitende Bauglied 120, das Wellenleiterbauglied 122 und jeder von der Vielzahl von leitenden Stäben 124 aus einer dielektrischen Oberfläche gebildet sind, die mit einem elektrisch leitenden Material wie etwa einem Metall beschichtet ist.
    • [27D] 27D ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur zeigt, bei der dielektrische Schichten 110c und 120c jeweils auf den äußersten Oberflächen von leitenden Baugliedern 110 und 120, einem Wellenleiterbauglied 122 und leitenden Stäben 124 vorgesehen sind.
    • [27E] 27E ist ein Diagramm, das eine weitere Beispielstruktur zeigt, bei der dielektrische Schichten 110c und 120c jeweils auf den äußersten Oberflächen von leitenden Baugliedern 110 und 120, einem Wellenleiterbauglied 122 und leitenden Stäben 124 vorgesehen sind.
    • [27F] 27F ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem die Höhe des Wellenleiterbauglieds 122 niedriger als die Höhe der leitenden Stäbe 124 ist und ein Abschnitt einer leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110, die zu der Wellenleiterfläche 122a entgegengesetzt ist, in Richtung des Wellenleiterbauglieds 122 absteht.
    • [27G] 27G ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem weiterhin in der Struktur aus 27F Abschnitte der leitenden Oberfläche 110a, die zu den leitenden Stäben 124 entgegengesetzt sind, in Richtung der leitenden Stäbe 124 abstehen.
    • [28A] 28A ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem eine leitende Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 als gekrümmte Oberfläche geformt ist.
    • [28B] 28B ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem auch eine leitende Oberfläche 120a des leitenden Bauglieds 120 als gekrümmte Oberfläche geformt ist.
    • [29] 29 ist ein Diagramm, das ein Eigenfahrzeug 500 und ein voraus befindliches Fahrzeug 502 auf derselben Fahrspur wie das Eigenfahrzeug 500 zeigt.
    • [30] 30 ist ein Diagramm, das ein Bordradarsystem 510 des Eigenfahrzeugs 500 zeigt.
    • [31A] 31A ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einerArray-Antenne AA des Bordradarsystems 510 und mehreren eintreffenden Wellen k zeigt.
    • [31B] 31B ist ein Diagramm, das die Array-Antenne AA zeigt, die die k-te eintreffende Welle empfängt.
    • [32] 32 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispiel-Grundkonstruktion einer Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • [33] 33 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Beispielkonstruktion für die Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 zeigt.
    • [34] 34 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine spezifischere Konstruktion der Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 zeigt.
    • [35] 35 ist ein Blockdiagramm, das eine detailliertere Beispielkonstruktion des Radarsystems 510 gemäß diesem Anwendungsbeispiel zeigt.
    • [36] 36 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Frequenz eines Sendesignals zeigt, das auf Basis des Signals moduliert ist, welches durch eine Dreieckswellen-Generierungsschaltung 581 generiert ist.
    • [37] 37 ist ein Diagramm, das eine Schwebungsfrequenz fu in einer „Anstiegs“-Periode und eine Schwebungsfrequenz fd in einer „Abfall“-Periode zeigt.
    • [38] 38 ist ein Diagramm, das eine Beispielimplementierung zeigt, bei der eine Signalverarbeitungsschaltung560 in Hardware mit einem Prozessor PR und einer Speichervorrichtung MD implementiert ist.
    • [39] 39 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen drei Frequenzen f1, f2 und f3 zeigt.
    • [40] 40 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen synthetischen Spektren F1 bis F3 auf einer komplexen Ebene zeigt.
    • [41] 41 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozedur eines Bestimmungsprozesses für relative Geschwindigkeit und Distanz zeigt.
    • [42] 42 ist ein Diagramm zu einer zusammengeführten Einrichtung, in der ein Radarsystem 510 mit einer Schlitz-Array-Antenne und ein Bordkamerasystem 700 enthalten sind.
    • [43] 43 ist ein Diagramm, das illustriert, wie das Platzieren eines Millimeterwellenradars 510 und einer Kamera an im Wesentlichen derselben Position im Fahrzeugraum ermöglichen kann, dass dieselben ein identisches Sichtfeld und eine identische Sichtlinie erfassen, wodurch ein Abgleichprozess erleichtert wird.
    • [44] 44 ist ein Diagramm, das eine Beispielkonstruktion für ein Überwachungssystem 1500 auf Basis von Millimeterwellenradar zeigt.
    • [45] 45 ist ein Blockdiagramm, das eine Konstruktion für ein digitales Kommunikationssystem 800A zeigt.
    • [46] 46 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispielkommunikationssystem 800B zeigt, das einen Sender 810B aufweist, der fähig ist, sein Funkwellenabstrahlungsmusterzu ändern.
    • [47] 47 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispielkommunikationssystem 800C zeigt, welches eine MIMO-Funktion implementiert.
  • [Beschreibung von Ausführungsformen]
  • Bevor Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden, erfolgt eine Beschreibung von Feststellungen, die die Basis der vorliegenden Offenbarung bilden.
  • Ein Rippenwellenleiter, der in den oben genannten Patentdokumenten 1 bis 3 sowie Nicht-Patentdokumenten 1 und 2 offenbart ist, ist in einer Waffeleisenstruktur vorgesehen, die zum Funktionieren als künstlicher magnetischer Leiter fähig ist. Ein Rippenwellenleiter, bei dem ein solcher künstlicher magnetischer Leiter auf Basis der vorliegenden Offenbarung genutzt wird (nachfolgend auch als WRG, Waffeleisen-Rippenwellenleiter bezeichnet), ist fähig zum Realisieren eines Antennenspeisenetzes mit niedrigen Verlusten im Mikrowellen- oder Millimeterwellenband. Außerdem erlaubt die Verwendung eines solchen Rippenwellenleiters die Anordnung von Antennenelementen mit hoher Dichte. Nachfolgend wird ein Beispiel für eine Grundkonstruktion und einen Betrieb einer solchen Wellenleiterstruktur beschrieben.
  • Ein künstlicher magnetischer Leiter ist eine Struktur, die die Eigenschaften eines perfekten magnetischen Leiters (PMC), der in der Natur nicht vorkommt, künstlich realisiert. Eine Eigenschaft eines perfekten magnetischen Leiters besteht darin, dass „ein Magnetfeld auf seiner Oberfläche eine Tangentialkomponente von null hat“. Diese Eigenschaft ist entgegengesetzt zu der Eigenschaft eines perfekten elektrischen Leiters (PEC), dass nämlich „ein elektrisches Feld auf seiner Oberfläche eine Tangentialkomponente von null hat“. Obwohl ein perfekter magnetischer Leiter in der Natur nicht vorkommt, ist er durch eine künstliche Struktur ausführbar, z.B. ein Array aus einer Vielzahl elektrisch leitender Stäbe. Ein künstlicher magnetischer Leiter ist als perfekter magnetischer Leiter in einem spezifischen Frequenzband wirksam, das durch seine Struktur definiert ist. Ein künstlicher magnetischer Leiter beschränkt oder verhindert die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle jeder Frequenz, die in dem spezifischen Frequenzband enthalten ist (ausbreitungsbeschränktes Band), entlang der Oberfläche des künstlichen magnetischen Leiters. Daher kann die Oberfläche eines künstlichen magnetischen Leiters als Oberfläche mit hoher Impedanz bezeichnet werden.
  • Bei den Wellenleitervorrichtungen, die in den Patentdokumenten 1 bis 3 und den Nicht-Patentdokumenten 1 und 2 offenbart sind, ist ein künstlicher magnetischer Leiter durch eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe realisiert, die entlang von Zeilen- und Spaltenrichtungen arrayartig angeordnet sind. Solche Stäbe sind Vorsprünge, die auch als Pfeiler oder Stifte bezeichnet werden können. Jede dieser Wellenleitervorrichtungen weist als Ganzes ein Paar entgegengesetzter elektrisch leitender Platten auf. Eine leitende Platte hat eine Rippe, die in Richtung der anderen leitenden Platte absteht, und Erstreckungen eines künstlichen magnetischen Leiters, die sich auf beiden Seiten der Rippe erstrecken. Eine obere Fläche der Rippe (d.h. ihre elektrisch leitende Fläche) ist über einen Abstand zu einer elektrisch leitenden Oberfläche der anderen leitenden Platte entgegengesetzt. Eine elektromagnetische Welle (Signalwelle) mit einer Wellenlänge, die in dem ausbreitungsbeschränkten Band des künstlichen magnetischen Leiters enthalten ist, breitet sich entlang der Rippe in dem Raum (Abstand) zwischen dieser leitenden Oberfläche und der oberen Fläche der Rippe aus.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein nicht einschränkendes Beispiel für eine Grundkonstruktion einer solchen Wellenleitervorrichtung schematisch zeigt. 1 zeigt XYZ-Koordinaten entlang der Richtungen X, Y und Z, die zueinander orthogonal sind. Die in der Figur gezeigte Wellenleitervorrichtung 100 weist ein plattenartiges elektrisch leitendes Bauglied 110 und ein plattenförmiges (plattenartiges) elektrisch leitendes Bauglied 120 auf, die sich in zueinander entgegengesetzten und parallelen Positionen befinden. Eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe 124 ist auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 arrayartig angeordnet.
  • Es wird angemerkt, dass jede in einer Figur der vorliegenden Anmeldung dargestellte Struktur in einer Ausrichtung gezeigt ist, die zur einfacheren Erläuterung gewählt ist, was ihre Ausrichtung bei tatsächlicher Ausübung einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken soll. Zudem sollen Form und Größe eines Ganzen oder eines Teils jeder Struktur, die in einer Figur gezeigt ist, ihre tatsächliche Form und Größe nicht einschränken.
  • 2A ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Querschnitts der Wellenleitervorrichtung 100 in 1, parallel zu derXZ-Ebene genommen, schematisch zeigt. Wie in 2A gezeigt, hat das leitende Bauglied 110 auf der dem leitenden Bauglied 120 zugewandten Seite eine elektrisch leitende Oberfläche 110a. Die leitende Oberfläche 110a hat eine zweidimensionale Ausdehnung entlang einer Ebene, die zu der axialen Richtung (d.h. der Z-Richtung) der leitenden Stäbe 124 orthogonal ist (d.h. einer Ebene, die zu der XY-Ebene parallel ist). Obwohl die leitende Oberfläche 110a in diesem Beispiel als glatte Ebene gezeigt ist, braucht die leitende Oberfläche 110a keine Ebene zu sein, wie später beschrieben wird.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Wellenleitervorrichtung 100 schematisch so illustriert, dass die Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem leitenden Bauglied 120 zum leichteren Verständnis übertrieben ist. In einer tatsächlichen Wellenleitervorrichtung 100, wie in 1 und 2A gezeigt, ist die Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem leitenden Bauglied 120 schmal, wobei das leitende Bauglied 110 alle leitenden Stäbe 124 auf dem leitenden Bauglied 120 überdeckt.
  • 1 bis 3 zeigen nur Abschnitte der Wellenleitervorrichtung 100. Tatsächlich erstrecken sich die leitenden Bauglieder 110 und 120, die Wellenleiterbauglieder 122 und die Vielzahl leitender Stäbe 124 aus den in den Figuren illustrierten Abschnitten heraus. An einem Ende des Wellenleiterbauglieds 122, wie später beschrieben, ist eine Drosselstruktur zum Verhindern eines Leckens elektromagnetischer Wellen in den äußeren Raum vorgesehen. Die Drosselstruktur kann beispielsweise eine Zeile aus leitenden Stäben aufweisen, die zu dem Ende des Wellenleiterbauglieds 122 benachbart sind.
  • Siehe wiederum 2A. Die Vielzahl von leitenden Stäben 124, die arrayartig auf dem leitenden Bauglied 120 angeordnet sind, haben jeweils ein führendes Ende 124a, das zu der leitenden Oberfläche 110a entgegengesetzt ist. Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel befinden sich die führenden Enden 124a der Vielzahl von leitenden Stäben 124 auf derselben Ebene. Diese Ebene definiert die Oberfläche 125 eines künstlichen magnetischen Leiters. Jeder leitende Stab 124 braucht nicht vollständig elektrisch leitend zu sein, solange er mindestens eine elektrisch leitende Schicht aufweist, die sich entlang der oberen Fläche und der Seitenfläche der stabartigen Struktur erstreckt. Diese elektrisch leitende Fläche kann zwar an der Oberflächenschicht der stabartigen Struktur angeordnet sein, jedoch kann auch die Oberflächenschicht aus einer Isolierbeschichtung oder einer Harzschicht gebildet sein, ohne dass eine elektrisch leitende Schicht auf der Oberfläche der stabartigen Struktur existiert. Zudem braucht jedes leitende Bauglied 120 nicht vollständig elektrisch leitend zu sein, solange es die Vielzahl von leitenden Stäben 124 stützen kann, um einen künstlichen magnetischen Leiter zu bilden. Von den Oberflächen des leitenden Bauglieds 120 kann eine Fläche, die die Vielzahl von leitenden Stäben 124 trägt, elektrisch leitend sein, so dass der elektrische Leiter die Oberflächen von benachbarten aus der Vielzahl von leitenden Stäben 124 elektrisch miteinander verbindet. Außerdem kann die elektrisch leitende Schicht des leitenden Bauglieds 120 mit einer Isolierbeschichtung oder einer Harzschicht bedeckt sein. Mit anderen Worten, die gesamte Kombination aus dem leitenden Bauglied 120 und der Vielzahl von leitenden Stäben 124 kann mindestens eine elektrisch leitende Schicht mit Anstiegen und Senkungen aufweisen, die zu der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 entgegengesetzt ist.
  • Auf dem leitenden Bauglied 120 ist ein rippenartiges Wellenleiterbauglied 122 zwischen der Vielzahl der leitenden Stäbe 124 vorgesehen. Spezifischer sind Erstreckungen eines künstlichen magnetischen Leiters auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds 122 vorhanden, so dass das Wellenleiterbauglied 122 sandwichartig zwischen den Erstreckungen des künstlichen magnetischen Leiters auf beiden Seiten angeordnet ist. Wie aus 3 ersichtlich, ist das Wellenleiterbauglied 122 in diesem Beispiel auf das leitende Bauglied 120 gestützt und erstreckt sich geradlinig entlang der Y-Richtung. Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel hat das Wellenleiterbauglied 122 dieselbe Höhe und Breite wie diejenigen der leitenden Stäbe 124. Wie später beschrieben wird, können jedoch Höhe und Breite des Wellenleiterbauglieds 122 auch jeweils andere Werte als die des leitenden Stabes 124 haben. Anders als die leitenden Stäbe 124 erstreckt sich das Wellenleiterbauglied 122 entlang einer Richtung (in diesem Beispiel entlang der Y-Richtung), in der elektromagnetische Wellen entlang der leitenden Oberfläche 110a zu führen sind. Ebenso braucht das Wellenleiterbauglied 122 nicht vollständig elektrisch leitend zu sein, sondern kann mindestens eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche 122a aufweisen, die zu der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 entgegengesetzt ist. Das leitende Bauglied 120, die Vielzahl von leitenden Stäben 124 und das Wellenleiterbauglied 122 können Abschnitte eines kontinuierlichen einstückigen Körpers sein. Darüber hinaus kann das leitende Bauglied 110 ebenfalls ein Abschnitt eines solchen einstückigen Körpers sein.
  • Auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds 122 erlaubt der Raum zwischen der Oberfläche 125 einer jeden Erstreckung eines künstlichen magnetischen Leiters und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 nicht die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle einer Frequenz, die innerhalb eines spezifischen Frequenzbandes liegt. Dieses Frequenzband wird als „verbotenes Band“ bezeichnet. Der künstliche magnetische Leiter ist so gestaltet, dass die Frequenz einer elektromagnetischen Welle (Signalwelle) (nachfolgend auch als „Betriebsfrequenz“ bezeichnet) zur Ausbreitung in der Wellenleitervorrichtung 100 in dem verbotenen Band enthalten ist. Das verbotene Band ist auf Basis von Folgendem einstellbar: die Höhe der leitenden Stäbe 124, d.h. die Tiefe einer jeden Vertiefung, die zwischen benachbarten leitenden Stäben 124 gebildet ist; die Breite eines jeden leitenden Stabes 124; das Intervall zwischen den leitenden Stäben 124 sowie die Größe des Abstands zwischen dem führenden Ende 124a und der leitenden Oberfläche 110a eines jeden leitenden Stabes 124.
  • Als Nächstes werden mit Bezug auf 4 Abmessungen, Form, Positionierung und dergleichen eines jeden Bauglieds beschrieben.
  • 4 ist ein Diagramm, das einen Beispiel-Abmessungsbereich eines jedes Bauglieds in der in 2A gezeigten Struktur zeigt. Die Wellenleitervorrichtung wird mindestens entweder zum Senden oder zum Empfang elektromagnetischer Wellen eines vorbestimmten Bandes verwendet (als „Betriebsfrequenzband“ bezeichnet). In der vorliegenden Spezifikation bezeichnet λo einen repräsentativen Wert für Wellenlängen im freien Raum (z.B. eine Zentralwellenlänge, die einer Mittelfrequenz in dem Betriebsfrequenzband entspricht) einer elektromagnetischen Welle (Signalwelle), die sich in einem Wellenleiter ausbreitet, welcher sich zwischen der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 und der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 erstreckt. Weiterhin bezeichnet λm eine Wellenlänge, im freien Raum, einer elektromagnetischen Welle der höchsten Frequenz in dem Betriebsfrequenzband. Das Ende eines jeden leitenden Stabes 124, das mit dem leitenden Bauglied 120 in Kontakt steht, wird als die „Wurzel“ bezeichnet. Wie in 4 gezeigt, hat jeder leitende Stab 124 das führende Ende 124a und die Wurzel 124b. Beispiele für Abmessungen, Formen, Positionierung und dergleichen der jeweiligen Bauglieder sind folgende.
  • Breite des leitenden Stabes
  • Die Breite (d.h. die Größe entlang der X-Richtung und derY-Richtung) des leitenden Stabes 124 kann auf weniger als λm/2 eingestellt sein. Innerhalb dieses Bereiches kann das Auftreten von Resonanz niedrigster Ordnung entlang derX-Richtung und der Y-Richtung verhindert werden. Da Resonanz möglicherweise nicht nur in der X- und derY-Richtung, sondern auch in jeder diagonalen Richtung in einem X-Y-Querschnitt auftreten kann, ist die diagonale Länge eines X-Y-Querschnitts des leitenden Stabes 124 bevorzugt ebenfalls kleiner als λm/2. Die unteren Grenzwerte für Breite und diagonale Länge des Stabes entsprechen den minimalen Längen, die mit dem gegebenen Fertigungsverfahren erzeugbar sind, sind jedoch nicht in besonderer Weise eingeschränkt.
  • Distanz von der Wurzel des leitenden Stabes zu der leitenden Oberfläche des leitenden Bauglieds 110
  • Die Distanz von der Wurzel 124b eines jeden leitenden Stabes 124 zu der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 kann länger als die Höhe der leitenden Stäbe 124, dabei aber kleiner als λm/2 sein. Wenn die Distanz λm/2 oder mehr beträgt, kann zwischen der Wurzel 124b eines jeden leitenden Stabes 124 und der leitenden Oberfläche 110a Resonanz auftreten, was die Wirkung der Signalwelleneindämmung verringert.
  • Die Distanz von der Wurzel 124b eines jeden leitenden Stabes 124 zu der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 entspricht der Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem leitenden Bauglied 120. Wenn sich beispielsweise eine Signalwelle von 76,5 ± 0,5 GHz (die dem Millimeterband oder dem extrem hohen Frequenzband angehört) in dem Wellenleiter ausbreitet, liegt die Wellenlänge der Signalwelle im Bereich von 3,8934 mm bis 3,9446 mm. Daher beträgt λm in diesem Fall 3,8934 mm, so dass die Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem leitenden Bauglied 120 auf weniger als eine Hälfte von 3,8934 mm eingestellt sein kann. Solange das leitende Bauglied 110 und das leitende Bauglied 120 eine so schmale Beabstandung realisieren und dabei zueinander entgegengesetzt angeordnet sind, brauchen das leitende Bauglied 110 und das leitende Bauglied 120 nicht exakt parallel zu sein. Wenn die Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem leitenden Bauglied 120 kleiner als λm/2 ist, kann außerdem die Gesamtheit oder ein Teil des leitenden Bauglieds 110 und/oder des leitenden Bauglieds 120 als gekrümmte Oberfläche geformt sein. Andererseits haben die leitenden Bauglieder 110 und 120 jeweils eine plane Form (d.h. die Form ihrer Region, senkrecht auf die XY-Ebene projiziert) und eine plane Größe (d.h. die Größe ihrer Region, senkrecht auf die XY-Ebene projiziert), die je nach Zweckbestimmung beliebig gestaltet sein können.
  • Obwohl die leitende Oberfläche 120a bei dem in 2A gezeigten Beispiel als Ebene illustriert ist, sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht darauf beschränkt. Wie in 2B gezeigt, kann es sich bei der leitenden Oberfläche 120a beispielsweise um die unteren Teile von Flächen handeln, die jeweils einen Querschnitt ähnlich einer U-Form oder einer V-Form haben. Die leitende Oberfläche 120a hat eine solche Struktur, wenn jeder leitende Stab 124 oder das Wellenleiterbauglied 122 mit einer Breite geformt ist, die sich in Richtung der Wurzel erhöht. Auch mit einer solchen Struktur kann die in 2B gezeigte Vorrichtung als die Wellenleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wirksam sein, solange die Distanz zwischen der leitenden Oberfläche 110a und der leitenden Oberfläche 120a kleiner als eine Hälfte der Wellenlänge Am ist.
  • Distanz L2 von dem führenden Ende des leitenden Stabes zu der leitenden Oberfläche
  • Die Distanz L2 von dem führenden Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 zu der leitenden Oberfläche 110a ist auf weniger als λm/2 eingestellt. Wenn die Distanz λm/2 oder mehr beträgt, kann eine Ausbreitungsmode auftreten, bei der elektromagnetische Wellen zwischen dem führenden Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 und der leitenden Oberfläche 110a hin und her bewegt sind, so dass ein Eindämmen einer elektromagnetischen Welle nicht mehr möglich ist. Es wird darauf hingewiesen, dass von der Vielzahl von leitenden Stäben 124 mindestens bei den an das Wellenleiterbauglied 122 angrenzenden die führenden Enden nicht in elektrischem Kontakt mit der leitenden Oberfläche 110a stehen. Dass das führende Ende eines leitenden Stabes nicht in elektrischem Kontakt mit der leitenden Oberfläche steht, bedeutet, wie hier verwendet, einen der folgenden Zustände: Zwischen dem führenden Ende und der leitenden Oberfläche besteht ein Luftspalt; oder das führende Ende des leitenden Stabes und die leitende Oberfläche grenzen über eine isolierende Schicht aneinander, die in dem führenden Ende des leitenden Stabes oder in der leitenden Oberfläche existieren kann.
  • Anordnung und Form der leitenden Stäbe
  • Der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten leitenden Stäben 124 aus der Vielzahl von leitenden Stäben 124 hat beispielsweise eine Breite von weniger als λm/2. Die Breite des Zwischenraums zwischen jeweils zwei benachbarten leitenden Stäben 124 ist definiert durch die kürzeste Distanz von der Oberfläche (Seitenfläche) eines der zwei leitenden Stäbe 124 zu der Oberfläche (Seitenfläche) des anderen. Diese Breite des Zwischenraums zwischen den Stäben ist so zu bestimmen, dass in den Regionen zwischen den Stäben keine Resonanz niedrigster Ordnung auftritt. Die Bedingungen, unter denen Resonanz auftritt, werden auf Basis einer Kombination aus Folgendem bestimmt: die Höhe der leitenden Stäbe 124; die Distanz zwischen jeweils zwei benachbarten leitenden Stäben sowie die Kapazität des Luftspalts zwischen dem führenden Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 und der leitenden Oberfläche 110a. Daher kann die Breite des Zwischenraums zwischen den Stäben in geeigneter Weise nach anderen Gestaltungsparametern bestimmt sein. Obwohl es keine klare Untergrenze für die Breite des Zwischenraums zwischen den Stäben gibt, kann diese zur leichteren Fertigung z.B. λm/16 oder mehr betragen, wenn eine Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle im extrem hohen Frequenzbereich erfolgen soll. Es wird darauf hingewiesen, dass der Zwischenraum keine konstante Breite zu haben braucht. Solange diese unter λm/2 bleibt, kann der Zwischenraum zwischen den leitenden Stäben 124 variieren.
  • Die Anordnung der Vielzahl von leitenden Stäben 124 ist nicht auf das illustrierte Beispiel beschränkt, solange sie eine Funktion als künstlicher magnetischer Leiter aufweist. Die Vielzahl von leitenden Stäben 124 braucht nicht in orthogonalen Zeilen und Spalten angeordnet zu sein; die Zeilen und Spalten können sich auch in anderen Winkeln als 90 Grad überschneiden. Die Vielzahl von leitenden Stäben 124 braucht kein lineares Array entlang von Zeilen oder Spalten zu bilden, sondern kann eine gestreute Anordnung haben, die keine einfache Regelmäßigkeit zeigt. Die leitenden Stäbe 124 können auch je nach der Position auf dem leitenden Bauglied 120 in Form und Größe variieren.
  • Die Oberfläche 125 des künstlichen magnetischen Leiters, die durch die führenden Enden 124a der Vielzahl von leitenden Stäben 124 gebildet ist, braucht keine exakte Ebene zu sein, sondern kann eine Ebene mit sehr kleinen Anstiegen und Senkungen oder sogar eine gekrümmte Oberfläche sein. Die leitenden Stäbe 124 brauchen keine einheitliche Höhe zu haben, vielmehr können die leitenden Stäbe 124 verschieden sein, solange das Array aus leitenden Stäben 124 als künstlicher magnetischer Leiter funktionsfähig ist.
  • Jeder leitende Stab 124 braucht keine Prismenform zu haben, wie in der Figur gezeigt, sondern kann beispielsweise auch zylindrische Form haben. Außerdem braucht jeder leitende Stab 124 keine einfache Säulenform zu haben. Der künstliche magnetische Leiter kann auch durch jede andere Struktur als durch ein Array aus leitenden Stäben 124 realisiert sein, und verschiedene künstliche magnetische Leiter sind für die Wellenleitervorrichtung der vorliegenden Offenbarung anwendbar. Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn das führende Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 Prismenform hat, seine diagonale Länge bevorzugt weniger als λm/2 beträgt. Wenn das führende Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 als Ellipse geformt ist, beträgt die Länge ihrer großen Achse bevorzugt weniger als λm/2. Auch bei jeder anderen Form des führenden Endes 124a beträgt die Abmessung darüber auch an der längsten Position bevorzugt weniger als λm/2.
  • Die Höhe eines jeden leitenden Stabes 124 (insbesondere der leitenden Stäbe 124, die zu dem Wellenleiterbauglied 122 benachbart sind), d.h. die Länge von der Wurzel 124b zu dem führenden Ende 124a, kann auf einen Wert eingestellt sein, der kürzer als die Distanz (d.h. kleiner als λm/2) zwischen der leitenden Oberfläche 110a und der leitenden Oberfläche 120a ist, z.B. λo/4.
  • Breite der Wellenleiterfläche
  • Die Breite der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122, d.h. die Größe der Wellenleiterfläche 122a entlang einer Richtung, die orthogonal zu der Richtung ist, in der sich das Wellenleiterbauglied 122 erstreckt, kann auf weniger als λm/2 (z.B. λo/8) eingestellt sein. Wenn die Breite der Wellenleiterfläche 122a λm/2 oder mehr beträgt, tritt Resonanz entlang der Breitenrichtung auf, was bei jedem WRG ein Funktionieren als einfache Übertragungsleitung verhindert.
  • Höhe des Wellenleiterbauglieds
  • Die Höhe des Wellenleiterbauglieds 122 (d.h. bei dem in der Figur gezeigten Beispiel die Größe entlang der Z-Richtung) ist auf weniger als λm/2 eingestellt. Der Grund hierfür ist, dass bei einer Distanz von λm/2 oder mehr die Distanz zwischen der Wurzel 124b eines jeden leitenden Stabes 124 und der leitenden Oberfläche 110a λm/2 oder mehr beträgt. Ebenso ist die Höhe eines jeden leitenden Stabes 124 (insbesondere eines leitenden Stabes 124, der zu dem Wellenleiterbauglied 122 benachbart ist) ebenfalls auf weniger als λm/2 eingestellt.
  • Distanz L1 zwischen der Wellenleiterfläche und der leitenden Oberfläche
  • Die Distanz L1 zwischen der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 und der leitenden Oberfläche 110a ist auf weniger als λm/2 eingestellt. Wenn die Distanz λm/2 oder mehr beträgt, tritt Resonanz zwischen der Wellenleiterfläche 122a und der leitenden Oberfläche 110a auf, was eine Funktionalität als Wellenleiter verhindert. In einem Beispiel beträgt die Distanz L1 λm/4 oder weniger. Um eine einfache Fertigung zu gewährleisten, beträgt die Distanz L1 bevorzugt beispielsweise λm/16 oder mehr, wenn sich eine elektromagnetische Welle im extrem hohen Frequenzbereich ausbreiten soll.
  • Die Untergrenze der Distanz L1 zwischen der leitenden Oberfläche 110a und der Wellenleiterfläche 122a sowie die Untergrenze der Distanz L2 zwischen der leitenden Oberfläche 110a und dem führenden Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 sind abhängig von der Bearbeitungsgenauigkeit und auch von der Genauigkeit beim Montieren der zwei oberen/unteren leitenden Bauglieder 110 und 120 in der Weise, dass sie um eine konstante Distanz voneinander entfernt sind. Bei Verwendung einer Presstechnik oder einer Spritztechnik beträgt die praktische Untergrenze der genannten Distanz circa 50 Mikrometer (µm). Im Fall der Verwendung einer MEMS-Technik (mikro-elektromechanisches System) zur Herstellung eines Produktes z.B. im Terahertzbereich beträgt die Untergrenze für die genannte Distanz circa 2 bis circa 3 µm.
  • In der Wellenleitervorrichtung 100 mit der oben beschriebenen Konstruktion kann sich eine Signalwelle mit der Betriebsfrequenz nicht in dem Raum zwischen der Oberfläche 125 des künstlichen magnetischen Leiters und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 ausbreiten, sondern breitet sich in dem Raum zwischen der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 aus. Anders als bei einem Hohlwellenleiter braucht die Breite des Wellenleiterbauglieds 122 in einer solchen Wellenleiterstruktur nicht gleich oder größer zu sein als eine Hälfte der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle, deren Ausbreitung erfolgen soll. Zudem brauchen das leitende Bauglied 110 und das leitende Bauglied 120 nicht durch eine Metallwand miteinander verbunden zu sein, die sich entlang der Dickenrichtung (d.h. parallel zu derYZ-Ebene) erstreckt.
  • 5A zeigt schematisch eine elektromagnetische Welle, die sich in einem schmalen Raum, d.h. einem Abstand zwischen der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110, ausbreitet. In 5A zeigen drei Pfeile schematisch die Ausrichtung eines elektrischen Feldes der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle an. Das elektrische Feld der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle steht zu der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 und zu der Wellenleiterfläche 122a senkrecht.
  • Auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds 122 befinden sich Erstreckungen eines künstlichen magnetischen Leiters, die durch die Vielzahl von leitenden Stäben 124 erzeugt sind. Eine elektromagnetische Welle breitet sich in dem Abstand zwischen der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 aus. 5A ist schematisch und stellt die Größenordnung eines elektromagnetischen Feldes, das tatsächlich durch die elektromagnetische Welle zu erzeugen ist, nicht genau dar. Ein Teil der elektromagnetischen Welle (elektromagnetisches Feld), der sich in dem Raum über der Wellenleiterfläche 122a ausbreitet, kann eine seitliche Ausdehnung aus dem Raum heraus haben, der durch die Breite der Wellenleiterfläche 122a umgrenzt ist (d.h. dorthin, wo der künstliche magnetische Leiter vorhanden ist). In diesem Beispiel breitet sich die elektromagnetische Welle in einer Richtung (d.h. der Y-Richtung) aus, die zu der Ebene aus 5A senkrecht steht. Als solches braucht sich das Wellenleiterbauglied 122 nicht linearentlang derY-Richtung zu erstrecken, sondern kann eine beziehungsweise mehrere Biegungen und/oder einen beziehungsweise mehrere Verzweigungsabschnitte, nicht gezeigt, aufweisen. Da die elektromagnetische Welle sich entlang der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 ausbreitet, würde sich die Ausbreitungsrichtung an einer Biegung ändern, während die Ausbreitungsrichtung an einem Verzweigungsabschnitt sich in mehrere Richtungen gabeln würde.
  • In der Wellenleiterstruktur aus 5A existiert keine Metallwand (elektrische Wand), die für einen Hohlwellenleiter unerlässlich wäre, auf beiden Seiten der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle. Daher ist in der Wellenleiterstruktur aus diesem Beispiel „eine Beschränkung aufgrund einer Metallwand (elektrischen Wand)“ nicht in den Grenzbedingungen für die elektromagnetische Feldmode enthalten, die durch die sich ausbreitende elektromagnetische Welle zu erzeugen ist, und die Breite (Größe entlang der X-Richtung) der Wellenleiterfläche 122a ist kleiner als eine Hälfte der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle.
  • Als Referenz zeigt 5B schematisch einen Querschnitt eines Hohlwellenleiters 130. Durch Pfeile zeigt 5B schematisch die Ausrichtung eines elektrischen Feldes einer elektromagnetischen Feldmode (TE10), die in dem inneren Raum 132 des Hohlwellenleiters 130 erzeugt ist. Die Längen der Pfeile entsprechen elektrischen Feldstärken. Die Breite des inneren Raums 132 des Hohlwellenleiters 130 muss breiter als eine Hälfte der Wellenlänge eingestellt sein. Anders ausgedrückt, kann die Breite des inneren Raums 132 des Hohlwellenleiters 130 nicht kleiner eingestellt sein als eine Hälfte der Wellenlänge der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle.
  • 5C ist eine Querschnittsansicht, die eine Implementierung zeigt, bei derzwei Wellenleiterbauglieder 122 auf dem leitenden Bauglied 120 vorgesehen sind. Somit existiert zwischen den zwei benachbarten Wellenleiterbaugliedern 122 ein künstlicher magnetischer Leiter, der durch die Vielzahl von leitenden Stäben 124 erzeugt ist. Genauer gesagt, befinden sich Erstreckungen eines künstlichen magnetischen Leiters, der durch die Vielzahl von leitenden Stäben 124 erzeugt ist, auf beiden Seiten eines jeden Wellenleiterbauglieds 122, so dass jedes Wellenleiterbauglied 122 unabhängig eine elektromagnetische Welle ausbreiten kann.
  • Als Referenz zeigt 5D schematisch einen Querschnitt einer Wellenleitervorrichtung, bei der zwei Hohlwellenleiter 130 nebeneinander angeordnet sind. Die beiden Hohlwellenleiter 130 sind elektrisch voneinander isoliert. Jeder Raum, in dem sich eine elektromagnetische Welle ausbreiten soll, muss von einer Metallwand umgeben sein, die den jeweiligen Hohlwellenleiter 130 definiert. Daher kann das Intervall zwischen den inneren Räumen 132, in denen elektromagnetische Wellen sich ausbreiten sollen, nicht kleiner gestaltet sein als eine Gesamtdicke von zwei Metallwänden. Gewöhnlich ist eine Gesamtdicke von zwei Metallwänden länger als eine Hälfte der Wellenlänge einer sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle. Das Intervall zwischen den Hohlwellenleitern 130 (d.h. das Intervall zwischen ihren Mitten) kann daher nur schwer kürzer als die Wellenlänge einer sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle sein. Insbesondere bei elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen im extrem hohen Frequenzbereich (d.h. Wellenlänge der elektromagnetischen Welle: 10 mm oder kleiner) oder noch kürzeren Wellenlängen ist es schwierig, eine Metallwand zu bilden, die im Verhältnis zur Wellenlänge ausreichend dünn ist. Bei einer gewerblich praktikablen Implementierung stellt dies ein Kostenproblem dar.
  • Dagegen kann mit einer Wellenleitervorrichtung 100, die einen künstlichen magnetischen Leiter aufweist, leicht eine Struktur realisiert werden, bei der Wellenleiterbauglieder 122 nah aneinander angeordnet sind. Somit ist eine solche Wellenleitervorrichtung 100 zur Verwendung in einer Array-Antenne geeignet, die mehrere Antennenelemente in einer engen Anordnung aufweist.
  • Beim Konstruieren einer klein bemessenen Array-Antenne unter Verwendung der oben genannten WRG-Struktur ist es wichtig, zu berücksichtigen, wie jedes Antennenelement gespeist werden soll. Der Bereich der Fläche, auf der die Antennenelemente vorgesehen werden, ist auf Basis der Installationsstelle und der erforderlichen Antennencharakteristik zu bestimmen. Mit der Verringerung des Bereiches der Fläche, auf der die Antennenelemente vorgesehen sind, aufgrund von Einschränkungen im Zusammenhang mit der Installationsstelle und dergleichen wird die notwendige Speisung eines jeden Antennenelementes über den Wellenleiter schwierig zu erreichen.
  • Um die gewünschte Speisung in jedes Antennenelement innerhalb eines begrenzten Raums zu erreichen, wäre ein eindimensionaler Rippenwellenleiter, wie er in 3 gezeigt ist, oder jeder zweidimensionale Rippenwellenleiter unzureichend, und es ist die Konstruktion eines dreidimensionalen Netzwerks aus Speisungswegen notwendig (d.h. eines solchen mit mehreren Ebenen). Dabei ist es von Bedeutung, wie die Wellenleiter in unterschiedlichen Schichten miteinander zu verbinden sind. In der vorliegenden Spezifikation bedeutet eine „Schicht“ einen zwischen zwei entgegengesetzten leitenden Baugliedern eingefügten laminaren Raum, der eine Region enthält, in der sich elektromagnetische Wellen ausbreiten können. Beispielsweise entspricht der Raum zwischen dem ersten leitenden Bauglied 110 und dem zweiten leitenden Bauglied 120, die in 3 gezeigt sind, einer „Schicht“.
  • Das Patentdokument 1 offenbart einen Phasenschieber mit einer mehrschichtigen Wellenleiterstruktur. Diese Struktur wird nun beschrieben, wobei als Referenz auf Figuren zurückgegriffen wird, die in Patentdokument 1 offenbart sind.
  • 6A ist eine perspektivische Ansicht, die die Wellenleiterstruktur eines Phasenschiebers zeigt, der in 7 aus Patentdokument 1 gezeigt ist. Dieser Phasenschieber weist einen oberen Leiter 23 mit einem Durchgangsloch 27b und einen unteren Leiter 22 mit einem Durchgangsloch 27a auf. Der untere Leiter 22 weist eine Rippe 25, die sich entlang der Z-Richtung erstreckt, und eine Vielzahl von säulenartigen Vorsprüngen (Stäben) 24 um sie herum auf. Das Durchgangsloch 27b und das Durchgangsloch 27a sind an Positionen vorgesehen, die entlang der Z-Richtung voneinander entfernt liegen.
  • 6B ist eine Querschnittsansicht, die die Wellenleiterstruktur eines Phasenschiebers zeigt, der in 8 aus Patentdokument 1 gezeigt ist. Dieser Phasenschieber hat eine Struktur, die zwei Phasenschieber kombiniert, wie in 6A gezeigt. 6B zeigt einen entlang der Rippen 25a und 25b genommenen Querschnitt einer Struktur, bei der die Leiter 22a und 22b von zwei Phasenschiebern aneinander platziert sind. In diesem Phasenschieber breiten sich elektromagnetische Wellen über die Durchgangslöcher 27ba, 27aa, 27ab und 27bb entlang eines Weges A-A aus, der in der Figur gezeigt ist. Wenn die Leiter 22a und 22b in Richtung der Pfeilspitzen 30 in der Figur verschoben werden, unterliegt eine elektromagnetische Welle, die durch die Durchgangslöcher 27ba, 27aa, 27ab und 27bb passiert, Phasenveränderungen. Somit kann dies als variabler Phasenschieber wirksam sein.
  • Bei der in 6A und 6B gezeigten Konstruktion sind ein Rippenwellenleiter der oberen Schicht und ein Rippenwellenleiter der unteren Schicht über die Durchgangslöcher miteinander verbunden. In der Nähe jedes Durchgangslochs ist eine Drosselstruktur 28, 29 vorgesehen, die eine Spitze einer Rippe und eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist. Infolgedessen werden Hochfrequenz-Energieverluste unterdrückt, und elektromagnetische Wellen können über die Durchgangslöcher effizient zwischen den unterschiedlichen Schichten übertragen werden.
  • Mit der obigen Konstruktion ist ein dreidimensionales Netz aus Speisungswegen realisierbar. Andererseits kann es in manchen Anwendungen notwendig sein, eine Speisung unter Auslassung einer oder mehrerer Schichten zu erreichen. Wenn beispielsweise in einer mittleren Schicht ein weiterer Wellenleiter oder eine Kamera oder andere Strukturen vorgesehen werden müssen, muss eine Speisung über diese Schicht hinaus erreicht werden. Eine solche Konstruktion kann beispielsweise in dem Fall verwendet werden, in dem separat ein Speisungsweg als Verbindung zu Sendeantennenelementen und ein Speisungsweg als Verbindung zu Empfangsantennenelementen vorzusehen sind; in dem Fall, dass ein Radarsystem mit Kameras konstruiert werden soll; und so weiter. In einem solchen Fall gab es bislang keine bekannte Struktur, die das Übertragen von elektromagnetischen Wellen unter Auslassung einer beziehungsweise mehrerer Zwischenschichten erlaubt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt eine neuartige Wellenleiterstruktur bereit, die die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle über drei oder mehr Schichten erlaubt.
  • Im Folgenden werden spezifischere Beispielkonstruktionen für Wellenleitervorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass unnötig ausführliche Beschreibungen weggelassen sein können. Beispielsweise sind ausführliche Beschreibungen technisch bekannter Sachverhalte oder redundante Beschreibungen von im Wesentlichen gleichen Ausbildungen möglicherweise weggelassen. Hierdurch soll eine übermäßig lange Beschreibung vermieden und dem Fachmann das Verständnis erleichtert werden. Die beigefügten Zeichnungen und die folgende Beschreibung, die von den Erfindern vorgelegt werden, um dem Fachmann ein ausreichendes Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen, sollen den Umfang der Ansprüche nicht einschränken. In der vorliegenden Spezifikation sind identische oder ähnliche Bestandteile mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
  • <Ausführungsform 1: Wellenleitervorrichtung>
  • 7A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt einer Wellenleitervorrichtung 200 gemäß einer illustrativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schematisch zeigt. Die Wellenleitervorrichtung 200 weist ein erstes leitendes Bauglied 210 und ein zweites leitendes Bauglied 220 auf. Das erste leitende Bauglied 210 und das zweite leitende Bauglied 220 sind an einem Umfangsabschnitt, nicht dargestellt, aneinander fixiert, so dass sie über einen Abstand zueinander entgegengesetzt sind. 7A zeigt XYZ-Koordinaten entlang der Richtungen X, Y und Z, die zueinander orthogonal sind. Das erste leitende Bauglied 210 und das zweite leitende Bauglied 220 erstrecken sich entlang der XY-Ebene. Um den in 7A gezeigten Abschnitt kann die Wellenleitervorrichtung 200 eine WRG-Struktur ähnlich derjenigen der Wellenleitervorrichtung 100 haben, die mit Bezug auf 1 bis 4 beschrieben ist. Mit einer solchen Struktur kann beispielsweise ermöglicht werden, dass entweder die Sendewelle oder die Empfangswelle sich entlang der vertikalen Richtung (der Richtung der Z-Achse) über das Durchgangsloch 211 in dem ersten leitenden Bauglied 210 ausbreitet, während eine Ausbreitung der anderen über die WRG-Struktur in dem Umfangsabschnitt ermöglicht wird. Die elektromagnetische Welle, die sich entlang der vertikalen Richtung über das Durchgangsloch 211 in dem ersten leitenden Bauglied 210 ausgebreitet hat, kann weiterhin durch die WRG-Struktur in der anderen Schicht ausgebreitet werden, wie später beschrieben wird.
  • 7B ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des in 7A gezeigten ersten leitenden Bauglieds 210 das auf der zu dem zweiten leitenden Bauglied 220 entgegengesetzten Seite illustriert. Das erste leitende Bauglied 210 und die innere Wand des ersten Durchgangslochs 211 haben beide eine elektrisch leitende Oberfläche.
  • 7C ist eine perspektivische Ansicht, die die in 7A gezeigte Struktur des zweiten leitenden Bauglieds 220 auf der zu dem ersten leitenden Bauglied 210 entgegengesetzten Seite illustriert. Das zweite leitende Bauglied 220 weist ein zweites Durchgangsloch 221, ein Paar wellenleitender Wände (Vorsprünge), zwischen denen der zentrale Abschnitt des zweiten Durchgangsloche 221 eingefügt ist, und eine Vielzahl von leitenden Stäben 124 auf, die das Paar wellenleitender Wände 203 umgeben. Das Paar wellenleitender Wände 203 ist entlang der Y-Richtung angeordnet. Die Vielzahl leitender Stäbe 124 ist in einem Matrix-Array entlang der X-Richtung und der Y-Richtung angeordnet. Es wird angemerkt, dass die Vielzahl von leitenden Stäben 124 kein lineares Array entlang von Zeilen oder Spalten zu bilden braucht, sondern eine gestreute Anordnung haben kann, die keine einfache Regelmäßigkeit zeigt. Die innere Wand des Durchgangslochs 221, das Paar wellenleitender Wände 203 und die Vielzahl von leitenden Stäben 124 haben eine elektrisch leitende Oberfläche.
  • 7D ist eine Draufsicht von oben, die die Struktur des zweiten leitenden Bauglieds 220 aus der +Z-Richtung illustriert. In 7D ist zum leichteren Verständnis nur das Paar wellenleitender Wände 203 schraffiert gezeigt. In den folgenden Figuren kann in ähnlicher Weise nur das Paar wellenleitender Wände 203 schraffiert gezeigt sein. In der vorliegenden Ausführungsform hat die Öffnung des zweiten Durchgangslochs 221 einen lateralen Abschnitt 221T, der sich in einer ersten Richtung erstreckt (in dem Beispiel aus 7D in der X-Richtung), und ein Paar vertikaler Abschnitte 221L, die sich von entgegengesetzten Enden des lateralen Abschnitts in einer Richtung erstrecken, die die erste Richtung schneidet. Die entgegengesetzten Enden des lateralen Abschnitts 221T sind mit zentralen Abschnitten des Paars vertikaler Abschnitte 221L verbunden. Eine solche Form ist dem Buchstaben „H“ ähnlich und kann daher als „H-Form“ bezeichnet werden. In der vorliegenden Ausführungsform hat das erste Durchgangsloch 211 ebenfalls dieselbe H-Form. Wie in der vorliegenden Spezifikation verwendet, soll der Ausdruck „lateraler Abschnitt“ die Stellung einer Wellenleitervorrichtung oder Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung in tatsächlicher Verwendung nicht einschränken. Die Richtung, in der sich der laterale Abschnitt eines jeden Durchgangslochs erstreckt, kann mit der horizontalen Richtung zusammenfallen oder mit der vertikalen Richtung oder einer schrägen Richtung zusammenfallen.
  • Die innere Wandoberfläche eines jeden Durchgangslochs 211, 221 hat zwei Vorsprünge, die einwärts abstehen. Der Abschnitt zwischen den zwei Vorsprüngen entspricht dem lateralen Abschnitt 221T. Obwohl der vertikale Abschnitt 221L in dem Beispiel aus 7D so illustriert ist, dass er sich senkrecht zu dem lateralen Abschnitt 221T erstreckt, braucht er sich nicht senkrecht dazu zu erstrecken. Eine solche Öffnungsform kann als „Doppelvorsprungsform“ bezeichnet werden. Obwohl der laterale Abschnitt 221T der H-Form in dem Beispiel aus 7D als parallel zu der Richtung der X-Achse illustriert ist, kann der laterale Abschnitt 221T in Bezug auf die Richtung der X-Achse geneigt sein.
  • Das H-förmige Durchgangsloch 221 ist so gestaltet, dass eine Länge, die das Doppelte der Länge entlang des lateralen Abschnitts 221T / vertikalen Abschnitts 221L von dem Mittelpunkt des lateralen Abschnitts 221T zu einem der beiden Enden eines vertikalen Abschnitts 221L beträgt, gleich oder größer als λo/2 ist. Infolgedessen ist die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle entlang der Seitenflächen des Paars der Vorsprünge und des Paars wellenleitender Wände 203 möglich. Die Verwendung einer H-Form für jedes Durchgangsloch 211, 221 lässt eine Reduzierung der Größe der Öffnung in der Richtung entlang des lateralen Abschnitts 203T zu.
  • Wie später beschrieben wird, kann das Durchgangsloch 211, 221 eine andere Form als eine H-Form haben. Beispielsweise kann es so geformt sein, dass es nur einen lateralen Abschnitt aufweist, der sich entlang der X-Richtung erstreckt (wobei diese Form im Folgenden als „I-Form“ bezeichnet sein kann). Das erste Durchgangsloch 211 und das zweite Durchgangsloch 221 sind in der Form möglicherweise nicht identisch. Formen, Größen und Positionierung des ersten Durchgangslochs 211 und des zweiten Durchgangslochs 221 sind frei wählbar, solange eine Ausbreitung elektromagnetischer Wellen dazwischen möglich ist. Der laterale Abschnitt des ersten Durchgangslochs 211 und der laterale Abschnitt des zweiten Durchgangslochs 221 brauchen sich nicht in identischer Richtung zu erstrecken. Es genügt, wenn ein Querschnitt mindestens entweder des ersten Durchgangslochs 211 oder des zweiten Durchgangslochs 221 einen lateralen Abschnitt hat, der sich entlang der ersten Richtung erstreckt, wobei dieser Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung genommen ist.
  • Entlang der axialen Richtung eines jeden Durchgangslochs 211, 221 gesehen (die in dem Beispiel aus 7D die Z-Richtung ist), ist das Paar wellenleitender Wände 203 entlang einer zweiten Richtung angeordnet (in dem Beispiel aus 7D in derY-Richtung), die die erste Richtung schneidet, und liegt auf entgegengesetzten Seiten des zentralen Abschnitts des lateralen Abschnitts 221T. Das Paar wellenleitender Wände 203 ist von der Vielzahl leitender Stäbe 124 umgeben, so dass die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem ersten Durchgangsloch 211 und dem zweiten Durchgangsloch 221 ermöglicht wird. Jede aus dem Paar wellenleitender Wände 203 hat die gleiche Form wie jeder leitende Stab 124. Alternativ kann jede wellenleitende Wand 203 sich in der Form von jedem leitenden Stab 124 unterscheiden.
  • 7E ist ein Diagramm, das einen Querschnitt entlang der Linie E-E in 7D zeigt. 7E zeigt schematisch einen Querschnitt der Wellenleitervorrichtung 200, der parallel zu der YZ-Ebene und durch die Mitten der Durchgangslöcher 211 und 221 genommen ist. Das Paar wellenleitender Wände 203, die Vielzahl leitender Stäbe 124 und das zweite leitende Bauglied 220 können jeweils aus diskreten Teilen zusammengesetzt sein oder zusammen ein einziges verbundenes Teil bilden. In dem Fall, dass diese Bestandteile miteinander zu einem einzigen Teil verbunden sind, bestehen keine klaren Begrenzungen zwischen den Bestandteilen; zum leichteren Verständnis sind jedoch in 7E und nachfolgenden Figuren durch Linien Begrenzungen zwischen Bestandteilen angezeigt.
  • Wie in 7E gezeigt, sind die oberen Oberflächen (oberen Flächen) des Paars wellenleitender Wände 203 auf dem zweiten leitenden Bauglied 220 über einen Abstand zu der leitenden Oberfläche 210a des ersten leitenden Bauglieds 210 entgegengesetzt. Die entgegengesetzten Seitenflächen des Paars wellenleitender Wände 203 sind mit der inneren Wandoberfläche des zweiten Durchgangslochs 221 verbunden. Eine solche Struktur erlaubt die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle entlang der Z-Richtung, wobei sie der inneren Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs 211, den zwei entgegengesetzten Seitenflächen der wellenleitenden Wände 203 und der inneren Wandoberfläche des zweiten Durchgangslochs 221 folgt. Die Seitenfläche einer jeden wellenleitenden Wand 203 kann über einen gestuften Abschnitt mit der inneren Wandoberfläche des zweiten Durchgangslochs 221 in Verbindung stehen.
  • Das erste Durchgangsloch 211 erstreckt sich entlang einer Achse 211a durch das erste leitende Bauglied 210. Die Achse 211a wird als „Achse des ersten Durchgangslochs“ bezeichnet. Das zweite Durchgangsloch 221 erstreckt sich entlang einer Achse 221a durch das zweite leitende Bauglied 220. Die Achse 221a wird als „Achse des zweiten Durchgangslochs“ bezeichnet. Das zweite Durchgangsloch 221 ist so angeordnet, dass es, entlang der axialen Richtung des ersten Durchgangslochs 211 gesehen, eine Überlappung mit dem ersten Durchgangsloch 211 aufweist. Wie hier verwendet, schließt „Überlappung“ nicht nur eine vollständige Überlappung, sondern auch jede teilweise Überlappung ein. Anders ausgedrückt: Wenn das erste Durchgangsloch 221 in der Richtung der Achse 211a von der Seite gesehen wird, auf der das zweite leitende Bauglied 220 nicht vorgesehen ist, überlappen sich das erste Durchgangsloch 211 und das zweite Durchgangsloch 221 mindestens teilweise.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die leitende Oberfläche 210a des ersten leitenden Bauglieds 210 plan. Das erste Durchgangsloch 211 erstreckt sich senkrecht zu der leitenden Oberfläche 210a durch das erste leitende Bauglied 210. Das zweite Durchgangsloch 221 erstreckt sich entlang der axialen Richtung des ersten Durchgangslochs 221a durch das zweite leitende Bauglied 220. Anders ausgedrückt, fallen die Achse 211a des ersten Durchgangslochs 211 und die Achse 221a des zweiten Durchgangslochs 221 zusammen. Die Achsen 211a und 221a können jedoch, ohne auf eine solche Konstruktion beschränkt zu sein, auch leicht versetzt sein. Außerdem können die Richtungen der Achsen 211a und 221a in Bezug auf die Z-Achse leicht geneigt sein.
  • In der vorliegenden Ausführungsform haben das erste Durchgangsloch 211, jede wellenleitende Wand 203 sowie die innere Wand des zweiten Durchgangslochs 221 jeweils eine X-Y-Querschnittsform, die unabhängig von der Position entlang der Z-Richtung unveränderlich ist. Ohne jedoch auf eine solche Implementierung begrenzt zu sein, kann stattdessen ein Durchgangsloch oder eine wellenleitende Wand verwendet werden, deren X-Y-Querschnittsform an unterschiedlichen Positionen entlang der Z-Richtung variiert.
  • Ähnlich wie jedes andere Bauglied, braucht jede wellenleitende Wand 203 nicht zur Gänze elektrisch leitend zu sein, solange mindestens die Oberfläche derselben aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist. Das Paar wellenleitender Wände 203 ist so positioniert, dass mindestens ein Abschnitt des Raums zwischen dem ersten Durchgangsloch 211 und dem zweiten Durchgangsloch 221 dazwischen eingefügt ist. Das Paar wellenleitender Wände 203 kann jede beliebige Struktur haben, solange sie die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen zwischen dem ersten Durchgangsloch 211 und dem zweiten Durchgangsloch 221 erlaubt.
  • Die Wellenleitervorrichtung 200 wird zur Ausbreitung elektromagnetischer Wellen eines Bandes mit einer Zentralwellenlänge λo und einer kürzesten Wellenlänge λm im freien Raum verwendet. Die Wellenlänge λo kann beispielsweise eine Wellenlänge im Millimeterwellenband sein (gleich oder größer als 1 mm und kleiner als 10 cm) und beträgt in der vorliegenden Ausführungsform circa 4 mm. Die Höhe jeder wellenleitenden Wand ist kleiner als λm/2. Weiter bevorzugt, ist eine Summe aus der Höhe einerjeden wellenleitenden Wand 203 und der Länge des Abstands zwischen jeder wellenleitenden Wand 203 und der leitenden Oberfläche 210a kleiner als λm/2 eingestellt. Wie hier verwendet, bedeutet die „Höhe einer wellenleitenden Wand 203“ die Distanz von dem Abschnitt (der Wurzel) der wellenleitenden Wand 203, der mit dem zweiten leitenden Bauglied 220 verbunden ist, zu der oberen Oberfläche der wellenleitenden Wand 203. Die „Länge des Abstands“ bedeutet die Länge des Abstands entlang der Z-Richtung.
  • Wie später beschrieben wird, kann jede wellenleitende Wand 203 in einen ersten Abschnitt, der mit dem ersten leitenden Bauglied 210 verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt geteilt sein, der mit dem zweiten leitenden Bauglied 220 verbunden ist. In diesem Fall ist eine Summe aus der Höhe des ersten Abschnitts und der Höhe des zweiten Abschnitts der wellenleitenden Wand 203 als die Höhe der wellenleitenden Wand 203 definiert.
  • Indem sichergestellt wird, dass die Höhe einer jeden wellenleitenden Wand 203 kleiner als λm/2 ist, kann eine Reflexion von Signalwellen, die durch die wellenleitende Wand 203 passieren, unterdrückt werden, wodurch eine effiziente Ausbreitung von Signalwellen erreicht werden kann. Die vorliegende Ausführungsform bietet den Vorteil einer leichten Fertigung, da zwischen jeder wellenleitenden Wand 203 und der leitenden Oberfläche 210a ein Abstand besteht, so dass es nicht notwendig ist, einen Kontakt dazwischen sicherzustellen.
  • Die Dicke einer jeden wellenleitenden Wand 203 an ihrer oberen Oberfläche, entlang der Y-Richtung (zweiten Richtung) genommen, ist kleiner als λm/2. Diese Bedingung besteht, um zu verhindern, dass Resonanz der niedrigsten Ordnung an der oberen Oberfläche der wellenleitenden Wand 203 auftritt. Dies beschränkt ein Lecken elektromagnetischer Wellen außerhalb der wellenleitenden Wand.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Höhe einer jeden wellenleitenden Wand 203 gleich der Höhe der umgebenden leitenden Stäbe 124. Daher können das Paar wellenleitender Wände 203 und die Vielzahl leitender Stäbe 124 auf dem zweiten leitenden Bauglied 220 durch ein einfaches Verfahren gebildet sein. Diese Implementierung ist jedoch nicht einschränkend; die Höhe einer jeden wellenleitenden Wand 203 kann sich von der Höhe eines jeden leitenden Stabes 124 unterscheiden.
  • 8A ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Beispielkonstruktion für ein Paar wellenleitender Wände 203 zeigt. In diesem Beispiel hat jede aus dem Paar wellenleitender Wände 203 zwei geteilte Abschnitte. Die zwei Abschnitte sind ein erster Abschnitt 203a, der mit dem ersten leitenden Bauglied 210 verbunden ist, und ein zweiter Abschnitt 203b, der mit dem zweiten leitenden Bauglied 220 verbunden ist. In diesem Beispiel ist die Höhe des ersten Abschnitts 203a einer jeden wellenleitenden Wand kleiner als die des zweiten Abschnitts 203b. Zwischen dem ersten Abschnitt 203a und dem zweiten Abschnitt 203b besteht ein Abstand. Die Dicke an der oberen Oberfläche eines jeden von dem ersten Abschnitt 203a und dem zweiten Abschnitt 203b einer jeden wellenleitenden Wand 203, entlang der Y-Richtung genommen, ist kleiner als λm/2.
  • 8B ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt. In diesem Beispiel ist die Höhe des ersten Abschnitts 203a einer jeden wellenleitenden Wand 203 größer als die des zweiten Abschnitts 203b. Auch in diesem Beispiel besteht ein Abstand zwischen dem ersten Abschnitt 203a und dem zweiten Abschnitt 203b. Die Dicke an der oberen Oberfläche eines jeden von dem ersten Abschnitt 203a und dem zweiten Abschnitt 203b einer jeden wellenleitenden Wand 203, entlang der Y-Richtung genommen, ist kleiner als λm/2 eingestellt. Um das Lecken elektromagnetischer Wellen weiter zu verringern, beträgt eine Summe aus der Dicke einer jeden wellenleitenden Wand 203 an ihrer oberen Oberfläche, der halben Breite des Raums zwischen jeder wellenleitenden Wand 203 und einem leitenden Stab 124 sowie einer Länge, die sich aus der Subtraktion der Höhe des zweiten Abschnitts 203b der wellenleitenden Wand 203 von der Höhe des leitenden Stabes 124 ergibt (d.h. der Längen der in 8B gezeigten Pfeile) weniger als λm/2. Infolgedessen kann das Auftreten einer Resonanz der niedrigsten Ordnung in der Region von der Mündung des Abstands einer jeden wellenleitenden Wand zu dem führenden Ende des leitenden Stabes 124 verhindert werden.
  • 8C ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt. In diesem Beispiel sind entgegengesetzte Enden einer jeden wellenleitenden Wand 203 jeweils mit dem ersten leitenden Bauglied 210 und dem zweiten leitenden Bauglied 220 verbunden. In diesem Beispiel ist eine Summe aus der Höhe einer jeden wellenleitenden Wand 203, der Dicke des ersten leitenden Bauglieds 210 und der Dicke des zweiten leitenden Bauglieds 220 so gestaltet, dass sie weniger als λm/2 beträgt. Anders ausgedrückt, ist die Länge entlang der Z-Richtung des Raums, der von dem ersten Durchgangsloch 211, dem Paar wellenleitender Wände 203 und dem zweiten Durchgangsloch 221 umgeben ist, so gestaltet, dass sie weniger als Am beträgt. Infolgedessen wird das Auftreten von Resonanz der niedrigsten Ordnung verhindert, und ein Energieverlust durch Reflexion beim Passieren einer Signalwelle durch das erste Durchgangsloch 211, die wellenleitenden Wände und das zweite Durchgangsloch 221 kann reduziert werden.
  • 8D ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt. In diesem Beispiel weist jede wellenleitende Wand 203 nur einen Abschnitt auf, der mit dem ersten leitenden Bauglied 210 verbunden ist. Des Weiteren sind einige aus der Vielzahl leitender Stäbe 124 mit der leitenden Oberfläche 210a des ersten leitenden Bauglieds 210 verbunden. Die wellenleitende Wände 203 können die gleiche Höhe wie die leitenden Stäbe 124 haben. Zwischen den wellenleitenden Wänden 203 und dem zweiten leitenden Bauglied 220 besteht ein Abstand. Um ein Lecken der Energie elektromagnetischer Wellen durch den Abstand zu verhindern, ist die Dicke einer jeden wellenleitenden Wand 203 an ihrer oberen Oberfläche, entlang der Y-Richtung genommen, kleiner als λm/2 eingestellt.
  • 8E ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt. In diesem Beispiel weist jede wellenleitende Wand 203 nur einen einzigen Abschnitt auf, der weder mit dem ersten leitenden Bauglied 210 noch mit dem zweiten leitenden Bauglied 220 verbunden ist. Durch ein nicht gezeigtes Bauglied sind die wellenleitenden Wände 203 an dem ersten leitenden Bauglied 210 und dem zweiten leitenden Bauglied 220 fixiert. Es besteht ein Abstand zwischen den wellenleitenden Wänden 203 und dem ersten leitenden Bauglied 210, und auch zwischen den wellenleitenden Wänden 203 und dem zweiten leitenden Bauglied 220. Um ein Lecken der Energie elektromagnetischer Wellen durch den Abstand zu verhindern, ist die Dicke einer jeden wellenleitenden Wand 203 an ihrer oberen Oberfläche auf weniger als λm/2 eingestellt. In diesem Beispiel bezeichnet die obere Oberfläche einer jeden wellenleitenden Wand 203 sowohl eine Fläche, die zu der leitenden Oberfläche 210a des ersten leitenden Bauglieds 210 entgegengesetzt ist, als auch eine Fläche, die zu der leitenden Oberfläche 220a des zweiten leitenden Bauglieds 220 entgegengesetzt ist.
  • In jeder der oben genannten Konstruktionen ist die Distanz zwischen dem Außenumfang des einen aus der Vielzahl leitender Stäbe 124, der am nächsten an jeder wellenleitenden Wand 203 liegt, und dem Außenumfang dieser wellenleitenden Wand 203 kleiner als λm/2 eingestellt. Anders ausgedrückt, ist der Abstand zwischen dem am nächsten an jeder wellenleitenden Wand 203 gelegenen leitenden Stab 124 und dieser wellenleitenden Wand 203 kleiner als λm/2 bemessen. Dies verhindert das Auftreten unerwünschter Resonanz in dem Abstand zwischen der wellenleitenden Wand 203 und dem leitenden Stab 124.
  • Mindestens entweder das erste leitende Bauglied 210 oder das zweite leitende Bauglied 220 und das Paar wellenleitender Wände 203 können ein einziges, verbundenes Teil bilden. Anders ausgedrückt, können mindestens entweder das erste leitende Bauglied 210 oder das zweite leitende Bauglied 220 sowie das Paar wellenleitender Wände 203 Abschnitte eines einstückigen Körpers sein. In einer Konstruktion, in der jede wellenleitende Wand 203 in den ersten Abschnitt 203a und den zweiten Abschnitt 203b geteilt ist, können das erste leitende Bauglied 210 und der erste Abschnitt 203a Abschnitte eines einstückigen Körpers sein, während das zweite leitende Bauglied 220 und der zweite Abschnitt 203b Abschnitte eines anderen einstückigen Körpers sein können. Ein solcher einstückiger Körper kann ein einziges Teil sein, das aus demselben Material hergestellt ist, und beispielsweise durch Schritte wie Schneiden, Gießen oder Formen hergestellt sein. Ein einstückiger Körper ist beispielsweise mit einem 3D-Drucker herstellbar. Jede solche Konstruktion, bei der Bestandteile nicht klar gegeneinander abgegrenzt sind, ist ebenfalls in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen.
  • 8F zeigt eine Beispielkonstruktion, bei der in Bezug auf die Seitenflächen der wellenleitenden Wände 203 ein gestufter Abschnitt zwischen den entgegengesetzten Seitenflächen, die einen Abstand sandwichartig umgeben, und der inneren Wandoberfläche des zweiten Durchgangslochs 221 besteht. Diese Struktur kann auch als eine Struktur bezeichnet werden, bei der die leitende Oberfläche 220a des zweiten leitenden Bauglieds 220 sich bis zwischen den Rand der Öffnung des zweiten Durchgangslochs 221 und die Seitenfläche einer jeden wellenleitenden Wand 203 erstreckt.
  • 8G zeigt eine Beispielkonstruktion, bei der, in Bezug auf die Seitenflächen der wellenleitenden Wände 203, entgegengesetzte Seitenflächen, die einen Abstand sandwichartig umgeben, gestufte Abschnitte aufweisen, die sich in einer Richtung erstrecken, welche zu den Seitenflächen quer verläuft (der X-Richtung). Dagegen sind diese Seitenflächen in Bezug auf die Innenumfangsoberfläche des Durchgangslochs 221 nicht gestuft. In wiederum einem weiteren Beispiel kann die Innenumfangsoberfläche des Durchgangslochs 221 einen ähnlichen gestuften Abschnitt haben. Eine solche Struktur ist ebenfalls in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen. Wie in diesen Beispielen, kann die Größe (entlang der Y-Richtung) des Raums, der zwischen den entgegengesetzten Seitenflächen des Paars wellenleitender Wände 203 besteht, und dem durch die Innenumfangsoberfläche des Durchgangslochs 221 umgebenen Raum entlang der Z-Richtung Veränderungen unterliegen. Durch Variieren des Intervalls zwischen dem Paar wellenleitender Wände entlang der Dickenrichtung des Wellenleiterbauglieds können Verluste der elektromagnetischen Welle, die durch das Durchgangsloch 221 passiert, reduziert werden.
  • 8H zeigt die relative Positionierung zwischen jeweiligen Elementen bei Ansicht des zweiten Wellenleiterbauglieds 220 in 8F aus der +Z-Richtung. In dieser Figur ist das Paar wellenleitender Wände 203 so positioniert, dass der laterale Abschnitt 221T des Durchgangslochs 221 dazwischen eingefügt ist, jedoch ist die Seitenfläche (die näher an dem lateralen Abschnitt 221T liegt) einer jeden wellenleitenden Wand 203 nicht mit der Innenumfangsoberfläche des lateralen Abschnitts 221T geradlinig ausgerichtet. Vielmehr ist die oben genannte Seitenfläche einerjeden wellenleitenden Wand 203 in der Position von dem Rand der Öffnung, die den lateralen Abschnitt 221T definiert, von der Mitte der Öffnung weg verschoben.
  • Obwohl das Durchgangsloch 211, 221 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine H-Form hat, können sie auch andere Formen haben. Im werden Folgenden werden weitere Beispielformen für die Durchgangslöcher 211 und 221 illustriert. Obwohl die folgende Beschreibung das Durchgangsloch 221 illustriert, sind ähnliche Abwandlungen auch für das Durchgangsloch 211 möglich.
  • 9A ist ein Diagramm, das schematisch eine weitere Beispielform eines X-Y-Querschnitts eines Durchgangslochs 221 zeigt. In diesem Beispiel ist die Form eines Querschnitts des Durchgangslochs 221, parallel zu der XY-Ebene genommen, eine I-Form, die nur einen lateralen Abschnitt aufweist, der sich entlang der X-Richtung erstreckt. Ein I-förmiges Durchgangsloch 211, 221 erlaubt eine Reduzierung der Abmessung entlang der Y-Richtung. Obwohl das Durchgangsloch 221 in dem in 9A gezeigten Beispiel eine nahezu elliptische Form hat, kann das Durchgangsloch 221 in der Form auch rechteckig sein. Die Abmessung der Öffnung entlang ihrer Längsrichtung (der X-Richtung) ist auf einen Wert eingestellt, der größer als λo/2 ist. Obwohl dies eine größere Größe entlang der Längsrichtung (d.h. der X-Richtung) ergibt als bei der Struktur aus 7D, ist die Form des Durchlasses vereinfacht.
  • 9B ist ein Diagramm, das schematisch wiederum eine weitere Beispielform eines X-Y-Querschnitts eines Durchgangslochs 221 zeigt. In diesem Beispiel hat die innere Wandoberfläche des Durchgangslochs 221 einen Vorsprung, der einwärts absteht. Eine solche Form kann als „U-Form“ oder als „Einzelvorsprungsform“ bezeichnet werden. Eine solche Form erlaubt die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle entlang der Seitenflächen des Vorsprungs und des Paars wellenleitender Wände 221. Die Öffnung in diesem Beispiel hat einen lateralen Abschnitt 221T, der sich entlang der X-Richtung erstreckt, und vertikale Abschnitte 221L, die sich in der +Y-Richtung gleichermaßen von entgegengesetzten Enden des lateralen Abschnitts 221T erstrecken. In diesem Beispiel ist die Länge entlang des Paars vertikaler Abschnitte 221L und des lateralen Abschnitts 221T von einem Ende des einen vertikalen Abschnitts 221L (dem oberen rechten Ende in 9B) zu einem Ende des anderen vertikalen Abschnitts 221L (dem oberen linken Ende in 9B) mit einem Wert gestaltet, der größer als λo/2 ist.
  • 9C ist ein Diagramm, das schematisch wiederum eine weitere Beispielform eines X-Y-Querschnitts des Durchgangslochs 221 zeigt. Die Querschnittsform hat in diesem Beispiel einen lateralen Abschnitt 221T, der sich entlang der X-Richtung erstreckt, und ein Paar vertikaler Abschnitte 221L, die sich von entgegengesetzten Enden des lateralen Abschnitts 221T in jeweils unterschiedlichen Richtungen (d.h. in der +Y-Richtung und der -Y-Richtung) erstrecken. Da eine solche Form dem Buchstaben „Z“ oder einem umgekehrten „Z“ ähnlich ist, kann sie als „Z-Form“ bezeichnet werden. Die Querschnittsform der Öffnung kann so gestaltet sein, dass eine Länge, die das Doppelte der Länge entlang des lateralen Abschnitts 203T / vertikalen Abschnitts 221L von dem Mittelpunkt (d.h. dem Mittelpunkt des lateralen Abschnitts 221T) zu einem Ende (d.h. einem der beiden Enden eines vertikalen Abschnitts 221L) der Z-Form beträgt, gleich oder größer als λo/2 ist.
  • 9D ist eine Querschnittsansicht, die wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt. 9E ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des in 9D gezeigten ersten leitenden Bauglieds 210 auf der zu dem zweiten leitenden Bauglied 220 entgegengesetzten Seite illustriert. 9F ist eine perspektivische Ansicht, die die in 9D gezeigte Struktur des zweiten leitenden Bauglieds 220 auf der zu dem ersten leitenden Bauglied 210 entgegengesetzten Seite illustriert. 9G ist eine Draufsicht von oben, die die Struktur des in 9D gezeigten zweiten leitenden Bauglieds 220, aus der +Z-Richtung gesehen, illustriert.
  • In diesem Beispiel ist jede wellenleitende Wand 203 in einen ersten Abschnitt 203a und einen zweiten Abschnitt 203b geteilt. Der erste Abschnitt 203a hat eine größere Höhe als der zweite Abschnitt 203b. Die Höhe des zweiten Abschnitts 203b ist die Hälfte der Höhe eines jeden leitenden Stabes 124. Wie in 9E gezeigt, ist der erste Abschnitt 203a nicht in zwei Abschnitte unterteilt. Dagegen ist, wie in 9F gezeigt, der zweite Abschnitt 203b in diesem Beispiel durch ein Paar Vertiefungen 204 in zwei Abschnitte unterteilt. Wie in 9G gezeigt, sind aus einer zu der zweiten leitenden Oberfläche 220a senkrechten Richtung gesehen, die zentralen Abschnitte der vertikalen Abschnitte 221L des Durchgangslochs 221 zwischen dem Paar der Vertiefungen 204 eingefügt. Das Paar der Vertiefungen 204 ist entlang der X-Richtung angeordnet. In einer solchen Struktur entsprechen die zwei durch die Vertiefung 204 unterteilten Abschnitte des zweiten Abschnitts 203b einem „Paar wellenleitender Wände“, die entlang der zweiten Richtung angeordnet sind.
  • Die Bodenfläche einer jeden Vertiefung 204 reicht bis zu der zweiten leitenden Oberfläche 220a. Anders ausgedrückt, existiert kein gestufter Abschnitt zwischen der Bodenfläche einer jeden Vertiefung 204 und der zweiten leitenden Oberfläche 220a. Das Paar der Vertiefungen 204 unterteilt den zweiten Abschnitt 203b vollständig in zwei Abschnitte. Diese Implementierung mit vollständiger Unterteilung ist jedoch nicht einschränkend. Bei einer weiteren Implementierung erstrecken sich die Vertiefungen 204 möglicherweise nur einen Teil der Strecke durch den zweiten Abschnitt 203b. In diesem Fall ist der zweite Abschnitt 203b an seinem oberen Ende, d.h. an der Seite unterteilt, die weiter von der leitenden Oberfläche 220a entfernt ist. In einer alternativen Konstruktion kann es anstelle des zweiten Abschnitts 203b der erste Abschnitt 203a sein, der durch ein Paar Vertiefungen unterteilt ist. Bei der Konstruktion ist jede dieser Implementierungen in geeigneter Weise verwendbar, so dass gewünschte Eigenschaften erzielt werden. In dem Fall, dass Verluste von Signalwellen, die durch das Durchgangsloch 221 passieren, durch Einstellungen der Höhe, Dicke oder anderer Abmessungen der Wand nicht ausreichend reduziert werden können, sind die Strukturen effektiv, die hier beschrieben sind. Durch die Verwendung einer Struktur, bei der der erste Abschnitt 203a oder der zweite Abschnitt 203b in zwei Abschnitte unterteilt ist, können solche Verluste in einigen Fällen weiter reduziert werden.
  • 10 ist ein Diagramm zur detaillierteren Beschreibung der Abmessungen des Durchgangslochs 211, 221. Obwohl die folgende Beschreibung sich auf das zweite Durchgangsloch 221 bezieht, gilt die folgende Beschreibung auch für das erste Durchgangsloch 211.
  • In 10 zeigt (a) ein Beispiel für ein Durchgangsloch 221 mit der Form einer Ellipse. Die große Halbachse La des Durchgangslochs 221, in der Figur durch Pfeilspitzen angezeigt, ist so gewählt, dass keine Resonanz höherer Ordnung auftritt und dass die Impedanz nicht zu klein ist. Spezifischer kann La so eingestellt sein, dass λo/4 < La < λo/2, wobei λo eine Wellenlänge im freien Raum ist, die der Mittelfrequenz in dem Betriebsfrequenzband entspricht. Auch im Fall eines Durchgangslochs mit rechteckiger statt elliptischer Form kann die Länge La einer jeden seiner längeren Seiten in ähnlicher Weise so eingestellt sein, dass λo/4<La<λo/2.
  • In 10 zeigt (b) ein Beispiel für ein Durchgangsloch 221 mit einer H-Form, die ein Paar vertikaler Abschnitte 221L und einen lateralen Abschnitt 221T aufweist, der das Paar vertikalerAbschnitte 221L miteinander verbindet. Der laterale Abschnitt 221T ist im Wesentlichen senkrecht zu dem Paar vertikaler Abschnitte 221L und verbindet zwischen im Wesentlichen zentralen Abschnitten des Paars vertikaler Abschnitte 221L. Form und Größe eines solchen H-förmigen Durchgangslochs 221 sind ebenfalls so zu bestimmen, dass keine Resonanz höherer Ordnung auftritt und dass die Impedanz nicht zu klein ist. Die Distanz zwischen einem Schnittpunkt zwischen der Mittellinie g2 des lateralen Abschnitts 221T und der Mittellinie h2 der gesamten H-Form senkrecht zu dem lateralen Abschnitt 221T sowie einem Schnittpunkt zwischen der Mittellinie g2 und der Mittellinie k2 eines vertikalen Abschnitts 221L ist mit Lb bezeichnet. Die Distanz zwischen einem Schnittpunkt zwischen der Mittellinie g2 und der Mittellinie k2 und dem Ende des vertikalen Abschnitts 221L ist mit Wb bezeichnet. Die Summe aus Lb und Wb ist so gewählt, dass λo/4 < Lb + Wb < λo/2 erfüllt ist. Wenn die Distanz Wb relativ lang gewählt ist, kann die Distanz Lb relativ kurz sein. Infolgedessen kann die Breite der H-Form entlang derX-Richtung z.B. kleiner als λo/2 sein, wodurch das Intervall zwischen den lateralen Abschnitten 221T entlang der Längsrichtung kurz gestaltet sein kann.
  • In 10 zeigt (c) ein Beispiel für ein Durchgangsloch 221, das einen lateralen Abschnitt 221T und ein Paar vertikaler Abschnitte 221L aufweist, die sich von entgegengesetzten Enden des lateralen Abschnitts 221T erstrecken. Die Richtungen, in denen das Paar vertikaler Abschnitte 221L sich von dem lateralen Abschnitt 221T erstreckt, sind im Wesentlichen senkrecht zu dem lateralen Abschnitt 221T und sind zueinander entgegengesetzt. Die Distanz zwischen einem Schnittpunkt zwischen der Mittellinie g3 des lateralen Abschnitts 221T und der Mittellinie h3 der gesamten Form, die zu dem lateralen Abschnitt 221T senkrecht steht, und einem Schnittpunkt zwischen der Mittellinie g3 und der Mittellinie k3 eines vertikalen Abschnitts 221L ist mit Lc bezeichnet. Die Distanz zwischen einem Schnittpunkt zwischen der Mittellinie g3 und der Mittellinie k3 und dem Ende des vertikalen Abschnitts 221L ist mit Wc bezeichnet. Die Summe aus Lc und Wc ist so gewählt, dass λo/4 < Lc + Wc < λo/2 erfüllt ist. Wenn die Distanz Wc relativ lang gewählt ist, kann die Distanz Lc relativ kurz sein. Infolgedessen kann die Breite entlang der X-Richtung der gesamten Form in (c) aus 10 z.B. kleiner als λo/2 sein, wodurch das Intervall zwischen den lateralen Abschnitten 221T entlang der Längsrichtung kurz gestaltet sein kann.
  • In 10 zeigt (d) ein Beispiel für ein Durchgangsloch 221, das einen lateralen Abschnitt 221T und ein Paar vertikaler Abschnitte 221L aufweist, die sich von entgegengesetzten Enden des lateralen Abschnitts 221T in einer identischen Richtung erstrecken, welche zu dem lateralen Abschnitt 221T senkrecht steht. Es wird angemerkt, dass die in (d) aus 10 gezeigte Form als Form der oberen Hälfte einer H-Form angesehen werden kann. Die Distanz zwischen einem Schnittpunkt zwischen der Mittellinie g4 des lateralen Abschnitts 221T und der Mittellinie h4 der gesamten Form, die zu dem lateralen Abschnitt 221T senkrecht steht, und einem Schnittpunkt zwischen der Mittellinie g4 und der Mittellinie k4 eines vertikalen Abschnitts 221L ist mit Ld bezeichnet. Die Distanz zwischen einem Schnittpunkt zwischen der Mittellinie g4 und der Mittellinie k4 und dem Ende des vertikalen Abschnitts 221L ist mit Wd bezeichnet. Die Summe aus Ld und Wd ist so gewählt, dass λo/4 < Ld + Wd < λo/2 erfüllt ist. Wenn die Distanz Wd relativ lang gewählt ist, kann die Distanz Ld relativ kurz sein. Infolgedessen kann die Breite entlang der X-Richtung der U-Form z.B. kleiner als λo/2 sein, wodurch das Intervall zwischen den lateralen Abschnitten 221T entlang der Längsrichtung kurz gestaltet sein kann.
  • 11 ist ein Diagramm, das schematisch eine Beispielverteilung der elektrischen Feldstärke zeigt, die in dem Fall erzeugt wird, in dem die Öffnung H-förmig ist. Während eine elektromagnetische Welle sich ausbreitet, kann in dem Durchgangsloch ein elektrisches Feld erzeugt werden, wie in 11 illustriert. In 11 sind elektrische Feldrichtungen durch Pfeile angezeigt, wobei die elektrische Feldstärke durch die Pfeillänge angezeigt ist. Das elektrische Feld ist relativ stark zwischen dem Paar der Vorsprünge, d.h. dem zentralen Abschnitt des lateralen Abschnitts, jedoch relativ schwach in den Abschnitten um die Vorsprünge. Bei einer solchen Verteilung des elektrischen Felds breiten sich elektromagnetische Wellen hauptsächlich entlang der Vorsprünge aus.
  • Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf 12A bis 12L Varianten für das Paar wellenleitender Wände 203 beschrieben.
  • 12A zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem, wie in der vorliegenden Ausführungsform, das Paar wellenleitender Wände 203 jeweils die gleiche Form wie jeder leitende Stab 124 hat. Jede wellenleitende Wand 203 kann gänzlich aus dem gleichen Material wie demjenigen der leitenden Stäbe 124 gebildet sein. In diesem Fall kann jede wellenleitende Wand 203 als ein Teil der Vielzahl leitender Stäbe 124 angesehen werden.
  • 12B ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt. In diesem Beispiel ist die Breite einer jeden wellenleitenden Wand 203 entlang der ersten Richtung (der X-Richtung) größer als in dem oben genannten Beispiel. Durch die Verwendung von solchen verbreiterten wellenleitenden Wänden 203 kann das Lecken einer elektromagnetischen Welle, die sich in den Durchgangslöchern 211 und 221 ausbreitet, reduziert werden.
  • 12C bis 12E sind Diagramme, die wiederum weitere Beispiele für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigen. In diesen Beispielen ist die Abmessung entlang derY-Richtung (Dicke) einer jeden wellenleitenden Wand 203 größer als die Abmessung entlang der Y-Richtung eines jeden leitenden Stabes 124. Die Dicke entlang der Y-Richtung einerjeden wellenleitenden Wand 203 kann auf z.B. nicht weniger als λo/8 und nicht mehr als 1,2λο/4 eingestellt sein. Durch die Verwendung dieses Abmessungsbereiches kann das Lecken einer elektromagnetischen Welle aus den Durchgangslöchern 211 und 221 mit größerer Sicherheit reduziert werden. Während in dem Beispiel aus 12C das Durchgangsloch 221 eine H-Form hat, hat das Durchgangsloch 221 in den Beispielen aus 12D und 12E eine I-Form. Die Abmessung entlang der Y-Richtung des Durchgangslochs 221 in dem Beispiel aus 12E ist größer als die Abmessung entlang der Y-Richtung des Durchgangslochs 221 in 12D. Spezifisch ist die Abmessung entlang der Y-Richtung des Durchgangslochs 221 in 12D gleich der Breite entlang der Y-Richtung eines leitenden Stabes 124, der zu dem Durchgangsloch 221 benachbart ist. Dagegen ist die Abmessung entlang der Y-Richtung des Durchgangslochs 221 in dem Beispiel aus 12E größer als die Breite entlang der Y-Richtung eines leitenden Stabes 124, der zu dem Durchgangsloch 221 benachbart ist, und kleiner als z.B. ein Wert, der dreimal so groß wie die Breite ist.
  • 12F ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt. In diesem Beispiel sind die Abmessungen entlang der X-Richtung und der Y-Richtung einer jeden wellenleitenden Wand 203 größer als die jeweiligen Abmessungen entlang der X-Richtung und der Y-Richtung eines jeden leitenden Stabes 124. Die Dicke entlang der Y-Richtung einer jeden wellenleitenden Wand 203 kann auf z.B. nicht weniger als λo/8 und nicht mehr als 1,2λο/4 eingestellt sein. Durch das Vorsehen solcher großer wellenleitender Wände 203 kann das Lecken einer elektromagnetischen Welle mit größerer Sicherheit reduziert werden.
  • In jedem der Beispiele, die in 7A bis 7E, 8H, 9A bis 9C und 12A bis 12F illustriert sind, ist die Abmessung des Durchgangslochs 221 entlang seiner Längsrichtung, d.h. die Abmessung entlang der X-Richtung, größer als die Abmessung entlang der X-Richtung einer jeden wellenleitenden Wand 203, die entlang einer längeren Seite des Durchgangslochs 221 vorgesehen ist. Anders ausgedrückt stehen, entlang der axialen Richtung gesehen, die entgegengesetzten Enden des Durchgangslochs 221 entlang seiner Längsrichtung außerhalb der Enden der wellenleitenden Wand 203 ab. Diese Enden des Durchgangslochs 221 sind von leitenden Stäben 124 umgeben. Auch mit einer solchen Konstruktion kann das Lecken einer elektromagnetischen Welle, die sich in dem Durchgangsloch 221 ausbreitet, reduziert werden.
  • 12G bis 12I sind Diagramme, die wiederum weitere Beispiele für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigen. In diesen Beispielen variiert die Abmessung einer jeden wellenleitenden Wand 203, entlangderX-Richtung (ersten Richtung) genommen, entlang derY-Richtung. In dem Beispiel aus 12G verringert sich die Abmessung entlang der X-Richtung einerjeden wellenleitenden Wand 203 an einem von dem Durchgangsloch 221 entfernten Punkt. In dem Beispiel aus 12H vergrößert sich die Abmessung entlang der X-Richtung einer jeden wellenleitenden Wand 203 mit einer Erhöhung des Y-Koordinatenwertes. In dem Beispiel aus 121 vergrößert sich die Abmessung entlang der X-Richtung einer jeden wellenleitenden Wand 203 an einem von dem Durchgangsloch 203 entfernten Punkt. In jedem dieser Beispiele kann die Dicke entlang der Y-Richtung eines Abschnitts einer jeden wellenleitenden Wand 203, der zu dem zentralen Abschnitt des lateralen Abschnitts des Durchgangslochs 221 benachbart ist, auf z.B. nicht weniger als λo/8 und nicht mehr als 1,2λο/4 eingestellt sein. Durch die Verwendung dieses Abmessungsbereiches kann das Lecken einer elektromagnetischen Welle aus den Durchgangslöchern 211 und 221 mit größerer Sicherheit reduziert werden.
  • 12J bis 12L sind Diagramme, die wiederum weitere Beispiele zeigen, bei denen das Paar wellenleitender Wände 203 teilweise miteinander verbunden ist. In dem Beispiel aus 12J ist das Paar wellenleitender Wände 203 an deren Wurzel verbunden. In diesem Fall bezeichnet die Wurzel einer wellenleitenden Wand 203 einen Abschnitt der wellenleitenden Wand 203, der mit der leitenden Oberfläche 220a in Verbindung steht. Dagegen ist das Paar wellenleitender Wände 203 an ihren zu der Wurzel entgegengesetzten oberen Enden geteilt. Anders ausgedrückt, ist in 12J das Paar wellenleitender Wände 203 an entgegengesetzten Enden entlang der X-Richtung durch einen Abstand mindestens an ihren oberen Enden getrennt. 12K ist eine perspektivische Ansicht der wellenleitenden Wände 203 in 12J. Die leitenden Stäbe 124, die die wellenleitenden Wände 203 umgeben, sind in der Illustration weggelassen. 12L zeigt wiederum ein weiteres Beispiel. In dem Beispiel aus 12L ist das Paar wellenleitender Wände 203 nicht nur an deren Wurzel verbunden, sondern auch bis ganz zu ihren oberen Enden an ihren Enden in +X-Richtung verbunden. An ihren Enden in -X-Richtung sind jedoch die oberen Enden des Paars wellenleitender Wände 203 durch einen Abstand getrennt.
  • Gemäß den obigen Beispielen sind mindestens ein Ende entlang der ersten Richtung (der X-Richtung) von einer aus dem Paar wellenleitender Wände 203 und mindestens ein Ende entlang der ersten Richtung der anderen aus dem Paar wellenleitender Wände 203 über einen Abstand zueinander entgegengesetzt. Anders ausgedrückt, umgibt das Paar wellenleitender Wände 203 den Umfang des Durchgangslochs 221 nicht vollständig, sondern umgibt nur einen Abschnitt davon.
  • 13 ist ein Diagramm, das wiederum eine weitere Beispielkonstruktion für das Paar wellenleitender Wände 203 zeigt. In diesem Beispiel ist jede wellenleitende Wand 203 in zwei Abschnitte rechts und links geteilt, wie in 13 gezeigt. Auch bei solchen wellenleitenden Wänden 203 wird zwischen entgegengesetzten Vorsprüngen 203r ein starkes elektrisches Feld erzeugt. Daher können sich elektromagnetische Wellen wie in den obigen Beispielen ausbreiten.
  • In den obigen Beispielen sind das erste leitende Bauglied 210 und das zweite leitende Bauglied 220 jeweils mit einem Durchgangsloch illustriert. Das erste leitende Bauglied 210 und das zweite leitende Bauglied 220 können jedoch jeweils eine Vielzahl von Durchgangslöchern haben.
  • 14A zeigt ein Beispiel, bei dem das zweite leitende Bauglied 220 eine Vielzahl von Sätzen hat, die jeweils aus einem Durchgangsloch 221 und einem Paar wellenleitender Wände 203 bestehen. 14B zeigt ein Beispiel, bei dem das Intervall zwischen benachbarten Durchgangslöchern 221 entlang der Y-Richtung gegenüber dem in dem Beispiel aus 14A vergrößert ist. 14C zeigt ein Beispiel, bei dem die Abmessung entlang der X-Richtung einer jeden wellenleitenden Wand 203 gegenüber dem Beispiel aus 14B vergrößert ist. In diesen Beispielen hat das erste leitende Bauglied 210 in ähnlicher Weise eine Vielzahl von Durchgangslöchern. Die Vielzahl von Durchgangslöchern in dem ersten leitenden Bauglied 210 überlappt, entlang der Z-Richtung gesehen, die Vielzahl von Durchgangslöchern 221 in dem zweiten leitenden Bauglied 210. Eine solche Struktur ermöglicht der Vielzahl von Durchgangslöchern 221 das Senden von jeweils unterschiedlichen Signalwellen. Obwohl die Zahl der Durchgangslöcher 221 in den Beispielen aus 14A bis 14C mit vier illustriert ist, können sie auch in jeder anderen Zahl enthalten sein.
  • Als Nächstes werden Beispiele für eine Kombination der Wellenleitervorrichtung 200 in der vorliegenden Ausführungsform und der oben genannten Rippenwellenleiter (WRG) beschrieben. Durch Kombination mit der vorgenannten WRG-Struktur können in den Wellenleitervorrichtungen 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zweckangepasst verschiedene Speisungswege eingerichtet sein.
  • 15A ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem ein drittes leitendes Bauglied 230 mit einer WRG-Struktur unter dem zweiten leitenden Bauglied 220 vorgesehen ist. Das dritte leitende Bauglied 230 weist ein Wellenleiterbauglied 122, das sich entlang derY-Richtung erstreckt, und mehrere leitende Stäbe 124 auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds 122 auf. Die Vielzahl von leitenden Stäben 124, die auf der oberen Oberfläche des dritten leitenden Bauglieds 230 vorgesehen ist, kann als zweite Vielzahl von leitenden Stäben bezeichnet werden. Die Wellenleiterfläche des Wellenleiterbauglieds 122 und die führenden Enden der leitenden Stäbe 124 sind zu einer leitenden Oberfläche 220b des zweiten leitenden Bauglieds 220 entgegengesetzt.
  • 15B ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem leitende Stäbe 124 über und unter dem zweiten leitenden Bauglied 220 vorgesehen sind. Auf der unteren Oberfläche des zweiten leitenden Bauglieds 220 sind eine Vielzahl von leitenden Stäben 124 und ein Wellenleiterbauglied 122 vorgesehen. Die Vielzahl von leitenden Stäben 124, die auf der oberen Oberfläche (der leitenden Oberfläche 220a) des zweiten leitenden Bauglieds 220 vorgesehen ist, kann als eine erste Vielzahl von leitenden Stäben 124 bezeichnet werden, während die Vielzahl von leitenden Stäben 124, die auf der unteren Oberfläche (der leitenden Oberfläche 220b) des zweiten leitenden Bauglieds 220 vorgesehen ist, als eine zweite Vielzahl von leitenden Stäben 124 bezeichnet werden kann. Das dritte leitende Bauglied 230 ist ein unter dem zweiten leitenden Bauglied 220 vorgesehenes plattenartiges Bauglied mit einer leitenden Oberfläche 230a, die zu der leitenden Oberfläche 220b entgegengesetzt ist. In diesem Beispiel erstreckt sich das Wellenleiterbauglied 122 auf der Unterseite des zweiten leitenden Bauglieds 220 entlang der Y-Richtung, mit mehreren leitenden Stäben 124 auf beiden Seiten. Die Wellenleiterfläche des Wellenleiterbauglieds 122 und die führenden Enden der leitenden Stäbe 124 sind zu der leitenden Oberfläche 230a des dritten leitenden Bauglieds 230 entgegengesetzt. Außerdem ist das zweite Durchgangsloch 221 an einem Ende oder einer anderen Stelle der Wellenleiterfläche des Wellenleiterbauglieds 122 offen.
  • 16 ist eine Draufsicht von oben, die das dritte leitende Bauglied 230 aus 15A, aus der positiven Richtung der Z-Achse gesehen, zeigt. Auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds 122 befinden sich Erstreckungen künstlicher magnetischer Leiter, die jeweils durch ein Array aus mehreren leitenden Stäben 124 erzeugt sind. An einem Ende des Wellenleiterbauglieds 122 bildet eine Vielzahl von leitenden Stäben 124, die einander entlang der Y-Richtung flankieren, eine Drosselstruktur 129. Die Drosselstruktur 129 weist auf: ein offenes Ende des Wellenleiterbauglieds 122 und eine Vielzahl von leitenden Stäben mit einer Höhe von circa λo/4, wobei diese leitenden Stäbe auf derVerlängerungvon diesem Ende des Wellenleiterbauglieds 122 liegen. Die Drosselstruktur 129 schränkt ein Lecken elektromagnetischer Wellen aus einem Ende des Wellenleiterbauglieds 122 ein, was eine effiziente Übertragung elektromagnetischer Wellen erlaubt.
  • Das dritte leitende Bauglied 230 hat einen Port (eine Öffnung) 145 in der Nähe des anderen Endes des Wellenleiterbauglieds 122. Über den Port 145 kann dem Wellenleiter, der sich oberhalb des Wellenleiterbauglieds 122 erstreckt, aus einer Sendeschaltung (elektronischen Schaltung), nicht gezeigt, eine elektromagnetische Welle zugeführt werden. Umgekehrt kann eine elektromagnetische Welle, die sich durch den Wellenleiter ausgebreitet hat, der sich oberhalb des Wellenleiterbauglieds 122 erstreckt, weiter über den Port 145 zu dem Wellenleiter in der Unterschicht übertragen werden. Die Wellenleiterfläche des Wellenleiterbauglieds 122 auf dem dritten leitenden Bauglied 230 kann, mindestens an einem Abschnitt, zu dem zweiten Durchgangsloch 221 entgegengesetzt sein.
  • 17 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem eine WRG-Struktur oberhalb des ersten leitenden Bauglieds 210 vorgesehen ist. In diesem Beispiel hat das erste leitende Bauglied 210 ein Wellenleiterbauglied 122 und eine Vielzahl von leitenden Stäben 124, die auf seiner zu der leitenden Oberfläche 210a entgegengesetzten Oberfläche vorgesehen sind. Ein Ende des Wellenleiterbauglieds 122 steht mit den Seitenwänden des ersten Durchgangslochs 211 in Verbindung. Gegenüber dem ersten leitenden Bauglied 210 ist ein weiteres leitendes Bauglied 240 vorgesehen. Die leitende Oberfläche 240a des leitenden Bauglieds 240 ist zu der Wellenleiterfläche des Wellenleiterbauglieds 122 und den führenden Enden der leitenden Stäbe 124 entgegengesetzt. Zwischen der leitenden Oberfläche 240a und der Wellenleiterfläche ist ein Wellenleiter erzeugt.
  • 18 ist eine Draufsicht von oben, die das erste leitende Bauglied 210 in 17, aus der positiven Richtung der Z-Achse gesehen, zeigt. Von der Position des ersten Durchgangslochs 211 auf dem ersten leitenden Bauglied 210 erstreckt sich ein Wellenleiterbauglied 122 mit einer Streifenform (auch als „Bandform“ bezeichnet) in der negativen Richtung der Y-Achse. Um das Wellenleiterbauglied 122 ist eine Vielzahl von leitenden Stäben 124 in einem zweidimensionalen Array vorgesehen, um einen künstlichen magnetischen Leiter zu bilden. Eine elektromagnetische Welle, die durch die wellenleitenden Wände 203 und das erste Durchgangsloch 211 passiert ist, kann sich entlang der Wellenleiterfläche oberhalb des Wellenleiterbauglieds 122 ausbreiten. Der Wellenleiter, der sich zwischen dem Wellenleiterbauglied 122 und der leitenden Oberfläche 240a erstreckt, kann mit mindestens einem Antennenelement (z.B. einem oder mehreren Schlitzen), nicht dargestellt, verbunden sein oder kann mit einem Wellenleiter in einer weiteren oberen Schicht verbunden sein.
  • In der vorliegenden Spezifikation bedeutet „Streifenform“ eher eine Form, die durch einen einzelnen Streifen definiert ist, als eine durch mehrere Streifen gebildete Form. Nicht nur Formen, die sich linear in einer Richtung erstrecken, sondern auch jede Form, die sich entlang der Strecke biegt oder verzweigt, ist ebenfalls in „Streifenform“ eingeschlossen. In dem Fall, in dem auf der Wellenleiterfläche 122a ein Abschnitt vorgesehen ist, der einer Höhen- oder Breitenveränderung unterliegt, fällt dieser noch unter die Bedeutung von „Streifenform“, solange die Form einen Abschnitt aufweist, der sich, aus der Normalrichtung der Wellenleiterfläche 122a gesehen, in einer Richtung erstreckt.
  • 19 ist eine Querschnittsansicht, die eine Beispielkonstruktion zeigt, in der die Konstruktionen aus 15A und 17 kombiniert sind. In diesem Beispiel sind der Wellenleiter, der sich oberhalb des Wellenleiterbauglieds 122 auf dem dritten leitenden Bauglied 230 erstreckt, und der Wellenleiter, der sich oberhalb des Wellenleiterbauglieds 122 auf dem ersten leitenden Bauglied 210 erstreckt, über das erste Durchgangsloch 211, die wellenleitenden Wände (d.h. den ersten Abschnitt 203a und den zweiten Abschnitt 203b) sowie das zweite Durchgangsloch 221 miteinander verbunden. Infolgedessen wird die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen den beiden Wellenleitern (dem oberen und dem unteren) ermöglicht. Außerdem ist auf dem dritten leitenden Bauglied 230 eine Drosselstruktur 129 (siehe 16) in der positiven Y-Richtung des Durchgangslochs 221 vorgesehen. Die Drosselstruktur 229 schränkt ein Lecken einer elektromagnetischen Welle an dem Ende des Wellenleiterbauglieds 122 ein, das in der positiven Y-Richtung liegt, was eine effiziente Übertragung elektromagnetischer Wellen erlaubt.
  • 20A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Beispielkonstruktion einer Wellenleitervorrichtung 200 zeigt, die die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen unter Auslassung von zwei Wellenleiterschichten erlaubt. Die Wellenleitervorrichtung 200 nach diesem Beispiel weist ein erstes leitendes Bauglied 210, ein zweites leitendes Bauglied 220, ein drittes leitendes Bauglied 230 und weitere leitende Bauglieder 240 und 250 auf. Das dritte leitende Bauglied 230 weist auf: eine zweite Vielzahl von leitenden Stäben 124, die jeweils ein führendes Ende haben, das zu der leitenden Oberfläche 220b des zweiten leitenden Bauglieds 220 entgegengesetzt ist; ein drittes Durchgangsloch 231, das sich, entlang der axialen Richtung des zweiten Durchgangsloch 221 gesehen, mit dem zweiten Durchgangsloch 221 überlappt; und ein weiteres Paar elektrisch leitender, wellenleitender Wände 233 (d.h. einen ersten Abschnitt 233a und einen zweiten Abschnitt 233b), die so positioniert sind, dass mindestens ein Abschnitt des Raums zwischen dem zweiten Durchgangsloch 221 und dem dritten Durchgangsloch 231 dazwischen eingefügt ist. Das weitere Paar wellenleitender Wände 233 ist von der zweiten Vielzahl leitender Stäbe 124 auf dem dritten leitenden Bauglied 230 umgeben und erlaubt die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen zwischen dem zweiten Durchgangsloch 221 und dem dritten Durchgangsloch 231. Die Höhe der weiteren wellenleitenden Wände 233 (d.h. eine Gesamthöhe des ersten Abschnitts 233a und des zweiten Abschnitts 233b) ist ebenfalls kleiner als λm/2. Unter der zweiten Vielzahl von leitenden Stäben 124 ist die Distanz zwischen jedem leitenden Stab 124, der zu einer wellenleitenden Wand 233 benachbart ist, und dem Außenumfang der wellenleitenden Wand 233 kleiner als λm/2.
  • Bei dem in 20A gezeigten Beispiel ist jede wellenleitende Wand 233 unterteilt in den ersten Abschnitt 233a, der mit der Seite der hinteren Fläche (d.h. der leitenden Oberfläche 220b) des leitenden Bauglieds 220 verbunden ist, und den zweiten Abschnitt 233b, der mit dem leitenden Bauglied 230 verbunden ist; sie kann jedoch alternativ aus nur einem Teil gebildet sein. Das Paar wellenleitender Wände 233 kann mit mindestens einem der leitenden Bauglieder 220 und 230 verbunden sein oder mit keinem der leitenden Bauglieder verbunden sein. Mindestens eines der leitenden Bauglieder 220 und 230 sowie mindestens ein Abschnitt des Paars der wellenleitenden Wände 233 kann zu einem einstückigen Körper gehören. Auch bezüglich der wellenleitenden Wände 233 ist deren Dicke an der oberen Oberfläche, entlang der Y-Richtung genommen, kleiner als λm/2 eingestellt, wie es bei den oben genannten wellenleitenden Wänden 203 der Fall ist.
  • In diesem Beispiel können sich elektromagnetische Wellen unter Auslassung von zwei Schichten ausbreiten, d.h. der Schicht zwischen dem leitenden Bauglied 210 und dem leitenden Bauglied 220 sowie der Schicht zwischen dem leitenden Bauglied 220 und dem leitenden Bauglied 230. Dies ermöglicht es, andere Strukturen, z.B. Wellenleiter, Kameras oder dergleichen, in dem Raum vorzusehen, den diese beiden ausgelassenen Schichten einnehmen. Es wird darauf hingewiesen, dass anstelle des leitenden Bauglieds 250 in 20A ein Bauglied vorgesehen sein kann, das noch eine weitere wellenleitende Wand hat. Bei einer solchen Konstruktion können elektromagnetische Wellen sich unter Auslassung von drei oder mehr Schichten ausbreiten.
  • 20B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine weitere Beispielkonstruktion für die Wellenleitervorrichtung 200 zeigt, die die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen unter Auslassung von zwei Wellenleiterschichten erlaubt. Die in 20B gezeigte Wellenleitervorrichtung 200 unterscheidet sich von der in 20A gezeigten Wellenleitervorrichtung 200 in Bezug auf die Konstruktion auf der Seite der zweiten leitenden Oberfläche 220b des zweiten leitenden Bauglieds 220 und auf der Seite der dritten leitenden Oberfläche 230b des dritten leitenden Bauglieds 230. In der in 20B gezeigten Wellenleitervorrichtung 200 weist das zweite leitende Bauglied 220 ebenfalls eine weitere Vielzahl leitender Stäbe 124 auf der leitenden Oberfläche 220b auf, die zu der leitenden Oberfläche 220a, auf der die Vielzahl leitender Stäbe 124 vorgesehen ist, entgegengesetzt ist. Die ersten Abschnitte 233a des weiteren Paars elektrisch leitender, wellenleitender Wände 233 sind auf der entgegengesetzten leitenden Oberfläche 220b angeordnet. Dagegen sind die zweiten Abschnitte 233b der weiteren wellenleitenden Wände 233 auf der leitenden Oberfläche 230a des dritten leitenden Bauglieds 230 angeordnet. Das weitere Paar wellenleitender Wände 233 ist von der zweiten Vielzahl leitender Stäbe 124 auf der leitenden Oberfläche 220b des zweiten leitenden Bauglieds 220 umgeben. Das weitere Paar wellenleitender Wände 233 erlaubt die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem zweiten Durchgangsloch 221 und dem dritten Durchgangsloch 231. Im Übrigen ist die Konstruktion der in 20B gezeigten Wellenleitervorrichtung 200 ähnlich wie bei der in 20A gezeigten Wellenleitervorrichtung 200. Es wird darauf hingewiesen, dass die ersten Abschnitte 233a der wellenleitenden Wände 233 in dem Beispiel aus 20A und die zweiten Abschnitte 233b der wellenleitenden Wände 233 in dem Beispiel aus 20B nicht wesentlich sind; diese Abschnitte können gegebenenfalls weggelassen sein. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein und die Abmessungen des Abschnitts 233a, der zwischen den zwei Abschnitten einer jeden wellenleitenden Wand die niedrigere Höhe hat, sind bei der Konstruktion in geeigneter Weise zu wählen, so dass gewünschte Eigenschaften erzielt werden.
  • 21 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Beispielkonstruktion zeigt, bei der ein weiterer Wellenleiter in einer Schicht erzeugt ist, in der wellenleitende Wände 203 vorgesehen sind. Zusätzlich zu der in 19 gezeigten Konstruktion weist die Wellenleitervorrichtung 200 ferner weitere Rippenwellenleiter auf dem zweiten leitenden Bauglied 220 und auf dem dritten leitenden Bauglied 230 auf. In diesem Beispiel weist das dritte leitende Bauglied 230 zwei streifenförmige Wellenleiterbauglieder 122 auf, die durch eine Vielzahl von leitenden Stäben 124 getrennt sind.
  • 22 ist eine Draufsicht von oben, die das zweite leitende Bauglied 220 in der Wellenleitervorrichtung 200 aus 21, aus der positiven Richtung der Z-Achse gesehen, zeigt. Das zweite leitende Bauglied 220 in diesem Beispiel weist ferner, von der Vielzahl von leitenden Stäben 124, ein Wellenleiterbauglied 122 mit einer elektrisch leitenden, wellenleitenden Fläche auf, die zu der leitenden Oberfläche 210a entgegengesetzt ist. Das Wellenleiterbauglied 122 ist um eine bestimme Anzahl leitender Stäbe 124 von beiden wellenleitenden Wänden 203 entfernt platziert. Zwischen der Wellenleiterfläche des Wellenleiterbauglieds 122 und der leitenden Oberfläche 210a des ersten leitenden Bauglieds ist ein Wellenleiter erzeugt. Über einen Port 145 ist dieser Wellenleiter mit einem Wellenleiter verbunden, der sich oberhalb des Wellenleiterbauglieds 122 auf dem dritten leitenden Bauglied 230 erstreckt.
  • Eine elektromagnetische Welle, die sich durch den Wellenleiter ausbreitet, welcher sich oberhalb des Wellenleiterbauglieds 122 auf dem zweiten leitenden Bauglied 220 erstreckt, ist fähig, ein Signal zu tragen, das von demjenigen einer elektromagnetischen Welle, die sich zwischen den wellenleitenden Wänden 203 ausbreitet, verschieden ist. Beispielsweise kann die erstere elektromagnetische Welle eine Empfangswelle sein, die aus einem Empfangsantennenelement übertragen wird, während die letztere eine Sendewelle sein kann, die an ein Sendeantennenelement zu übertragen ist. Eine solche Konstruktion ermöglicht eine Antennenvorrichtung geringer Größe mit einer Wellenleiterstruktur, die in einem begrenzten Raum zu implementieren ist.
  • <Ausführungsform 2: Antennenvorrichtung>
  • Als Nächstes wird eine illustrative Ausführungsform einer Antennenvorrichtung mit der Wellenleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
  • Das erste Durchgangsloch 211 in der Wellenleitervorrichtung aus Ausführungsform 1 kann als Abstrahlelement zur Verwendung mindestens entweder zum Senden oder zum Empfang elektromagnetischer Wellen wirksam sein. Bei einer solchen Implementierung ist die Wellenleitervorrichtung nach Ausführungsform 1 als Antennenvorrichtung wirksam.
  • 23A ist eine Draufsicht von oben, die eine Antennenvorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt. 23B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 23A. Die Antennenvorrichtung 300 der vorliegenden Ausführungsform ist der Wellenleitervorrichtung nach Ausführungsform 1 in der Konstruktion grundsätzlich ähnlich. In der vorliegenden Ausführungsform hat eine leitende Oberfläche 210b auf der +Z-Seite (der Vorderseite) des ersten leitenden Bauglieds 210 eine Form, die ein Horn 114 definiert, das mit dem ersten Durchgangsloch 211 kommuniziert. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Durchgangsloch 211 ein Schlitz, der als Abstrahlelement wirksam ist.
  • Bei einer solchen Struktur ist ein Wellenleiter, der durch das erste Durchgangsloch 211, das zweite Durchgangsloch 221 und das Paar wellenleitender Wände 203 definiert ist, mit dem äußeren Raum verbunden, um das Senden oder Empfangen von Signalwellen zu ermöglichen. In der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht das Horn 114, das auf der vorderseitigen Oberfläche des ersten leitenden Bauglieds 210 vorgesehen ist, ein effizienteres Senden oder effizienteren Empfang. Auch ohne dass das Horn 114 vorgesehen ist, kann die Wellenleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1, so wie sie ist, als Antenne verwendet werden.
  • 24A ist eine Draufsicht von oben, die eine Variante der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 24B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 24A. Bei dieser Variante weist das erste Durchgangsloch 211 eine I-Form mit einer Breite auf, die größer als die Breite (d.h. die Abmessung entlang derY-Richtung) des lateralen Abschnitts des zweiten Durchgangslochs 221 ist. Im Übrigen ist seine Konstruktion ähnlich wie die in 23A und 23B gezeigte. Somit kann das erste Durchgangsloch 211 sich in der Form von dem zweiten Durchgangsloch 221 unterscheiden.
  • Als Nächstes wird eine weitere Ausführungsform einer Antennenvorrichtung beschrieben, die die Wellenleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 und mindestens ein Antennenelement (Abstrahlelement) aufweist, das mit einem Wellenleiter zwischen einem Paar wellenleitender Wände der Wellenleitervorrichtung verbunden ist. „Mit einem Wellenleiter zwischen einem Paar wellenleitender Wände verbunden“ zu sein, bedeutet, mit einem Wellenleiter zwischen dem Paar wellenleitender Wände entweder direkt oder indirekt über einen weiteren Wellenleiter wie etwa den vorgenannten WRG verbunden zu sein. Das mindestens eine Antennenelement hat mindestens entweder die Funktion, eine elektromagnetische Welle, die sich durch den Wellenleiter zwischen dem Paar der wellenleitenden Wände ausgebreitet hat, in den Raum abzustrahlen, oder die Funktion, die Einleitung einer elektromagnetischen Welle, die sich im Raum ausgebreitet hat, in den Wellenleiter zwischen dem Paar der wellenleitenden Wände zu ermöglichen. Anders ausgedrückt, wird die Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird mindestens entwederzum Senden oder zum Empfang von Signalen verwendet.
  • 25A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Antennenvorrichtung (Array-Antenne) zeigt, in der eine Vielzahl von Schlitzen (Öffnungen) arrayartig angeordnet ist. 25A ist eine Draufsicht von oben, die die Antennenvorrichtung aus der +Z-Richtung gesehen zeigt. 25B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 25A. Bei der in der Figur gezeigten Antennenvorrichtung sind stapelförmig angeordnet: eine erste Wellenleiterschicht 10a mit einer Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern 122U, welche direkt an eine Vielzahl von Schlitzen 112 koppeln, die als Abstrahlelemente wirksam sind, eine zweite Wellenleiterschicht 10b mit einer Vielzahl von leitenden Stäben 124M und wellenleitenden Wänden, nicht gezeigt, und eine dritte Wellenleiterschicht 10c mit einem weiteren Wellenleiterbauglied 122L, das über die wellenleitenden Wände an Wellenleiterbauglieder 122U der ersten Wellenleiterschicht 10a koppelt. Die Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern 122U und die Vielzahl von leitenden Stäben 124U in der ersten Wellenleiterschicht 10a sind auf einem ersten leitenden Bauglied 210 vorgesehen. Die Vielzahl leitender Stäbe 124M und die wellenleitenden Wände, nicht gezeigt, in der zweiten Wellenleiterschicht 10b sind auf einem zweiten leitenden Bauglied 220 vorgesehen. Das Wellenleiterbauglied 122L und die Vielzahl von leitenden Stäben 124L in der dritten Wellenleiterschicht 10c sind auf einem dritten leitenden Bauglied 230 angeordnet.
  • Diese Antennenvorrichtung weist ferner ein leitendes Bauglied 110 auf, das die Wellenleiterbauglieder 122U und die Vielzahl leitender Stäbe 124U in der ersten Wellenleiterschicht 10a bedeckt. Das leitende Bauglied 110 hat 16 Schlitze (Öffnungen) 112 in einem Array aus 4 Zeilen und 4 Spalten. Auf dem leitenden Bauglied 110 sind Seitenwände 114 vorgesehen, die jeden Schlitz 112 umgeben. Die Seitenwände 114 bilden ein Horn, das die Direktivität des Schlitzes 112 einstellt. Anzahl und Anordnung der Schlitze 112 in diesem Beispiel sind lediglich illustrativ. Die Ausrichtungen und Formen der Schlitze 112 sind auch nicht auf diejenigen des in den Figu- ren gezeigten Beispiels beschränkt. Beispielsweise können auch H-förmige Schlitze verwendet werden. Das in den Figuren gezeigte Beispiel soll keine Beschränkung hinsichtlich dessen, ob die Seitenwände 114 eines jeden Horns geneigt sind oder nicht, hinsichtlich der Winkel desselben oder der Form eines jeden Horns darstellen.
  • 26A ist ein Diagramm, das ein planes Layout der Wellenleiterbauglieder 122U und leitenden Stäbe 124U in dem ersten leitenden Bauglied 210 zeigt. 26B ist ein Diagramm, das ein planes Layout von leitenden Stäben 124M, wellenleitenden Wänden 203 und Durchgangslöchern 221 in dem zweiten leitenden Bauglied 220 zeigt. 26C ist ein Diagramm, das ein planes Layout eines Wellenleiterbauglieds 122L und von leitenden Stäben 124L auf dem dritten leitenden Bauglied 230 zeigt. Wie aus diesen Figuren ersichtlich, erstrecken sich die Wellenleiterbauglieder 122U auf dem ersten leitenden Bauglied 210 linear (streifenförmig) und weisen keine Verzweigungsabschnitte oder Biegungen auf. Dagegen weist das Wellenleiterbauglied 122L auf dem dritten leitenden Bauglied 230 sowohl Verzweigungsabschnitte (an denen die Erstreckungsrichtungsich in zwei Richtungen gabelt) als auch Biegungen auf (an denen die Erstreckungsrichtung sich ändert). Zwischen den Durchgangslöchern 211 in dem ersten leitenden Bauglied 210 und den Durchgangslöchern 221 in dem zweiten leitenden Bauglied 220, wie in 26B gezeigt, sind wellenleitende Wände 203 vorgesehen, wie in Ausführungsform 1 beschrieben.
  • Bei dem in 26B gezeigten Beispiel existieren vier Durchgangslöcher 221 auf dem zweiten leitenden Bauglied 220 und vier Paare wellenleitender Wände 203, zwischen denen jeweils der zentrale Abschnitt des jeweiligen Durchgangslochs 221 eingefügt ist. Die Wellenleiterbauglieder 122U auf dem ersten leitenden Bauglied 210 koppeln über die Durchgangslöcher 211, das Paar wellenleitender Wände 203 und die Durchgangslöcher 221 an das Wellenleiterbauglied 122L auf dem dritten leitenden Bauglied 230. Anders ausgedrückt, passiert eine elektromagnetische Welle, die sich entlang des Wellenleiterbauglieds 122L auf dem dritten leitenden Bauglied 230 ausgebreitet hat, durch die Durchgangslöcher 221, das Paar wellenleitender Wände 203 und die Durchgangslöcher 211, so dass sie die Wellenleiterbauglieder 122U auf dem ersten leitenden Bauglied 210 erreicht, und breitet sich entlang der Wellenleiterbauglieder 122U aus. In diesem Fall ist jeder Schlitz 112 als Antennenelement wirksam, um die Abstrahlung einer elektromagnetischen Welle, die sich durch den Wellenleiter ausgebreitet hat, in den Raum zu ermöglichen. Wenn eine elektromagnetische Welle, die sich im Raum ausgebreitet hat, auf einen Schlitz 112 auftrifft, koppelt umgekehrt die elektromagnetische Welle an das Wellenleiterbauglied 122U, das direkt unter diesem Schlitz 112 liegt, und breitet sich entlang des Wellenleiterbauglieds 122U aus. Elektromagnetische Wellen, die sich durch die Wellenleiterbauglieder 122U ausgebreitet haben, können auch durch die Durchgangslöcher 211, das Paar wellenleitender Wände 203 und die Durchgangslöcher 221 passieren, so dass sie das Wellenleiterbauglied 122L auf dem dritten leitenden Bauglied 230 erreichen, und sich entlang des Wellenleiterbauglieds 122L ausbreiten.
  • Über einen Port 145L des dritten leitenden Bauglieds 230 kann das Wellenleiterbauglied 122L der zweiten Wellenleitervorrichtung 100b an eine externe Wellenleitervorrichtung oder Hochfrequenzschaltung (elektronische Schaltung) koppeln. Als ein Beispiel illustriert 26C eine elektronische Schaltung 290, die mit dem Anschluss 145L verbunden ist. Ohne auf eine bestimmte Position beschränkt zu sein, kann die elektronische Schaltung 290 an jeder beliebigen Position vorgesehen sein. Die elektronische Schaltung 290 kann auf einer Leiterplatte vorgesehen sein, die sich beispielsweise auf der Rückseite (d.h. der unteren Seite in 25B) des dritten leitenden Bauglieds 210 befindet. Eine solche elektronische Schaltung ist eine integrierte Mikrowellenschaltung, die beispielsweise eine MMIC (integrierte monolithische Mikrowellenschaltung) sein kann, welche Millimeterwellen generiert oder empfängt.
  • Das in 25A gezeigte leitende Bauglied 110 kann als „Abstrahlungsschicht“ bezeichnet werden. Außerdem kann die Schicht mit der Gesamtheit der Wellenleiterbauglieder 122U auf dem ersten leitenden Bauglied 210 und leitenden Stäben 124U, gezeigt in 26A, als „Anregungsschicht“ bezeichnet werden, während die Schicht mit der Gesamtheit der leitenden Stäbe 124M und wellenleitenden Wände auf dem zweiten leitenden Bauglied 220, gezeigt in 26B, als „Zwischenschicht“ bezeichnet werden kann und die Schicht mit der Gesamtheit des Wellenleiterbauglieds 122L und den leitenden Stäben 124L auf dem dritten leitenden Bauglied 230, gezeigt in 26C, als „Verteilungsschicht“ bezeichnet werden kann. Außerdem können die „Anregungsschicht“, die „Zwischenschicht“ und die „Verteilungsschicht“ zusammen als „Speisungsschicht“ bezeichnet werden. Jede der Schichten „Abstrahlungsschicht“, „Anregungsschicht“, „Zwischenschicht“ und „Verteilungsschicht“ kann durch Verarbeiten einer einzigen Metallplatte massengefertigt sein. Die Abstrahlungsschicht, die Anregungsschicht, die Verteilungsschicht und die elektronischen Schaltkreise, die auf der Rückseite derVerteilungsschicht vorzusehen sind, können als Ein-Modul-Erzeugnis gefertigt sein.
  • Wie aus 25B ersichtlich, sind in der Array-Antenne aus diesem Beispiel schichtartig eine Abstrahlungsschicht, eine Anregungsschicht und eine Verteilungsschicht angeordnet, die Plattenform haben; daher ist als Ganzes eine flache und niedrigprofilige Flachpanel-Antenne realisiert. Die Höhe (Dicke) einer mehrschichtigen Struktur mit einer Querschnittskonstruktion wie der in 25B gezeigten kann beispielsweise auf 20 mm oder weniger eingestellt sein.
  • Bei dem in 26C gezeigten Wellenleiterbauglied 122L sind die Distanzen von dem Port 145L des dritten leitenden Bauglieds 230 zu den jeweiligen Durchgangslöchern 211 (siehe 26A) in dem ersten leitenden Bauglied 210, entlang des Wellenleiterbauglieds 122L gemessen, alle gleich. Eine Signalwelle, die an dem Port 145L des dritten leitenden Bauglieds 230 in den Wellenleiter 122L eingegeben ist, erreicht daher die vier Durchgangslöcher 211 in dem ersten leitenden Bauglied 210 alle in derselben Phase. Infolgedessen können die vier Wellenleiterbauglieder 122U auf dem ersten leitenden Bauglied 210 in derselben Phase angeregt werden.
  • Es ist nicht notwendig, dass alle als Antennenelemente wirksamen Schlitze 112 elektromagnetische Wellen in derselben Phase abstrahlen. Die Netzwerkmuster der Wellenleiterbauglieder 122U und 122L in der Anregungsschicht und der Verteilungsschicht können beliebig sein, und sie können so angeordnet sein, dass durch die jeweiligen Wellenleiterbauglieder 122U und 122L unabhängig voneinander eine Ausbreitung unterschiedlicher Signale erfolgt.
  • Obwohl die Wellenleiterbauglieder 122U auf dem ersten leitenden Bauglied 210 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weder einen Verzweigungsabschnitt noch eine Biegung aufweisen, kann der Abschnitt, der als Anregungsschicht wirksam ist, auch ein Wellenleiterbauglied mit mindestens entweder einem Verzweigungsabschnitt oder einer Biegung aufweisen. Wie bereits erwähnt, ist es nicht notwendig, dass alle leitenden Stäbe in der Wellenleitervorrichtung ähnliche Form haben.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann sich eine elektromagnetische Welle auf direkte Weise über das Paar elektrisch leitender, wellenleitender Wände 203, zwischen den Durchgangslöchern 211 in dem ersten leitenden Bauglied 210 und den Durchgangslöchern 221 in dem zweiten leitenden Bauglied 220 ausbreiten. Da keine unerwünschte Ausbreitung auf dem zweiten leitenden Bauglied 220 erfolgt, ist das Vorsehen anderer Strukturen, z.B. von Wellenleitern, Leiterplatten oder Kameras, auf dem zweiten leitenden Bauglied 220 möglich. Die Vorrichtung bietet daher verbesserte Gestaltungsfreiheit. Obwohl die vorliegende Ausführungsform illustriert, dass wellenleitende Wände zwischen dem ersten leitenden Bauglied 210 und dem zweiten leitenden Bauglied 220 vorgesehen sind, können die wellenleitenden Wände auch an anderen Positionen vorgesehen sein.
  • 26D ist eine perspektivische Ansicht, die ein Abstrahlelement einer Schlitzantennenvorrichtung gemäß wiederum einer weiteren Variante der Ausführungsform 2 zeigt. Die Schlitzantennenvorrichtung aus diesem Beispiel weist ferner ein weiteres leitendes Bauglied 160 mit einer leitenden Oberfläche auf, die zu der leitenden Oberfläche 310Aa auf derVorderseite des leitenden Bauglieds 110 entgegengesetzt ist. Das weitere leitende Bauglied 160 hat in diesem Beispiel vier weitere Schlitze 111. 26E ist ein Diagramm, das das Abstrahlelement aus 26D so illustriert, dass die Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem weiteren leitenden Bauglied 160 übertrieben ist.
  • In 25A sind die Schlitze 112 jeweils so gezeigt, dass sie mit den Hörnern 114 kommunizieren; in dem Beispiel aus 26D dagegen kommuniziert der Schlitz 112 mit einem Hohlraum 180. Der Hohlraum 180 ist ein flacher hohler Raum, der von der leitenden Oberfläche 110b, einer Vielzahl leitender Stäbe 170 auf der Vorderseite des leitenden Bauglieds 110 und von der leitenden Oberfläche auf der Rückseite des leitenden Bauglieds 160 umgeben ist. In den Beispielen aus 26D und 26E besteht zwischen den führenden Enden der Vielzahl leitender Stäbe 170 und der leitenden Oberfläche auf der Rückseite des weiteren leitenden Bauglieds 160 ein Abstand. Die Wurzeln der Vielzahl leitender Stäbe 170 stehen mit der leitenden Oberfläche 110b des leitenden Bauglieds 110 in Verbindung. Es kann eine Konstruktion verwendet werden, bei der die Vielzahl leitender Stäbe 170 mit dem weiteren leitenden Bauglied 160 verbunden ist. In diesem Fall ist jedoch sichergestellt, dass zwischen den führenden Enden derVielzahl leitender Stäbe 170 und der leitenden Oberfläche 110b ein Abstand vorhanden ist.
  • Das weitere leitende Bauglied 160 hat vier weitere Schlitze 111, so dass alle Schlitze 111 mit dem Hohlraum 180 kommunizieren. Eine Signalwelle, die aus dem Schlitz 112 in den Hohlraum 180 abgestrahlt wird, wird über die vier weiteren Schlitze 111 in Richtung der Vorderseite des weiteren leitenden Bauglieds 160 abgestrahlt. Es wird angemerkt, dass eine Struktur verwendet werden kann, bei der auf der Vorderseite des weiteren leitenden Bauglieds 160 Hörner angeordnet sind, wobei die weiteren Schlitze 111 sich an den Unterseiten der Hörner öffnen. In diesem Fall wird eine Signalwelle, die aus dem Schlitz 112 abgestrahlt wird, über den Hohlraum 180, die weiteren Schlitze 111 und die Hörner abgestrahlt.
  • <Weitere Varianten>
  • Als Nächstes werden weitere Varianten für Wellenleiterstrukturen einschließlich des leitenden Bauglieds 122, der leitenden Bauglieder 110 und 120 sowie der Vielzahl der leitenden Stäbe 124 beschrieben. Die folgenden Varianten gelten für die WRG-Struktur an jeder Stelle in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen.
  • 27A ist eine Querschnittsansicht, die eine Beispielstruktur zeigt, bei der nur die Wellenleiterfläche 122a, die eine obere Fläche des Wellenleiterbauglieds 122 definiert, elektrisch leitend ist, während jeder andere Teil des Wellenleiterbauglieds 122 außer der Wellenleiterfläche 122a nicht elektrisch leitend ist. Sowohl das leitende Bauglied 110 als auch das leitende Bauglied 120 sind gleichermaßen nur an der Oberfläche, auf der das Wellenleiterbauglied 122 vorgesehen ist (d.h. der leitenden Oberfläche 110a, 120a), jedoch in keinem anderen Abschnitt elektrisch leitend. Somit braucht nicht jedes von dem Wellenleiterbauglied 122, dem leitenden Bauglied 110 und dem leitenden Bauglied 120 elektrisch leitend zu sein.
  • 27B ist ein Diagramm, das eine Variante zeigt, bei der das Wellenleiterbauglied 122 nicht auf dem leitenden Bauglied 120 gebildet ist. In diesem Beispiel ist das Wellenleiterbauglied 122 an einem Stützbauglied befestigt (z.B. der Innenwand des Gehäuses), welches das leitende Bauglied 110 und das leitende Bauglied stützt. Zwischen dem Wellenleiterbauglied 122 und dem leitenden Bauglied 120 besteht ein Abstand. Somit braucht das Wellenleiterbauglied 122 nicht mit dem leitenden Bauglied 120 verbunden zu sein.
  • 27C ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur zeigt, bei der das leitende Bauglied 120, das Wellenleiterbauglied 122 und jeder von der Vielzahl von leitenden Stäben 124 aus einer dielektrischen Oberfläche gebildet sind, die mit einem elektrisch leitenden Material wie etwa einem Metall beschichtet ist. Das leitende Bauglied 120, das Wellenleiterbauglied 122 und die Vielzahl von leitenden Stäben 124 sind über den elektrischen Leiter miteinander verbunden. Andererseits ist das leitende Bauglied 110 aus einem elektrisch leitenden Material wie etwa einem Metall hergestellt.
  • 27D und 27E sind Diagramme, die jeweils eine Beispielstruktur zeigen, in der dielektrische Schichten 110c und 120c jeweils auf den äußersten Oberflächen von leitenden Baugliedern 110 und 120, einem Wellenleiterbauglied 122 und leitenden Stäben 124 vorgesehen sind. 27D zeigt eine Beispielstruktur, bei der die Oberfläche leitender Metallbauglieder, die elektrische Leiter sind, mit einer dielektrischen Schicht bedeckt ist. 27E zeigt ein Beispiel, bei dem das leitende Bauglied 120 so strukturiert ist, dass die Oberfläche von Baugliedern, die aus einem Dielektrikum, z.B. Harz, gebildet sind, mit einem Leiter wie etwa einem Metall bedeckt ist, wobei diese Metallschicht ferner mit einer dielektrischen Schicht beschichtet ist. Die dielektrische Schicht, die die Metalloberfläche bedeckt, kann eine Beschichtung aus Harz oder dergleichen oder ein Oxidfilm einer Passivierungsbeschichtung oder dergleichen sein, die mit der Oxidation des Metalls erzeugt wird.
  • Die dielektrische Schicht auf der äußersten Oberfläche erlaubt eine Erhöhung von Verlusten in der elektromagnetischen Welle, die sich durch den WRG-Wellenleiter ausbreitet, vermagjedoch die leitenden Oberflächen 110a und 120a (die elektrisch leitend sind) vor Korrosion zu schützen. Sie verhindert auch Einflüsse einer Gleichspannung oder einer Wechselspannungvon so niedriger Frequenz, dass sie nicht zurAusbreitung auf bestimmten WRG-Wellenleitern fähig ist.
  • 27F ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem die Höhe des Wellenleiterbauglieds 122 niedriger als die Höhe der leitenden Stäbe 124 ist und der Abschnitt der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110, die zu der Wellenleiterfläche 122a entgegengesetzt ist, in Richtung des Wellenleiterbauglieds 122 absteht. Auch eine solche Struktur funktioniert ähnlich wie die oben beschriebene Ausführungsform, solange die in 4 abgebildeten Abmessungsbereiche eingehalten sind.
  • 27G ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem weiterhin in der Struktur aus 27F Abschnitte der leitenden Oberfläche 110a, die zu den leitenden Stäben 124 entgegengesetzt sind, in Richtung der leitenden Stäbe 124 abstehen. Auch eine solche Struktur funktioniert ähnlich wie die oben beschriebene Ausführungsform, solange die in 4 abgebildeten Abmessungsbereiche eingehalten sind. Anstelle einer Struktur, bei der die leitende Oberfläche 110a teilweise absteht, kann eine Struktur verwendet werden, bei der die leitende Oberfläche 110a teilweise vertieft ist.
  • 28A ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem eine leitende Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 als gekrümmte Oberfläche geformt ist. 28B ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem auch eine leitende Oberfläche 120a des leitenden Bauglieds 120 als gekrümmte Oberfläche geformt ist. Wie durch diese Beispiele gezeigt, sind die leitenden Oberflächen 110a, 120a möglicherweise nicht als Ebenen geformt, sondern können auch als gekrümmte Oberflächen geformt sein. Ein leitendes Bauglied mit einer leitenden Oberfläche, die eine gekrümmte Oberfläche ist, gilt ebenfalls als leitendes Bauglied mit „Plattenform“.
  • In der Wellenleitervorrichtung 100 mit der oben beschriebenen Konstruktion kann sich eine Signalwelle mit der Betriebsfrequenz nicht in dem Raum zwischen der Oberfläche 125 des künstlichen magnetischen Leiters und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 ausbreiten, sondern breitet sich in dem Raum zwischen der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 aus. Anders als bei einem Hohlwellenleiter braucht die Breite des Wellenleiterbauglieds 122 in einer solchen Wellenleiterstruktur nicht gleich oder größer zu sein als eine Hälfte der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle, deren Ausbreitung erfolgen soll. Zudem brauchen das leitende Bauglied 110 und das leitende Bauglied 120 nicht durch eine Metallwand, die sich entlang der Dickenrichtung (d.h. parallel zu derYZ-Ebene) erstreckt, elektrisch miteinander verbunden zu sein.
  • Eine Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eignet sich zur Verwendung in einer Radarvorrichtung oder einem Radarsystem für den Einbau beispielsweise in bewegte Objekte wie etwa Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Roboter oder dergleichen. Eine Radarvorrichtung würde eine Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und eine integrierte Mikrowellenschaltung aufweisen, die mit der Antennenvorrichtung verbunden ist. Ein Radarsystem würde die Radarvorrichtung und eine Signalverarbeitungsschaltung aufweisen, die mit der integrierten Mikrowellenschaltung der Radarvorrichtung verbunden ist. Eine Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist eine mehrschichtige WRG-Struktur auf, die eine Größenverringerung erlaubt und somit gegenüber einer Konstruktion, bei der ein herkömmlicher Hohlwellenleiter verwendet wird, eine beträchtliche Reduzierung des Bereiches der Fläche erlaubt, auf der Antennenelemente arrayartig angeordnet sind. Daher ist ein Radarsystem, das die Antennenvorrichtung enthält, leicht in einen engen Raum montierbar, etwa auf eine Fläche eines Rückspiegels in einem Fahrzeug, die zu seiner Spiegeloberfläche entgegengesetzt ist, oder in einem bewegten Objekt geringer Größe wie etwa einem UAV (einem unbemannten Luftfahrzeug, einer sogenannten Drohne). Es wird angemerkt, dass ein Radarsystem, ohne auf die Implementierung in einem Fahrzeug begrenzt zu sein, beispielsweise an der Straße oder einem Gebäude fixiert verwendet werden kann.
  • Eine Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann auch in einem Drahtlos-Kommunikationssystem verwendet werden. Ein solches Drahtlos-Kommunikationssystem würde eine Antennenvorrichtung gemäß einer der obigen Ausführungsformen und eine Kommunikationsschaltung (eine Sendeschaltung oder Empfangsschaltung) aufweisen. Details zu Anwendungsbeispielen für Drahtlos-Kommunikationssysteme werden später beschrieben.
  • Ein Antennen-Array gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann des Weiteren als Antenne in einem Innenpositionierungssystem (IPS) verwendet werden. Ein Innenpositionierungssystem ist fähig zum Identifizieren der Position eines bewegten Objekts wie etwa einer Person oder eines fahrerlosen Transportfahrzeugs (FTF), das sich in einem Gebäude befindet. Eine Antennenvorrichtung kann auch als Funkwellensender (Funkbake) für ein System verwendet werden, das Informationen einem Informations-Endgerät (z.B. einem Smartphone) zuführt, welches von einer Person mitgeführt wird, die ein Geschäft oder eine andere Einrichtung besucht hat. In einem solchen System kann eine Funkbake einmal alle paar Sekunden eine elektromagnetische Welle abstrahlen, die beispielsweise eine Kennung oder andere darauf aufgebrachte Informationen trägt. Wenn das Informations-Endgerät diese elektromagnetische Welle empfängt, sendet das Informations-Endgerät die empfangenen Informationen über Telekommunikationsverbindungen an einen entfernten Server-Computer. Auf Basis der Informationen, die aus dem Informations-Endgerät empfangen wurden, identifiziert der Server-Computer die Position dieses Informations-Endgerätes und führt Informationen, die dieser Position zugeordnet sind (z.B. Produktinformationen oder einen Gutschein) dem Informations-Endgerät zu.
  • In der vorliegenden Spezifikation wird der Ausdruck „künstlicher magnetischer Leiter“ zur Beschreibung der Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet, in Übereinstimmung mit der Darstellung in einer Arbeit eines der Erfinder, Kirino (Nicht-Patentdokument 1), sowie einer Arbeit von Kildal u.a., die etwa um dieselbe Zeit eine Untersuchung zu einem verwandten Gegenstand veröffentlichten. Jedoch wurde in einer Untersuchung durch die Erfinder festgestellt, dass für die Erfindung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht unbedingt ein „künstlicher magnetischer Leiter“ nach der herkömmlichen Definition erforderlich ist. Das bedeutet: Bisher wird zwar angenommen, dass eine periodische Struktur eine Voraussetzung für einen künstlichen magnetischen Leiter sei, jedoch ist zur Ausübung der Erfindung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht unbedingt eine periodische Struktur erforderlich.
  • Der künstliche magnetische Leiter, der in der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist, besteht aus Zeilen leitender Stäbe. Um ein Lecken elektromagnetischer Wellen von der Wellenleiterfläche weg zu verhindern, hielt man es daher bisher für entscheidend, dass mindestens zwei Zeilen leitender Stäbe auf einer Seite des Wellenleiterbauglieds bzw. der Wellenleiterbauglieder existieren, wobei sich diese Zeilen leitender Stäbe entlang des Wellenleiterbauglieds bzw. der Wellenleiterbauglieder (Rippe(n)) erstrecken. Der Grund hierfür ist, dass mindestens zwei Zeilen leitender Stäbe erforderlich sind, damit dieselben eine „Periode“ aufweisen. Nach einer Untersuchung durch die Erfinder kann jedoch auch dann, wenn zwischen zwei sich parallel zueinander erstreckenden Wellenleiterbaugliedern nur eine Zeile leitender Stäbe existiert, die Intensität eines Signals, das von einem Wellenleiterbauglied in das andere Wellenleiterbauglied übertritt, auf -10 dB oder weniger unterdrückt werden, was in vielen Anwendungen ein praktisch ausreichender Wert ist. Der Grund, weshalb ein solches ausreichendes Trennungsniveau mit einer nur unvollkommenen periodischen Struktur erreicht wird, ist bislang unklar. Jedoch wird angesichts dieser Tatsache in der vorliegenden Offenbarung die Vorstellung eines „künstlichen magnetischen Leiters“ dahingehend erweitert, dass der Ausdruck auch eine Struktur einschließt, die nur eine Zeile leitender Stäbe aufweist.
  • <Anwendungsbeispiel 1: Bordradarsystem>
  • Als Anwendungsbeispiel für die Nutzung der oben beschriebenen Schlitz-Array-Antenne wird als Nächstes ein Fall eines Bordradarsystems mit einer Schlitz-Array-Antenne beschrieben. Eine in einem Bordradarsystem verwendete Sendewelle kann eine Frequenz z.B. eines 76-Gigahertz-(GHz) -Bands haben, die eine Wellenlänge λο von circa 4 mm im freien Raum hat.
  • In Sicherheitstechnik für Automobile, z.B. in Kollisionsverhütungssystemen oder beim automatischen Fahren, kommt es insbesondere darauf an, ein oder mehr Fahrzeuge (Ziele) zu identifizieren, die dem Eigenfahrzeug vorausfahren. Als Verfahren zum Identifizieren von Fahrzeugen sind Techniken zum Schätzen der Richtungen eintreffender Wellen durch Verwendung eines Radarsystems in Entwicklung.
  • 29 zeigt ein Eigenfahrzeug 500 und ein voraus befindliches Fahrzeug 502, das auf derselben Fahrspur wie das Eigenfahrzeug 500 fährt. Das Eigenfahrzeug 500 weist ein Bordradarsystem auf, das eine Schlitz-Array-Antenne gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen enthält. Wenn das Bordradarsystem des Eigenfahrzeugs 500 ein Hochfrequenz-Sendesignal abstrahlt, erreicht das Sendesignal das voraus befindliche Fahrzeug 502 und wird von demselben reflektiert, so dass ein Teil des Signals zu dem Eigenfahrzeug 500 zurückkehrt. Das Bordradarsystem empfängt dieses Signal, um eine Position des voraus befindlichen Fahrzeugs 502, eine Distanz („Entfernung“) zu dem voraus befindlichen Fahrzeug 502, eine Geschwindigkeit usw. zu berechnen.
  • 30 zeigt das Bordradarsystem 510 des Eigenfahrzeugs 500. Das Bordradarsystem 510 ist innerhalb des Fahrzeugs vorgesehen. Spezifischer ist das Bordradarsystem 510 auf einer Fläche des Rückspiegels angeordnet, die zu dessen Spiegelfläche entgegengesetzt ist. Aus dem Fahrzeug heraus strahlt das Bordradarsystem 510 ein Hochfrequenz-Sendesignal in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 500 ab und empfängt ein beziehungsweise mehrere Signale, die aus der Fahrtrichtung eintreffen.
  • Das Bordradarsystem 510 aus diesem Anwendungsbeispiel weist eine Schlitz-Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf. Die Schlitz-Array-Antenne kann eine Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern aufweisen, die zueinander parallel sind. Sie sind so anzuordnen, dass die Vielzahl der Wellenleiterbauglieder sich jeweils in einer Richtung erstreckt, die mit der vertikalen Richtung zusammenfällt, und dass die Vielzahl der Wellenleiterbauglieder in einer Richtung angeordnet ist, die mit der horizontalen Richtung zusammenfällt. Infolgedessen können die laterale und die vertikale Abmessung der Vielzahl von Schlitzen, von vorne gesehen, weiter reduziert werden.
  • Beispielabmessungen für eine Antennenvorrichtung mit der obigen Array-Antenne können 60 mm (Breite) × 30 mm (Länge) × 10 mm (Tiefe) sein. Es sei darauf hingewiesen, dass dies für ein Millimeterwellenradarsystem des 76-GHz-Bands eine sehr geringe Größe ist.
  • Es wird angemerkt, dass viele herkömmliche Bordradarsysteme außen am Fahrzeug vorgesehen sind, z.B. ganz vorne an der Frontpartie. Der Grund hierfür ist, dass das Bordradarsystem relativ groß ist und somit nur schwer innerhalb des Fahrzeugs vorgesehen sein kann, wie in der vorliegenden Offenbarung. Das Bordradarsystem 510 aus diesem Anwendungsbeispiel kann innerhalb des Fahrzeugs installiert sein, wie oben beschrieben, ist aber stattdessen auch ganz vorne an die Frontpartie montierbar. Da der Platzbedarf des Bordradarsystems an der Frontpartie reduziert ist, wird die Anordnung anderer Teile erleichtert.
  • Das Anwendungsbeispiel ermöglicht ein schmales Intervall zwischen einer Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern (Rippen), die in der Sendeantenne verwendet werden, wodurch sich auch das Intervall zwischen einer Vielzahl von Schlitzen verschmälert, die entgegengesetzt zu einer Anzahl von benachbarten Wellenleiterbaugliedern vorzusehen sind. Dies reduziert die Einflüsse von Gitterkeulen. Beispielsweise treten keine Gitterkeulen in Vorwärtsrichtung auf, wenn das Intervall zwischen den Mitten von zwei lateral benachbarten Schlitzen kürzer als die Wellenlänge im freien Raum λο der Sendewelle (d.h. kleiner als circa 4 mm) ist. Daher werden die Einflüsse von Gitterkeulen reduziert. Es wird angemerkt, dass Gitterkeulen dann auftreten, wenn das Intervall, in dem die Antennenelemente arrayartig angeordnet sind, größer als eine Hälfte der Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle ist. Wenn das Intervall, in dem die Antennenelemente arrayartig angeordnet sind, kleiner als die Wellenlänge ist, treten keine Gitterkeulen in Vorwärtsrichtung auf. In dem Fall, dass keine Strahllenkung durchgeführt wird, um Phasendifferenzen zwischen den Funkwellen zu übermitteln, die aus den jeweiligen Antennenelementen abgestrahlt werden, welche eine Array-Antenne bilden, haben Gitterkeulen daher im Wesentlichen keinen Einfluss, solange das Intervall, in dem die Antennenelemente arrayartig angeordnet sind, kleiner als die Wellenlänge ist. Durch Einstellen des Array-Faktors der Sendeantenne kann die Direktivität der Sendeantenne eingestellt werden. Es kann ein Phasenschieber vorgesehen sein, damit die Phasen elektromagnetischer Wellen, die auf mehreren Wellenleiterbaugliedern übertragen werden, individuell anpassbar sind. Mit einer Erhöhung des Phasenversatzbetrags treten in diesem Fall auch dann Gitterkeulen auf, wenn das Intervall zwischen den Antennenelementen kleiner als die Wellenlänge λο der Sendewelle im freien Raum gestaltet ist. Wenn die Intervalle zwischen den Antennenelementen auf weniger als eine Hälfte der Wellenlänge λo der Sendewelle im freien Raum reduziert sind, treten jedoch ungeachtet des Phasenversatzbetrags keine Gitterkeulen auf. Durch Vorsehen eines Phasenschiebers kann die Direktivität der Sendeantenne in jede gewünschte Richtung geändert werden. Da die Konstruktion eines Phasenschiebers bekannt ist, wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
  • Eine Empfangsantenne gemäß dem Anwendungsbeispiel ist fähig zur Verringerung des Empfangs reflektierter Wellen, die Gitterkeulen zugeordnet sind, so dass die Genauigkeit der unten beschriebenen Verarbeitung verbessert werden kann. Im Folgenden wird ein Beispiel für einen Empfangsprozess beschrieben.
  • 31A zeigt ein Verhältnis zwischen einer Array-Antenne AA des Bordradarsystems 510 und mehreren eintreffenden Wellen k (k: eine ganze Zahl von 1 bis K; das gleiche gilt nachfolgend durchgängig. K ist die Anzahl der Ziele, die in verschiedenen Azimuten vorhanden sind). Die Array-Antenne AA weist M Antennenelemente in einem linearen Array auf. Eine Antenne ist prinzipiell sowohl zum Senden als auch zum Empfang verwendbar, und daher kann die Array-Antenne AA sowohl für eine Sendeantenne als auch für eine Empfangsantenne verwendet werden. Im Folgenden wird ein Beispielverfahren für die Verarbeitung einer eintreffenden Welle beschrieben, die durch die Empfangsantenne empfangen wird.
  • Die Array-Antenne AA empfängt mehrere eintreffende Wellen, die gleichzeitig in verschiedenen Winkeln auftreffen. Einige von den mehreren eintreffenden Wellen können eintreffende Wellen sein, die aus der Sendeantenne desselben Bordradarsystems 510 abgestrahlt und durch ein beziehungsweise mehrere Ziele reflektiert wurden. Außerdem können einige der mehreren eintreffenden Wellen direkte oder indirekte eintreffende Wellen sein, die von anderen Fahrzeugen abgestrahlt wurden.
  • Der Einfallswinkel einer jeden eintreffenden Welle (d.h. ein Winkel, der die Richtung ihres Eintreffens repräsentiert) ist ein auf die breite Seite B der Array-Antenne AA bezogener Winkel. Der Einfallswinkel einer eintreffenden Welle repräsentiert einen Winkel mit Bezug auf eine Richtung, die zu der Richtung der Linie, entlang derer Antennenelemente arrayartig angeordnet sind, senkrecht steht.
  • Es werde nun eine k-te eintreffende Welle betrachtet. Wenn auf der Array-Antenne von K Zielen aus, die bei unterschiedlichen Azimuten vorhanden sind, K eintreffende Wellen auftreffen, bedeutet eine „k-te eintreffende Welle“ eine eintreffende Welle, die durch einen Einfallswinkel θk identifiziert ist.
  • 31B zeigt die Array-Antenne AA, die die k-te eintreffende Welle empfängt. Die durch die Array-Antenne AA empfangenen Signale können durch Gleichung 1 als ein „Vektor“ mit M Elementen ausgedrückt werden. S = [ s 1 , s 2 , … , s M ] T
    Figure DE112018001974T5_0001
  • In der obigen Gleichung ist sm (wobei m eine ganze Zahl von 1 bis M ist; dies gilt auch im Folgenden) der Wert eines Signals, das durch ein m-tes Antennenelement empfangen wird. Das hochgestellte T bedeutet Transposition. S ist ein Spaltenvektor. Der Spaltenvektor S ist definiert durch ein Produkt einer Multiplikation aus einem durch die Konstruktion der Array-Antenne bestimmten Richtungsvektor (als Lenkvektor oder Modenvektor bezeichnet) und einem komplexen Vektor, der ein Signal von dem jeweiligen Ziel repräsentiert (auch als Wellenquelle oder Signalquelle bezeichnet). Wenn die Anzahl der Wellenquellen K ist, sind die Wellen von Signalen, die aus den jeweiligen K Wellenquellen an jedem einzelnen Antennenelement eintreffen, linear überlagert. In diesem Zustand kann sm durch Gleichung 2 ausgedrückt werden. s m = ∑ k = 1 K a k  exp { j ( 2 π λ d m sin θ k + φ k ) }
    Figure DE112018001974T5_0002
  • In Gleichung 2 bezeichnen αk, θk und φk die Amplitude, den Einfallswinkel beziehungsweise die Anfangsphase der k-ten eintreffenden Welle. Außerdem bezeichnet λ die Wellenlänge einer eintreffenden Welle, und j ist eine imaginäre Einheit.
  • Wie aus Gleichung 2 erkennbar, ist sm als komplexe Zahl ausgedrückt, die aus einem realen Teil (Re) und einem imaginären Teil (Im) besteht.
  • Wenn dies durch Berücksichtigung von Rauschen (Eigenrauschen oder Wärmerauschen) weiter verallgemeinert wird, kann das Array-Empfangssignal X als Gleichung 3 ausgedrückt werden. X = S + N
    Figure DE112018001974T5_0003
    N ist ein Vektorausdruck für das Rauschen.
  • Die Signalverarbeitungsschaltung erzeugt mithilfe des Array-Empfangssignals X, ausgedrückt durch Gleichung 3, eine räumliche Kovarianzmatrix Rxx (Gleichung 4) eintreffender Wellen und bestimmt des Weiteren Eigenwerte der räumlichen Kovarianzmatrix Rxx. R x x = X X H = [ R x x 11 … R x x 1 M ⋮ ⋱ ⋮ R x x M 1 … R x x M M ]
    Figure DE112018001974T5_0004
  • In der obigen Gleichung bedeutet das hochgestellte H konjugiert-komplexe Transposition (hermitesche Konjugierte).
  • Bei den Eigenwerten entspricht die Anzahl der Eigenwerte mit Werten, die gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert sind, der auf Basis von Wärmerauschen definiert ist (Signalraumeigenwerte), der Anzahl eintreffender Wellen. Es werden dann Winkel berechnet, die die höchste Wahrscheinlichkeit hinsichtlich der Einfallsrichtungen reflektierter Wellen (d.h. die maximale Wahrscheinlichkeit) ergeben, wodurch die Anzahl der Ziele und die Winkel, in denen sich die jeweiligen Ziele befinden, identifizierbar sind. Dieser Prozess ist als eine Schätztechnik für die maximale Wahrscheinlichkeit bekannt.
  • Siehe als Nächstes 32. 32 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispiel-Grundkonstruktion einer Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die in 32 gezeigte Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 weist ein Radarsystem 510, das in einem Fahrzeug montiert ist, und eine mit dem Radarsystem 510 verbundene elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 auf. Das Radarsystem 510 weist eine Array-Antenne AA und eine Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung530 auf.
  • Die Array-Antenne AA weist eine Vielzahl von Antennenelementen auf, von denen jedes in Antwort auf eine oder mehrere eintreffende Wellen ein Empfangssignal ausgibt. Wie bereits erwähnt, ist die Array-Antenne AAzum Abstrahlen einer Millimeterwelle einer hohen Frequenz fähig.
  • In dem Radarsystem 510 muss die Array-Antenne AA am Fahrzeug angebracht sein, während zumindest einige der Funktionen der Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 durch einen Computer550 und eine Datenbank 552 implementiert sein können, die extern zu der Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 (z.B. außerhalb des Eigenfahrzeugs) vorgesehen sind. In diesem Fall können die Abschnitte der Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530, die sich im Fahrzeug befinden, dauerhaft oder gelegentlich mit dem Computer 550 und der Datenbank 552 verbunden sein, die zum Fahrzeug extern sind, so dass bidirektionale Übermittlungen von Signalen oder Daten möglich sind. Die Übermittlungen sind über eine Kommunikationsvorrichtung 540 des Fahrzeugs und ein üblicherweise verfügbares Kommunikationsnetz durchführbar.
  • Die Datenbank 552 kann ein Programm speichern, das verschiedene Signalverarbeitungsalgorithmen definiert. Der Inhalt der Daten und des Programms, die für den Betrieb des Radarsystems 510 benötigt werden, können über die Kommunikationsvorrichtung 540 extern aktualisiert werden. Somit sind zumindest einige der Funktionen des Radarsystems 510 durch eine Cloud-Computing-Technik extern zum Eigenfahrzeug realisierbar (was das Innere eines anderen Fahrzeugs einschließt). Für ein „Bord“-Radarsystem in der Bedeutung der vorliegenden Offenbarung ist es daher nicht erforderlich, dass alle Bestandteile innerhalb des (Eigen-) Fahrzeugs montiert sind. Jedoch beschreibt die vorliegende Anmeldung der Einfachheit halber eine Implementierung, bei der alle Bestandteile gemäß der vorliegenden Offenbarung in einem einzigen Fahrzeug (d.h. dem Eigenfahrzeug) montiert sind, sofern nicht anders angegeben.
  • Die Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 weist eine Signalverarbeitungsschaltung 560 auf. Die Signalverarbeitungsschaltung 560 empfängt direkt oder indirekt Empfangssignale von derArray-AntennenvorrichtungAA und gibt die Empfangssignale oder ein beziehungsweise mehrere sekundäre Signal(e), die aus den Empfangssignalen generiert wurden, in eine Einfallswellen-Schätzeinheit AU ein. Ein Teil der Schaltung oder die gesamte Schaltung (nicht gezeigt), die aus den Empfangssignalen ein beziehungsweise mehrere sekundäre Signal(e) generiert, braucht nicht innerhalb der Signalverarbeitungsschaltung 560 vorgesehen zu sein. Ein Teil einer oder eine gesamte solche Schaltung (Vorverarbeitungsschaltung) kann zwischen der Array-Antenne AA und der Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 vorgesehen sein.
  • Die Signalverarbeitungsschaltung 560 ist dazu konfiguriert, durch Verwendung der Empfangssignale oder sekundären Signal(e) Berechnungen durchzuführen und ein Signal auszugeben, das die Anzahl der eintreffenden Wellen anzeigt. Gemäß der vorliegenden Verwendung kann als „Signal, das die Anzahl der eintreffenden Wellen anzeigt“, ein Signal bezeichnet werden, das die Anzahl voraus befindlicher Fahrzeuge vor dem Eigenfahrzeug anzeigt (die ein voraus befindliches Fahrzeug oder mehrere voraus befindliche Fahrzeuge sein können).
  • Die Signalverarbeitungsschaltung 560 kann zum Durchführen vielfältiger Signalverarbeitung konfiguriert sein, die durch bekannte Radarsignal-Verarbeitungseinrichtungen ausführbar ist. Beispielsweise kann die Signalverarbeitungsschaltung 560 dazu konfiguriert sein, „Überauflösungs-Algorithmen“ auszuführen wie etwa das MUSIC-Verfahren, das ESPRIT-Verfahren oder das SAGE-Verfahren, oder andere Algorithmen zur Einfallsrichtungsschätzung mit relativ niedriger Auflösung.
  • Die in 32 gezeigte Einfallswellen-Schätzeinheit AU schätzt einen Winkel, der das Azimut einer jeden eintreffenden Welle repräsentiert, durch einen beliebigen Algorithmus zur Einfallsrichtungsschätzung, und gibt ein Signal aus, das das Schätzungsergebnis anzeigt. Die Signalverarbeitungsschaltung 560 schätzt die Distanz zu jedem Ziel als Wellenquelle einer eintreffenden Welle, die relative Geschwindigkeit des Ziels und das Azimut des Ziels mit einem bekannten Algorithmus, der durch die Einfallswellen-Schätzeinheit AU ausgeführt wird, und gibt ein Signal aus, das das Schätzungsergebnis anzeigt.
  • In der vorliegenden Offenbarung ist der Ausdruck „Signalverarbeitungsschaltung“ nicht auf eine einzelne Schaltung beschränkt, sondern schließt jede Implementierung ein, bei der eine Kombination aus mehreren Schaltungen konzeptionell als ein einziges funktionelles Teil betrachtet wird. Die Signalverarbeitungsschaltung 560 kann durch ein oder mehr Ein-Chip-Systeme (SoCs) realisiert sein. Beispielsweise kann ein Teil der oder die gesamte Signalverarbeitungsschaltung 560 ein FPGA (feldprogrammierbares Array) sein, das eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD) ist. In diesem Fall weist die Signalverarbeitungsschaltung 560 eine Vielzahl von Berechnungselementen (z.B. Universallogiken und Multiplizierer) und eine Vielzahl von Speicherelementen (z.B. Verweistabellen oder Speicherblöcke) auf. Alternativ kann die Signalverarbeitungsschaltung 560 ein Satz aus (einem) Universalprozessor(en) und (einer) Hauptspeichervorrichtung(en) sein. Die Signalverarbeitungsschaltung 560 kann eine Schaltung sein, die einen beziehungsweise mehrere Prozessorkern(e) und eine beziehungsweise mehrere Speichervorrichtung(en) aufweist. Diese können als die Signalverarbeitungsschaltung 560 wirksam sein.
  • Die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 ist dazu konfiguriert, Fahrassistenz für das Fahrzeug auf Basis verschiedener Signale bereitzustellen, die aus der Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung530 ausgegeben werden. Die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 weist verschiedene elektronische Steuereinheiten dazu an, vorbestimmte Funktionen zu erfüllen, z.B. eine Funktion zur Alarmausgabe, um den Fahrerzu einem Bremsvorgang aufzufordern, wenn die Distanz zu einem voraus befindlichen Fahrzeug (Fahrzeugabstand) kürzer als ein vordefinierter Wert geworden ist; eine Funktion zur Steuerung der Bremsen und eine Funktion zur Beschleunigungssteuerung. Beispielsweise schickt im Fall eines Betriebsmodus, der eine adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung des Eigenfahrzeugs durchführt, die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 vorbestimmte Signale an verschiedene elektronische Steuereinheiten (nicht gezeigt) und Aktoren, um die Distanz des Eigenfahrzeugs zu einem voraus befindlichen Fahrzeug auf einem vordefinierten Wert zu halten oder die Fahrgeschwindigkeit des Eigenfahrzeugs auf einem vordefinierten Wert zu halten.
  • Im Fall des MUSIC-Verfahrens bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 560 Eigenwerte der räumlichen Kovarianzmatrix und gibt als Signal, das die Anzahl eintreffender Wellen anzeigt, ein Signal aus, das die Anzahl derjenigen Eigenwerte („Signalraum-Eigenwerte“) anzeigt, die größer als ein vorbestimmter Wert sind, der auf Basis von Wärmerauschen definiert ist (thermische Rauschleistung).
  • Siehe als Nächstes 33. 33 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Beispielkonstruktion für die Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 zeigt. Das Radarsystem 510 in der Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 aus 33 weist eine Array-Antenne AA, die eine nur für den Empfang bestimmte Array-Antenne Rx (auch als Empfangsantenne bezeichnet) und eine nur zum Senden bestimmte Array-Antenne Tx (auch als Sendeantenne bezeichnet) aufweist; und eine Objektdetektionseinrichtung 570 auf.
  • Mindestens entweder die Sendeantenne Tx oder die Empfangsantenne Rx hat die oben genannte Wellenleiterstruktur. Die Sendeantenne Tx strahlt eine Sendewelle ab, die beispielsweise eine Millimeterwelle sein kann. Die Empfangsantenne Rx, die nur für den Empfang bestimmt ist, gibt ein Empfangssignal in Antwort auf eine oder mehrere eintreffende Wellen (z.B. eine Millimeterwelle(n)) aus.
  • Eine Sende-/Empfangsschaltung 580 schickt ein Sendesignal für eine Sendewelle an die Sendeantenne Tx und führt „Vorverarbeitung“ für Empfangssignale von Empfangswellen durch, die an der Empfangsantenne Rx empfangen werden. Ein Teil der oder die gesamte Vorverarbeitung kann durch die Signalverarbeitungsschaltung 560 in der Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 erfolgen. Ein typisches Beispiel für eine durch die Sende-/Empfangsschaltung 580 durchzuführende Vorverarbeitung kann es sein, aus einem Empfangssignal ein Schwebungssignal zu generieren und ein Empfangssignal mit analogem Format in ein Empfangssignal mit digitalem Format umzuwandeln.
  • Eine Vorrichtung, die eine Sendeantenne, eine Empfangsantenne, eine Sende-/Empfangsschaltung und eine Wellenleitervorrichtung aufweist, die die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen der Sendeantenne sowie der Empfangsantenne und der Sende-/Empfangsschaltung erlaubt, wird in der vorliegenden Spezifikation als „Radarvorrichtung“ bezeichnet. Ein System, das zusätzlich zu der Radarvorrichtung eine Objektdetektionseinrichtung (einschließlich einer Signalverarbeitungsschaltung) aufweist, wird als „Radarsystem“ bezeichnet.
  • Es wird angemerkt, dass das Radarsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung, ohne auf die Implementierung beschränkt zu sein, bei der es in dem Eigenfahrzeug montiert ist, an der Straße oder einem Gebäude angebracht verwendet werden kann.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für eine spezifischere Konstruktion der Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 beschrieben.
  • 34 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine spezifischere Konstruktion der Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 zeigt. Die in 34 gezeigte Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 weist ein Radarsystem 510 und ein Bordkamerasystem 700 auf. Das Radarsystem 510 weist eine Array-Antenne AA, eine Sende-/Empfangsschaltung 580, die mit der Array-AntenneAA verbunden ist, und eine Signalverarbeitungsschaltung560 auf.
  • Das Bordkamerasystem 700 weist eine Bordkamera 710, die in einem Fahrzeug montiert ist, und eine Bildverarbeitungsschaltung 720 auf, die ein durch die Bordkamera 710 erfasstes Bild oder Video verarbeitet.
  • Die Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 aus diesem Anwendungsbeispiel weist eine Objektdetektionseinrichtung 570, die mit der Array-Antenne AA und der Bordkamera 710 verbunden ist, und eine elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 auf, die mit der Objektdetektionseinrichtung 570 verbunden ist. Zusätzlich zu der oben beschriebenen Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 (einschließlich der Signalverarbeitungsschaltung 560) weist die Objektdetektionseinrichtung 570 eine Sende-/Empfangsschaltung 580 und eine Bildverarbeitungsschaltung 720 auf. Die Objektdetektionseinrichtung 570 detektiert ein Ziel auf der Straße oder in der Nähe der Straße mithilfe nicht nur der durch das Radarsystem 510 gewonnenen Informationen, sondern auch der durch die Bildverarbeitungsschaltung 720 gewonnenen Informationen. Beispielsweise kann die Bildverarbeitungsschaltung 720, während das Eigenfahrzeug auf einer von zwei oder mehr Fahrspuren derselben Richtung fährt, unterscheiden, auf welcher Fahrspur das Eigenfahrzeug fährt, und dieses Unterscheidungsergebnis der Signalverarbeitungsschaltung 560 zuführen. Wenn Anzahl und Azimut(e) von voraus befindlichen Fahrzeugen mithilfe eines vorbestimmten Algorithmus zur Einfallsrichtungsschätzung (z.B. das MUSIC-Verfahren) erkannt werden sollen, kann die Signalverarbeitungsschaltung 560 zuverlässigere Informationen zu einer räumlichen Verteilung voraus befindlicher Fahrzeuge liefern, indem auf die Informationen aus der Bildverarbeitungsschaltung 720 zurückgegriffen wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das Bordkamerasystem 700 ein Beispiel für ein Mittel zum Identifizieren dessen ist, auf welcher Fahrspur das Eigenfahrzeug fährt. Die Fahrspurposition des Eigenfahrzeugs kann auch durch jedes andere Mittel identifiziert werden. Beispielsweise ist es durch Nutzung einer Ultrabreitband- (UWB-) Technik möglich, zu identifizieren, auf welcher von einer Vielzahl von Fahrspuren das Eigenfahrzeug fährt. Es ist allgemein bekannt, dass die Ultrabreitbandtechnik auf Positionsmessung und/oder Radar anwendbar ist. Die Verwendung der Ultrabreitbandtechnik erhöht die Entfernungsauflösung des Radars, so dass auch dann, wenn sich eine große Anzahl von Fahrzeugen voraus befindet, jedes einzelne Ziel deutlich auf Basis von Distanzunterschieden detektiert werden kann. Dies ermöglicht eine korrekte Identifikation der Distanz von einer Leitplanke am Straßenrand oder vom Mittelstreifen. Die Breite einer jeden Fahrspur ist anhand der Gesetze des jeweiligen Landes oder dergleichen vordefiniert. Durch Verwendung solcher Informationen wird es möglich, zu identifizieren, wo die Fahrspur liegt, in der das Eigenfahrzeug gerade fährt. Es wird angemerkt, dass die Ultrabreitbandtechnik ein Beispiel ist. Es kann auch eine Funkwelle auf Basis jeder anderen drahtlosen Technik verwendet werden. Zudem kann zusammen mit einem Radar LIDAR (Lichtdetektion und Abstandsmessung) verwendet werden. LIDAR wird manchmal als „Laserradar“ bezeichnet.
  • Die Array-Antenne AA kann eine generische Millimeterwellen-Array-Antenne zur bordeigenen Verwendung sein. Die Sendeantenne Tx in diesem Anwendungsbeispiel strahlt eine Millimeterwelle als Sendewelle vor dem Fahrzeug ab. Ein Abschnitt der Sendewelle wird von einem Ziel reflektiert, das typischerweise ein voraus befindliches Fahrzeug ist, so dass von dem Ziel als Wellenquelle eine reflektierte Welle ausgeht. Ein Abschnitt der reflektierten Welle erreicht die Array-Antenne (Empfangsantenne) AA als eintreffende Welle. Jedes aus der Vielzahl von Antennenelementen der Array-Antenne AA gibt in Antwort auf eine oder mehrere eintreffende Wellen ein Empfangssignal aus. Im Fall, dass die Anzahl der Ziele, die als Wellenquellen reflektierter Wellen wirksam sind, K ist (wobei K eine ganze Zahl mit dem Wert 1 oder mehr ist), ist die Anzahl eintreffender Wellen K, jedoch ist diese Zahl K eintreffender Wellen nicht im Voraus bekannt.
  • In dem Beispiel aus 32 wird vorausgesetzt, dass das Radarsystem 510 als integrales Stück, einschließlich der Array-Antenne AA, am Rückspiegel vorgesehen ist. Jedoch sind Anzahl und Positionen von Array-Antennen AA nicht auf eine spezifische Anzahl oder spezifische Positionen beschränkt. Eine Array-Antenne AA kann an der hinteren Oberfläche des Fahrzeugs angeordnet sein, um Ziele detektieren zu können, die sich hinter dem Fahrzeug befinden. Außerdem kann eine Vielzahl von Array-Antennen AA an der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Array-Antenne(n) AA können im Inneren des Fahrzeugs angeordnet sein. Auch in dem Fall, in dem eine Hornantenne, deren jeweilige Antennenelemente, wie oben erwähnt, Hörner aufweisen, als Array-Antenne(n) AA verwendet werden soll, können die Array-Antenne(n) mit solchen Antennenelementen sich im Inneren des Fahrzeugs befinden.
  • Die Signalverarbeitungsschaltung 560 empfängt und verarbeitet die Empfangssignale, die durch die Empfangsantenne Rx empfangen wurden und einer Vorverarbeitung durch die Sende-/Empfangsschaltung580 unterzogen wurden. Dieser Prozess umfasst das Eingeben der Empfangssignale in die Einfallswellen-SchätzeinheitAU oder alternativ das Generieren eines bzw. mehrerer sekundärer Signale aus den Empfangssignalen und das Eingeben des beziehungsweise der sekundären Signale in die Einfallswellen-SchätzeinheitAU.
  • In dem Beispiel aus 34 ist in der Objektdetektionseinrichtung 570 eine Auswahlschaltung 596 vorgesehen, die das aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 ausgegebene Signal und das aus der Bildverarbeitungsschaltung 720 ausgegebene Signal empfängt. Die Auswahlschaltung 596 erlaubt das Einspeisen des aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 ausgegebenen Signals oder des aus der Bildverarbeitungsschaltung 720 ausgegebenen Signals, oder beider Signale, in die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520.
  • 35 ist ein Blockdiagramm, das eine detailliertere Beispielkonstruktion des Radarsystems 510 gemäß diesem Anwendungsbeispiel zeigt.
  • Wie in 35 gezeigt, weist die Array-Antenne AA eine Sendeantenne Tx, die eine Millimeterwelle sendet, und Empfangsantennen Rx auf, die eintreffende, von Zielen reflektierte Wellen empfangen. Obwohl in der Figur nur eine Sendeantenne Tx illustriert ist, können zwei oder mehr Arten von Sendeantennen mit unterschiedlichen Eigenschaften vorgesehen sein. Die Array-Antenne AA weist M Antennenelemente 111 , 112 , ..., 11M auf (wobei M eine ganze Zahl gleich oder größer als 3 ist). In Antwort auf die eintreffenden Wellen geben die Vielzahl von Antennenelementen 111 , 112 , ..., 11M jeweils Empfangssignale s1 , s2 , ..., sM aus (31B).
  • In derArray-Antenne AA sind die Antennenelemente 111 bis 11M beispielsweise in einem linearen Array oder einem zweidimensionalen Array in festen Intervallen angeordnet. Jede eintreffende Welle trifft auf die Array-Antenne AA aus einer Richtung in einem Winkel θ mit Bezug auf die Normale der Ebene auf, in der die Antennenelemente 111 bis 11M arrayartig angeordnet sind. Somit ist die Einfallsrichtung einer eintreffenden Welle durch diesen Winkel θ definiert.
  • Wenn eine eintreffende Welle von einem Ziel aus auf der Array-Antenne AA auftrifft, nähert sich dies einer ebenen Welle, die auf die Antennenelemente 111 bis 11M aus Azimuten desselben Winkels θ auftrifft. Wenn K eintreffende Wellen auf der Array-Antenne AA von K Zielen mit unterschiedlichen Azimuten auftreffen, können die einzelnen eintreffenden Wellen in Bezug auf jeweils unterschiedliche Winkel θ1 bis θK identifiziert werden.
  • Wie in 35 gezeigt, weist die Objektdetektionseinrichtung 570 die Sende-/Empfangsschaltung580 und die Signalverarbeitungsschaltung 560 auf.
  • Die Sende-/Empfangsschaltung 580 weist eine Dreieckswellen-Generierungsschaltung581, einen VCO (spannungsgesteuerten Oszillator) 582, einen Verteiler 583, Mischer 584, Filter 585, einen Schalter 586, einen A/D-Wandler 587 und eine Steuerung 588 auf. Obwohl das Radarsystem in diesem Anwendungsbeispiel dazu konfiguriert ist, Senden und Empfang von Millimeterwellen im FMCW-Verfahren durchzuführen, ist das Radarsystem der vorliegenden Offenbarung nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Die Sende-/Empfangsschaltung 580 ist dazu konfiguriert, auf Basis eines Empfangssignals von der Array-Antenne AA und eines Sendesignals von der Sendeantenne Tx ein Schwebungssignal zu generieren.
  • Die Signalverarbeitungsschaltung 560 weist einen Distanzdetektionsabschnitt 533, einen Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 und einen Azimut-Detektionsabschnitt 536 auf. Die Signalverarbeitungsschaltung 560 ist dazu konfiguriert, ein Signal aus dem A/D-Wandler 587 in der Sende-/Empfangsschaltung 580 zu verarbeiten und Signale auszugeben, die jeweils die detektierte Distanz zum Ziel, die relative Geschwindigkeit des Ziels und das Azimut des Ziels anzeigen.
  • Zunächst werden Konstruktion und Funktionsweise der Sende-/Empfangsschaltung 580 im Detail beschrieben.
  • Die Dreieckswellen-Generierungsschaltung 581 generiert ein Dreieckswellensignal und führt es dem VCO 582 zu. Der VCO 582 gibt ein Sendesignal mit einer Frequenz aus, die auf Basis des Dreieckswellensignals moduliert ist. 36 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Frequenz eines Sendesignals zeigt, das auf Basis des Signals moduliert ist, welches durch eine Dreieckswellen-Generierungsschaltung 581 generiert ist. Diese Wellenform hat eine Modulationsbreite Δf und eine Mittelfrequenz von f0. Das Sendesignal mit einer so modulierten Frequenz wird dem Verteiler 583 zugeführt. Der Verteiler 583 erlaubt eine Verteilung des aus dem VCO 582 gewonnenen Sendesignals zwischen den Mischern 584 und der Sendeantenne Tx. Somit strahlt die Sendeantenne eine Millimeterwelle mit einer Frequenz ab, die in Dreieckswellen moduliert ist, wie in 36 gezeigt.
  • Zusätzlich zu dem Sendesignal zeigt 36 auch ein Beispiel für ein Empfangssignal aus einer eintreffenden Welle, die von einem einzelnen voraus befindlichen Fahrzeug reflektiert ist. Das Empfangssignal ist gegenüber dem Sendesignal verzögert. Diese Verzögerung steht in Proportion zu der Distanz zwischen dem Eigenfahrzeug und dem voraus befindlichen Fahrzeug. Zudem erhöht oder verringert sich die Frequenz des Empfangssignals aufgrund des Dopplereffekts entsprechend der relativen Geschwindigkeit des voraus befindlichen Fahrzeugs.
  • Wenn das Empfangssignal und das Sendesignal gemischt werden, wird auf Basis ihres Frequenzunterschieds ein Schwebungssignal generiert. Die Frequenz dieses Schwebungssignals (Schwebungsfrequenz) differiert zwischen einer Periode, in der das Sendesignal sich in der Frequenz erhöht (Anstieg) und einer Periode, in der das Sendesignal sich in der Frequenz verringert (Abfall). Sobald eine Schwebungsfrequenz für jede Periode auf Basis solcher Schwebungsfrequenzen bestimmt ist, werden die Distanz zum Ziel und die relative Geschwindigkeit des Ziels berechnet.
  • 37 zeigt eine Schwebungsfrequenz fu in einer „Anstiegs“-Periode und eine Schwebungsfrequenz fd in einer „Abfall“-Periode. In dem Graphen aus 37 stellt die horizontale Achse die Frequenz und die vertikale Achse die Signalintensität dar. Dieser Graph wird gewonnen, indem das Schwebungssignal einer Zeit-Frequenz-Umwandlung unterzogen wird. Sobald auf Basis einer bekannten Gleichung die Schwebungsfrequenzen fu und fd gewonnen sind, werden die Distanz zum Ziel und die relative Geschwindigkeit des Ziels berechnet. In diesem Anwendungsbeispiel mit der unten beschriebenen Konstruktion und Funktionsweise werden Schwebungsfrequenzen gewonnen, die dem jeweiligen Antennenelement der Array-Antenne AA entsprechen, was die Schätzung der Positionsinformationen eines Ziels ermöglicht.
  • In dem in 35 gezeigten Beispiel werden Empfangssignale aus Kanälen Ch1 bis ChM, die den jeweiligen Antennenelementen 111 bis 11M entsprechen, jeweils durch einen Verstärker verstärkt und in die entsprechenden Mischer 584 eingegeben. Jeder Mischer 584 mischt das Sendesignal in das verstärkte Empfangssignal. Durch dieses Mischen wird ein Schwebungssignal generiert, das dem Frequenzunterschied zwischen dem Empfangssignal und dem Sendesignal entspricht. Das generierte Schwebungssignal wird in das entsprechende Filter 585 gespeist. Die Filter 585 wenden Bandbreitensteuerung auf die Schwebungssignale auf den Kanälen Ch1 bis ChM an und führen dem Schalter586 bandbreitengesteuerte Schwebungssignale zu.
  • Der Schalter 586 führt ein Schalten in Antwort auf ein aus der Steuerung 588 eingegebenesAbtastsignal durch. Die Steuerung 588 kann beispielsweise durch einen Mikrocomputer gebildet sein. Auf Basis eines Computerprogramms, das in einem Speicher wie etwa einem ROM gespeichert ist, steuert die Steuerung 588 die gesamte Sende-/Empfangsschaltung 580. Die Steuerung 588 braucht nicht innerhalb der Sende-/Empfangsschaltung 580 vorgesehen zu sein, sondern kann innerhalb der Signalverarbeitungsschaltung 560 vorgesehen sein. Mit anderen Worten, die Sende-/Empfangsschaltung 580 kann entsprechend einem Steuersignal aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 arbeiten. Alternativ können einige oder alle Funktionen der Steuerung 588 durch eine zentrale Verarbeitungseinheit realisiert sein, die die gesamte Sende-/Empfangsschaltung 580 und Signalverarbeitungsschaltung 560 steuert.
  • Nachdem die Schwebungssignale auf den Kanälen Ch1 bis ChM durch die jeweiligen Filter 585 passiert sind, werden sie über den Schalter 586 nacheinander dem A/D-Wandler 587 zugeführt. In Synchronisation mit dem Abtastsignal wandelt der A/D-Wandler 587 die Schwebungssignale auf den Kanälen Ch1 bis ChM , die aus dem Schalter 586 eingegeben werden, in digitale Signale um.
  • Im Folgenden werden Konstruktion und Funktionsweise der Signalverarbeitungsschaltung 560 im Detail beschrieben. In diesem Anwendungsbeispiel werden die Distanz zum Ziel und die relative Geschwindigkeit des Ziels im FMCW-Verfahren geschätzt. Ohne auf das unten beschriebene FMCW-Verfahren beschränkt zu sein, kann das Radarsystem auch durch Verwendung anderer Verfahren implementiert sein, z.B. in 2-Frequenz-CW- und Spreizspektrum-Verfahren.
  • In dem in 35 gezeigten Beispiel weist die Signalverarbeitungsschaltung 560 auf: einen Speicher 531, einen Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532, einen Distanzdetektionsabschnitt 533, einen Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534, einen DBF- (Digitale-Strahlformung-) Verarbeitungsabschnitt 535, einen Azimut-Detektionsabschnitt 536, einen Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537, einen Matrixgenerierungsabschnitt 538, einen Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 und eine Einfallswellen-Schätzeinheit AU. Wie bereits erwähnt, kann ein Teil der oder die gesamte Signalverarbeitungsschaltung 560 durch FPGA oder durch einen Satz aus (einem) Universalprozessor(en) und (einer) Hauptspeichervorrichtung(en) implementiert sein. Der Speicher 531, der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532, der DBF-Verarbeitungsabschnitt 535, der Distanzdetektionsabschnitt 533, der Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534, der Azimut-Detektionsabschnitt 536, der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 und die Einfallswellen-Schätzeinheit AU können einzelne Teile, die in eigenständigen Hardware-Teilen implementiert sind, oder Funktionsblöcke einer einzigen Signalverarbeitungsschaltung sein.
  • 38 zeigt eine Beispielimplementierung, bei der die Signalverarbeitungsschaltung 560 in Hardware einschließlich eines Prozessors PR und einer Speichervorrichtung MD implementiert ist. Auch bei der Signalverarbeitungsschaltung 560 mit dieser Konstruktion kann ein in der Speichervorrichtung MD gespeichertes Computerprogramm die Funktionen des Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitts 532, des DBF-Verarbeitungsabschnitts 535, des Distanzdetektionsabschnitts 533, des Geschwindigkeitsdetektionsabschnitts 534, des Azimut-Detektionsabschnitts 536, des Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitts 537, des Matrixgenerierungsabschnitts 538 und der Einfallswellen-Schätzeinheit AU erfüllen, die in 35 gezeigt sind.
  • Die Signalverarbeitungsschaltung 560 in diesem Anwendungsbeispiel ist konfiguriert zum Schätzen der Positionsinformationen eines voraus befindlichen Fahrzeugs mithilfe eines jeden Schwebungssignals, das in ein digitales Signal umgewandelt ist, als sekundäres Signal des Empfangssignals sowie zum Ausgeben eines Signals, das das Schätzungsergebnis anzeigt. Im Folgenden werden Konstruktion und Funktionsweise der Signalverarbeitungsschaltung 560 in diesem Anwendungsbeispiel im Detail beschrieben.
  • Für jeden der Kanäle Ch1 bis ChM speichert der Speicher 531 in der Signalverarbeitungsschaltung 560 ein digitales Signal, das aus dem A/D-Wandler 587 ausgegeben wird. Der Speicher 531 kann durch ein generisches Speichermedium wie etwa einen Halbleiterspeicher oder eine Festplatte und/oder eine optische Platte gebildet sein.
  • Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 wendet Fourier-Transformation auf die jeweiligen Schwebungssignale für die Kanäle Ch1 bis ChM an (in dem unteren Graphen aus 36 gezeigt), die in dem Speicher 531 gespeichert sind. In der vorliegenden Spezifikation wird die Amplitude eines Komplexe-Zahl-Datums nach der Fourier-Transformation als „Signalintensität“ bezeichnet. Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 wandelt die Komplexe-Zahl-Daten eines Empfangssignals aus einem von der Vielzahl von Antennenelementen oder eine Summe der Komplexe-Zahl-Daten aller Empfangssignale aus der Vielzahl von Antennenelementen in ein Frequenzspektrum um. In dem so entstandenen Spektrum können Schwebungsfrequenzen detektiert werden, die jeweiligen Spitzenwerten entsprechen, welche Vorhandensein und Distanz von Zielen (voraus befindlichen Fahrzeugen) anzeigen. Das Errechnen einer Summe der Komplexe-Zahl-Daten der Empfangssignale aus allen Antennenelementen ermöglicht das Ausmitteln der Rauschanteile, wodurch das S/N-Verhältnis verbessert wird.
  • Im Fall, dass nur ein Ziel, d.h. ein voraus befindliches Fahrzeug, vorhanden ist, wie in 37 gezeigt, erzeugt die Fourier-Transformation ein Spektrum mit nur einem Spitzenwert in einer Periode mit steigender Frequenz (der „Anstiegs“-Periode) und nur einem Spitzenwert in einer Periode mit sich verringernder Frequenz (der „Abfall“-Periode). Die Schwebungsfrequenz des Spitzenwertes in der „Anstiegs“-Periode ist mit „fu“ bezeichnet, während die Schwebungsfrequenz des Spitzenwertes in der „Abfall“-Periode mit „fd“ bezeichnet ist.
  • Aus den Signalintensitäten von Schwebungsfrequenzen detektiert der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 jede Signalintensität, die einen vordefinierten Wert (Schwellenwert) überschreitet, wodurch das Vorhandensein eines Ziels bestimmt wird. Beim Detektieren einer Signalintensitätsspitze gibt der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 die Schwebungsfrequenzen (fu, fd) der Spitzenwerte als die Frequenzen des Objekts von Interesse an den Distanzdetektionsabschnitt 533 und den Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 aus. Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 gibt Informationen, die die Frequenzmodulationsbreite Δf anzeigen, an den Distanzdetektionsabschnitt 533 aus und gibt Informationen, welche die Mittelfrequenz f0 anzeigen, an den Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 aus.
  • In dem Fall, in dem Signalintensitätsspitzen entsprechend mehreren Zielen detektiert werden, findet der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 Verbindungen zwischen den Anstiegs-Spitzenwerten und den Abfall-Spitzenwerten auf Basis vordefinierter Bedingungen. Spitzen, die als zu Signalen von demselben Ziel gehörig bestimmt werden, erhalten dieselbe Nummer und werden so in den Distanzdetektionsabschnitt 533 und den Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 gespeist.
  • Wenn es mehrere Ziele gibt, erscheinen nach der Fourier-Transformation so viele Spitzen, wie es Ziele gibt, in den Anstiegsteilen und den Abfallteilen des Schwebungssignals. In Proportion zu der Distanz zwischen dem Radar und einem Ziel wird das Empfangssignal weiter verzögert, und das Empfangssignal in 36 verschiebt sich weiter nach rechts. Daher erhält ein Schwebungssignal mit der Erhöhung der Distanz zwischen dem Ziel und dem Radar eine höhere Frequenz.
  • Auf Basis der aus dem Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 eingegebenen Schwebungsfrequenzen fu und fd berechnet der Distanzdetektionsabschnitt 533 durch die untenstehende Gleichung eine Distanz R und führt sie dem Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 zu. R = { c ⋅ T/ ( 2 ⋅ Δ f ) } ⋅ { ( fu + fd ) / 2 }
    Figure DE112018001974T5_0005
  • Außerdem berechnet der Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 durch die untenstehende Gleichung auf Basis der aus dem Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 eingegebenen Schwebungsfrequenzen fu und fd eine relative Geschwindigkeit V und führt sie dem Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 zu. V = { c/ ( 2 ⋅ f0 ) } ⋅ { ( fu − fd ) / 2 }
    Figure DE112018001974T5_0006
  • In der Gleichung, die die Distanz R und die relative Geschwindigkeit V berechnet, ist c die Lichtgeschwindigkeit, und T ist die Modulationsperiode.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die an der Untergrenze liegende Auflösung der Distanz R als c/(2Δf) ausgedrückt ist. Mit einer Erhöhung von Δf erhöht sich daher die Auflösung der Distanz R. In dem Fall, in dem sich die Frequenz f0 im 76-GHz-Band befindet, liegt bei einer Einstellung von Δf in der Größenordnung von 660 Megahertz (MHz) die Auflösung der Distanz R beispielsweise in der Größenordnung von 0,23 Metern (m). Wenn zwei voraus befindliche Fahrzeuge nebeneinander fahren, kann es mit dem FMCW-Verfahren daher schwer zu identifizieren sein, ob ein Fahrzeug oder zwei Fahrzeuge vorhanden sind. In einem solchen Fall könnte das Betreiben eines Algorithmus zur Einfallsrichtungsschätzung mit extrem hoher Winkelauflösung möglich sein, um zwischen den Azimuten der zwei voraus befindlichen Fahrzeuge zu separieren und die Detektion zu ermöglichen.
  • Durch Nutzung von Phasendifferenzen zwischen Signalen aus den Antennenelementen 111 , 112 , ..., 11M erlaubt der DBF-Verarbeitungsabschnitt 535 die Durchführung einer Fourier-Transformation der eintreffenden, den jeweiligen Antennenelementen entsprechenden komplexen Daten, die mit Bezug auf die Zeitachse Fourier-transformiert wurden, mit Bezug auf die Richtung, in der die Antennenelemente arrayartig angeordnet sind. Der DBF-Verarbeitungsabschnitt 535 berechnet dann räumliche Komplexe-Zahl-Daten, die die Spektrumsintensität für jeden Winkelkanal, wie durch die Winkelauflösung bestimmt, anzeigen, und gibt sie für die jeweiligen Schwebungsfrequenzen an den Azimut-Detektionsabschnitt 536 aus.
  • Der Azimut-Detektionsabschnitt 536 ist zu dem Zweck vorgesehen, das Azimut eines voraus befindlichen Fahrzeugs zu schätzen. Aus den Werten von räumlichen Komplexe-Zahl-Daten, die für die jeweiligen Schwebungsfrequenzen berechnet wurden, wählt der Azimut-Detektionsabschnitt 536 einen Winkel θ, der den größten Wert annimmt, und gibt ihn an den Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 als das Azimut aus, bei dem ein Objekt von Interesse vorhanden ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren zum Schätzen des Winkels θ, der die Einfallsrichtung einer eintreffenden Welle anzeigt, nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Es können verschiedene Algorithmen zur Einfallsrichtungsschätzung eingesetzt werden, die bereits erwähnt wurden.
  • Der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 berechnet absolute Werte der Differenzen zwischen den jeweiligen, im aktuellen Zyklus berechneten Werten der Distanz, der relativen Geschwindigkeit und des Azimuts des Objektes von Interesse und den 1 Zyklus zuvor berechneten jeweiligen Werten der Distanz, der relativen Geschwindigkeit und des Azimuts des Objektes von Interesse, die aus dem Speicher 531 ausgelesen werden. Wenn der absolute Wert einer jeden Differenz kleiner als ein Wert ist, der für den jeweiligen Wert definiert ist, bestimmt dann der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537, dass das Ziel, das 1 Zyklus zuvor detektiert wurde, und das in dem aktuellen Zyklus detektierte Ziel ein identisches Ziel sind. In diesem Fall erhöht der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 die Zählung der Zielverbindungsprozesse, die aus dem Speicher 531 gelesen werden, um eins.
  • Wenn der absolute Wert einer Differenz größer als vorbestimmt ist, bestimmt der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537, dass ein neues Objekt von Interesse detektiert wurde. Der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 speichert die jeweiligen, im aktuellen Zyklus berechneten Werte der Distanz, der relativen Geschwindigkeit und des Azimuts des Objekts von Interesse und auch die Zählung der Zielverbindungsprozesse für dieses Objekt von Interesse in dem Speicher 531.
  • In der Signalverarbeitungsschaltung560 können die Distanz zu dem Objekt von Interesse und seine relative Geschwindigkeit durch Verwendung eines Spektrums detektiert werden, das durch eine Frequenzanalyse von Schwebungssignalen gewonnen ist, die auf Basis von empfangenen reflektierten Wellen generierte Signale sind.
  • Der Matrixgenerierungsabschnitt 538 generiert eine räumliche Kovarianzmatrix mithilfe der jeweiligen Schwebungssignale für die Kanäle Ch1 bis ChM (unterer Graph in 36), die in dem Speicher 531 gespeichert sind. In der räumlichen Kovarianzmatrix aus Gleichung 4 ist jede Komponente der Wert eines Schwebungssignals, der in Form von realen und imaginären Teilen ausgedrückt ist. Ferner bestimmt der Matrixgenerierungsabschnitt 538 Eigenwerte der räumlichen Kovarianzmatrix Rxx und gibt die so entstehenden Eigenwertinformationen in die Einfallswellen-Schätzeinheit AU ein.
  • Wenn eine Vielzahl von Signalintensitätsspitzen, die mehreren Objekten von Interesse entsprechen, detektiert wurden, nummeriert der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 die Spitzenwerte jeweils in dem Anstiegsteil und in dem Abfallteil, angefangen bei denjenigen mit kleineren Frequenzen, und gibt sie an den Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 aus. In den Anstiegs- und Abfallteilen entsprechen Spitzen mit identischer Nummer demselben Objekt von Interesse. Die Identifikationsnummern sind als die Nummern anzusehen, die den Objekten von Interesse zugewiesen sind. Zur einfacheren Illustration ist eine Bezugslinie von dem Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 zu dem Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 in 35 der Einfachheit halber weggelassen.
  • Wenn das Objekt von Interesse eine voraus befindliche Struktur ist, gibt der Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 die Identifikationsnummer dieses Objektes von Interesse als ein Ziel anzeigend aus. Beim Empfang von Bestimmungsergebnissen zu mehreren Objekten von Interesse in der Weise, dass es alles voraus befindliche Strukturen sind, gibt der Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 die Identifikationsnummer eines Objekts von Interesse, das sich auf der Fahrspur des Eigenfahrzeugs befindet, als die Objektpositionsinformationen aus, die anzeigen, wo sich ein Ziel befindet. Beim Empfang von Bestimmungsergebnissen zu mehreren Objekten von Interesse in der Weise, dass es alles voraus befindliche Strukturen sind und dass sich auf der Fahrspur des Eigenfahrzeugs zwei oder mehr Objekte von Interesse befinden, gibt der Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 außerdem die Identifikationsnummer eines Objekts von Interesse, das der höchsten aus dem Verbindungs-Verarbeitungsspeicher 531 gelesenen Zählung der Ziele zugeordnet ist, als die Objektpositionsinformationen aus, die anzeigen, wo sich ein Ziel befindet.
  • Wiederum mit Bezug auf 34 wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Bordradarsystem 510 in die in 34 gezeigte Beispielkonstruktion eingebaut ist. Die Bildverarbeitungsschaltung 720 erfasst Informationen eines Objekts aus dem Video und detektiert aus den Objektinformationen Zielpositionsinformationen. Beispielsweise ist die Bildverarbeitungsschaltung 720 dazu ausgebildet, durch Detektieren des Tiefenwertes eines Objekts in einem erfassten Video Distanzinformationen eines Objekts zu schätzen oder aus charakteristischen Beträgen in dem Video Größeninformationen und dergleichen zu einem Objekt zu detektieren und so Positionsinformationen des Objekts zu detektieren.
  • Die Auswahlschaltung 596 führt Positionsinformationen, die aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 oder der Bildverarbeitungsschaltung 720 empfangen werden, selektiv der elektronischen Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 zu. Beispielsweise vergleicht die Auswahlschaltung 596 eine erste Distanz, d.h. die Distanz von dem Eigenfahrzeug zu einem detektierten Objekt, wie in den Objektpositionsinformationen aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 enthalten, mit einer zweiten Distanz, d.h. der Distanz von dem Eigenfahrzeug zu dem detektierten Objekt, wie in den Objektpositionsinformationen aus der Bildverarbeitungsschaltung 720 enthalten, und bestimmt, welche näher am Eigenfahrzeug ist. Beispielsweise kann die Auswahlschaltung 596 auf Basis des Bestimmungsergebnisses die Objektpositionsinformationen auswählen, die eine nähere Distanz zum Eigenfahrzeug anzeigen, und dieselben an die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 ausgeben. Wenn das Bestimmungsergebnis anzeigt, dass die erste Distanz und die zweite Distanz denselben Wert haben, kann die Auswahlschaltung 596 entweder eine davon oder beide an die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 ausgeben.
  • Wenn aus dem Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 Informationen eingegeben werden, die anzeigen, dass kein potenzielles Ziel vorhanden ist, gibt der Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 (35) als Objektpositionsinformationen null aus, was anzeigt, dass kein Ziel vorhanden ist. Die Auswahlschaltung 596 wählt dann, auf Basis der Objektpositionsinformationen aus dem Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539, durch Vergleich mit einem vordefinierten Schwellenwert, entweder die Objektpositionsinformationen aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 oder die Objektpositionsinformationen aus der Bildverarbeitungsschaltung 720 zur Verwendung.
  • Auf Basis vordefinierter Bedingungen führt die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 nach Empfang der Positionsinformationen eines voraus befindlichen Objekts aus der Objektdetektionseinrichtung 570 eine Steuerung durch, um den Betrieb für den Fahrer des Eigenfahrzeugs sicherer oder einfacher zu machen, entsprechend der durch die Objektpositionsinformationen angezeigten Distanz und Größe, der Geschwindigkeit des Eigenfahrzeugs, Straßenbedingungen wie etwa Regen, Schneefall oder klarem Wetter oder anderen Bedingungen. Wenn die Objektpositionsinformationen anzeigen, dass kein Objekt detektiert wurde, kann die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 beispielsweise ein Steuersignal an eine Beschleunigungssteuerschaltung 526 schicken, um die Drehzahl bis zu einer vordefinierten Geschwindigkeit zu erhöhen, so dass die Beschleunigungssteuerschaltung 526 dazu gesteuert wird, eine Operation durchzuführen, die zu einem Herunterdrücken des Gaspedals äquivalent ist.
  • Im Fall, dass die Objektpositionsinformationen anzeigen, dass ein Objekt detektiert wurde, steuert die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520, wenn festgestellt wird, dass es sich in einer vorbestimmten Distanz zu dem Eigenfahrzeug befindet, die Bremsen über eine Bremssteuerschaltung 524 durch eine Brake-by-Wire-Konstruktion oder dergleichen. Anders ausgedrückt, führt sie eine Operation der Geschwindigkeitsverringerung durch, um einen konstanten Fahrzeugabstand einzuhalten. Beim Empfang der Objektpositionsinformationen schickt die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 ein Steuersignal an eine Alarmsteuerschaltung 522, um das Aufleuchten einer Lampe zu steuern oder Audio über einen im Fahrzeug vorgesehenen Lautsprecher zu steuern, so dass dem Fahrer die Annäherung eines voraus befindlichen Objekts mitgeteilt wird. Beim Empfang von Objektpositionsinformationen einschließlich einer räumlichen Verteilung von voraus befindlichen Fahrzeugen kann die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung520, wenn die Fahrgeschwindigkeit innerhalb eines vordefinierten Bereiches liegt, automatisch eine Betätigung des Lenkrads nach links oder rechts erleichtern oder den Hydraulikdruck auf der Lenkradseite dazu steuern, eine Richtungsänderung der Räder zu erzwingen, wodurch Assistenz bei der Kollisionsverhütung mit Bezug auf das voraus befindliche Objekt bereitgestellt wird.
  • Die Objektdetektionseinrichtung 570 kann so eingerichtet sein, dass kontinuierliche Nachführung gewählt wird und Objektpositionsinformationen aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 mit Priorität ausgegeben werden, wenn eine Objektpositionsinformation, die im vorherigen Detektionszyklus durch die Auswahlschaltung 596 für einige Zeit kontinuierlich detektiert wurde, die jedoch im aktuellen Detektionszyklus nicht detektiert wird, einer Objektpositionsinformation aus einem kameradetektierten Video zugeordnet wird, die ein voraus befindliches Objekt anzeigt.
  • Eine spezifische Beispielkonstruktion und Beispielfunktionsweise, mit denen die Auswahlschaltung 596 eine Auswahl zwischen den Ausgaben aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 und der Bildverarbeitungsschaltung 720 vornehmen kann, sind in der Spezifikation des US-Patents Nr. 8446312 , der Spezifikation des US-Patents Nr. 8730096 und der Spezifikation des US-Patents Nr. 8730099 offenbart. Die gesamte Offenbarung derselben wird hier durch Verweis aufgenommen.
  • (Erste Variante)
  • In dem Radarsystem zur bordeigenen Verwendung aus dem obigen Anwendungsbeispiel beträgt die (Sweep-) Bedingung für eine einzelne Instanz von FMCW-Frequenzmodulation (frequenzmodulierte kontinuierliche Welle), d.h. eine Zeitspanne, die für eine solche Modulation erforderlich ist (Sweep-Zeit), z.B. 1 Millisekunde, obwohl die Sweep-Zeit auf circa 100 Mikrosekunden verkürzt sein könnte.
  • Jedoch müssen zur Realisierung einer solchen schnellen Sweep-Bedingung nicht nur diejenigen Bestandteile schnell arbeiten können, die an der Abstrahlung einer Sendewelle beteiligt sind, sondern auch diejenigen Bestandteile, die am Empfang unter dieser Sweep-Bedingung beteiligt sind. Beispielsweise wird ein A/D-Wandler 587 (35) benötigt, der unter dieser Sweep-Bedingungschnell arbeitet. Die Abtastfrequenz des A/D-Wandlers 587 kann beispielsweise 10 MHz betragen. Die Abtastfrequenz kann auch schneller als 10 MHz sein.
  • Bei der vorliegenden Variante wird eine relative Geschwindigkeit mit Bezug auf ein Ziel berechnet, ohne eine Frequenzkomponente auf Dopplerverschiebungs-Basis zu nutzen. Bei dieser Variante ist die Sweep-Zeit Tm = 100 Mikrosekunden, was sehr kurz ist. Die niedrigste Frequenz eines detektierbaren Schwebungssignals, die 1/Tm beträgt, ist in diesem Fall gleich 10 kHz. Dies würde einer Dopplerverschiebung einer reflektierten Welle von einem Ziel mit einer relativen Geschwindigkeit von circa 20 m/Sekunde entsprechen. Anders ausgedrückt: Solange man eine Dopplerverschiebung zu Grunde legt, wäre es unmöglich, relative Geschwindigkeiten zu detektieren, die gleich diesem Wert oder kleiner sind. Somit wird bevorzugt ein Berechnungsverfahren verwendet, das sich von einem Berechnungsverfahren auf Dopplerverschiebungs-Basis unterscheidet.
  • Als Beispiel illustriert diese Variante einen Prozess, der ein Signal (Aufwärts-Schwebungssignal) nutzt, das eine Differenz zwischen einer Sendewelle und einer Empfangswelle repräsentiert und in einem Aufwärts- (Anstiegs-) Abschnitt gewonnen ist, in dem die Sendewelle sich in der Frequenz erhöht. Eine einzelne Sweep-Zeit von FMCW beträgt 100 Mikrosekunden, und ihre Wellenform ist eine Sägezahnform, die nur aus einem Aufwärtsteil besteht. Bei dieser Variante hat die durch die Signalwelle, die durch die Dreieckswellen-/CW-Wellen-Generierungsschaltung 581 erzeugt wird, Sägezahnform. Die Sweep-Breite beträgt in der Frequenz 500 MHz. Da keine Dopplerverschiebungen zugeordneten Spitzen zu nutzen sind, generiert der Prozess nicht ein Aufwärts-Schwebungssignal und ein Abwärts-Schwebungssignal, um die Spitzen aus beiden zu nutzen, sondern er beruht nur auf einem dieser Signale. Obwohl hier eine Nutzung eines Aufwärts-Schwebungssignals illustriert ist, kann ein ähnlicher Prozess auch durch Verwendung eines Abwärts-Schwebungssignals durchgeführt werden.
  • Der A/D-Wandler 587 (35) tastet jedes Aufwärts-Schwebungssignal mit einer Abtastfrequenz von 10 MHz ab und gibt mehrere hundert digitale Daten aus (nachfolgend als „Abtastdaten“ bezeichnet). Die Generierung der Abtastdaten erfolgt auf Basis von Aufwärts-Schwebungssignalen beispielsweise nach einem Zeitpunkt, an dem eine Empfangswelle erfasst wird, und bis zu einem Zeitpunkt, an dem eine Sendewelle die Übertragung beendet. Es wird angemerkt, dass der Prozess beendet sein kann, sobald eine bestimmte Anzahl von Abtastdaten gewonnen ist.
  • Bei dieser Variante werden 128 Aufwärts-Schwebungssignale in Serie gesendet/empfangen, für die jeweils mehrere hundert Abtastdaten gewonnen werden. Die Anzahl der Aufwärts-Schwebungssignale ist nicht auf 128 beschränkt. Sie kann 256 oder 8 betragen. Je nach Zweckbestimmung kann eine beliebige Anzahl ausgewählt werden.
  • Die so entstehenden Abtastdaten werden in dem Speicher 531 gespeichert. Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 wendet eine zweidimensionale schnelle Fourier-Transformation (FFT) auf die Abtastdaten an. Insbesondere wird zuerst für jedes der Abtastdaten, die durch einen einzelnen Sweep gewonnen wurden, ein erster FFT-Prozess (Frequenzanalyseprozess) durchgeführt, um ein Leistungsspektrum zu generieren. Als Nächstes führt der Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 einen zweiten FFT-Prozess für die Verarbeitungsergebnisse durch, die aus allen Sweeps gesammelt wurden.
  • Wenn die reflektierten Wellen von demselben Ziel stammen, haben Spitzenkomponenten in dem zu detektierenden Leistungsspektrum in jeder Sweep-Periode die gleiche Frequenz. Dagegen unterscheiden sich bei unterschiedlichen Zielen die Spitzenkomponenten in der Frequenz. Durch den ersten FFT-Prozess können mehrere Ziele separiert werden, die sich in unterschiedlichen Distanzen befinden.
  • Im Fall, dass eine relative Geschwindigkeit mit Bezug auf ein Ziel ungleich null ist, verändert sich die Phase des Aufwärts-Schwebungssignals von Sweep zu Sweep etwas. Mit anderen Worten, durch den zweiten FFT-Prozess wird ein Leistungsspektrum, dessen Elemente die Daten von Frequenzkomponenten sind, welche solchen Phasenveränderungen zugeordnet sind, für die jeweiligen Ergebnisse des ersten FFT-Prozesses gewonnen.
  • Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 extrahiert Spitzenwerte in dem obigen zweiten Leistungsspektrum und schickt sie an den Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534.
  • Der Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 bestimmt aus den Phasenveränderungen eine relative Geschwindigkeit. Beispielsweise sei angenommen, dass eine Reihe gewonnener Aufwärts-Schwebungssignale durch jede Phase θ [RXd] Phasenveränderungen durchläuft. Angenommen, dass die Sendewelle eine durchschnittliche Wellenlänge λ hat, bedeutet dies, dass jedes Mal, wenn ein Aufwärts-Schwebungssignal gewonnen wird, eine Veränderung der Distanz von λ/(4π/θ) besteht. Da diese Veränderung über ein Intervall der Aufwärts-Schwebungssignalübertragung Tm (=100 Mikrosekunden) aufgetreten ist, wird die relative Geschwindigkeit mit {λ/(4π/θ)}/Tm bestimmt.
  • Durch die obigen Prozesse können eine relative Geschwindigkeit mit Bezug auf ein Ziel und eine Distanz vom Ziel gewonnen werden.
  • (Zweite Variante)
  • Das Radarsystem 510 ist fähig zum Detektieren eines Ziels mithilfe von (einer) kontinuierlichen Welle(n) CW mit einer oder mehreren Frequenzen. Dieses Verfahren ist besonders sinnvoll in einem Umfeld, wo eine Vielzahl reflektierter Wellen von unbewegten Objekten in der Umgebung auf dem Radarsystem 510 auftrifft, z.B. wenn das Fahrzeug in einem Tunnel ist.
  • Das Radarsystem 510 hat ein Antennen-Array zu Empfangszwecken, das fünf Kanäle unabhängiger Empfangselemente aufweist. Bei einem solchen Radarsystem ist die Einfallsazimut-Schätzung für einfallende reflektierte Wellen nur dann möglich, wenn vier oder weniger reflektierte Wellen vorhanden sind, die gleichzeitig einfallen. Bei einem Radar des FMCW-Typs kann die Anzahl reflektierter Wellen, die gleichzeitig einer Einfallsazimut-Schätzung unterzogen werden, reduziert werden, indem ausschließlich reflektierte Wellen aus einer spezifischen Distanz ausgewählt werden. In einer Umgebung, wo eine große Anzahl unbewegter Objekte im umliegenden Gebiet existiert, z.B. in einem Tunnel, ist es jedoch so, als gäbe es ein Kontinuum von Objekten zum Reflektieren von Funkwellen; daher ist möglicherweise auch dann, wenn man die reflektierten Wellen auf Basis der Distanz eingrenzt, die Anzahl der reflektierten Wellen immer noch nicht gleich oder kleiner als vier. Jedoch hat jedes solche unbewegte Objekt in der Umgebung mit Bezug auf das Eigenfahrzeug identische relative Geschwindigkeit, und die relative Geschwindigkeit ist größer als diejenige, die jedem anderen Fahrzeug zugeordnet ist, das vorausfährt. Auf dieser Basis können solche unbewegten Objekte auf Basis der Größen der Dopplerverschiebungen von jedem anderen Fahrzeug unterschieden werden.
  • Daher führt das Radarsystem 510 folgenden Prozess durch: Abstrahlen kontinuierlicher Wellen CW mehrerer Frequenzen und, unter Außerachtlassung von Dopplerverschiebungsspitzen, die unbewegten Objekten entsprechen, in den Empfangssignalen, Detektieren einer Distanz mithilfe einer beziehungsweise mehrerer Dopplerverschiebungsspitzen mit kleinerem Verschiebungsbetrag. Anders als beim FMCW-Verfahren ist beim CW-Verfahren ein Frequenzunterschied zwischen einer Sendewelle und einer Empfangswelle nur auf eine Dopplerverschiebung zurückführbar. Anders ausgedrückt, ist jede Spitzenfrequenz, die in einem Schwebungssignal auftritt, nur auf eine Dopplerverschiebung zurückführbar.
  • Auch in der Beschreibung dieser Variante wird eine im CW-Verfahren zu verwendende kontinuierliche Welle als „kontinuierliche Welle CW“ bezeichnet. Wie oben beschrieben, hat eine kontinuierliche Welle CW eine konstante Frequenz; d.h. sie ist unmoduliert.
  • Es sei angenommen, dass das Radarsystem 510 eine kontinuierliche Welle CW einer Frequenz fp abgestrahlt hat und eine reflektierte Welle einer Frequenz fq detektiert hat, die von einem Ziel reflektiert wurde. Die Differenz zwischen der Sendefrequenz fp und der Empfangsfrequenz fq wird als Dopplerfrequenz bezeichnet, die sich auf fp-fq=2·Vr·fp/c nähert. Dabei ist Vr eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Radarsystem und dem Ziel, und c ist die Lichtgeschwindigkeit. Die Sendefrequenz fp, die Dopplerfrequenz (fp-fq) und die Lichtgeschwindigkeit c sind bekannt. Daher kann aus dieser Gleichung die relative Geschwindigkeit Vr=(fp-fq)-c/2fp bestimmt werden. Die Distanz zum Ziel wird durch Nutzung von Phaseninformationen berechnet, wie später beschrieben wird.
  • Zum Detektieren einer Distanz zu einem Ziel durch Verwendung kontinuierlicher Wellen CW wird ein 2-Frequenzen-CW-Verfahren verwendet. In dem 2-Frequenzen-CW-Verfahren werden kontinuierliche Wellen CW zweier Frequenzen, die etwas auseinander liegen, jeweils für eine bestimmte Periode abgestrahlt und ihre jeweiligen reflektierten Wellen erfasst. Beispielsweise würde im Fall der Verwendung von Frequenzen im 76-GHz-Band die Differenz zwischen den zwei Frequenzen mehrere hundert kHz betragen. Wie später beschrieben wird, ist es vorzuziehen, die Differenz zwischen den zwei Frequenzen unter Berücksichtigung der Minimaldistanz zu bestimmen, bei welcher der verwendete Radar zum Detektieren eines Ziels fähig ist.
  • Angenommen, dass das Radarsystem 510 kontinuierliche Wellen CW der Frequenzen fp1 und fp2 (fp1<fp2) sequentiell abgestrahlt hat und dass die beiden kontinuierlichen Wellen CW von einem einzigen Ziel reflektiert wurden, so dass reflektierte Wellen der Frequenzen fq1 und fq2 durch das Radarsystem 510 empfangen werden.
  • Auf Basis der kontinuierlichen Welle CW der Frequenz fp1 und der reflektierten Welle (Frequenz fq1) derselben wird eine erste Dopplerfrequenz gewonnen. Auf Basis der kontinuierlichen Welle CW der Frequenz fp2 und der reflektierten Welle (Frequenz fq2) derselben wird eine zweite Dopplerfrequenz gewonnen. Die beiden Dopplerfrequenzen haben im Wesentlichen den gleichen Wert. Aufgrund der Differenz zwischen den Frequenzen fp1 und fp2 unterscheiden sich jedoch die komplexen Signale der jeweiligen Empfangswellen in der Phase. Durch Nutzung dieser Phaseninformationen kann eine Distanz (Entfernung) zum Ziel berechnet werden.
  • Spezifisch ist das Radarsystem 510 fähig zur Bestimmung der Distanz R als R=c·Δφ/4π(fp2-fp1). Dabei bezeichnet Δφ die Phasendifferenz zwischen zwei Schwebungssignalen, d.h. Schwebungssignal 1, das als Differenz zwischen der kontinuierlichen Welle CW der Frequenz fp1 und der reflektierten Welle (Frequenz fq1) derselben gewonnen ist, und Schwebungssignal 2, das als Differenz zwischen der kontinuierlichen Welle CW der Frequenz fp2 und der reflektierten Welle (Frequenz fq2) derselben gewonnen ist. Das Verfahren zum Identifizieren der Frequenz fb1 des Schwebungssignals 1 und der Frequenz fb2 des Schwebungssignals 2 ist identisch mit demjenigen im oben genannten Fall eines Schwebungssignals aus einer kontinuierlichen Welle CW einer einzigen Frequenz.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass eine relative Geschwindigkeit Vr gemäß dem 2-Frequenzen-CW-Verfahren folgendermaßen bestimmt wird. Vr = fb1 ⋅ c/2 ⋅ fp1 oder Vr = fb2 ⋅ c/2 ⋅ fp2
    Figure DE112018001974T5_0007
  • Außerdem ist die Entfernung, innerhalb derer eine Distanz zu einem Ziel eindeutig identifiziert werden kann, auf die Entfernung begrenzt, die durch Rmax<c/2(fp2-fp1) definiert ist. Der Grund hierfür ist, dass aus einer reflektierten Welle von einem weiter entfernten Ziel resultierende Schwebungssignale ein Δφ erzeugen würden, das größer als 2π ist, so dass sie nicht von Schwebungssignalen unterscheidbar wären, die Zielen an näheren Positionen zugeordnet sind. Daher ist es vorzuziehen, die Differenz zwischen den Frequenzen der zwei kontinuierlichen Wellen CW so einzustellen, dass Rmax größer als die minimale detektierbare Distanz des Radars wird. Im Fall eines Radars, dessen minimale detektierbare Distanz 100 m beträgt, kann fp2-fp1 z.B. als 1,0 MHz vorgesehen sein. In diesem Fall ist Rmax = 150 m, so dass ein Signal von jedem Ziel aus einer Position jenseits von Rmax nicht detektiert wird. Im Fall der Einrichtung eines Radars, der zur Detektion bis zu 250 m fähig ist, kann fp2-fp1 z.B. als 500 kHz vorgesehen sein. In diesem Fall ist Rmax = 300 m, so dass ein Signal von jedem Ziel aus einer Position jenseits von Rmax ebenfalls nicht detektiert wird. In dem Fall, in dem der Radar sowohl einen Betriebsmodus hat, in dem die minimale detektierbare Distanz 100 m und der horizontal Sichtwinkel 120 Grad beträgt, als auch einen Betriebsmodus hat, in dem die minimale detektierbare Distanz 250 m und der horizontale Sichtwinkel 5 Grad beträgt, ist es vorzuziehen, für den Betrieb in dem jeweiligen Betriebsmodus den Wert von fp2-fp1 zwischen 1,0 MHz und 500 kHz umzuschalten.
  • Es ist ein Detektionsansatz bekannt, bei dem durch Senden kontinuierlicher Wellen CW bei N unterschiedlichen Frequenzen (wobei N eine ganze Zahl gleich oder größer als 3 ist) und durch Nutzung von Phaseninformationen der jeweiligen reflektierten Wellen eine Distanz zu jedem Ziel detektiert wird. Gemäß diesem Detektionsansatz kann die Distanz für bis zu N-1 Ziele korrekt erkannt werden. Als Verarbeitung, die dies ermöglicht, wird beispielsweise eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) verwendet. Bei gegebenem N = 64 oder 128 wird eine FFT für Abtastdaten eines Schwebungssignals als Differenz zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal für jede Frequenz durchgeführt, wodurch ein Frequenzspektrum (relative Geschwindigkeit) gewonnen wird. Danach wird bei der Frequenz der CW-Welle eine weitere FFT für Spitzen derselben Frequenz durchgeführt, um so Distanzinformationen abzuleiten.
  • Im Folgenden wird dies spezifischer beschrieben.
  • Zur einfacheren Erläuterung wird zunächst ein Fall beschrieben, in dem Signale mit drei Frequenzen f1, f2 und f3 gesendet werden, während sie im Zeitverlauf geschaltet werden. Es wird angenommen, dass f1>f2>f3 und f1-f2=f2-f3=Δf. Für die Signalwelle jeder Frequenz wird eine Übertragungszeit von Δt angenommen. 39 zeigt ein Verhältnis zwischen drei Frequenzen f1, f2 und f3.
  • Über die Sendeantenne Tx überträgt die Dreieckswellen-/CW-Wellen-Generierungsschaltung 581 (35) kontinuierliche Wellen CW der Frequenzen f1, f2 und f3, die jeweils für die Zeit Δt andauern. Die Empfangsantennen Rx empfangen reflektierte Wellen, die sich aus der Reflexion der jeweiligen kontinuierlichen Wellen CW von einem oder mehreren Zielen ergeben.
  • Jeder Mischer 584 mischt eine Sendewelle und eine Empfangswelle, um ein Schwebungssignal zu generieren. Der A/D-Wandler 587 wandelt das Schwebungssignal, das ein analoges Signal ist, beispielsweise in mehrere hundert digitale Daten (Abtastdaten) um.
  • Mithilfe der Abtastdaten führt der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 FFT-Berechnung durch. Durch die FFT-Berechnung werden Frequenzspektrumsinformationen von Empfangssignalen für die jeweiligen Sendefrequenzen f1, f2 und f3 gewonnen.
  • Danach separiert der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 Spitzenwerte aus den Frequenzspektrumsinformationen der Empfangssignale. Die Frequenz eines jeden Spitzenwertes, der vorbestimmt oder größer ist, steht in Proportion zu einer relativen Geschwindigkeit mit Bezug auf ein Ziel. Das Separieren von einem beziehungsweise mehreren Spitzenwerten aus den Frequenzspektrumsinformationen von Empfangssignalen ist gleichbedeutend mit dem Separieren eines oder mehrerer Ziele mit unterschiedlichen relativen Geschwindigkeiten.
  • Als Nächstes misst der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 mit Bezug auf jede der Sendefrequenzen f1 bis f3 Spektrumsinformationen von Spitzenwerten derselben relativen Geschwindigkeit oder relativer Geschwindigkeiten innerhalb eines vordefinierten Bereiches.
  • Es werde nun ein Szenario betrachtet, in dem zwei Ziele A und B existieren, die ungefähr dieselbe relative Geschwindigkeit haben, sich jedoch in jeweils unterschiedlichen Distanzen befinden. Ein Sendesignal der Frequenz f1 wird von beiden Zielen A und B reflektiert, so dass Empfangssignale gewonnen werden. Die reflektierten Wellen von den Zielen A und B ergeben im Wesentlichen dieselbe Schwebungssignalfrequenz. Daher werden die Leistungsspektren bei den Dopplerfrequenzen der Empfangssignale, entsprechend ihren relativen Geschwindigkeiten, als synthetisches Spektrum F1 gewonnen, zu dem die Leistungsspektren von zwei Zielen A und B verschmolzen wurden.
  • Ebenso werden für jede der Frequenzen f2 und f3 die Leistungsspektren bei den Dopplerfrequenzen der Empfangssignale entsprechend ihren relativen Geschwindigkeiten als synthetisches Spektrum F1 gewonnen, zu dem die Leistungsspektren von zwei Zielen A und B verschmolzen wurden.
  • 40 zeigt ein Verhältnis zwischen den synthetischen Spektren F1 bis F3 auf einer komplexen Ebene. In den Richtungen der zwei Vektoren, die jedes der synthetischen Spektren F1 bis F3 bilden, entspricht der rechte Vektor dem Leistungsspektrum einer reflektierten Welle von Ziel A; d.h. in 40 die Vektoren f1A, f2A und f3A. Dagegen entspricht in den Richtungen der zwei Vektoren, die jedes der synthetischen Spektren F1 bis F3 bilden, der linke Vektor dem Leistungsspektrum einer reflektierten Welle von Ziel B; d.h. in 40 die Vektoren f1B, f2B und f3B.
  • Bei einer konstanten Differenz Δf zwischen den Sendefrequenzen steht die Phasendifferenz zwischen den Empfangssignalen, die den jeweiligen Sendesignalen der Frequenzen f1 und f2 entsprechen, in Proportion zu der Distanz zu einem Ziel. Daher haben die Phasendifferenz zwischen den Vektoren f1A und f2A und die Phasendifferenz zwischen den Vektoren f2A und f3A denselben Wert θA, wobei diese Phasendifferenz θA zu der Distanz zu Ziel A in Proportion steht. Ebenso haben die Phasendifferenz zwischen den Vektoren f1B und f2B und die Phasendifferenz zwischen den Vektoren f2B und f3B denselben Wert θB, wobei diese Phasendifferenz θB zu der Distanz zu Ziel B in Proportion steht.
  • Durch Verwendung eines bekannten Verfahrens können die jeweiligen Distanzen zu den Zielen A und B aus den synthetischen Spektren F1 bis F3 und der Differenz Δf zwischen den Sendefrequenzen bestimmt werden. Diese Technik ist beispielsweise im US-Patent Nr. 6703967 offenbart. Die gesamte Offenbarung dieser Veröffentlichung wird hier durch Verweis aufgenommen.
  • Eine ähnliche Verarbeitung ist auch anwendbar, wenn die übertragenen Signale vier oder mehr Frequenzen haben.
  • Es wird angemerkt, dass vor dem Übertragen kontinuierlicher Wellen CW bei N unterschiedlichen Frequenzen ein Prozess der Bestimmung der Distanz zu jedem Ziel und der relativen Geschwindigkeit desselben im 2-Frequenzen-CW-Verfahren durchgeführt werden kann. Von diesem Prozess kann dann unter vorbestimmten Bedingungen zu einem Prozess der Übertragung kontinuierlicher Wellen CW bei N unterschiedlichen Frequenzen umgeschaltet werden. Beispielsweise kann eine FFT-Berechnung durch Verwendung derjeweiligen Schwebungssignale bei den zwei Frequenzen erfolgen, und wenn das Leistungsspektrum einer jeden Sendefrequenz im Zeitverlauf einer Veränderung von 30% oder mehr unterliegt, kann der Prozess umgeschaltet werden. Die Amplitude einer reflektierten Welle von jedem Ziel unterliegt im Zeitverlauf einer großen Veränderung durch Mehrwegeinflüsse und dergleichen. Wenn eine Veränderung von einer vorbestimmten Größenordnung oder mehr existiert, kann in Betracht gezogen werden, dass möglicherweise mehrere Ziele existieren.
  • Außerdem ist bekannt, dass das CW-Verfahren ein Ziel nicht detektieren kann, wenn die relative Geschwindigkeit zwischen dem Radarsystem und dem Ziel null beträgt, d.h. wenn die Dopplerfrequenz null beträgt. Wenn jedoch beispielsweise mit den folgenden Verfahren ein Pseudo-Dopplersignal bestimmt wird, ist es möglich, durch Verwendung dieser Frequenz ein Ziel zu detektieren.
  • (Verfahren 1) Es wird ein Mischer hinzugefügt, der eine bestimmte Frequenzverschiebung in der Ausgabe einer empfangenden Antenne bewirkt. Durch Verwendung eines Sendesignals und eines Empfangssignals mit einer verschobenen Frequenz kann ein Pseudo-Dopplersignal gewonnen werden.
  • (Verfahren 2) Zwischen dem Ausgang einer empfangenden Antenne und einem Mischer wird zum kontinuierlichen Einführen von Phasenveränderungen im Zeitverlauf ein variabler Phasenschieber eingefügt, so dass zu dem Empfangssignal eine Pseudo-Phasendifferenz hinzugefügt wird. Durch Verwendung eines Sendesignals und eines Empfangssignals mit einer hinzugefügten Phasendifferenz kann ein Pseudo-Dopplersignal gewonnen werden.
  • Ein Beispiel für eine spezifische Konstruktion und Funktionsweise zum Einführen eines variablen Phasenschiebers zum Generieren eines Pseudo-Dopplersignals gemäß Verfahren 2 ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2004-257848 offenbart. Die gesamte Offenbarung dieser Veröffentlichung wird hierdurch Verweis aufgenommen.
  • Wenn Ziele ohne oder mit sehr geringer relativer Geschwindigkeit detektiert werden müssen, können die oben genannten Prozesse der Generierung eines Pseudo-Dopplersignals verwendet werden, oder es kann zu einem Zieldetektionsprozess im FMCW-Verfahren umgeschaltet werden.
  • Als Nächstes wird mit Bezug auf 41 eine Verarbeitungsprozedur beschrieben, die durch die Objektdetektionseinrichtung 570 des Bordradarsystems 510 durchzuführen ist.
  • Das untenstehende Beispiel illustriert einen Fall, in dem kontinuierliche Wellen CW bei zwei unterschiedlichen Frequenzen fp1 und fp2 (fp1<fp2) übertragen werden und die Phaseninformationen einer jeden reflektierten Welle genutzt werden, um jeweils eine Distanz mit Bezug auf ein Ziel zu detektieren.
  • 41 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozedur eines Bestimmungsprozesses für die relative Geschwindigkeit und Distanz gemäß dieser Variante zeigt.
  • Bei Schritt S41 generiert die Dreieckswellen-/CW-Wellen-Generierungsschaltung 581 zwei kontinuierliche Wellen CW mit Frequenzen, die etwas auseinander liegen, d.h. den Frequenzen fp1 und fp2.
  • Bei Schritt S42 führen die Sendeantenne Tx und die Empfangsantennen Rx ein Senden / einen Empfang der generierten Serie kontinuierlicher Wellen CW durch. Es wird angemerkt, dass der Prozess aus Schritt S41 und der Prozess aus Schritt S42 durch die Dreieckswellen-/CW-Wellen-Generierungsschaltung 581 und die Sendeantenne Tx/die Empfangsantenne Rxjeweils parallel durchführbar sind, anstelle einer Durchführung von Schritt S42 erst nach Beendigung von Schritt S41.
  • Bei Schritt S43 generiert jeder Mischer 584 durch Nutzung einer jeden Sendewelle und einer jeden Empfangswelle ein Differenzsignal, wodurch zwei Differenzsignale gewonnen werden. Jede Empfangswelle schließt eine von einem unbewegten Objekt ausgehende Empfangswelle und eine von einem Ziel ausgehende Empfangswelle ein. Daher wird als Nächstes ein Prozess der Identifikation von Frequenzen zur Nutzung als Schwebungssignale durchgeführt. Es wird angemerkt, dass der Prozess aus Schritt S41, der Prozess aus Schritt S42 und der Prozess aus Schritt S43 durch die Dreieckswellen-/CW-Wellen-Generierungsschaltung 581, die Sendeantenne Tx / Empfangsantenne Rx und die Mischer 584 parallel durchführbar sind, anstelle einer Durchführung von Schritt S42 erst nach Beendigung von Schritt S41 oder von Schritt S43 erst nach Beendigung von Schritt S42.
  • Bei Schritt S44 identifiziert die Objektdetektionseinrichtung 570 für jedes der zwei Differenzsignale bestimmte Spitzenfrequenzen als Frequenzen fb1 und fb2 von Schwebungssignalen in der Weise, dass diese Frequenzen gleich oder kleiner als eine Frequenz sind, die als Schwellenwert vordefiniert ist, dabei aber Amplitudenwerte haben, die gleich oder größer als ein vorbestimmter Amplitudenwert sind, und dass die Differenz zwischen den zwei Frequenzen gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
  • Bei Schritt S45 detektiert der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 auf Basis von einer der zwei identifizierten Schwebungssignalfrequenzen eine relative Geschwindigkeit. Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 berechnet die relative Geschwindigkeit beispielsweise gemäß Vr=fb1·c/2·fp1. Es wird darauf hingewiesen, dass eine relative Geschwindigkeit durch Nutzung einer jeden der zwei Schwebungssignalfrequenzen berechnet werden kann, was dem Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 eine Verifikation dessen erlaubt, ob sie übereinstimmen oder nicht, wodurch die Genauigkeit der Berechnung der relativen Geschwindigkeit erhöht wird.
  • Bei Schritt S46 bestimmt der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 eine Phasendifferenz Δφ zwischen zwei Schwebungssignalen 1 und 2 und bestimmt eine Distanz R=c·Δ(φ/4π(fp2-fp1) zu dem Ziel.
  • Durch die obigen Prozesse kann die relative Geschwindigkeit und Distanz zu einem Ziel detektiert werden.
  • Es wird angemerkt, dass kontinuierliche Wellen CW bei N unterschiedlichen Frequenzen übertragen werden können (wobei N = 3 oder mehr ist) und dass durch Nutzung von Phaseninformationen der jeweiligen reflektierten Welle Distanzen zu mehreren Zielen mit derselben relativen Geschwindigkeit, jedoch an unterschiedlichen Positionen detektiert werden können.
  • Zusätzlich zu dem Radarsystem 510 kann das oben beschriebene Fahrzeug 500 ferner ein weiteres Radarsystem aufweisen. Beispielsweise kann das Fahrzeug 500 ferner ein Radarsystem mit einem Detektionsbereich in Richtung der Rückseite oder der Seiten der Fahrzeugkarosserie aufweisen. Im Fall des Einbaus eines Radarsystems mit einem Detektionsbereich in Richtung der Fahrzeugkarosserierückseite kann das Radarsystem die Rückseite überwachen, und wenn die Gefahr besteht, dass ein anderes Fahrzeug hinten auffährt, eine Reaktion durchführen, indem beispielsweise ein Alarm ausgelöst wird. Im Fall des Einbaus eines Radarsystems mit einem Detektionsbereich in Richtung der Seiten der Fahrzeugkarosserie kann das Radarsystem eine benachbarte Fahrspur überwachen, wenn das Eigenfahrzeug die Fahrspur wechselt usw., und gegebenenfalls eine Reaktion durchführen, indem ein Alarm ausgelöst wird oder dergleichen.
  • Die Anwendungen des oben beschriebenen Radarsystems 510 sind nicht ausschließlich auf die bordeigene Verwendung beschränkt. Vielmehr kann das Radarsystem 510 als Sensoren für verschiedene Zwecke verwendet werden. Beispielsweise kann es als Radar zur Überwachung der Umgebung eines Hauses oder jedes anderen Gebäudes verwendet werden. Alternativ ist es verwendbar als Sensor zum Detektieren der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Person an einer bestimmten Position in einem Innenraum, oder zum Detektieren dessen, ob eine solche Person sich bewegt usw., ohne Nutzung optischer Bilder.
  • [Zusätzliche Details der Verarbeitung]
  • Weitere Ausführungsformen werden in Verbindung mit den 2-Frequenz-CW- oder FMCW-Techniken für die oben beschriebenen Array-Antennen beschrieben. Wie bereits beschrieben, wendet der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 in dem Beispiel aus 35 eine Fourier-Transformation auf die jeweiligen Schwebungssignale für die Kanäle Ch1 bis ChM an (unterer Graph aus 36), die in dem Speicher 531 gespeichert sind. Diese Schwebungssignale sind komplexe Signale, damit die Phase des Signals identifiziert wird, das für die Berechnung von Interesse ist. Dies erlaubt eine korrekte Identifikation der Richtung einer eintreffenden Welle. In diesem Fall erhöht sich jedoch die Rechenlast für eine Fourier-Transformation, so dass es einer größeren Schaltung bedarf.
  • Zur Lösung dieses Problems kann ein skalares Signal als Schwebungssignal generiert werden. Für jedes von einer Vielzahl von Schwebungssignalen, die generiert wurden, können zwei komplexe Fourier-Transformationen in Bezug auf die Raumachsenrichtung, die dem Antennen-Array entspricht, und auf die Zeitachsenrichtung, die dem Verstreichen der Zeit entspricht, durchgeführt werden, um so Ergebnisse der Frequenzanalyse zu gewinnen. Infolgedessen kann mit geringem Rechenaufwand letztlich eine Strahlformung in der Weise erreicht werden, dass Richtungen des Eintreffens reflektierter Wellen identifizierbar sind, wodurch Frequenzanalyseergebnisse für die jeweiligen Strahlen gewonnen werden können. Als auf die vorliegende Offenbarung bezogenes Patentdokument wird die gesamte Offenbarung der Spezifikation des US-Patents Nr. 6339395 hier durch Verweis aufgenommen.
  • [Optischer Sensor, z.B. Kamera, und Millimeterwellenradar]
  • Als Nächstes werden ein Vergleich zwischen der oben beschriebenen Array-Antenne und herkömmlichen Antennen sowie ein Anwendungsbeispiel beschrieben, bei dem sowohl die vorliegende Array-Antenne als auch ein optischer Sensor (z.B. eine Kamera) genutzt werden. Es wird angemerkt, dass LIDAR oder dergleichen als der optische Sensor einsetzbar ist.
  • Ein Millimeterwellenradar ist fähig zum direkten Detektieren einer Distanz (Entfernung) zu einem Ziel und einer relativen Geschwindigkeit desselben. Eine weitere Eigenschaft besteht darin, dass seine Detektionsleistung sich nachts (einschließlich der Dämmerung) oder bei schlechtem Wetter, z.B. Regen, Nebel oder Schneefall, nicht besonders verringert. Andererseits wird davon ausgegangen, dass eine zweidimensionale Erfassung eines Ziels mit einem Millimeterwellenradar nicht so einfach ist wie mit einer Kamera. Dagegen ist eine zweidimensionale Erfassung eines Ziels und Erkennung seiner Form mit einer Kamera relativ einfach. Jedoch kann eine Kamera ein Ziel möglicherweise nicht bei Nacht oder schlechtem Wetter abbilden, was ein erhebliches Problem darstellt. Dieses Problem ist besonders dann bedeutsam, wenn sich an dem Abschnitt, durch den die Belichtung sichergestellt werden soll, Wassertröpfchen angelagert haben oder die Sicht durch Nebel eingeschränkt ist. Dieses Problem besteht in ähnlicher Weise für LIDAR oder dergleichen, was ebenfalls das Gebiet optischer Sensoren betrifft.
  • In Reaktion auf eine steigende Nachfrage nach sichererem Fahrzeugbetrieb werden seit einigen Jahren Fahrerassistenzsysteme zur Verhinderung von Kollisionen oder dergleichen entwickelt. Ein Fahrerassistenzsystem erfasst ein Bild in Fahrtrichtung mit einem Sensor wie etwa einer Kamera oder einem Millimeterwellenradar, und wenn ein Hindernis erkannt wird, bei dem vorhergesagt wird, dass es die Fahrt des Fahrzeugs hemmt, werden Bremsen oder dergleichen automatisch betätigt, um Kollisionen oder dergleichen zu verhindern. Von einer solchen Funktion der Kollisionsvermeidung wird normales Funktionieren auch bei Nacht oder schlechtem Wetter erwartet.
  • Daher gewinnen Fahrerassistenzsysteme mit einer sogenannten zusammengeführten Konstruktion an Verbreitung, bei denen zusätzlich zu einem herkömmlichen optischen Sensor wie etwa einer Kamera ein Millimeterwellenradar als Sensor angebracht ist, wodurch ein Erkennungsprozess realisiert wird, der beides ausnutzt. Ein solches Fahrerassistenzsystem wird später erläutert.
  • Andererseits werden an die Funktionen des Millimeterwellenradars selbst immer höhere Erwartungen gestellt. Ein Millimeterwellenradar zur bordeigenen Verwendung nutzt hauptsächlich elektromagnetische Wellen des 76-GHz-Bands. Die Antennenleistung seiner Antenne ist gemäß den jeweiligen Landesgesetzen oder dergleichen unter ein bestimmtes Niveau eingeschränkt. Beispielsweise ist sie in Japan auf 0,01 W oder weniger begrenzt. Gemäß solchen Einschränkungen wird von einem Millimeterwellenradar zur bordeigenen Verwendung die erforderliche Leistung erwartet, dass beispielsweise sein Detektionsbereich 200 m oder mehr beträgt; die Antennengröße 60 mm × 60 mm oder weniger beträgt; ihr horizontaler Erfassungswinkel 90 Grad oder mehr beträgt; ihre Entfernungsauflösung 20 cm oder weniger beträgt; dass sie zu Nahbereichsdetektion innerhalb von 10 m fähig ist und so weiter. Bei herkömmlichen Millimeterwellenradars wurden Mikrostreifenleitungen als Wellenleiter und Patch-Antennen als Antennen verwendet (im Folgenden werden beide als „Patch-Antennen“ bezeichnet). Jedoch war mit einer Patch-Antenne die oben genannte Leistungsfähigkeit bisher schwer zu erzielen.
  • Mit einer Schlitz-Array-Antenne, auf welche die Technik der vorliegenden Offenbarung angewandt ist, haben die Erfinder die oben genannte Leistungsfähigkeit erzielt. Infolgedessen wurde ein Millimeterwellenradar realisiert, der kleiner, effizienter und leistungsfähiger als herkömmliche Patch-Antennen und dergleichen ist. Daneben wurde durch Kombinieren dieses Millimeterwellenradars und eines optischen Sensors wie etwa einer Kamera eine klein bemessene, hocheffiziente und hochleistungsfähige zusammengeführte Einrichtung realisiert, die es zuvor nicht gab. Dies wird unten ausführlich beschrieben.
  • 42 ist ein Diagramm zu einer zusammengeführten Einrichtung in einem Fahrzeug 500, wobei die zusammengeführte Einrichtung ein Bordkamerasystem 700 und ein Radarsystem 510 (nachfolgend als der Millimeterwellenradar 510 bezeichnet) mit einer Schlitz-Array-Antenne aufweist, auf weiche die Technik der vorliegenden Offenbarung angewandt ist. Mit Bezug auf diese Figur werden unten verschiedene Ausführungsformen beschrieben.
  • [Einbau des Millimeterwellenradars im Fahrzeugraum]
  • Eine herkömmlicher Millimeterwellenradar 510' auf Patch-Antennen-Basis ist hinter und einwärts von einem Grill 512 platziert, der sich an der Frontpartie eines Fahrzeugs befindet. Eine elektromagnetische Welle, die aus einer Antenne abgestrahlt wird, gelangt durch die Öffnungen in dem Grill 512 und wird vor dem Fahrzeug 500 abgestrahlt. In der Region, durch welche die elektromagnetische Welle passiert, existiert in diesem Fall keine dielektrische Schicht, z.B. Glas, welche die Energie der elektromagnetischen Welle vermindert oder reflektiert. Infolgedessen reicht eine elektromagnetische Welle, die von dem Millimeterwellenradar 510' auf Patch-Antennen-Basis abgestrahlt wird, über einen langen Bereich, z.B. zu einem Ziel, das 150 m oder weiter entfernt ist. Durch Empfangen der davon reflektierten elektromagnetischen Welle mit der Antenne ist der Millimeterwellenradar 510' fähig, ein Ziel zu detektieren. Da die Antenne hinter und einwärts von dem Grill 512 des Fahrzeugs platziert ist, kann der Radar in diesem Fall jedoch beschädigt werden, wenn das Fahrzeug mit einem Hindernis kollidiert. Zudem kann er bei Regen usw. mit Schlamm oder dergleichen verschmutzt werden, und der an der Antenne anhaftende Schmutz kann Abstrahlung und Empfang elektromagnetischer Wellen hemmen.
  • Ähnlich wie auf herkömmliche Weise kann der Millimeterwellenradar 510, der eine Schlitz-Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält, hinter dem Grill 512 platziert sein, der an der Frontpartie des Fahrzeugs (nicht gezeigt) angeordnet ist. Dies erlaubt eine Ausnutzung der von der Antenne abzustrahlenden elektromagnetischen Welle zu 100%, wodurch eine Ferndetektion über das übliche Niveau hinaus ermöglicht wird, z.B. die Detektion eines Ziels, das sich in einer Distanz von 250 m oder mehr befindet.
  • Außerdem kann der Millimeterwellenradar 510 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auch im Fahrzeugraum, d.h. im Inneren des Fahrzeugs, platziert sein. In diesem Fall ist der Millimeterwellenradar 510 einwärts von der Windschutzscheibe 511 des Fahrzeugs platziert, um in einen Raum zwischen der Windschutzscheibe 511 und einer Fläche des Rückspiegels (nicht gezeigt) zu passen, die zu dessen Spiegeloberfläche entgegengesetzt ist. Der herkömmliche Millimeterwellenradar 510' auf Patch-Antennen-Basis kann dagegen hauptsächlich aus folgenden zwei Gründen nicht im Inneren des Fahrzeugraums platziert werden. Ein erster Grund ist seine große Größe, die eine Unterbringung in dem Raum zwischen der Windschutzscheibe 511 und dem Rückspiegel verhindert. Ein zweiter Grund besteht darin, dass eine nach vorn abgestrahlte elektromagnetische Welle von der Windschutzscheibe 511 reflektiert wird und sich aufgrund dielektrischer Verluste abschwächt, so dass sie die gewünschte Distanz nicht mehr überwinden kann. Daher können bei Platzierung eines herkömmlichen Millimeterwellenradars auf Patch-Antennen-Basis im Fahrzeugraum beispielsweise nur Ziele erfasst werden, die sich 100 m oder weniger voraus befinden. Dagegen vermag ein Millimeterwellenradar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Ziel in einer Distanz von 200 m oder mehr trotz Reflexion oder Verminderung an der Windschutzscheibe 511 zu detektieren. Diese Leistungsfähigkeit ist äquivalent zu oder sogar größer als in dem Fall, in dem ein herkömmlicher Millimeterwellenradar auf Patch-Antennen-Basis außerhalb des Fahrzeugraums platziert ist.
  • [Zusammengeführte Konstruktion auf Basis von Millimeterwellenradar und Kamera usw., die im Fahrzeugraum platziert sind]
  • Gegenwärtig wird in vielen Fahrerassistenzsystemen eine optische Bildgebungsvorrichtung wie etwa eine CCD-Kamera als der Hauptsensor verwendet. Üblicherweise ist eine Kamera oder dergleichen im Fahrzeugraum, einwärts von der Windschutzscheibe 511 platziert, um ungünstigen Einflüssen der Außenumgebung usw. Rechnung zu tragen. Zur Minimierung der optischen Wirkung von Regentropfen und dergleichen wird dabei die Kamera oder dergleichen in einer Region platziert, die von den Scheibenwischern (nicht gezeigt) überstrichen wird, jedoch einwärts von der Windschutzscheibe 511 liegt.
  • Wegen des Bedarfs an erhöhter Leistungsfähigkeit eines Fahrzeugs, z.B. im Hinblick auf eine Bremsautomatik, besteht seit einigen Jahren der Wunsch nach einer Bremsautomatik oder dergleichen, deren Funktionieren unabhängig von derAußenumgebung gewährleistet ist. Wenn der einzige Sensor in dem Fahrerassistenzsystem eine optische Vorrichtung wie etwa eine Kamera ist, besteht in diesem Fall das Problem, dass ein zuverlässiges Funktionieren bei Nacht oder schlechtem Wetter nicht gewährleistet ist. Hierdurch entstand Bedarf an einem Fahrerassistenzsystem, das nicht nur einen optischen Sensor (wie etwa eine Kamera), sondern auch einen Millimeterwellenradar enthält, wobei diese für eine gemeinsame Verarbeitung verwendet werden, so dass ein zuverlässiger Betrieb auch bei Nacht oder schlechtem Wetter erreicht wird.
  • Wie bereits beschrieben, ist ein Millimeterwellenradar, der die vorliegende Schlitz-Array-Antenne enthält, aufgrund der Größenverringerung und beträchtlichen Erhöhung des Wirkungsgrades der abgestrahlten elektromagnetischen Welle gegenüber einer herkömmlichen Patch-Antenne, im Fahrzeugraum platzierbar. Durch Nutzung dieser Eigenschaften erlaubt der Millimeterwellenradar 510, der nicht nur einen optischen Sensor (Bordkamerasystem) 700 wie etwa eine Kamera, sondern auch eine Schlitz-Array-Antenne gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält, wie in 42 gezeigt, eine Platzierung von beidem einwärts von der Windschutzscheibe 511 des Fahrzeugs 500. Hierdurch sind folgende neuartige Wirkungen entstanden.
    • (1) Das Fahrerassistenzsystem ist leichter an dem Fahrzeug 500 anzubringen. Bei dem herkömmlichen Millimeterwellenradar 510' auf Patch-Antennen-Basis war bisherzur Aufnahme des Radars ein Raum hinter dem Grill 512 an der Frontpartie erforderlich. Da dieser Raum einige Stellen aufweisen kann, die sich auf die strukturelle Gestaltung des Fahrzeugs auswirken, konnte es bei einer Größenänderung der Radarvorrichtung notwendig sein, die strukturelle Gestaltung zu überdenken. Diese Schwierigkeit wird durch Platzierung des Millimeterwellenradars im Fahrzeugraum vermieden.
    • (2) Ohne Einflüsse durch Regen, Nacht oder andere äußere Umgebungsfaktoren auf das Fahrzeug kann ein zuverlässigeres Funktionieren erreicht werden. Durch Platzierung des Millimeterwellenradars (Bordkamerasystems) 510 und des Bordkamerasystems 700 an im Wesentlichen derselben Position im Fahrzeugraum, wie in 43 gezeigt, können dieselben insbesondere ein identisches Sichtfeld und eine identische Sichtlinie erreichen, was den „Abgleichprozess“, der später beschrieben wird, erleichtert, d.h. einen Prozess, mit dem festgestellt werden soll, dass jeweilige Zielinformationen, die durch dieselben erfasst werden, von einem identischen Objekt stammen. Wenn der Millimeterwellenradar 510' dagegen hinter dem Grill 512 platziert wäre, der sich an der Frontpartie außerhalb des Fahrzeugraums befindet, würde seine Radarsichtlinie L von einer Radarsichtlinie M des Falls abweichen, in dem derselbe im Fahrzeugraum platziert ist, woraus sich gegenüber dem durch das Bordkamerasystem 700 zu erfassenden Bild ein großer Versatz ergäbe.
    • (3) Die Zuverlässigkeit der Millimeterwellen-Radarvorrichtung wird verbessert. Da, wie oben beschrieben, der herkömmliche Millimeterwellenradar 510' auf Patch-Antennen-Basis hinter dem Grill 512 platziert ist, der sich an der Frontpartie befindet, setzt er leicht Schmutz an und kann schon bei einem kleinen Kollisionsunfall oder dergleichen beschädigt werden. Aus diesen Gründen sind Reinigung und Funktionalitätsprüfungen dauernd erforderlich. Wenn sich die Position oder Richtung der Anbringung des Millimeterwellenradars durch einen Unfall oder dergleichen verschiebt, ist zudem, wie unten beschrieben wird, eine Wiederherstellung der Ausrichtung bezüglich der Kamera notwendig. Die Wahrscheinlichkeit solcher Erscheinungen wird durch Platzierung des Millimeterwellenradars im Fahrzeugraum reduziert, so dass die oben genannten Schwierigkeiten vermieden werden.
  • In einem Fahrerassistenzsystem einer solchen zusammengeführten Konstruktion können der optische Sensor, z.B. eine Kamera, und der Millimeterwellenradar 510, der die vorliegende Schlitz-Array-Antenne enthält, eine integrierte Konstruktion haben, d.h. in Bezugzueinander an fester Position sein. In diesem Fall sollte eine bestimmte relative Positionierung zwischen der optischen Achse des optischen Sensors wie etwa einer Kamera und der Direktivität der Antenne des Millimeterwellenradars gewahrt bleiben, wie später beschrieben wird. Wenn dieses Fahrerassistenzsystem mit einer integrierten Konstruktion im Fahrzeugraum des Fahrzeugs 500 fixiert ist, sollte die optische Achse der Kamera usw. so eingestellt sein, dass sie dem Fahrzeug voraus in einer bestimmten Richtung ausgerichtet ist. Siehe hierzu die US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2015/0264230 , die US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2016/0264065 , die US-Patentanmeldung Nr. 15/248141 , die US-Patentanmeldung Nr. 15/248149 und die US-Patentanmeldung Nr. 15/248156 , die durch Verweis hier aufgenommen werden. Verwandte Techniken bezüglich der Kamera sind in der Spezifikation des US-Patents Nr. 7355524 und der Spezifikation des US-Patents Nr. 7420159 beschrieben, deren gesamte Offenbarung hier jeweils durch Verweis aufgenommen wird.
  • Zur Platzierung eines optischen Sensors wie etwa einer Kamera und eines Millimeterwellenradars im Fahrzeugraum siehe beispielsweise die Spezifikation des US-Patents Nr. 8604968 , die Spezifikation des US-Patents Nr. 8614640 und die Spezifikation des US-Patents Nr. 7978122 , deren gesamte Offenbarung hier jeweils durch Verweis aufgenommen wird. Jedoch waren zum Anmeldezeitpunkt dieser Patente nur herkömmliche Antennen mit Patch-Antennen die bekannten Millimeterwellenradare, und somit war eine Observation nicht über ausreichende Distanzen möglich. Beispielsweise wird die mit einem herkömmlichen Millimeterwellenradar observierbare Distanz mit höchstens 100 m bis 150 m beziffert. Wenn ein Millimeterwellenradar einwärts von der Windschutzscheibe platziert ist, wird außerdem durch die Größe des Radars das Sichtfeld des Fahrers in unpraktischer Weise versperrt, was eine sichere Fahrt verhindert. Dagegen ist ein Millimeterwellenradar, der ein Schlitz-Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, wegen seiner geringen Größe und merklichen Erhöhung des Wirkungsgrades der abgestrahlten elektromagnetischen Welle gegenüber demjenigen einer herkömmlichen Patch-Antenne, im Fahrzeugraum platzierbar. Dies ermöglicht eine Fernobservation über 200 m, wobei das Sichtfeld des Fahrers nicht versperrt wird.
  • [Einstellung der Anbringungsposition zwischen Millimeterwellenradar und Kamera usw.]
  • Bei der Verarbeitung mit einer zusammengeführten Konstruktion (die im Folgenden als „zusammengeführter Prozess“ bezeichnet werden kann) ist es erwünscht, dass ein mit einer Kamera oder dergleichen gewonnenes Bild und die mit dem Millimeterwellenradar gewonnenen Radarinformationen auf dasselbe Koordinatensystem abgebildet werden, da ihre Abweichung hinsichtlich Position und Zielgröße eine gemeinsame Verarbeitung zwischen beiden behindert.
  • Hierzu gehört eine Einstellung unter folgenden drei Gesichtspunkten.
  • (1) Die optische Achse der Kamera oder dergleichen und die Antennendirektivität des Millimeterwellenradars müssen ein bestimmtes festes Verhältnis haben.
  • Es ist erforderlich, dass die optische Achse der Kamera oder dergleichen und die Antennendirektivität des Millimeterwellenradars abgeglichen sind. Alternativ kann ein Millimeterwellenradar zwei oder mehr Sendeantennen und zwei oder mehr Empfangsantennen aufweisen, wobei die Direktivitäten dieser Antennen gezielt unterschiedlich gestaltet sind. Es muss daher gewährleistet sein, dass mindestens ein bestimmtes, bekanntes Verhältnis zwischen der optischen Achse der Kamera oder dergleichen und den Direktivitäten dieser Antennen besteht.
  • Im Fall, dass die Kamera oder dergleichen und der Millimeterwellenradar die oben genannte integrierte Konstruktion haben, d.h. in fester Position zueinander stehen, bleibt die relative Positionierung zwischen der Kamera oder dergleichen und dem Millimeterwellenradar fest. Daher sind die oben genannten Anforderungen in Bezug auf eine solche integrierte Konstruktion erfüllt. Dagegen ist bei einer herkömmlichen Patch-Antenne oder dergleichen, bei welcher der Millimeterwellenradar hinter dem Grill 512 des Fahrzeugs 500 platziert ist, die relative Positionierung zwischen ihnen normalerweise gemäß (2) unten einzustellen.
  • (2) In einem Anfangszustand (z.B. bei Lieferung) nach Anbringung an dem Fahrzeug besteht zwischen einem mit der Kamera oder dergleichen erfassten Bild und Radarinformationen des Millimeterwellenradars ein bestimmtes festes Verhältnis.
  • Die Anbringungspositionen des optischen Sensors wie etwa einer Kamera und des Millimeterwellenradars 510 oder 510' an dem Fahrzeug 500 werden zuletzt auf folgende Weise bestimmt. An einer vorbestimmten Position 800 dem Fahrzeug 500 voraus wird ein als Referenz verwendbares Diagramm oder ein Ziel, das der Observation durch den Radar unterliegt, korrekt positioniert (im Folgenden als „Referenzdiagramm“ bzw. „Referenzziel“ und zusammen als „Vergleichspunkt“ bezeichnet). Dies wird mit einem optischen Sensor wie etwa einer Kamera oder mit dem Millimeterwellenradar 510 observiert. Die Observationsinformationen bezüglich des observierten Vergleichspunktes werden mit zuvor gespeicherten Forminformationen oder dergleichen des Vergleichspunktes verglichen, und die aktuellen Versatzinformationen werden quantifiziert. Auf Basis dieser Versatzinformationen werden durch mindestens eins der folgenden Mittel die Anbringungspositionen eines optischen Sensors wie etwa einer Kamera und des Millimeterwellenradars 510 oder 510' eingestellt oder korrigiert. Es kann auch jedes andere Mittel eingesetzt werden, das ähnliche Ergebnisse zu liefern vermag.
    1. (i) Einstellen der Anbringungspositionen der Kamera und des Millimeterwellenradars in der Weise, dass derVergleichspunkt an einen Mittelpunkt zwischen der Kamera und dem Millimeterwellenradar gelangt. Diese Einstellung kann mit einem Hilfsmittel oder Werkzeug usw. erfolgen, das separat vorgesehen ist.
    2. (ii) Bestimmung eines Versatzbetrags der Kamera und der Achse/Direktivität des Millimeterwellenradars relativ zu dem Vergleichspunkt und Korrigieren dieser Versatzbeträge der Achse/Direktivität durch Bildverarbeitung des Kamerabildes und Radarverarbeitung.
  • Zu beachten ist, dass in dem Fall, in dem der optische Sensor wie etwa eine Kamera und der Millimeterwellenradar 510, der eine Schlitz-Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält, eine integrierte Konstruktion haben, d.h. in fester Position zueinander stehen, bei einer Einstellung eines Versatzes der Kamera oder des Radars mit Bezug auf den Vergleichspunkt der Versatzbetrag auch dem anderen bekannt wird, so dass sich eine Überprüfung des Versatzes des anderen mit Bezug auf den Vergleichspunkt erübrigt.
  • Spezifisch kann bezüglich des Bordkamerasystems 700 ein Referenzdiagramm an einer vorbestimmten Position 750 platziert sein, und ein durch die Kamera aufgenommenes Bild wird mit Vorausinformationen verglichen, die anzeigen, wo in dem Sichtfeld der Kamera das Referenzdiagrammbild sich befinden soll, wodurch ein Versatzbetrag detektiert wird. Auf dieser Basis wird die Kamera durch mindestens eins der obigen Mittel (i) und (ii) eingestellt. Als Nächstes wird der Versatzbetrag, der für die Kamera festgestellt wurde, in einen Versatzbetrag des Millimeterwellenradars übersetzt. Danach wird eine Einstellung des Versatzbetrags in Bezug auf die Radarinformationen durch mindestens eins der obigen Mittel (i) und (ii) vorgenommen.
  • Alternativ kann dies auf Basis des Millimeterwellenradars 510 erfolgen. In Bezug auf den Millimeterwellenradar 510 kann ein Referenzziel an einer vorbestimmten Position 800 platziert sein, und die Radarinformationen desselben werden mit Vorausinformationen verglichen, die anzeigen, wo in dem Sichtfeld des Millimeterwellenradars 510 das Referenzziel angeordnet sein soll, so dass ein Versatzbetrag detektiert wird. Auf dieser Basis wird der Millimeterwellenradar 510 durch mindestens eins der obigen Mittel (i) und (ii) eingestellt. Als Nächstes wird der Versatzbetrag, der für den Millimeterwellenradar festgestellt wurde, in einen Versatzbetrag der Kamera übersetzt. Danach wird eine Versatzbetragseinstellung in Bezug auf die durch die Kamera gewonnenen Bildinformationen durch mindestens eins der obigen Mittel (i) und (ii) vorgenommen.
  • (3) Auch nach einem Anfangszustand des Fahrzeugs wird ein bestimmtes Verhältnis zwischen einem mit der Kamera oder dergleichen erfassten Bild und Radarinformationen des Millimeterwellenradars beibehalten.
  • Üblicherweise wird angenommen, dass ein mit der Kamera oder dergleichen erfasstes Bild und Radarinformationen des Millimeterwellenradars im Anfangszustand fixiert sind und kaum schwanken, es sei denn bei einem Unfall des Fahrzeugs oder dergleichen. Wenn jedoch tatsächlich ein Versatz zwischen denselben auftritt, ist eine Einstellung mit den folgenden Mitteln möglich.
  • Die Kamera ist beispielsweise so angebracht, dass Abschnitte 513 und 514 (charakteristische Punkte), die für das Eigenfahrzeug charakteristisch sind, in ihr Sichtfeld passen. Die Positionen, an denen diese charakteristischen Punkte durch die Kamera tatsächlich abgebildet werden, werden mit den Information der Positionen verglichen, die diese charakteristischen Punkte einnehmen sollten, wenn die Kamera korrekt an ihrem Ort angebracht ist, und (ein) Versatzbetrag/-beträge werden dazwischen detektiert. Auf Basis dieses/dieser detektierten Versatzbetrags/-beträge kann die Position jedes danach aufgenommenen Bildes korrigiert werden, wodurch ein Versatz der physikalischen Anbringungsposition der Kamera ausgeglichen werden kann. Wenn diese Korrektur die von dem Fahrzeug erforderte Leistungsfähigkeit ausreichend ausbildet, erübrigt sich möglicherweise die Einstellung gemäß dem obigen Punkt (2). Durch regelmäßige Durchführung dieser Einstellung während des Startens oder Betriebs des Fahrzeugs 500 ist ein Ausgleich des Versatzbetrags auch bei erneutem Auftreten eines Versatzes der Kamera oder dergleichen möglich, was zur Fahrtsicherheit beiträgt.
  • Jedoch ergibt dieses Mittel nach allgemeinerAuffassung eine geringere Einstellgenauigkeit als bei dem oben genannten Mittel (2). Beim Vornehmen einer Einstellung auf Basis eines Bildes, das durch Abbilden eines Vergleichspunktes mit der Kamera gewonnen ist, kann das Azimut des Vergleichspunktes mit hoher Präzision bestimmt werden, so dass eine hohe Einstellungsgenauigkeit leicht erreichbar ist. Da dieses Mittel für die Einstellungjedoch einen Teil der Fahrzeugkarosserie anstelle eines Vergleichspunktes nutzt, ist die Genauigkeit der Azimutbestimmung relativ schwierig zu erhöhen. Die entstehende Einstellgenauigkeit ist also etwas geringer. Als Korrekturmittel kann dies aber wirksam sein, wenn die Anbringungsposition der Kamera oder dergleichen aus Gründen wie etwa einem Unfall oder einer großen äußeren Kraft, die auf die Kamera oder dergleichen im Fahrzeugraum wirkt, usw. erheblich verändert ist.
  • [Abbildung des durch Millimeterwellenradar und Kamera oder dergleichen detektierten Ziels: Abgleichprozess]
  • In einem zusammengeführten Prozess muss für ein gegebenes Ziel festgestellt werden, dass ein mit einer Kamera oder dergleichen erfasstes Bild desselben und mit dem Millimeterwellenradar erfasste Radarinformationen sich auf „dasselbe Ziel“ beziehen. Es sei beispielsweise angenommen, dass zwei Hindernisse (erste und zweite Hindernisse), z.B. zwei Fahrräder, dem Fahrzeug 500 voraus aufgetreten sind. Diese zwei Hindernisse werden als Kamerabilder erfasst und als Radarinformationen des Millimeterwellenradars detektiert. Zu diesem Zeitpunkt müssen das Kamerabild und die Radarinformationen mit Bezug auf das erste Hindernis so aufeinander abgebildet sein, dass sie beide auf dasselbe Ziel gerichtet sind. Ebenso müssen das Kamerabild und die Radarinformationen mit Bezug auf das zweite Hindernis so aufeinander abgebildet sein, dass sie beide auf dasselbe Ziel gerichtet sind. Wenn das Kamerabild des ersten Hindernisses und die Radarinformationen des zweiten Hindernisses fälschlicherweise als auf ein identisches Objekt bezogen erkannt werden, kann es zu einem schwerwiegenden Unfall kommen. Ein solcher Prozess der Bestimmung dessen, ob ein Ziel auf dem Kamerabild und ein Ziel auf dem Radarbild dasselbe Ziel betreffen, kann in der vorliegenden Spezifikation nachfolgend als „Abgleichprozess“ bezeichnet sein.
  • Dieser Abgleichprozess kann durch verschiedene Detektionsvorrichtungen (oder Verfahren) implementiert sein, die unten beschrieben sind. Nachfolgend werden diese spezifisch beschrieben. Es wird angemerkt, dass jede der folgenden Detektionsvorrichtungen in dem Fahrzeugzu installieren ist und mindestens einen Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt, einen Bilddetektionsabschnitt (z.B. eine Kamera), der in einer Richtung ausgerichtet ist, welche die Richtung der Detektion durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt überlagert, und einen Abgleichsabschnitt aufweist. Dabei weist der Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt eine Schlitz-Array-Antenne gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf und erfasst mindestens Radarinformationen in seinem eigenen Sichtfeld. Der Bilderfassungsabschnitt erfasst mindestens Bildinformationen in seinem eigenen Sichtfeld. Der Abgleichsabschnitt weist eine Verarbeitungsschaltung auf, die ein Detektionsergebnis des Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitts mit einem Detektionsergebnis des Bilddetektionsabschnitts abgleicht, um zu bestimmen, ob durch die zwei Detektionsabschnitte dasselbe Ziel detektiert wird oder nicht. Für die Bildung des Bilddetektionsabschnitts können dabei eines, zwei oder mehr von einer optischen Kamera, LIDAR, einem Infrarotradar und einem Ultraschallradar gewählt sein. Die folgenden Detektionsvorrichtungen unterscheiden sich voneinander hinsichtlich des Detektionsprozesses an ihrem jeweiligen Abgleichsabschnitt.
  • Bei einer ersten Detektionsvorrichtung führt der Abgleichsabschnitt zwei Abgleiche wie folgt durch. Zu einem ersten Abgleich gehören für ein Ziel von Interesse, das durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert wurde, das Gewinnen von Distanzinformationen und Lateralpositionsinformationen desselben und auch das Finden eines Ziels, das sich am nächsten an dem Ziel von Interesse befindet, aus einem Ziel oder zwei oder mehr Zielen, die durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert wurden, und das Detektieren von (einer) Kombination(en) daraus. Zu einem zweiten Abgleich gehören für ein Ziel von Interesse, das durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert wurde, das Gewinnen von Distanzinformationen und Lateralpositionsinformationen desselben und auch das Finden eines Ziels, das sich am nächsten an dem Ziel von Interesse befindet, aus einem Ziel oder zwei oder mehr Zielen, die durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert sind, und Detektieren von (einer) Kombination(en) daraus. Außerdem bestimmt dieser Abgleichsabschnitt, ob es eine übereinstimmende Kombination zwischen der bzw. den Kombination(en) solcher Ziele, wie durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert, und der bzw. den Kombination(en) solcher Ziele, wie durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert, gibt. Wenn es eine übereinstimmende Kombination gibt, wird sodann bestimmt, dass durch die zwei Detektionsabschnitte dasselbe Objekt detektiert wird. Auf diese Weise wird ein Abgleich zwischen den jeweiligen Zielen erreicht, die durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt und den Bilddetektionsabschnitt detektiert wurden.
  • Eine verwandte Technik ist in der Spezifikation des US-Patents Nr. 7358889 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird. In dieser Veröffentlichung ist der Bilddetektionsabschnitt durch eine sogenannte Stereokamera illustriert, die zwei Kameras aufweist. Jedoch ist diese Technik nicht darauf begrenzt. Im Fall, dass der Bilddetektionsabschnitt eine einzige Kamera aufweist, können detektierte Ziele gegebenenfalls einem Bilderkennungsprozess oder dergleichen unterzogen werden, um Distanzinformationen und Lateralpositionsinformationen der Ziele zu gewinnen. In ähnlicher Weise kann ein Laser-Sensor wie etwa ein Laser-Scanner als der Bilddetektionsabschnitt verwendet werden.
  • Bei einer zweiten Detektionsvorrichtung gleicht der Abgleichsabschnitt mit jeder vorbestimmten Zeitperiode ein Detektionsergebnis des Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitts und ein Detektionsergebnis des Bilddetektionsabschnitts ab. Wenn der Abgleichsabschnitt bestimmt, dass durch die zwei Detektionsabschnitte in dem vorherigen Abgleichsergebnis dasselbe Ziel detektiert wurde, führt er einen Abgleich mithilfe dieses vorherigen Abgleichsergebnisses durch. Spezifisch gleicht der Abgleichsabschnitt ein Ziel, das aktuell durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert wird, und ein Ziel, das aktuell durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert wird, mit dem Ziel ab, das in dem vorherigen Abgleichsergebnis als durch die zwei Detektionsabschnitte detektiert bestimmt wurde. Sodann bestimmt der Abgleichsabschnitt auf Basis des Abgleichsergebnisses für das Ziel, das aktuell durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert wird, und des Abgleichsergebnisses für das Ziel, das aktuell durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert wird, ob durch die zwei Detektionsabschnitte dasselbe Ziel detektiert wird oder nicht. Statt eines direkten Abgleichs der Ergebnisse der Detektion durch die zwei Detektionsabschnitte führt diese Detektionsvorrichtung somit einen chronologischen Abgleich zwischen den zwei Detektionsergebnissen und einem vorherigen Abgleichsergebnis durch. Daher wird die Genauigkeit der Detektion gegenüber dem Fall verbessert, in dem nur ein momentaner Abgleich erfolgt, so dass ein stabiler Abgleich realisiert wird. Insbesondere ist durch die Nutzung vergangener Abgleichsergebnisse ein Abgleich auch dann noch möglich, wenn die Genauigkeit des Detektionsabschnitts momentan nachlässt. Zudem ist diese Detektionsvorrichtung durch Nutzung des vorherigen Abgleichsergebnisses zur leichten Durchführung eines Abgleichs zwischen den zwei Detektionsabschnitten fähig.
  • Bei dem aktuellen Abgleich, der das vorherige Abgleichsergebnis nutzt, schließt der Abgleichsabschnitt dieser Detektionsvorrichtung, wenn er bestimmt, dass durch die zwei Detektionsabschnitte dasselbe Objekt detektiert wird, dieses bestimmte Objekt bei der Durchführung des Abgleichs zwischen aktuell durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektierten Objekten und aktuell durch den Bilddetektionsabschnitt detektierten Objekten aus. Sodann bestimmt dieser Abgleichsabschnitt, ob ein identisches Objekt existiert, das aktuell durch die zwei Detektionsabschnitte detektiert wird. Somit nimmt die Detektionsvorrichtung unter Berücksichtigung des Ergebnisses des chronologischen Abgleichs auch einen momentanen Abgleich auf Basis von zwei Detektionsergebnissen vor, die von Moment zu Moment gewonnen werden. Infolgedessen ist die Detektionsvorrichtung fähig zur sicheren Durchführung eines Abgleichs für jedes Objekt, das während der aktuellen Detektion detektiert wird.
  • Eine verwandte Technik ist in der Spezifikation des US-Patents Nr. 7417580 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird. In dieser Veröffentlichung ist der Bilddetektionsabschnitt durch eine sogenannte Stereokamera illustriert, die zwei Kameras aufweist. Jedoch ist diese Technik nicht darauf begrenzt. Im Fall, dass der Bilddetektionsabschnitt eine einzige Kamera aufweist, können detektierte Ziele gegebenenfalls einem Bilderkennungsprozess oder dergleichen unterzogen werden, um Distanzinformationen und Lateralpositionsinformationen der Ziele zu gewinnen. In ähnlicher Weise kann ein Laser-Sensor wie etwa ein Laser-Scanner als der Bilddetektionsabschnitt verwendet werden.
  • In einer dritten Detektionsvorrichtung führen die zwei Detektionsabschnitte und der Abgleichsabschnitt eine Detektion von Zielen und Abgleiche dazwischen in vorbestimmten Zeitintervallen durch, und die Ergebnisse einer solchen Detektion sowie die Ergebnisse eines solchen Abgleichs werden chronologisch in einem Speicherungsmedium, z.B. Speicher, abgelegt. Auf Basis einer Veränderungsrate der Größe eines Ziels auf dem Bild, wie durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert, und einer Distanz von dem Eigenfahrzeug zu einem Ziel und ihrer Veränderungsrate (relativen Geschwindigkeit in Bezug auf das Eigenfahrzeug), wie durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert, bestimmt dann der Abgleichsabschnitt, ob das durch den Bilddetektionsabschnitt detektierte Ziel und das durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektierte Ziel ein identisches Objekt sind.
  • Wenn auf Basis der Position des Ziels auf dem Bild, wie durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert, und der Distanz von dem Eigenfahrzeug zu dem Ziel und/oder ihrerVeränderungsrate, wie durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert, bestimmt wird, dass diese Ziele ein identisches Objekt sind, sagt der Abgleichsabschnitt eine Möglichkeit der Kollision mit dem Fahrzeug voraus.
  • Eine verwandte Technik ist in der Spezifikation des US-Patents Nr. 6903677 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • Wie oben beschrieben, werden in einem zusammengeführten Prozess eines Millimeterwellenradars und einer Bildgebungsvorrichtung wie etwa einer Kamera ein Bild, das mit der Kamera oder dergleichen gewonnen ist, und Radarinformationen, die mit dem Millimeterwellenradar gewonnen sind, gegeneinander abgeglichen. Ein Millimeterwellenradar, der die oben genannte Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält, kann so konstruiert sein, dass er geringe Größe und hohe Leistungsfähigkeit hat. Daher können für den gesamten zusammengeführten Prozess einschließlich des oben genannten Abgleichprozesses hohe Leistungsfähigkeit und Größenverringerung usw. erreicht werden. Dies verbessert die Genauigkeit der Zielerkennung und ermöglicht eine sicherere Fahrtsteuerung für das Fahrzeug.
  • [Weitere zusammengeführte Prozesse]
  • In einem zusammengeführten Prozess sind unterschiedliche Funktionen auf Basis eines Abgleichprozesses zwischen einem Bild, das mit einer Kamera oder dergleichen gewonnen ist, und Radarinformationen realisiert, die mit dem Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt gewonnen sind. Beispiele für Verarbeitungseinrichtungen, die repräsentative Funktionen eines zusammengeführten Prozesses realisieren, werden unten beschrieben.
  • Jede der folgenden Verarbeitungseinrichtungen ist in einem Fahrzeug zu installieren und weist mindestens auf: einen Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt zum Senden oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen in einer vorbestimmten Richtung; einen Bilderfassungsabschnitt wie etwa eine monokulare Kamera mit einem Sichtfeld, welches das Sichtfeld des Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitts überlagert; und einen Verarbeitungsabschnitt, der Informationen daraus gewinnt, um Zieldetektion und dergleichen durchzuführen. Der Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt erfasst Radarinformationen in seinem eigenen Sichtfeld. Der Bilderfassungsabschnitt erfasst Bildinformationen in seinem eigenen Sichtfeld. Ein ausgewähltes oder zwei oder mehr ausgewählte von einer optischen Kamera, LIDAR, einem Infrarotradar und einem Ultraschallradar können als der Bilderfassungsabschnitt verwendet werden. Der Verarbeitungsabschnitt kann durch eine Verarbeitungsschaltung implementiert sein, die mit dem Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt und dem Bilderfassungsabschnitt verbunden ist. Die folgenden Verarbeitungseinrichtungen unterscheiden sich voneinander mit Bezug auf den Inhalt der Verarbeitung durch diesen Verarbeitungsabschnitt.
  • Bei einer ersten Verarbeitungseinrichtung extrahiert der Verarbeitungsabschnitt aus einem Bild, das durch den Bilderfassungsabschnitt erfasst ist, ein Ziel, das als dasselbe Ziel wie das durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektierte erkannt wird. Anders ausgedrückt, wird ein Abgleichprozess entsprechend der oben genannten Detektionsvorrichtung durchgeführt. Sodann erfasst sie Informationen eines rechten Randes und eines linken Randes des extrahierten Zielbildes und leitet Ortsnäherungslinien ab, die Geraden oder vorbestimmte gekrümmte Linien zum Annähern an Orte des erfassten rechten Randes und des linken Randes sind, die für beide Ränder erfasst werden. Der Rand, der eine größere Anzahl von Rändern hat, die auf der Ortsnäherungslinie liegen, wird als ein echter Rand des Ziels ausgewählt. Die laterale Position des Ziels wird auf Basis der Position des Randes abgeleitet, der als echter Rand ausgewählt wurde. Dies erlaubt eine weitere Verbesserung der Detektionsgenauigkeit für eine laterale Position des Ziels.
  • Eine verwandte Technik ist in der Spezifikation des US-Patents Nr. 8610620 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • Bei einer zweiten Verarbeitungseinrichtung verändert der Verarbeitungsabschnitt bei der Bestimmung des Vorhandenseins eines Ziels eine Bestimmungsschwelle zur Verwendung bei der Überprüfung hinsichtlich eines Zielvorhandenseins in Radarinformationen auf der Basis von Bildinformationen. Wenn ein Zielbild, das ein Hindernis für die Fahrt des Fahrzeugs sein kann, mit einer Kamera oder dergleichen bestätigt wurde, oder wenn das Vorhandensein eines Ziels geschätzt wurde usw., ist somit beispielsweise die Bestimmungsschwelle für die Zieldetektion durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt so optimierbar, dass korrektere Zielinformationen gewonnen werden können. Wenn die Möglichkeit des Vorhandenseins eines Hindernisses groß ist, wird die Bestimmungsschwelle so verändert, dass diese Verarbeitungseinrichtung mit Sicherheit aktiviert wird. Ist die Möglichkeit des Vorhandenseins eines Hindernisses dagegen gering, wird die Bestimmungsschwelle so verändert, dass eine unerwünschte Aktivierung dieser Verarbeitungseinrichtung verhindert wird. Dies erlaubt eine geeignete Aktivierung des Systems.
  • Außerdem kann in diesem Fall auf Basis von Radarinformationen der Verarbeitungsabschnitt eine Detektionsregion für die Bildinformationen angeben und eine Möglichkeit des Vorhandenseins eines Hindernisses auf Basis von Bildinformationen innerhalb dieser Region schätzen. Hieraus ergibt sich ein effizienterer Detektionsprozess.
  • Eine verwandte Technik ist in der Spezifikation des US-Patents Nr. 7570198 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • Bei einer dritten Verarbeitungseinrichtung führt der Verarbeitungsabschnitt ein kombiniertes Anzeigen durch, bei dem Bilder, die aus einer Vielzahl unterschiedlicher Bildgebungsvorrichtungen und einem Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt gewonnen sind, und ein Bildsignal auf Basis von Radarinformationen auf mindestens einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden. In diesem Anzeigeprozess werden Horizontal- und Vertikal-Synchronisationssignale zwischen der Vielzahl von Bildgebungsvorrichtungen und dem Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt synchronisiert, und unter den Bildsignalen aus diesen Vorrichtungen kann selektiv zu einem gewünschten Bildsignal innerhalb einer Horizontal-Abtastungsperiode oder einer Vertikal-Abtastungsperiode umgeschaltet werden. Dies erlaubt, auf Basis der Horizontal- und Vertikal-Synchronisationssignale, ein Anzeigen von Bildern einer Vielzahl von ausgewählten Bildsignalen nebeneinander; und aus derAnzeigevorrichtung wird ein Steuersignal zum Einstellen eines Steuerbetriebes in der gewünschten Bildgebungsvorrichtung und dem Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt geschickt.
  • Wenn eine Vielzahl unterschiedlicher Anzeigevorrichtungen jeweilige Bilder oder dergleichen anzeigen, ist ein Vergleich der jeweiligen Bilder miteinander schwierig. Wenn Anzeigevorrichtungen separat von der dritten Verarbeitungseinrichtung selbst vorgesehen sind, besteht zudem nur geringe Funktionsfähigkeit der Vorrichtung. Mit der dritten Verarbeitungseinrichtung würden solche Nachteile behoben.
  • Eine verwandte Technik ist in der Spezifikation des US-Patents Nr. 6628299 und der Spezifikation des US-Patents Nr. 7161561 beschrieben, deren gesamte Offenbarung hier jeweils durch Verweis aufgenommen wird.
  • Bei einer vierten Verarbeitungseinrichtung weist der Verarbeitungsabschnitt mit Bezug auf ein Ziel, das sich einem Fahrzeug voraus befindet, einen Bilderfassungsabschnitt und einen Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt dazu an, ein Bild und Radarinformationen zu erfassen, die dieses Ziel enthalten. Aus solchen Bildinformationen bestimmt der Verarbeitungsabschnitt eine Region, in der das Ziel enthalten ist. Außerdem extrahiert der Verarbeitungsabschnitt Radarinformationen innerhalb dieser Region und detektiert eine Distanz von dem Fahrzeug zu dem Ziel und eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Ziel. Auf Basis solcher Informationen bestimmt der Verarbeitungsabschnitt eine Möglichkeit, dass eine Kollision zwischen Ziel und Fahrzeug erfolgt. Dies ermöglicht eine frühzeitige Detektion einer möglichen Kollision mit einem Ziel.
  • Eine verwandte Technik ist in der Spezifikation des US-Patents Nr. 8068134 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • Bei einer fünften Verarbeitungseinrichtung erkennt der Verarbeitungsabschnitt auf Basis von Radarinformationen oder durch einen zusammengeführten Prozess, der auf Radarinformationen und Bildinformationen basiert, ein Ziel oder zwei oder mehr Ziele, die sich dem Fahrzeug voraus befinden. Das „Ziel“ schließt jedes bewegte Objekt ein wie etwa andere Fahrzeuge oder Fußgänger, durch weiße Linien auf der Straße angezeigte Fahrspuren, Seitenstreifen und alle unbewegten Objekte (einschließlich Straßengräben, Hindernissen usw.), Ampeln, Fußgängerüberwege und dergleichen, die möglicherweise vorhanden sind. Der Verarbeitungsabschnitt kann eine GPS- Antenne (globales Positionierungssystem) einschließen. Durch Verwendung einer GPS-Antenne kann die Position des Eigenfahrzeugs detektiert werden, und auf Basis dieser Position kann eine Speicherungsvorrichtung (als Karteninformations-Datenbankvorrichtung bezeichnet), die Straßenkarteninformationen speichert, durchsucht werden, um eine aktuelle Position auf der Karte zu ermitteln. Diese aktuelle Position auf der Karte kann mit einem Ziel oder zwei oder mehr Zielen verglichen werden, die auf Basis von Radarinformationen oder dergleichen erkannt wurden, wodurch die Fahrtumgebung erkannt werden kann. Auf dieser Basis kann der Verarbeitungsabschnitt jedes Ziel extrahieren, das einer Einschätzung gemäß die Fahrt des Fahrzeugs behindert, sicherere Fahrtinformationen finden und diese gegebenenfalls auf einer Anzeigevorrichtung anzeigen, um den Fahrer zu informieren.
  • Eine verwandte Technik ist in der Spezifikation des US-Patents Nr. 6191704 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • Die fünfte Verarbeitungseinrichtung kann weiterhin eine Datenkommunikationsvorrichtung (mit Kommunikationsschaltungen) aufweisen, die mit einer Karteninformations-Datenbankvorrichtung kommuniziert, welche zum Fahrzeug extern ist. Die Datenkommunikationsvorrichtung kann auf die Karteninformations-Datenbankvorrichtung mit einer Periode von z.B. einmal pro Woche oder einmal pro Monat zugreifen, um die neuesten Karteninformationen davon herunterzuladen. Dies erlaubt eine Durchführung der oben genannten Verarbeitung mit den neuesten Karteninformationen.
  • Außerdem kann die fünfte Verarbeitungseinrichtungzwischen den neuesten Karteninformationen, die während der oben genannten Fahrt des Fahrzeugs erfasst wurden, und Informationen, die auf Basis von Radarinformationen usw. über ein Ziel oder zwei oder mehr Ziele erkannt wurden, vergleichen, um Zielinformationen (im Folgenden als „Kartenaktualisierungsinformationen“ bezeichnet) zu extrahieren, die nicht in den Karteninformationen enthalten sind. Sodann können diese Kartenaktualisierungsinformationen über die Datenkommunikationsvorrichtung an die Karteninformations-Datenbankvorrichtung gesendet werden. Die Karteninformations-Datenbankvorrichtung kann diese Kartenaktualisierungsinformationen in Verknüpfung mit den Karteninformationen speichern, die in der Datenbank sind, und die aktuellen Karteninformationen nötigenfalls selbst aktualisieren. Bei der Durchführung der Aktualisierung können jeweilige einzelne Kartenaktualisierungsinformationen, die aus einer Vielzahl von Fahrzeugen gewonnen sind, miteinander verglichen werden, um die Sicherheit derAktualisierung zu überprüfen.
  • Es wird angemerkt, dass diese Kartenaktualisierungsinformationen möglicherweise detailliertere Informationen enthalten als die Karteninformationen, die durch jede aktuell verfügbare Karteninformations-Datenbankvorrichtung geführt werden. Beispielsweise sind aus üblicherweise verfügbaren Karteninformationen möglicherweise schematische Formen von Straßen bekannt, sie enthalten jedoch typischerweise nicht Informationen wie etwa die Breite des Seitenstreifens, die Breite des möglicherweise vorhandenen Straßengrabens, neu aufgetretene Erhebungen oder Senken, Gebäudeformen und so weiter. Sie enthalten auch nicht die Höhen der Fahrbahn und des Bürgersteigs, eine mögliche Verbindung einer geneigten Fläche mit dem Bürgersteig usw. Auf Basis von separat eingestellten Bedingungen kann die Karteninformations-Datenbankvorrichtungsolche detaillierten Informationen (im Folgenden als „Kartenaktualisierungs-Detailinformationen“ bezeichnet) in Verknüpfung mit den Karteninformationen speichern. Solche Kartenaktualisierungs-Detailinformationen liefern einem Fahrzeug (einschließlich des Eigenfahrzeugs) Informationen, die detaillierter sind als die ursprünglichen Karteninformationen, wodurch sie nicht nur zur Sicherstellung einer sicheren Fahrt, sondern auch für andere Zwecke verfügbar werden. Wie hier verwendet, kann ein „Fahrzeug (einschließlich des Eigenfahrzeugs)“ z.B. ein Kraftfahrzeug, ein Motorrad, ein Fahrrad oder jedes autonome Fahrzeug sein, das in Zukunft erhältlich wird, z.B. ein elektrischer Rollstuhl. Die Kartenaktualisierungs-Detailinformationen sind für die Fahrt eines jeden solchen Fahrzeugs verwendbar.
  • (Erkennung über neuronales Netz)
  • Jede der ersten bis fünften Verarbeitungseinrichtungen kann weiterhin eine komplexe Erkennungseinrichtung aufweisen. Die komplexe Erkennungseinrichtung kann extern zu dem Fahrzeug vorgesehen sein. In diesem Fall kann das Fahrzeug eine Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationsvorrichtung aufweisen, die mit der komplexen Erkennungseinrichtung kommuniziert. Die komplexe Erkennungseinrichtung kann aus einem neuronalen Netz gebildet sein, das sogenanntes tiefes Lernen und dergleichen einschließen kann. Dieses neuronale Netz kann beispielsweise ein neuronales Konvolutionsnetz aufweisen (im Folgenden als „CNN“ bezeichnet). Ein CNN, ein neuronales Netz, das sich bei der Bilderkennung als erfolgreich erwiesen hat, ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein oder mehr Sätze aus zwei Schichten besitzt, und zwar eine Konvolutionsschicht und eine Pooling-Schicht.
  • Es existieren mindestens folgende drei Arten von Informationen, die jeweils in eine Konvolutionsschicht in der Verarbeitungseinrichtung eingegeben werden können:
    1. (1) Informationen, die auf Radarinformationen basieren, welche durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt erfasst sind;
    2. (2) Informationen, die auf spezifischen Bildinformationen basieren, welche auf Basis von Radarinformationen durch den Bilderfassungsabschnitt erfasst sind; oder
    3. (3) zusammengeführte Informationen, die auf Radarinformationen und Bildinformationen, die durch den Bilderfassungsabschnitt erfasst sind, basieren, oder Informationen, die auf Basis solcher zusammengeführter Informationen gewonnen sind.
  • Auf Basis von Informationen jeder der oben genannten Arten oder Informationen auf Basis einer Kombination daraus werden Produkt-Summen-Operationen durchgeführt, die einer Konvolutionsschicht entsprechen. Die Ergebnisse werden in die nachfolgende Pooling-Schicht eingegeben, wo Daten gemäß einer vorbestimmten Regel ausgewählt werden. Im Fall eines Maximal-Poolings, bei dem ein Maximalwert unter Pixelwerten gewählt wird, kann die Regel beispielsweise vorschreiben, dass ein Maximalwert für jede Teilungsregion in der Konvolutionsschicht gewählt wird, wobei dieser Maximalwert als der Wert der entsprechenden Position in der Pooling-Schicht angesehen wird.
  • Eine komplexe Erkennungseinrichtung, die aus einem CNN gebildet ist, kann einen einzelnen Satz aus einer Konvolutionsschicht und einer Pooling-Schicht oder eine Vielzahl solcher Sätze aufweisen, die in Serie kaskadiert sind. Dies ermöglicht eine korrekte Erkennung eines Ziels, das in den Radarinformationen und den Bildinformationen enthalten ist, die um ein Fahrzeug vorhanden sein können.
  • Verwandte Techniken sind beschrieben im US-Patent Nr. 8861842 , in der Spezifikation des US-Patents Nr. 9286524 und der Spezifikation der US-Patentanmeldung mit derVeröffentlichungsnr. 2016/0140424, deren gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • Bei einer sechsten Verarbeitungseinrichtung führt der Verarbeitungsabschnitt Verarbeitung bezüglich der Frontscheinwerfersteuerung eines Fahrzeugs durch. Wenn ein Fahrzeug nachts unterwegs ist, kann der Fahrer überprüfen, ob sich dem Eigenfahrzeug voraus ein anderes Fahrzeug oder ein Fußgänger befindet, und (einen) Lichtstrahl(en) aus dem/den Frontscheinwerfer(n) des Eigenfahrzeugs steuern, um zu verhindern, dass der Fahrer des anderen Fahrzeugs oder der Fußgänger durch den/die Frontscheinwerfer des Eigenfahrzeugs geblendet wird. Diese sechste Verarbeitungseinrichtung steuert automatisch den/die Frontscheinwerfer des Eigenfahrzeugs mithilfe von Radarinformationen oder einer Kombination aus Radarinformationen und einem Bild, das von einer Kamera oder dergleichen aufgenommen ist.
  • Auf Basis von Radarinformationen, oder durch einen zusammengeführten Prozess auf Basis von Radarinformationen und Bildinformationen, detektiert der Verarbeitungsabschnitt ein Ziel, das einem dem Fahrzeug voraus befindlichen Fahrzeug oder Fußgänger entspricht. In diesem Fall kann ein einem Fahrzeug voraus befindliches Fahrzeug ein voranfahrendes Fahrzeug, ein Fahrzeug oder ein Motorrad auf der Gegenfahrbahn und so weiter einschließen. Beim Detektieren eines solchen Ziels gibt der Verarbeitungsabschnitt einen Befehl aus, den/die Strahl(en) des Frontscheinwerfers beziehungsweise der Frontscheinwerfer abzublenden. Beim Empfang dieses Befehls kann der Steuerabschnitt (die Steuerschaltung), der sich intern im Fahrzeug befindet, den/die Frontscheinwerfer dazu steuern, den/die daraus ausgesandten Strahl(en) abzublenden.
  • Verwandte Techniken sind beschrieben in der Spezifikation des US-Patents Nr. 6403942 , der Spezifikation des US-Patents Nr. 6611610 , der Spezifikation des US-Patents Nr. 8543277 , der Spezifikation des US-Patents Nr. 8593521 und der Spezifikation des US-Patents Nr. 8636393 , deren gesamte Offenbarung hier jeweils durch Verweis aufgenommen wird.
  • Gemäß der oben beschriebenen Verarbeitung durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt und dem oben beschriebenen zusammengeführten Prozess des Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitts und einer Bildgebungsvorrichtung wie etwa einer Kamera kann der Millimeterwellenradar mit geringer Größe und hoher Leistungsfähigkeit konstruiert sein, so dass hohe Leistungsfähigkeit und Größenverringerung usw. für die Radarverarbeitung oder den gesamten zusammengeführten Prozess erreicht werden können. Dies verbessert die Genauigkeit der Zielerkennung und ermöglicht eine sicherere Fahrtsteuerung für das Fahrzeug.
  • <Anwendungsbeispiel 2: Verschiedene Überwachungssysteme (Naturelemente, Gebäude, Straßen, Bewachung, Sicherheit)>
  • Ein Millimeterwellenradar (Radarsystem), der eine Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält, hat auch einen breiten Anwendungsbereich auf den Gebieten der Überwachung, was Naturelemente, das Wetter, Gebäude, Sicherheit, Pflege und dergleichen einschließen kann. Bei einem Überwachungssystem in diesem Zusammenhang kann eine Überwachungseinrichtung, die den Millimeterwellenradar aufweist, z.B. an einer festen Position installiert sein, um (einen) Überwachungsgegenstand/-gegenstände ständig zu überwachen. Die Detektionsauflösung an dem Millimeterwellenradar ist im Hinblick auf den/die Überwachungsgegenstand/-gegenstände eingestellt und auf einen optimalen Wert gesetzt.
  • Ein Millimeterwellenradar, der eine Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält, ist fähig zur Detektion mit einer elektromagnetischen Welle mit einer Hochfrequenz von z.B. mehr als 100 GHz. Hinsichtlich des Modulationsbands in den Schemata, die bei der Radarerkennung verwendet werden, z.B. dem FMCW-Verfahren, erzielt der Millimeterwellenradar aktuell ein breites Band von mehr als 4 GHz, wodurch das oben genannte Ultrabreitband (UWB) unterstützt wird. Es wird angemerkt, dass das Modulationsband mit der Entfernungsauflösung zusammenhängt. Bei einer herkömmlichen Patch-Antenne betrug das Modulationsband bis zu circa 600 MHz, was eine Entfernungsauflösung von 25 cm ergab. Dagegen hat ein Millimeterwellenradar, welcher der vorliegenden Array-Antenne zugeordnet ist, eine Entfernungsauflösung von 3,75 cm, was auf eine Leistungsfähigkeit hinweist, die mit der Entfernungsauflösung eines herkömmlichen LIDAR konkurrieren kann. Während ein optischer Sensor wie etwa LIDAR zum Detektieren eines Ziels bei Nacht oder schlechtem Wetter nicht fähig ist, wie oben erwähnt, ist ein Millimeterwellenradar immer zur Detektion fähig, gleichgültig ob bei Tag oder Nacht und ungeachtet des Wetters. Infolgedessen ist ein der vorliegenden Array-Antenne zugeordneter Millimeterwellenradar für vielfältige Anwendungen verfügbar, die mit einem Millimeterwellenradar, der eine herkömmliche Patch-Antenne enthält, nicht möglich waren.
  • 44 ist ein Diagramm, das eine Beispielkonstruktion für ein Überwachungssystem 1500 auf Basis von Millimeterwellenradar zeigt. Das Überwachungssystem 1500 auf Basis von Millimeterwellenradar weist mindestens einen Sensorabschnitt 1010 und einen Hauptabschnitt 1100 auf. Der Sensorabschnitt 1010 weist mindestens eine Antenne 1011, die auf den Überwachungsgegenstand 1015 gerichtet ist, einen Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt 1012, der auf Basis einer gesendeten oder empfangenen elektromagnetischen Welle ein Ziel detektiert, und einen Kommunikationsabschnitt (Kommunikationsschaltung) 1013 auf, der detektierte Radarinformationen sendet. Der Hauptabschnitt 1100 weist mindestens auf: einen Kommunikationsabschnitt (Kommunikationsschaltung) 1103, der Radarinformationen empfängt, einen Verarbeitungsabschnitt (Verarbeitungsschaltung) 1101, der vorbestimmte Verarbeitung auf Basis der empfangenen Radarinformationen durchführt, und einen Datenspeicherungsabschnitt (Speicherungsmedium) 1102, in dem ältere Radarinformationen und andere Informationen gespeichert sind, die für die vorbestimmte Verarbeitung usw. benötigt werden. Zwischen dem Sensorabschnitt 1010 und dem Hauptabschnitt 1100 existieren Telekommunikationsverbindungen 1300, über die Senden und Empfang von Informationen und Befehlen zwischen denselben stattfinden. Wie hier verwendet, können die Telekommunikationsverbindungen beispielsweise ein Allzweck-Kommunikationsnetz wie etwa das Internet, ein Mobilkommunikationsnetz, dedizierte Telekommunikationsverbindungen und so weiter einschließen. Es wird angemerkt, dass das vorliegende Überwachungssystem 1500 so angeordnet sein kann, dass der Sensorabschnitt 1010 und der Hauptabschnitt 1100 statt über Telekommunikationsverbindungen direkt verbunden sind. Zusätzlich zu dem Millimeterwellenradar kann der Sensorabschnitt 1010 auch einen optischen Sensor wie etwa eine Kamera aufweisen. Dies erlaubt eine Zielerkennung durch einen zusammengeführten Prozess, der auf Radarinformationen und Bildinformationen aus der Kamera oder dergleichen basiert, wodurch eine komplexere Detektion des Überwachungsgegenstandes 1015 oder dergleichen ermöglicht wird.
  • Nachfolgend werden Beispiele für Überwachungssysteme, die diese Anwendungen verkörpern, spezifisch beschrieben.
  • [Naturelement-Überwachungssystem]
  • Ein erstes Überwachungssystem ist ein System, das Naturelemente überwacht (im Folgenden als „Naturelement-Überwachungssystem“ bezeichnet). Mit Bezug auf 44 wird dieses Naturelement-Überwachungssystem beschrieben. Überwachungsgegenstände 1015 des Naturelement-Überwachungssystems 1500 können beispielsweise ein Fluss, die Meeresoberfläche, ein Berg, ein Vulkan, die Bodenoberfläche oder dergleichen sein. Wenn der Überwachungsgegenstand 1015 beispielsweise ein Fluss ist, überwacht der an einer fixen Position befestigte Sensorabschnitt 1010 ständig die Wasseroberfläche des Flusses 1015. Diese Wasseroberflächeninformationen werden ständig an einen Verarbeitungsabschnitt 1101 in dem Hauptabschnitt 1100 gesendet. Erreicht oder überschreitet die Wasseroberfläche dann eine bestimmte Höhe, benachrichtigt der Verarbeitungsabschnitt 1101 ein getrenntes System 1200, das separat von dem Überwachungssystem existiert (z.B. ein Wetterbeobachtungs-Überwachungssystem), über die Telekommunikationsverbindungen 1300. Alternativ kann der Verarbeitungsabschnitt 1101 Informationen an ein System (nicht gezeigt) schicken, das die Schleuse verwaltet, wodurch das System auf Anweisung eine an dem Fluss 1015 vorgesehene Schleuse usw. (nicht gezeigt) automatisch schließt.
  • Das Naturelement-Überwachungssystem 1500 ist fähig zum Überwachen einer Vielzahl von Sensorabschnitten 1010, 1020, usw. mit dem einzelnen Hauptabschnitt 1100. Wenn die Vielzahl von Sensorabschnitten über einen bestimmten Bereich verteilt sind, können die Pegelstände von Flüssen in diesem Bereich gleichzeitig erfasst werden. Dies erlaubt eine Einschätzung dessen, wie der Niederschlag in diesem Bereich die Pegelstände der Flüsse beeinflussen kann, mit möglicherweise katastrophalen Folgen wie etwa Überschwemmungen. Informationen hierzu können über die Telekommunikationsverbindungen 1300 an das getrennte System 1200 (z.B. ein Wetterbeobachtungs-Überwachungssystem) übermittelt werden. So ist das getrennte System 1200 (z.B. ein Wetterbeobachtungs-Überwachungssystem) fähig, die übermittelten Informationen zur Wetterbeobachtung oder Katastrophenvorhersage in einem weiteren Bereich zu nutzen.
  • Das Naturelement-Überwachungssystem 1500 ist in ähnlicher Weise auch auf jedes andere Naturelement als einen Fluss anwendbar. Beispielsweise ist bei einem Überwachungssystem, das Tsunamis oder Sturmfluten überwacht, der Meeresspiegel der Überwachungsgegenstand. Es ist auch möglich, in Antwort auf einen Anstieg des Meeresspiegels automatisch eine Seedeichschleuse zu öffnen oder zu schließen. Alternativ kann der Überwachungsgegenstand eines Überwachungssystems, das Erdrutsche infolge von Niederschlag, Erdbeben oder dergleichen überwacht, die Bodenoberfläche einer Berggegend usw. sein.
  • [Verkehrsüberwachungssystem]
  • Ein zweites Überwachungssystem ist ein System, das den Verkehr überwacht (im Folgenden als „Verkehrsüberwachungssystem“ bezeichnet). Überwachungsgegenstand dieses Verkehrsüberwachungssystems kann beispielsweise ein Bahnübergang, eine spezifische Bahnlinie, eine Flughafen-Start- und Landebahn, eine Straßenkreuzung, eine spezifische Straße, ein Parkplatz usw. sein.
  • Wenn der Überwachungsgegenstand beispielsweise ein Bahnübergang ist, ist der Sensorabschnitt 1010 an einer Position platziert, wo das Innere des Bahnübergangs überwacht werden kann. In diesem Fall kann der Sensorabschnitt 1010 zusätzlich zu dem Millimeterwellenradar auch einen optischen Sensor wie etwa eine Kamera aufweisen, der eine Detektion eines Ziels (Überwachungsgegenstandes) aus mehr Perspektiven durch einen zusammengeführten Prozess auf Basis von Radarinformationen und Bildinformationen erlaubt. Die mit dem Sensorabschnitt 1010 gewonnenen Zielinformationen werden über die Telekommunikationsverbindungen 1300 an den Hauptabschnitt 1100 geschickt. Der Hauptabschnitt 1100 sammelt andere Informationen (z.B. Fahrplaninformationen), die bei einem komplexeren Erkennungsprozess oder komplexerer Steuerung notwendig sein können, und gibt auf dessen Basis notwendige Steueranweisungen oder dergleichen aus. Wie hier verwendet, kann eine notwendige Steueranweisung beispielsweise eine Anweisung sein, einen Zug anzuhalten, wenn bei geschlossenem Bahnübergang eine Person, ein Fahrzeug usw. in dem Bahnübergang aufgefunden wird.
  • Wenn der Überwachungsgegenstand eine Start- und Landebahn auf einem Flughafen ist, kann beispielsweise eine Vielzahl von Sensorabschnitten 1010, 1020 usw. entlang der Start- und Landebahn platziert sein, um die Start- und Landebahn auf eine vorbestimmte Auflösung einzustellen, z.B. eine Auflösung, die das Detektieren eines Fremdkörpers mit einer Größe von 5 cm mal 5 cm auf der Start- und Landebahn erlaubt. Das Überwachungssystem 1500 überwacht die Start- und Landebahn ständig, gleichgültig, ob bei Tag oder Nacht, und ungeachtet des Wetters. Ermöglicht wird diese Funktion gerade durch die Fähigkeit des Millimeterwellenradars gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, UWB zu unterstützen. Da die vorliegende Millimeterwellenradarvorrichtung mit geringer Größe, hoher Auflösung und niedrigen Kosten ausgebildet sein kann, stellt sie zudem eine realistische Lösung dafür dar, die gesamte Start- und Landebahnoberfläche von einem Ende zum anderen abzudecken. In diesem Fall hält der Hauptabschnitt 1100 die Vielzahl von Sensorabschnitten 1010, 1020 usw. unter integrierter Verwaltung. Wenn ein Fremdkörper auf der Start- und Landebahn gefunden wird, sendet der Hauptabschnitt 1100 Informationen bezüglich Position und Größe des Fremdkörpers an ein Flugsicherungssystem (nicht gezeigt). Beim Empfang derselben verbietet das Flugsicherungssystem vorübergehend das Starten und Landen auf dieser Bahn. In der Zwischenzeit sendet der Hauptabschnitt 1100 Informationen bezüglich Position und Größe des Fremdkörpers an ein separat vorgesehenes Fahrzeug, das beispielsweise automatisch die Oberfläche der Start- und Landebahn reinigt usw. Beim Empfang hiervon kann das Reinigungsfahrzeug sich autonom an die Position bewegen, an der sich der Fremdkörper befindet, und den Fremdkörper automatisch beseitigen. Sobald die Beseitigung des Fremdkörpers beendet ist, sendet das Reinigungsfahrzeug Informationen über die Beendigung an den Hauptabschnitt 1100. Der Hauptabschnitt 1100 bestätigt dann wiederum, dass der Sensorabschnitt 1010 oder dergleichen, der den Fremdkörper detektiert hat, nun meldet, dass „kein Fremdkörper vorhanden ist“ und dass es nun sicher ist, und benachrichtigt das Flugsicherungssystem darüber. Beim Empfang hiervon kann das Flugsicherungssystem die Unterbindung von Starten und Landen auf der Start- und Landebahn aufheben.
  • Im Fall, dass der Überwachungsgegenstand ein Parkplatz ist, kann es außerdem beispielsweise möglich sein, automatisch zu erkennen, welche Position auf dem Parkplatz aktuell frei ist. Eine verwandte Technik ist in der Spezifikation des US-Patents Nr. 6943726 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • [Sicherheitsüberwachungssystem]
  • Ein drittes Überwachungssystem ist ein System, das einen Eindringling auf einem privaten Grundstück oder in einem Haus überwacht (im Folgenden als „Sicherheitsüberwachungssystem“ bezeichnet). Überwachungsgegenstand dieses Sicherheitsüberwachungssystems kann beispielsweise eine spezifische Region innerhalb eines privaten Grundstücks oder eines Hauses usw. sein.
  • Wenn der Überwachungsgegenstand ein privates Grundstück ist, kann/können der/die Sensorabschnitt(e) 1010 beispielsweise an einer Position oder zwei oder mehr Positionen platziert sein, an denen der/die Sensorabschnitt(e) 1010 dasselbe überwachen können. In diesem Fall können der beziehungsweise die Sensorabschnitt(e) zusätzlich zu dem Millimeterwellenradar 1010 auch einen optischen Sensor wie etwa eine Kamera aufweisen, der eine Detektion eines Ziels (Überwachungsgegenstandes) aus mehr Perspektiven durch einen zusammengeführten Prozess auf Basis von Radarinformationen und Bildinformationen erlaubt. Die mit dem beziehungsweise den Sensorabschnitt(en) 1010 gewonnenen Zielinformationen werden über die Telekommunikationsverbindungen 1300 an den Hauptabschnitt 1100 geschickt. Der Hauptabschnitt 1100 sammelt andere Informationen (z.B. Referenzdaten oder dergleichen, die zur korrekten Erkennung dessen notwendig sind, ob der Eindringling eine Person oder ein Tier wie etwa ein Hund oder eine Vogel ist), die bei einem komplexeren Erkennungsprozess oder komplexerer Steuerung notwendig sein können, und gibt auf Basis dessen notwendige Steueranweisungen oder dergleichen aus. Wie hier verwendet, kann eine notwendige Steueranweisung beispielsweise eine Anweisung sein, einen Alarm auszulösen oder Beleuchtung zu aktivieren, die auf dem Gelände installiert ist, und auch eine Anweisung, über Mobil-Telekommunikationsverbindungen oder dergleichen einen für das Gelände Verantwortlichen direkt zu verständigen usw. DerVerarbeitungsabschnitt 1101 in dem Hauptabschnitt 1100 kann eine Erkennung des detektierten Ziels durch eine intern enthaltene, komplexe Erkennungseinrichtung ermöglichen (die tiefes Lernen oder eine ähnliche Technik verwendet). Alternativ kann eine solche komplexe Erkennungseinrichtung extern vorgesehen sein, wobei die komplexe Erkennungseinrichtung dann über die Telekommunikationsverbindungen 1300 angeschlossen sein kann.
  • Eine verwandte Technik ist in der Spezifikation des US-Patents Nr. 7425983 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • Eine weitere Ausführungsform eines solchen Sicherheitsüberwachungssystems kann ein Personenüberwachungssystem sein, das an einem Gate auf einem Flughafen, einer Sperre am Bahnhof, einem Eingang eines Gebäudes oder dergleichen zu installieren ist. Der Überwachungsgegenstand eines solchen Personenüberwachungssystems kann beispielsweise ein Gate auf einem Flughafen, eine Sperre am Bahnhof, ein Eingang eines Gebäudes oder dergleichen sein.
  • Wenn der Überwachungsgegenstand ein Gate auf einem Flughafen ist, kann/können der/die Sensorabschnitt(e) 1010 beispielsweise in einer Anlage zur Überprüfung persönlicher Gegenstände an dem Gate installiert sein. In diesem Fall kann es folgende zwei Überprüfungsverfahren geben. In einem ersten Verfahren sendet der Millimeterwellenradar eine elektromagnetische Welle und empfängt die von einem Passagier (der der Überwachungsgegenstand ist) reflektierte elektromagnetische Welle, wodurch persönliche Gegenstände oder dergleichen des Passagiers überprüft werden. In einem zweiten Verfahren wird durch die Antenne eine vom Körper des Passagiers abgestrahlte schwache Millimeterwelle empfangen, wodurch eine Überprüfung auf etwaige Fremdkörper erfolgt, die der Passagier möglicherweise versteckt. In letzterem Verfahren hat der Millimeterwellenradar bevorzugt die Funktion, die empfangene Millimeterwelle abzutasten. Diese Abtastfunktion ist durch Verwendung digitaler Strahlformung oder durch einen mechanischen Abtastvorgang implementierbar. Es wird angemerkt, dass die Verarbeitung durch den Hauptabschnitt 1100 einen Kommunikationsprozess und einen Erkennungsprozess ähnlich denen in den oben beschriebenen Beispielen nutzen kann.
  • [Gebäudeuntersuchungssystem (zerstörungsfreie Untersuchung)]
  • Ein viertes Überwachungssystem ist ein System, das das Betonmaterial einer Straße, einer Eisenbahnüberführung, eines Gebäudes usw. oder das Innere einer Straße oder des Bodens usw. überwacht oder überprüft (im Folgenden als „Gebäudeuntersuchungssystem“ bezeichnet). Überwachungsgegenstand dieses Gebäudeuntersuchungssystems kann beispielsweise das Innere des Betonmaterials einer Überführung oder eines Gebäudes usw. oder das Innere einer Straße oder des Bodens usw. sein.
  • Wenn der Überwachungsgegenstand das Innere eines Betongebäudes ist, ist der Sensorabschnitt 1010 beispielsweise so strukturiert, dass die Antenne 1011 Abtastbewegungen entlang der Oberfläche eines Betongebäudes durchführen kann. Wie hier verwendet, können „Abtastbewegungen“ manuell implementiert sein, oder es kann separat eine ortsfeste Schiene für die Abtastbewegung vorgesehen sein, auf der die Bewegung durch Verwendung der Antriebskraft aus einem Elektromotor oder dergleichen bewirkt werden kann. In dem Fall, dass der Überwachungsgegenstand eine Straße oder der Boden ist, kann die Antenne 1011 mit der Fläche nach unten an einem Fahrzeug oder dergleichen installiert sein, und das Fahrzeug kann mit einer konstanten Geschwindigkeit fahren gelassen werden, wodurch eine „Abtastbewegung“ erzeugt wird. Die durch den Sensorabschnitt 1010 zu verwendende elektromagnetische Welle kann eine Millimeterwelle z.B. in der sogenannten Terahertz-Region sein, die 100 GHz überschreitet. Wie bereits beschrieben, ist auch bei einer elektromagnetischen Welle von mehr als z.B. 100 GHz eine Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dazu anpassbar, geringere Verluste aufzuweisen, als dies bei herkömmlichen Patch-Antennen oder dergleichen der Fall ist. Eine elektromagnetische Welle einer höheren Frequenz vermag tiefer in den überprüften Gegenstand, wie etwa Beton, einzudringen, wodurch eine korrektere zerstörungsfreie Untersuchung realisiert wird. Es wird angemerkt, dass die Verarbeitung durch den Hauptabschnitt 1100 auch einen Kommunikationsprozess und einen Erkennungsprozess ähnlich denen in den oben beschriebenen anderen Überwachungssystemen nutzen kann.
  • Eine verwandte Technik ist in der Spezifikation des US-Patents Nr. 6661367 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • [Personenüberwachungssystem]
  • Ein fünftes Überwachungssystem ist ein System, das eine Pflege erhaltende Person bewacht (im Folgenden als „Personenbewachungssystem“ bezeichnet). Überwachungsgegenstand dieses Personenbewachungssystems kann beispielsweise eine Pflege erhaltende Person oder ein Patient in einem Krankenhaus usw. sein.
  • Wenn der Überwachungsgegenstand eine Pflege erhaltende Person in einem Zimmer einer Pflegeeinrichtung ist, ist/sind der/die Sensorabschnitt(e) 1010 beispielsweise an einer Position oder zwei oder mehr Positionen in dem Zimmer platziert, an denen der/die Sensorabschnitt(e) 1010 zum Überwachen des gesamten Innenraums des Zimmers fähig ist/sind. In diesem Fall kann der Sensorabschnitt 1010 zusätzlich zu dem Millimeterwellenradar auch einen optischen Sensor wie etwa eine Kamera aufweisen. In diesem Fall kann der Überwachungsgegenstand durch einen zusammengeführten Prozess auf Basis von Radarinformationen und Bildinformationen aus mehr Perspektiven überwacht werden. Wenn der Überwachungsgegenstand eine Person ist, kann andererseits eine Überwachung mit einer Kamera oder dergleichen aus Datenschutzsicht unangebracht sein. Daher muss die Auswahl der Sensoren unter Berücksichtigung dieses Aspektes erfolgen. Es wird angemerkt, dass eine Zieldetektion durch den Millimeterwellenradar es erlaubt, eine Person, die der Überwachungsgegenstand ist, nicht durch ihr Bild, sondern durch ein Signal zu erfassen (das gewissermaßen ein Schatten der Person ist). Daher kann der Millimeterwellenradar als aus Datenschutzsicht vorteilhafter Sensor angesehen werden.
  • Informationen über die Pflege erhaltende Person, die durch den/die Sensorabschnitt(e) 1010 gewonnen wurden, werden über die Telekommunikationsverbindungen 1300 an den Hauptabschnitt 1100 geschickt. Der Hauptabschnitt 1100 sammelt andere Informationen (z.B. Referenzdaten oder dergleichen, die zum korrekten Erkennen von Zielinformationen der Pflege erhaltenden Person benötigt werden), die in einem komplexeren Erkennungsprozess oder komplexerer Steuerung möglicherweise benötigt werden, und gibt auf dieser Basis notwendige Steueranweisungen oder dergleichen aus. Wie hier verwendet, kann eine notwendige Steueranweisung beispielsweise eine Anweisung sein, auf Basis des Detektionsergebnisses einen Verantwortlichen direkt zu verständigen usw. Der Verarbeitungsabschnitt 1101 in dem Hauptabschnitt 1100 kann eine Erkennung des detektierten Ziels durch eine intern enthaltene, komplexe Erkennungseinrichtung ermöglichen (die tiefes Lernen oder eine ähnliche Technik verwendet). Alternativ kann eine solche komplexe Erkennungseinrichtung extern vorgesehen sein, wobei die komplexe Erkennungseinrichtung dann über die Telekommunikationsverbindungen 1300 angeschlossen sein kann.
  • Im Fall, dass der Überwachungsgegenstand des Millimeterwellenradars eine Person ist, können mindestens die folgenden zwei Funktionen hinzugefügt sein.
  • Eine erste Funktion ist eine Funktion der Überwachung der Herzfrequenz und/oder der Atemfrequenz. Bei einem Millimeterwellenradar ist eine elektromagnetische Welle fähig zum Hindurchsehen durch die Kleidung, um die Position und die Bewegungen der Hautoberfläche des Körpers einer Person zu detektieren. Zuerst detektiert der Verarbeitungsabschnitt 1101 eine Person, die der Überwachungsgegenstand ist, und eine äußere Form derselben. Als Nächstes kann im Fall der Detektion einer Herzfrequenz beispielsweise eine Position auf der Körperoberfläche identifiziert werden, an der die Herzschlagbewegungen leicht detektierbar sind, und die Bewegungen dort können chronologisch detektiert werden. Dies erlaubt beispielsweise das Detektieren einer Herzfrequenz pro Minute. Das gleiche gilt beim Detektieren einer Atemfrequenz. Durch Verwendung dieser Funktion kann der Gesundheitszustand einer Pflege erhaltenden Person ständig überprüft werden, was eine höherwertige Bewachung einer Pflege erhaltenden Person ermöglicht.
  • Eine zweite Funktion ist eine Funktion der Sturzdetektion. Eine Pflege erhaltende Person wie etwa eine ältere Person kann aufgrund einer Schwächung der Beine und Füße von Zeit zu Zeit stürzen. Wenn eine Person stürzt, gelangt die Geschwindigkeit oder Beschleunigung einer spezifischen Stelle des Körpers der Person, z.B. des Kopfes, auf ein bestimmtes Niveau oder darüber. Wenn der Überwachungsgegenstand des Millimeterwellenradars eine Person ist, kann die relative Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Ziels von Interesse ständig detektiert werden. Daher kann beispielsweise durch Identifizieren des Kopfes als des Überwachungsgegenstandes und chronologisches Detektieren seiner relativen Geschwindigkeit oder Beschleunigung ein Sturz erkannt werden, wenn eine Geschwindigkeit mit einem bestimmten Wert oder darüber detektiert wird. Beim Erkennen eines Sturzes kann derVerarbeitungsabschnitt 1101 eine Anweisung oder dergleichen ausgeben, die beispielsweise relevanter Pflegeassistenz entspricht.
  • Es wird angemerkt, dass der/die Sensorabschnitt(e) 1010 in dem oben beschriebenen Überwachungssystem oder dergleichen an (einer) festen Position(en) befestigt sind. Jedoch können der beziehungsweise die Sensorabschnitt(e) 1010 auch an einem bewegten Objekt installiert sein, z.B. einem Roboter, einem Fahrzeug, einem fliegenden Objekt wie etwa einer Drohne. Wie hier verwendet, kann das Fahrzeug oder dergleichen nicht nur ein Kraftfahrzeug einschließen, sondern beispielsweise auch ein kleineres bewegtes Objekt wie etwa einen elektrischen Rollstuhl. In diesem Fall kann dieses bewegte Objekt eine interne GPS-Einheit aufweisen, mit der seine aktuelle Position jederzeit bestätigt werden kann. Zusätzlich kann dieses bewegte Objekt auch die Funktion haben, die Genauigkeit seiner eigenen aktuellen Position durch Verwendung von Karteninformationen und den Kartenaktualisierungsinformationen, die mit Bezug auf die oben genannte fünfte Verarbeitungseinrichtung beschrieben wurden, weiter zu verbessern.
  • Außerdem kann bei jeder Vorrichtung oder jedem System, das den oben beschriebenen ersten bis dritten Detektionsvorrichtungen, ersten bis sechsten Verarbeitungseinrichtungen, ersten bis fünften Überwachungssystemen usw. ähnlich ist, die gleiche Konstruktion verwendet werden, um eine Array-Antenne oder einen Millimeterwellenradar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu nutzen.
  • <Anwendungsbeispiel 3: Kommunikationssystem>
  • [Erstes Beispiel für ein Kommunikationssystem]
  • Die Wellenleitervorrichtung und Antennenvorrichtung (Array-Antenne) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für den Sender und/oder Empfänger verwendet werden, mit dem ein Kommunikationssystem (Telekommunikationssystem) konstruiert ist. Die Wellenleitervorrichtung und Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung sind aus schichtartig angeordneten leitenden Baugliedern gebildet und sind deshalb fähig, die Größe des Senders und/oder Empfängers kleiner zu halten als bei Verwendung eines Hohlwellenleiters. Zudem ist ein Dielektrikum nicht notwendig, und somit kann der dielektrische Verlust von elektromagnetischen Wellen kleiner gehalten werden als bei Verwendung einer Mikrostreifenleitung. Daher kann ein Kommunikationssystem konstruiert werden, das einen kleinen und hocheffizienten Sender und/oder Empfänger enthält.
  • Ein solches Kommunikationssystem kann ein Kommunikationssystem analoger Art sein, das ein analoges Signal sendet oder empfängt, welches direkt moduliert wird. Jedoch kann zur Konstruktion eines flexibleren und leistungsfähigeren Kommunikationssystems ein digitales Kommunikationssystem verwendet werden.
  • Nachfolgend wird mit Bezug auf 45 ein digitales Kommunikationssystem 800A beschrieben, bei dem eine Wellenleitervorrichtung und eine Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
  • 45 ist ein Blockdiagramm, das eine Konstruktion für das digitale Kommunikationssystem 800A zeigt. Das Kommunikationssystem 800A weist einen Sender 810A und einen Empfänger 820A auf. Der Sender 810A weist einen Analog-Digital- (A/D-) Wandler 812, einen Codierer 813, einen Modulator 814 und eine Sendeantenne 815 auf. Der Empfänger 820A weist eine Empfangsantenne 825, einen Demodulator 824, einen Decodierer 823 und einen Digital-Analog-(D/A-) Wandler 822 auf. Mindestens entweder die Sendeantenne 815 oder die Empfangsantenne 825 können mithilfe einer Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung implementiert sein. In diesem Anwendungsbeispiel werden die Schaltkreise, die den Modulator 814, den Codierer 813, den A/D-Wandler 812 und so weiter aufweisen, welche mit der Sendeantenne 815 verbunden sind, als die Sendeschaltung bezeichnet. Die Schaltkreise, die den Demodulator 824, den Decodierer 823, den D/A-Wandler 822 und so weiter aufweisen, welche mit der Empfangsantenne 825 verbunden sind, werden als die Empfangsschaltung bezeichnet. Die Sendeschaltung und die Empfangsschaltung können zusammen als die Kommunikationsschaltung bezeichnet werden.
  • Mit dem Analog-Digital- (A/D-) Wandler 812 wandelt der Sender 810A ein analoges Signal, das aus der Signalquelle 811 empfangen wird, in ein digitales Signal um. Als Nächstes wird das digitale Signal durch den Codierer 813 codiert. Wie hier verwendet, bedeutet „Codieren“ ein Verändern des zu sendenden digitalen Signals in ein Format, das für die Kommunikation geeignet ist. Beispiele für eine solche Codierung sind unter anderem CDM (Code-Multiplexen) und dergleichen. Außerdem ist auch jede Wandlungzum Bewirken von TDM (Zeitmultiplexen) oder FDM (Frequenz-Multiplexen) oder OFDM (orthogonalem Frequenz-Multiplexen) ein Beispiel für die Codierung. Das codierte Signal wird durch den Modulator 814 in ein Hochfrequenzsignal gewandelt, um aus der Sendeantenne 815 gesendet zu werden.
  • Auf dem Gebiet der Kommunikation kann eine Welle, die ein auf eine Trägerwelle zu überlagerndes Signal repräsentiert, als eine „Signalwelle“ bezeichnet werden; jedoch hat der Ausdruck „Signalwelle“, wie er in der vorliegenden Spezifikation verwendet wird, nicht diese Definition. Eine „Signalwelle“ gemäß der vorliegenden Spezifikation bedeutet im breiten Sinne jede elektromagnetische Welle, die sich in einem Wellenleiter ausbreiten soll, oder jede elektromagnetische Welle zum Senden/Empfang über ein Antennenelement.
  • Der Empfänger 820A stellt das Hochfrequenzsignal, das durch die Empfangsantenne 825 empfangen wurde, an dem Demodulator 824 zu einem Niederfrequenzsignal und an dem Decodierer 823 zu einem digitalen Signal wieder her. Das decodierte digitale Signal wird durch den Digital-Analog- (D/A-) Wandler 822 zu einem analogen Signal wiederhergestellt und wird an eine Datensenke (einen Datenempfänger) 821 geschickt. Durch die oben genannten Prozesse wird eine Sequenz aus Sende- und Empfangsprozessen beendet.
  • Wenn die kommunizierende Einheit ein digitales Gerät wie etwa ein Computer ist, sind die Analog-Digital-Wandlung des Sendesignals und Digital-Analog-Wandlung des Empfangssignals in den oben genannten Prozessen nicht nötig. Somit können der Analog-Digital-Wandler 812 und der Digital-Analog-Wandler 822 in 45 weggelassen werden. Ein System mit einer solchen Konstruktion ist ebenfalls im digitalen Kommunikationssystem eingeschlossen.
  • In einem digitalen Kommunikationssystem können zur Sicherstellung der Signalintensität oder zur Erweiterung der Kanalkapazität verschiedene Verfahren verwendet werden. Viele dieser Verfahren sind auch in einem Kommunikationssystem wirksam, das Funkwellen des Millimeterwellenbands oder des Terahertz-Bands nutzt.
  • Funkwellen im Millimeterwellenband oder im Terahertz-Band haben höhere Geradlinigkeit als Funkwellen niedrigerer Frequenzen und unterliegen geringerer Beugung, d.h. geringerem Umlenken auf die Schattenseite eines Hindernisses. Daher ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Empfänger eine aus einem Sender gesendete Funkwelle nicht direkt empfängt. Auch in solchen Situationen können reflektierte Wellen oft empfangen werden, jedoch ist eine reflektierte Welle eines Funkwellensignals häufig von schlechterer Qualität als die direkte Welle, was einen stabilen Empfang schwieriger macht. Außerdem kann eine Vielzahl reflektierter Wellen auf unterschiedlichen Wegen eintreffen. In diesem Fall könnten die Empfangswellen mit unterschiedlichen Weglängen sich in der Phase voneinander unterscheiden und so Mehrwegeschwund verursachen.
  • Als eine Technik zur Verbesserung solcher Situationen kann eine sogenannte Antennendiversitätstechnik verwendet werden. Bei dieser Technik weist mindestens entweder der Sender oder der Empfänger eine Vielzahl von Antennen auf. Wenn die Vielzahl von Antennen voneinander um Distanzen getrennt sind, die sich mindestens um circa die Wellenlänge unterscheiden, sind die so entstehenden Zustände der Empfangswellen unterschiedlich. Dementsprechend wird selektiv die Antenne verwendet, die von allen zum Senden/Empfang mit der höchsten Qualität fähig ist, was die Zuverlässigkeit der Kommunikation verbessert. Alternativ können Signale, die aus mehr als einer Antenne gewonnen sind, zur Verbesserung der Signalqualität verschmolzen werden.
  • Bei dem in 45 gezeigten Kommunikationssystem 800A kann beispielsweise der Empfänger 820A eine Vielzahl von Empfangsantennen 825 aufweisen. In diesem Fall existiert zwischen der Vielzahl von Empfangsantennen 825 und dem Demodulator 824 eine Umschalteinrichtung. Durch die Umschalteinrichtung verbindet der Empfänger 820A die Antenne, die von der Vielzahl von Empfangsantennen 825 das Signal mit der höchsten Qualität bereitstellt, mit dem Demodulator 824. In diesem Fall kann derSender 810A auch eine Vielzahl von Sendeantennen 815 aufweisen.
  • [Zweites Beispiel für ein Kommunikationssystem]
  • 46 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein Kommunikationssystem 800B zeigt, welches einen Sender 810B aufweist, derzum Variieren des Strahlungsmusters von Funkwellen fähig ist. In diesem Anwendungsbeispiel ist der Empfänger identisch mit dem in 45 gezeigten Empfänger 820A; deshalb ist der Empfänger in der Illustration in 46 weggelassen. Zusätzlich zu der Konstruktion des Senders 810A weist der Sender 810B auch ein Antennen-Array 815b auf, das eine Vielzahl von Antennenelementen 8151 aufweist. Das Antennen-Array 815b kann eine Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sein. Der Sender 810B weist ferner eine Vielzahl von Phasenschiebern (PS) 816 auf, die jeweils zwischen dem Modulator 814 und der Vielzahl von Antennenelementen 8151 verbunden sind. In dem Sender 810B wird ein Ausgang des Modulators 814 an die Vielzahl von Phasenschiebern 816 geschickt, wo Phasendifferenzen eingebracht werden und die so entstehenden Signale zu der Vielzahl von Antennenelementen 8151 geführt werden. Im Fall, dass die Vielzahl von Antennenelementen 8151 in gleichen Intervallen angeordnet sind, ist eine Hauptkeule 817 des Antennen-Arrays 815b, wenn ein Hochfrequenzsignal, dessen Phase in Bezug auf ein benachbartes Antennenelement um einen bestimmten Betrag abweicht, in jedes Antennenelement 8151 gespeist wird, in einem Azimut ausgerichtet, das von vorne aus geneigt ist, wobei diese Neigung mit der Phasendifferenz übereinstimmt. Dieses Verfahren kann als Strahlformung bezeichnet werden.
  • Das Azimut der Hauptkeule 817 kann verändert werden, indem zugelassen wird, dass die jeweiligen Phasenschieber 816 variierende Phasendifferenzen einbringen. Dieses Verfahren kann als Strahllenkung bezeichnet werden. Durch Finden von Phasendifferenzen, die für den besten Sende-/Empfangszustand förderlich sind, kann die Zuverlässigkeit der Kommunikation erhöht werden. Obwohl das vorliegende Beispiel einen Fall illustriert, in dem die Phasendifferenz, die durch die Phasenschieber 816 einzubringen ist, zwischen jeweils benachbarten Antennenelementen 8151 konstant ist, ist dies nicht einschränkend. Zudem können Phasendifferenzen in der Weise eingebracht werden, dass die Funkwelle in einem Azimut abgestrahlt wird, welches ermöglicht, dass nicht nur die direkte Welle, sondern auch reflektierte Wellen den Empfänger erreichen.
  • Ein Verfahren, das als Nullsteuerung bezeichnet wird, kann in dem Sender 810B ebenfalls verwendet werden. Dies ist ein Verfahren, bei dem Phasendifferenzen dazu eingestellt werden, einen Zustand zu erzeugen, in dem die Funkwelle in keiner spezifischen Richtung abgestrahlt wird. Mit der Durchführung von Nullsteuerung wird es möglich, ein Abstrahlen von Funkwellen in Richtung jedes anderen Empfängers, an den die Funkwelle nicht gesendet werden soll, einzuschränken. Hierdurch können Interferenzen vermieden werden. Obwohl für die digitale Kommunikation unter Nutzung von Millimeterwellen oder Terahertz-Wellen ein sehr breites Frequenzband zur Verfügung steht, ist es dennoch vorzuziehen, die Bandbreite möglichst effizient zu nutzen. Durch Verwendung von Nullsteuerung können mehrere Instanzen eines Sendens/Empfangs innerhalb desselben Bands durchgeführt werden, wodurch der Nutzungsgrad der Bandbreite erhöht werden kann. Ein Verfahren, das den Nutzungsgrad der Bandbreite durch Verwendung von Techniken wie etwa Strahlformung, Strahllenkung und Nullsteuerung erhöht, kann manchmal als SDMA (Mehrfachzugriff mit räumlicher Teilung) bezeichnet werden.
  • [Drittes Beispiel für ein Kommunikationssystem]
  • Zur Erhöhung der Kanalkapazität in einem spezifischen Frequenzband kann ein Verfahren mit der Bezeichnung MIMO (Mehrfach-Eingang und Mehrfach-Ausgang) verwendet werden. Gemäß MIMO wird eine Vielzahl von Sendeantennen und eine Vielzahl von Empfangsantennen verwendet. Aus jeder von der Vielzahl von Sendeantennen wird eine Funkwelle abgestrahlt. In einem Beispiel können jeweils unterschiedliche Signale auf die abzustrahlenden Funkwellen überlagert sein. Jede von der Vielzahl von Empfangsantennen empfängt sämtliche aus der gesendeten Vielzahl von Funkwellen. Da jedoch unterschiedliche Empfangsantennen Funkwellen empfangen, die auf unterschiedlichen Wegen eintreffen, treten unter den Phasen der empfangenen Funkwellen Differenzen auf. Durch Nutzung dieser Differenzen ist es möglich, auf der Empfängerseite die Vielzahl von Signalen, die in der Vielzahl von Funkwellen enthalten waren, zu separieren.
  • Die Wellenleitervorrichtung und Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auch in einem Kommunikationssystem verwendet werden, das MIMO nutzt. Nachfolgend wird ein Beispiel für ein solches Kommunikationssystem beschrieben.
  • 47 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein Kommunikationssystem 800C zeigt, welches eine MIMO-Funktion implementiert. In dem Kommunikationssystem 800C weist ein Sender 830 einen Codierer 832, einen TX-MIMO-Prozessor 833 sowie zwei Sendeantennen 8351 und 8352 auf. Ein Empfänger 840 weist zwei Empfangsantennen 8451 und 8452, einen RX-MIMO-Prozessor 843 sowie einen Decodierer 842 auf. Es wird angemerkt, dass die Anzahl der Sendeantennen und die Anzahl der Empfangsantennen jeweils größer als zwei sein kann. Hier wird zur einfacheren Erläuterung ein Beispiel illustriert, bei dem es von jeder Sorte zwei Antennen gibt. Allgemein erhöht sich die Kanalkapazität eines MIMO-Kommunikationssystems proportional zu der Anzahl der Sendeantennen oder der Empfangsantennen; je nachdem, welche geringer ist.
  • Nach dem Empfang eines Signals aus der Datensignalquelle 831 codiert der Sender 830 das Signal an dem Codierer 832 in der Weise, dass das Signal zum Senden bereit ist. Das codierte Signal wird durch den TX-MIMO-Prozessor 833 zwischen den zwei Sendeantennen 8351 und 8352 verteilt.
  • In einem Verarbeitungsverfahren gemäß einem Beispiel des MIMO-Verfahrens teilt der TX-MIMO-Prozessor 833 eine Sequenz codierter Signale in zwei, d.h. so viele, wie es Sendeantennen 8352 gibt, und schickt sie parallel an die Sendeantennen 8351 und 8352. Die Sendeantennen 8351 und 8352 strahlen jeweils Funkwellen ab, die Informationen der geteilten Signalsequenzen enthalten. Wenn N Sendeantennen vorhanden sind, wird die Signalsequenz in N geteilt. Die abgestrahlten Funkwellen werden durch die zwei Empfangsantennen 8451 und 8452 gleichzeitig empfangen. Anders ausgedrückt: In den Funkwellen, die durch jede der Empfangsantennen 8451 und 8452 empfangen werden, sind die zwei Signale, die zur Zeit des Sendens geteilt wurden, gemischt enthalten. Die Separierungzwischen diesen gemischten Signalen wird durch den RX-MIMO-Prozessor 843 erreicht.
  • Die zwei gemischten Signale können separiert werden, indem beispielsweise die Phasendifferenzen zwischen den Funkwellen beachtet werden. Eine Phasendifferenz zwischen zwei Funkwellen bei einem Empfang der aus der Sendeantenne 8351 eingetroffenen Funkwellen durch die Empfangsantennen 8451 und 8452 unterscheidet sich von einer Phasendifferenz zwischen zwei Funkwellen bei einem Empfang der aus der Sendeantenne 8352 eingetroffenen Funkwellen durch die Empfangsantennen 8451 und 8452. Das bedeutet: Die Phasendifferenz zwischen Empfangsantennen differiert abhängig von dem Sende-/Empfangsweg. Sofern das räumliche Verhältnis zwischen einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne nicht verändert wird, bleibt zudem die Phasendifferenz dazwischen unverändert. Auf Basis einer Korrelation zwischen Empfangssignalen, die durch die zwei Empfangsantennen empfangen werden, verschoben um eine Phasendifferenz, die durch den Sende-/Empfangsweg bestimmt ist, ist es daher möglich, jedes Signal zu extrahieren, das auf diesem Sende-/Empfangsweg empfangen wird. Der RX-MIMO-Prozessor 843 kann die zwei Signalsequenzen aus dem Empfangssignal z.B. durch dieses Verfahren separieren, wodurch die Signalsequenz vor der Teilung wiederhergestellt wird. Die wiederhergestellte Signalsequenz ist noch codiert und wird daher an den Decodierer 842 geschickt, um dort zu dem ursprünglichen Signal wiederhergestellt zu werden. Das wiederhergestellte Signal wird an die Datensenke 841 geschickt.
  • Obwohl das MIMO-Kommunikationssystem 800C in diesem Beispiel ein digitales Signal sendet oder empfängt, kann auch ein MIMO-Kommunikationssystem realisiert werden, das ein analoges Signal sendet oder empfängt. In diesem Fall sind zusätzlich zu der Konstruktion aus 47 ein Analog-Digital-Wandler und ein Digital-Analog-Wandler vorgesehen, wie sie mit Bezug auf 45 beschrieben wurden. Es wird angemerkt, dass die Informationen, die zum Unterscheiden zwischen Signalen aus unterschiedlichen Sendeantennen verwendbar sind, nicht auf Phasendifferenzinformationen begrenzt sind. Allgemein ausgedrückt, kann für eine andere Kombination aus Sendeantenne und Empfangsantenne die empfangene Funkwelle nicht nur bezüglich der Phase, sondern auch bezüglich Streuung, Schwund und anderer Bedingungen differieren. Diese werden gemeinsam als CSI (Kanalzustandsinformationen) bezeichnet. CSI sind in einem System, das MIMO nutzt, zur Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Sende-/Empfangswegen nutzbar.
  • Es wird angemerkt, dass es keine wesentliche Bedingung ist, dass die Vielzahl von Sendeantennen Sendewellen abstrahlt, die jeweils unabhängige Signale enthalten. Solange ein Separieren auf der Seite der Empfangsantenne möglich ist, kann jede Sendeantenne eine Funkwelle abstrahlen, die eine Vielzahl von Signalen enthält. Zudem kann auf der Seite der Sendeantenne Strahlformung durchgeführt werden, während eine Sendewelle, die ein einzelnes Signal enthält, als eine synthetische Welle der Funkwellen aus den jeweiligen Sendeantennen an der Empfangsantenne geformt werden kann. Auch in diesem Fall ist jede Sendeantenne zum Abstrahlen einer Funkwelle angepasst, die eine Vielzahl von Signalen enthält.
  • Wie im ersten und zweiten Beispiel können auch in diesem dritten Beispiel verschiedene Verfahren wie etwa CDM, FDM, TDM und OFDM als Verfahren zur Signalcodierung verwendet werden.
  • In einem Kommunikationssystem kann eine Leiterplatte, die eine integrierte Schaltung implementiert (als Signalverarbeitungsschaltung oder Kommunikationsschaltung bezeichnet), zum Verarbeiten von Signalen als eine Schicht auf die Wellenleitervorrichtung und Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gestapelt sein. Da die Wellenleitervorrichtung und Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung so strukturiert ist, dass plattenartige leitende Bauglieder darin schichtartig angeordnet sind, ist es einfach, außerdem eine Leiterplatte auf dieselben zu stapeln. Durch Verwendung einer solchen Anordnung können ein Sender und ein Empfänger mit kleinerem Volumen als in dem Fall realisiert werden, in dem ein Hohlwellenleiter oder dergleichen eingesetzt wird.
  • Im ersten bis dritten Beispiel des Kommunikationssystems, wie oben beschrieben, ist jedes Element eines Senders oder eines Empfängers, z.B. ein Analog-Digital-Wandler, ein Digital-Analog-Wandler, ein Codierer, ein Decodierer, ein Modulator, ein Demodulator, ein TX-MIMO-Prozessor oder ein RX-MIMO-Prozessor in 45, 46 und 47 als ein unabhängiges Element illustriert; jedoch brauchen sie nicht getrennt zu sein. Beispielsweise können diese Elemente alle durch einen einzigen integrierten Schaltkreis implementiert sein. Alternativ können einige dieser Elemente kombiniert sein, um durch einen einzigen integrierten Schaltkreis implementiert zu sein. Beide Fälle gelten als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, solange die Funktionen, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, dadurch realisiert werden.
  • Wie oben beschrieben, schließt die vorliegende Offenbarung Wellenleitervorrichtungen, Antennenvorrichtungen, Radarvorrichtungen, Radarsysteme und Kommunikationssysteme ein, wie in den folgenden Punkten aufgeführt.
  • [Punkt 1]
  • Eine Wellenleitervorrichtung zur Verwendung bei der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle eines Bandes mit einer kürzesten Wellenlänge Am im freien Raum, wobei die Wellenleitervorrichtung umfasst:
    • ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer elektrisch leitenden Oberfläche und einem ersten Durchgangsloch;
    • ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe aufweist, die jeweils ein zu der elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetztes führendes Ende haben, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied ein zweites Durchgangsloch hat, das das erste Durchgangsloch, entlang einer axialen Richtung des ersten Durchgangslochs gesehen, überlappt; und
    • ein Paar elektrisch leitender, wellenleitender Wände, die so positioniert sind, dass mindestens ein Abschnitt eines Raums zwischen dem ersten Durchgangsloch und dem zweiten Durchgangsloch dazwischen eingefügt ist, wobei das Paar wellenleitender Wände von der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe umgeben ist und die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem ersten Durchgangsloch und dem zweiten Durchgangsloch erlaubt, wobei ein senkrecht zu der axialen Richtung genommener Querschnitt von mindestens einer aus dem Paar elektrisch leitender, wellenleitender Wände einen lateralen Abschnitt aufweist, der sich entlang einer ersten Richtung erstreckt;
    • entlang der axialen Richtung gesehen, das Paar wellenleitender Wände entlang einer zweiten Richtung angeordnet ist, die die erste Richtung schneidet, und auf entgegengesetzten Seiten eines zentralen Abschnitts des lateralen Abschnitts liegt;
    • mindestens ein Ende entlang der ersten Richtung von einer aus dem Paar wellenleitender Wände und mindestens ein Ende entlang der ersten Richtung einer anderen aus dem Paar wellenleitender Wände über einen Abstand zueinander entgegengesetzt sind und
    • das Paar wellenleitender Wände jeweils eine Höhe hat, die kleiner als λm/2 ist.
  • [Punkt 2]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei
    ein senkrecht zu der axialen Richtung genommener Querschnitt mindestens entweder des ersten Durchgangslochs oder des zweiten Durchgangslochs ferner ein Paar vertikaler Abschnitte aufweist, die sich von entgegengesetzten Enden des lateralen Abschnitts in einer Richtung erstrecken, die die erste Richtung schneidet; und
    das Paar vertikaler Abschnitte von der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe umgeben ist.
  • [Punkt 3]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 1 oder 2, wobei ein Abstand zwischen einem elektrisch leitenden Stab von der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe, der einer jeden aus dem Paar wellenleitender Wände am nächsten ist, und dieser wellenleitenden Wand kleiner als λm/2 bemessen ist.
  • [Punkt 4]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 3, wobei
    eine Zentralwellenlänge des Bandes im freien Raum λo ist und
    eine Dicke einer jeden aus dem Paar wellenleitender Wände entlang der zweiten Richtung nicht kleiner als λo/16 ist und nicht größer als 1,2λο/4 ist.
  • [Punkt 5]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 4, wobei ein senkrecht zu der axialen Richtung genommener Querschnitt einer jeden aus dem Paar elektrisch leitender, wellenleitender Wände einen lateralen Abschnitt aufweist, der sich entlang der ersten Richtung erstreckt.
  • [Punkt 6]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 5, wobei das erste Durchgangsloch ein Schlitz ist, der als Abstrahlelement wirksam ist, das mindestens entweder zum Senden oder zum Empfang einer elektromagnetischen Welle verwendet ist.
  • [Punkt 7]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 6, wobei das Paar wellenleitender Wände mit mindestens einem von dem ersten elektrisch leitenden Bauglied und dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied verbunden ist.
  • [Punkt 8]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 7, wobei
    ein Abstand zwischen dem Paar wellenleitender Wände und dem ersten elektrisch leitenden Bauglied oder dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied besteht und
    eine Dicke einer jeden aus dem Paar wellenleitender Wände an einer oberen Oberfläche derselben kleiner als λm/2 ist, wobei die Dicke entlang derzweiten Richtung genommen ist.
  • [Punkt 9]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 8, wobei
    das Paar wellenleitender Wände mit dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied verbunden ist und
    jede aus dem Paar wellenleitender Wände in der Höhe gleich einem jeden aus derVielzahl elektrisch leitender Stäbe ist.
  • [Punkt 10]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 9, wobei jede aus dem Paar wellenleitender Wände in einen ersten Abschnitt, der mit dem ersten elektrisch leitenden Bauglied verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt, der mit dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied verbunden ist, geteilt ist.
  • [Punkt 11]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 10, wobei
    ein Abstand zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt besteht;
    eine Summe aus einer Höhe des ersten Abschnitts, einer Höhe des zweiten Abschnitts und einer Länge des Abstands kleiner als λm/2 ist;
    eine Dicke des ersten Abschnitts an einer oberen Oberfläche desselben kleiner als λm/2 ist, wobei die Dicke entlang der zweiten Richtung genommen ist; und
    eine Dicke des zweiten Abschnitts an einer oberen Oberfläche desselben kleiner als λm/2 ist, wobei die Dicke entlang der zweiten Richtung genommen ist.
  • [Punkt 12]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 11, wobei jede aus dem Paar wellenleitender Wände in der Form mit einem jeden aus der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe identisch ist.
  • [Punkt 13]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 12, wobei
    das zweite elektrisch leitende Bauglied eine elektrisch leitende Oberfläche hat, die auf einer zu der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe entgegengesetzten Seite vorgesehen ist; und
    die Wellenleitervorrichtung ferner umfasst:
    ein drittes elektrisch leitendes Bauglied, das eine zweite Vielzahl elektrisch leitender Stäbe aufweist, die jeweils ein führendes Ende haben, das zu der elektrisch leitenden Oberfläche des zweiten elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist, wobei das dritte elektrisch leitende Bauglied ein drittes Durchgangsloch hat, das das zweite Durchgangsloch, entlang einer axialen Richtung des zweiten Durchgangslochs gesehen, überlappt; und
    ein weiteres Paar wellenleitender Wände, die so positioniert sind, dass mindestens ein Abschnitt eines Raums zwischen dem zweiten Durchgangsloch und dem dritten Durchgangsloch dazwischen eingefügt ist, wobei das weitere Paar wellenleitender Wände von der zweiten Vielzahl elektrisch leitender Stäbe umgeben ist und die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem zweiten Durchgangsloch und dem dritten Durchgangsloch erlaubt,
    wobei eine Höhe einer jeden aus dem weiteren Paar wellenleitender Wände kleiner als λm/2 ist.
  • [Punkt 14]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 12, wobei
    das zweite elektrisch leitende Bauglied eine zweite Vielzahl elektrisch leitender Stäbe hat, die auf einer zu der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe entgegengesetzten Seite vorgesehen ist; und
    die Wellenleitervorrichtung ferner umfasst:
    ein drittes elektrisch leitendes Bauglied mit einem dritten Durchgangsloch, das das zweite Durchgangsloch, entlang einer axialen Richtung des zweiten Durchgangslochs gesehen, überlappt; und
    ein weiteres Paar wellenleitender Wände, die so positioniert sind, dass mindestens ein Abschnitt eines Raumes zwischen dem zweiten Durchgangsloch und dem dritten Durchgangsloch dazwischen eingefügt ist, wobei das weitere Paar wellenleitender Wände von der zweiten Vielzahl elektrisch leitender Stäbe umgeben ist und die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem zweiten Durchgangsloch und dem dritten Durchgangsloch zulässt,
    wobei das dritte elektrisch leitende Bauglied eine elektrisch leitende Oberfläche auf einer näher an dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied gelegenen Seite hat,
    ein führendes Ende eines jeden von der zweiten Vielzahl elektrisch leitender Stäbe zu der elektrisch leitenden Oberfläche des dritten elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist und
    eine Höhe einer jeden aus dem weiteren Paar wellenleitender Wände kleiner als λm/2 ist.
  • [Punkt 15]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 12, wobei
    das zweite elektrisch leitende Bauglied eine elektrisch leitende Oberfläche hat, die auf einer zu der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe entgegengesetzten Seite vorgesehen ist;
    die Wellenleitervorrichtung ferner ein drittes elektrisch leitendes Bauglied umfasst;
    das dritte elektrisch leitende Bauglied
    ein Wellenleiterbauglied mit einer elektrisch leitenden Wellenleiterfläche, die zu der elektrisch leitenden Oberfläche des zweiten elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist, und
    eine zweite Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds aufweist, die jeweils ein führendes Ende haben, das zu der elektrisch leitenden Oberfläche des zweiten elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist; und
    die Wellenleiterfläche an einem Abschnitt derselben zu dem zweiten Durchgangsloch entgegengesetzt ist.
  • [Punkt 16]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 12, wobei
    auf einer zu der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe entgegengesetzten Seite das zweite elektrisch leitende Bauglied eine zweite Vielzahl elektrisch leitender Stäbe und ein Wellenleiterbauglied mit einer elektrisch leitenden Wellenleiterfläche aufweist;
    die Wellenleitervorrichtung ferner ein drittes elektrisch leitendes Bauglied mit einer elektrisch leitenden Oberfläche umfasst, wobei die elektrisch leitende Oberfläche zu führenden Enden der zweiten Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben und der Wellenleiterfläche entgegengesetzt ist; und
    das zweite Durchgangsloch an einem Abschnitt der Wellenleiterfläche des Wellenleiterbauglieds offen ist.
  • [Punkt 17]
  • Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 16, die ferner ein weiteres elektrisch leitendes Bauglied auf einer zu dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied entgegengesetzten Seite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds umfasst, wobei das weitere elektrisch leitende Bauglied eine elektrisch leitende Oberfläche hat, wobei
    das erste elektrisch leitende Bauglied aufweist:
    ein Wellenleiterbauglied mit einer elektrisch leitenden Wellenleiterfläche, die zu der elektrisch leitenden Oberfläche des weiteren elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektromagnetische Welle ausbreitet, die sich in dem ersten Durchgangsloch ausbreitet, und
    eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds, die jeweils ein führendes Ende haben, das zu der elektrisch leitenden Oberfläche des weiteren elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist.
  • [Punkt 18]
  • Eine Antennenvorrichtung, umfassend:
    die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 17 und
    mindestens ein Abstrahlelement, das mit einem Wellenleiter zwischen dem Paar wellenleitender Wände der Wellenleitervorrichtung verbunden ist und mindestens entweder zum Senden oder zum Empfang verwendet ist.
  • [Punkt 19]
  • Eine Radarvorrichtung, umfassend:
    die Antennenvorrichtung nach Punkt 18 und
    eine mit der Antennenvorrichtung verbundene integrierte Mikrowellenschaltung.
  • [Punkt 20]
  • Ein Radarsystem, umfassend:
    die Radarvorrichtung gemäß Punkt 19 und
    eine Signalverarbeitungsschaltung, die mit der integrierten Mikrowellenschaltung der Radarvorrichtung verbunden ist.
  • [Punkt 21]
  • Ein Drahtlos-Kommunikationssystem, umfassend:
    die Antennenvorrichtung nach Punkt 18 und
    eine mit der Antennenvorrichtung verbundene Kommunikationsschaltung.
  • [Gewerbliche Anwendbarkeit]
  • Eine Wellenleitervorrichtung und eine Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist auf jedem technischen Gebiet verwendbar, auf dem eine Antenne verwendet wird. Beispielsweise sind sie für verschiedene Anwendungen verfügbar, bei denen Senden/Empfang von elektromagnetischen Wellen des Gigahertz-Bands oder des Terahertz-Bands durchgeführt werden. Insbesondere können sie in Bordradarsystemen, Überwachungssystemen verschiedener Art, Innenpositionierungssystemen, Drahtlos-Kommunikationssystemen usw. verwendet werden, wo eine Größenverringerung erwünscht ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Wellenleitervorrichtung
    110
    erstes leitendes Bauglied
    110a
    leitende Oberfläche des ersten leitenden Bauglieds
    112
    Schlitz
    114
    Seitenwand des Horns
    120
    zweites leitendes Bauglied
    120a
    leitende Oberfläche des zweiten leitenden Bauglieds
    122, 122U, 122M, 122L
    Wellenleiterbauglied
    122a
    Wellenleiterfläche
    124, 124U, 124M, 124L
    leitender Stab
    124a
    führendes Ende des leitenden Stabes
    124b
    Wurzel des leitenden Stabes
    125
    Oberfläche eines künstlichen magnetischen Leiters
    130
    Hohlwellenleiter
    132
    Innenraum des Hohlwellenleiters
    140
    drittes leitendes Bauglied
    145, 145L, 145M, 145U
    Port
    200
    Wellenleitervorrichtung
    203
    wellenleitende Wand
    203T
    lateraler Abschnitt einer Öffnung in der wellenleitenden Wand
    203L
    vertikaler Abschnitt der Öffnung in der wellenleitenden Wand
    210
    erstes leitendes Bauglied
    211
    erstes Durchgangsloch
    203
    wellenleitende Wand
    203a
    ersterAbschnitt der wellenleitenden Wand
    203b
    zweiter Abschnitt der wellenleitenden Wand
    220
    zweites leitendes Bauglied
    221
    zweites Durchgangsloch
    230
    drittes leitendes Bauglied
    240,250
    weiteres elektrisch leitendes Bauglied
    253
    weitere wellenleitende Wand
    253a
    erster Abschnitt der weiteren wellenleitenden Wand
    253b
    zweiter Abschnitt der weiteren wellenleitenden Wand
    290
    elektronische Schaltung
    500
    Eigenfahrzeug
    502
    voraus befindliches Fahrzeug
    510
    Bordradarsystem
    520
    elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung
    530
    Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung
    540
    Kommunikationsvorrichtung
    550
    Computer
    552
    Datenbank
    560
    Signalverarbeitungsschaltung
    570
    Objektdetektionseinrichtung
    580
    Sende-/Empfangsschaltung
    596
    Auswahlschaltung
    600
    Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung
    700
    Bordkamerasystem
    710
    Kamera
    720
    Bildverarbeitungsschaltung
    800A, 800B, 800C
    Kommunikationssystem
    810A, 810B, 830
    Sender
    820A, 840
    Empfänger
    813, 832
    Codierer
    823, 842
    Decodierer
    814
    Modulator
    824
    Demodulator
    1010,1020
    Sensorabschnitt
    1011, 1021
    Antenne
    1012, 1022
    Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt
    1013,1023
    Kommunikationsabschnitt
    1015,1025
    Gegenstand der Überwachung
    1100
    Hauptabschnitt
    1101
    Verarbeitungsabschnitt
    1102
    Datenspeicherungsabschnitt
    1013,1103
    Kommunikationsabschnitt
    1200
    getrenntes System
    1300
    Telekommunikationsleitungen
    1500
    Überwachungssystem
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
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Claims (19)

  1. Wellenleitervorrichtung zur Verwendung bei der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle eines Bandes mit einer kürzesten Wellenlänge λm im freien Raum, wobei die Wellenleitervorrichtung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer elektrisch leitenden Oberfläche und einem ersten Durchgangsloch; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe aufweist, die jeweils ein zu der elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetztes führendes Ende haben, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied ein zweites Durchgangsloch hat, das das erste Durchgangsloch, entlang einer axialen Richtung des ersten Durchgangslochs gesehen, überlappt; und ein Paar elektrisch leitender, wellenleitender Wände, die so positioniert sind, dass mindestens ein Abschnitt eines Raums zwischen dem ersten Durchgangsloch und dem zweiten Durchgangsloch dazwischen eingefügt ist, wobei das Paar wellenleitender Wände von der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe umgeben ist und die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem ersten Durchgangsloch und dem zweiten Durchgangsloch erlaubt, wobei ein senkrecht zu der axialen Richtung genommener Querschnitt von mindestens einer aus dem Paar elektrisch leitender, wellenleitender Wände einen lateralen Abschnitt aufweist, der sich entlang einer ersten Richtung erstreckt; entlang der axialen Richtung gesehen, das Paar wellenleitender Wände entlang einer zweiten Richtung angeordnet ist, die die erste Richtung schneidet, und auf entgegengesetzten Seiten eines zentralen Abschnitts des lateralen Abschnitts liegt; mindestens ein Ende entlang der ersten Richtung von einer aus dem Paar wellenleitender Wände und mindestens ein Ende entlang der ersten Richtung einer anderen aus dem Paar wellenleitender Wände über einen Abstand zueinander entgegengesetzt sind und das Paar wellenleitender Wände jeweils eine Höhe hat, die kleiner als λm/2 ist.
  2. Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein senkrecht zu der axialen Richtung genommener Querschnitt mindestens entweder des ersten Durchgangslochs oder des zweiten Durchgangslochs ferner ein Paar vertikaler Abschnitte aufweist, die sich von entgegengesetzten Enden des lateralen Abschnitts in einer Richtung erstrecken, die die erste Richtung schneidet; und das Paar vertikaler Abschnitte von der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe umgeben ist.
  3. Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abstand zwischen einem elektrisch leitenden Stab von der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe, der einer jeden aus dem Paar wellenleitender Wände am nächsten ist, und dieser wellenleitenden Wand kleiner als λm/2 bemessen ist.
  4. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Zentralwellenlänge des Bandes im freien Raum λο ist und eine Dicke einer jeden aus dem Paar wellenleitender Wände entlang der zweiten Richtung nicht kleiner als λο/16 ist und nicht größer als 1,2λο/4 ist.
  5. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein senkrecht zu der axialen Richtung genommener Querschnitt einer jeden aus dem Paar elektrisch leitender, wellenleitender Wände einen lateralen Abschnitt aufweist, der sich entlang der ersten Richtung erstreckt.
  6. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Durchgangsloch ein Schlitz ist, der als Abstrahlelement wirksam ist, das mindestens entweder zum Senden oder zum Empfang einer elektromagnetischen Welle verwendet ist.
  7. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Paar wellenleitender Wände mit mindestens einem von dem ersten elektrisch leitenden Bauglied und dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied verbunden ist.
  8. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Abstand zwischen dem Paar wellenleitender Wände und dem ersten elektrisch leitenden Bauglied oder dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied besteht und eine Dicke einer jeden aus dem Paar wellenleitender Wände an einer oberen Oberfläche derselben kleiner als λm/2 ist, wobei die Dicke entlang der zweiten Richtung genommen ist.
  9. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Paar wellenleitender Wände mit dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied verbunden ist und jede aus dem Paar wellenleitender Wände in der Höhe gleich einem jeden aus derVielzahl elektrisch leitender Stäbe ist.
  10. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jede aus dem Paar wellenleitender Wände in einen ersten Abschnitt, der mit dem ersten elektrisch leitenden Bauglied verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt, der mit dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied verbunden ist, geteilt ist.
  11. Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein Abstand zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt besteht; eine Summe aus einer Höhe des ersten Abschnitts, einer Höhe des zweiten Abschnitts und einer Länge des Abstands kleiner als λm/2 ist; eine Dicke des ersten Abschnitts an einer oberen Oberfläche desselben kleiner als λm/2 ist, wobei die Dicke entlang der zweiten Richtung genommen ist; und eine Dicke des zweiten Abschnitts an einer oberen Oberfläche desselben kleiner als λm/2 ist, wobei die Dicke entlang der zweiten Richtung genommen ist.
  12. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jede aus dem Paar wellenleitender Wände in der Form mit einem jeden aus der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe identisch ist.
  13. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine elektrisch leitende Oberfläche hat, die auf einer zu der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe entgegengesetzten Seite vorgesehen ist; die Wellenleitervorrichtung ferner umfasst: ein drittes elektrisch leitendes Bauglied, das eine zweite Vielzahl elektrisch leitender Stäbe aufweist, die jeweils ein führendes Ende haben, das zu der elektrisch leitenden Oberfläche des zweiten elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist, wobei das dritte elektrisch leitende Bauglied ein drittes Durchgangsloch hat, das das zweite Durchgangsloch, entlang einer axialen Richtung des zweiten Durchgangslochs gesehen, überlappt; und ein weiteres Paar wellenleitender Wände, die so positioniert sind, dass mindestens ein Abschnitt eines Raums zwischen dem zweiten Durchgangsloch und dem dritten Durchgangsloch dazwischen eingefügt ist, wobei das weitere Paar wellenleitender Wände von der zweiten Vielzahl elektrisch leitender Stäbe umgeben ist und die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem zweiten Durchgangsloch und dem dritten Durchgangsloch erlaubt, wobei eine Höhe einer jeden aus dem weiteren Paar wellenleitender Wände kleiner als λm/2 ist.
  14. Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine zweite Vielzahl elektrisch leitender Stäbe hat, die auf einer zu der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe entgegengesetzten Seite vorgesehen ist; und die Wellenleitervorrichtung ferner umfasst: ein drittes elektrisch leitendes Bauglied mit einem dritten Durchgangsloch, das das zweite Durchgangsloch, entlang einer axialen Richtung des zweiten Durchgangslochs gesehen, überlappt; und ein weiteres Paar wellenleitender Wände, die so positioniert sind, dass mindestens ein Abschnitt eines Raums zwischen dem zweiten Durchgangsloch und dem dritten Durchgangsloch dazwischen eingefügt ist, wobei das weitere Paar wellenleitender Wände von der zweiten Vielzahl elektrisch leitender Stäbe umgeben ist und die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem zweiten Durchgangsloch und dem dritten Durchgangsloch erlaubt, das dritte elektrisch leitende Bauglied eine elektrisch leitende Oberfläche auf einer näher an dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied gelegenen Seite hat, ein führendes Ende eines jeden von der zweiten Vielzahl elektrisch leitender Stäbe zu der elektrisch leitenden Oberfläche des dritten elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist und eine Höhe einer jeden aus dem weiteren Paar wellenleitender Wände kleiner als λm/2 ist.
  15. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine elektrisch leitende Oberfläche hat, die auf einer zu der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe entgegengesetzten Seite vorgesehen ist; die Wellenleitervorrichtung ferner ein drittes elektrisch leitendes Bauglied umfasst; das dritte elektrisch leitende Bauglied ein Wellenleiterbauglied mit einer elektrisch leitenden Wellenleiterfläche, die zu der elektrisch leitenden Oberfläche des zweiten elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist, und eine zweite Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds aufweist, die jeweils ein führendes Ende haben, das zu der elektrisch leitenden Oberfläche des zweiten elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist; und die Wellenleiterfläche an einem Abschnitt derselben zu dem zweiten Durchgangsloch entgegengesetzt ist.
  16. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei auf einer zu der Vielzahl elektrisch leitender Stäbe entgegengesetzten Seite das zweite elektrisch leitende Bauglied eine zweite Vielzahl elektrisch leitender Stäbe und ein Wellenleiterbauglied mit einer elektrisch leitenden Wellenleiterfläche aufweist; die Wellenleitervorrichtung ferner ein drittes elektrisch leitendes Bauglied mit einer elektrisch leitenden Oberfläche umfasst, wobei die elektrisch leitende Oberfläche zu führenden Enden der zweiten Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben und der Wellenleiterfläche entgegengesetzt ist; und das zweite Durchgangsloch an einem Abschnitt der Wellenleiterfläche des Wellenleiterbauglieds offen ist.
  17. Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, die ferner ein weiteres elektrisch leitendes Bauglied auf einer zu dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied entgegengesetzten Seite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds umfasst, wobei das weitere elektrisch leitende Bauglied eine elektrisch leitende Oberfläche hat, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied aufweist: ein Wellenleiterbauglied mit einer elektrisch leitenden Wellenleiterfläche, die zu der elektrisch leitenden Oberfläche des weiteren elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektromagnetische Welle ausbreitet, die sich in dem ersten Durchgangsloch ausbreitet, und eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds, die jeweils ein führendes Ende haben, das zu der elektrisch leitenden Oberfläche des weiteren elektrisch leitenden Bauglieds entgegengesetzt ist.
  18. Antennenvorrichtung, umfassend: die Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 und mindestens ein Abstrahlelement, das mit einem Wellenleiter zwischen dem Paar wellenleitender Wände der Wellenleitervorrichtung verbunden ist und mindestens entweder zum Senden oder zum Empfang verwendet ist.
  19. Radarvorrichtung, umfassend: die Antennenvorrichtung nach Anspruch 18 und eine mit der Antennenvorrichtung verbundene integrierte Mikrowellenschaltung.
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