CN1215932A - 介质线开关和天线装置 - Google Patents

Abstract

提供一种便于控制电磁波传播的介质线开关,还提供一种采用所述介质线开关的天线装置。作为本发明的实施例,在一个旋转单元上设置多个介质线和多个一次辐射器。随旋转单元的旋转,通过机械装置开、关切换介质线,从而以时分方式在多个一次辐射器之间实现所需转换,使一次辐射器的位置在介质透镜的焦平面内移动,从而以所需方式使发射波束和/或接收波束扫描。

Description

介质线开关和天线装置

本发明涉及供传播诸如毫米波等电磁波的介质线使用的开关，本发明还涉及采用介质线的天线装置。

通常，车载雷达组件和无线电通信组件一直需要非径向介质线(以下称为NRD波导)形式的电路。实际上，采用下述方法可获得这种NRD波导。即通过将介质线排列在相互邻接的位置上并添加诸如铁氧体等其它物质可以方便地制备出诸如定向耦合器或隔离器这些单元，然后，将平面电板插入介质线中心位置，从而将半导体元件和一些其它功能元件附着在这些位置上，由此而形成NRD波导。

图38A是表示采用NRD波导的毫米波雷达组件结构的部分侧视图。图38B是表示图38A所示雷达组件的平面图。事实上，雷达组件配备有NRD波导，用作毫米波通过其传播的传播路径。这里，NRD波导本身包括上导电板、下导电板、介于上下导电板之间的直线或曲线棒形介质条。更详细地说，如图38B所示，雷达组件进一步包括振荡器(毫米波振荡器)、隔离器、耦合器(定向耦合器)、回转器、混频器、信号发射和信号接收的一次辐射器。此外，将介质透镜安装在一次辐射器上方的预定距离处。

如果采用图38A和38B所示的雷达组件作为FM-CW(调频-连续波)雷达，其发射信号已经过调频处理从而变为CW(连续波)，在振荡器中产生并加以FM调制处理的毫米波信号首先通过隔离器，然后通过耦合器。尔后，将信号的一半提供给回转器，而信号的另一半用作本地信号提供给混频器。将提供给回转器的信号发射到一次辐射器的介质谐振器，通过电磁波辐射窗，从介质透镜辐射出去。然后，来自目标的反射波入射在介质透镜上，被一次辐射器(包括电磁波辐射窗和介质谐振器)接收，并进一步通过回转器作为RF(射频)信号提供给混频器。在混频器中，RF信号与本机信号混合在一起，产生作为包含有距离信息和速度差信息的IF(中频)信号的输出信号。

过去，监测雷达组件(安装在车辆上，用于监测正向情况)设置了方向性高度灵敏的定向天线，所以具有高增益并能防止沿相邻线路行驶车辆的任何可能的干扰。然而，当车辆曲线行驶时，将存在沿相邻线路行驶的车辆似乎在前方行驶的检测差错。为了解决这一问题，不仅需要获得距离信息，表示本车辆与前方车辆之间的距离，而且需要获得方位信息，表示沿相邻路线行驶车辆的方位。

通常有两种方法可以获得方位信息。一种方法是采用能够让电磁波波束在适当角度内扫描的扫描型雷达。另一种方法是采用单脉冲型雷达，它利用两个或多个不同辐射图天线的信号相加而获得的和信号，以及两个或多个不同辐射图天线的信号经减法计算而获得的差信号而操作。

采用上述扫描型雷达，可以用电机使雷达组件机械旋转，使得雷达波束在一定范围(扇形区)内扫描，但是，由于整个装置太大和太笨重，所以难以进行高速扫描。尽管能够在电路中设置电子开关而在多个天线之间进行所需转换，但是仍然需要采用许多天线以及高功能的NRD波导开关。结果，很难制造结构紧凑和成本低的扫描型雷达。此外，如果利用一种不同方式使波束进行所需扫描而不移动天线，可以进行相位扫描，通过将天线排列为预定的阵列并控制馈送信号(馈送到天线)的相位能够将定向角度变为任何方向。然而，仍然存在难以制造出结构紧凑和低成本扫描型雷达的问题。

另一方面，采用上述单脉冲型雷达能够制备出结构紧凑的装置。然而，由于需要覆盖某一方位范围(待检测)，必须采用具有较大波束宽度的天线。为此，相应地降低了雷达的增益。为了解决这一问题，或是需要增大雷达的输出功率以实现对远处位置目标所需的检测，或是需要在信号接收电路中配备有源功能元件作为放大器以改善其信号接收灵敏度。然而，目前已经证明，如果信号是毫米波形式的信号，配备有源功能元件难以获得预期的效果。

鉴于与上述现有技术有关的所述问题，本发明的一个目的是提供一个采用介质线的结构紧凑且制造成本低的改进天线装置。

本发明的另一个目的是提供一种能够便于控制电磁波发射的介质线开关，所述开关适合于介质线装置使用，如采用介质线的天线装置。

为了实现本发明的上述目的，提供一种供介质线使用的介质线开关，所述介质线包括以基本相互平行方式排列的两块导电板和介于这两块导电板之间的介质条，所述介质条用作传播路径使电磁波通过其传播，所述介质线开关的特征在于：将一般垂直于电磁波传播方向的平面定义为分割面，使介质线分为两条介质线；以两个介质线的两个介质条在同一分割面上交替地相互以及不相互对的方式使两个介质线在上述分割面上相互相对移动。用这一方法，可以改变分割面上两个介质线的相互面对状态。当两个介质线的两个介质条相互面对时，允许电磁波通过其传播。另一方面，当两个介质线的两个介质条不相互面对时，将不允许电磁波通过其传播，从而阻止电磁波的传播。事实上，利用机械控制装置以所需方式可以改变两个介质线的相互面对状态，所以以上限定的结构可以起介质线开关的作用，适合于通过机械转换操作的方式执行控制行动。

此外，两个介质条在上述分割面上的相对移动是通过两个介质线中至少一条线的旋转运动实现的。另一方面，两个介质条在上述分割面上的相对移动是通过两个介质线中至少一条线的直线运动实现的。

在本发明的一个方面中，上述介质线开关的特征还在于：当垂直于所述导电板的方向定义为x方向，电磁波传播方向定义为z方向，既垂直于x方向又垂直于z方向的方向定义为y方向时，就提供一个至少有三个侧面的多边形棱柱构件；在每个侧面的整个或部分表面上设置一条上述介质线，使所述多边形棱柱构件的轴向能够成为电磁波传播方向z；利用多边形棱柱构件的中心轴作为使所述多边形棱柱构件旋转的旋转中心，从而使这条介质线一般在y方向上移动。采用这一结构，只有通过多边形棱柱构件的旋转，才可以有选择地使其它多个介质线直接面向一条特定介质线，从而形成所需介质线开关，利用一个简化结构可以使多个介质线依次地与这条特定介质线相连接。

在本发明的另一个方面中，上述介质线开关的特征还在于：当垂直于所述导电板的方向定义为x方向，电磁波传播方向定义为z方向，既垂直于x方向又垂直于z方向的方向定义为y方向时，上述两个介质线中有一条可以在平行于导电板的方向上旋转，从而使这条介质线基本上在y方向上移动。采用这一结构，由于可以使上述两个介质线中的一条在平行于导电板的方向上旋转，有可能制造厚度很小的介质线开关。此外，该介质线开关的特征进一步在于：上述两个介质线中有一条可以在起旋转轴作用的y方向上旋转，从而使这条介质线基本上在x方向上移动。

在本发明的再一个方面中，上述介质线开关的特征还在于：上述两个介质线中有一条可以在起旋转轴作用的z方向上旋转，从而使这条介质线基本上在x方向上移动。

为了实现本发明的上述目的，还提供一种包括多个介质线的天线装置，其特征在于：每一个介质线在其端部和中部设置有一次辐射器，在多个介质线与其它介质线之间设置有根据上述方法制备的介质线开关，从而在所述其它介质线与所述一次辐射器之间实现输入/输出转换。采用这一方法，可以有选择地使用多个一次辐射器，从而使天线便于执行电磁波波束的转换操作。

此外，在本发明的又一个方面中，在靠近介质透镜焦点位置上设置多个一次辐射器，在一次辐射器之间进行转换操作，使发射波和/或接收波波束偏转。采用这一结构，只需通过机械控制而无需移动整个雷达组件装置，便能使发射波和/或接收波波束偏转。

图1A是表示按照本发明一个实施例制备的介质线开关的基本结构的透视图。

图1B是表示图1A所示介质线开关的侧视图。

图1C是表示图1A所示介质线开关的截面图。

图2是表示介质线一些可能移动方向的说明图。

图3是表示介质线在y方向上移动的一个例子的说明图。

图4是表示介质线在x方向上移动的一个例子的说明图。

图5A和5B是表示介质线在xθ方向上移动的一个例子的说明图。

图6A和6B是表示介质线在平行于导电板的平面内移动的一个例子的说明图。

图7是表示介质线在x方向上移动的另一个例子的说明图。

图8A是更详细地示出按照本发明另一实施例制备的介质线开关的基本结构的透视图。

图8B是表明图8A所示介质线开关的等效电路的方框图。

图9是表明图8A所示介质线开关的等效电路的方框图。

图10是表明介质线开关的透视图。

图11是表明介质线开关的透视图。

图12A和12B是表示介质线开关的平面图。

图13A-13C是表示介质线开关的平面图。

图13D是表明介质线开关的等效电路的方框图。

图14A-14D是表示各种类型介质线的说明图。

图15是表示在介质线装置特性测量仪器中使用的介质线开关构成的说明图。

图16A和16B是表明雷达组件内部结构的说明图。

图17A和17B分别是表明旋转单元结构的侧视图和透视图。

图18A和18B分别是表明一次辐射器结构的平面图和截面图。

图19是表明图16所示雷达组件的旋转单元的等效电路的方框图。

图20是表明旋转单元在旋转期间波束扫描情况的说明图。

图21A和21B是表明两个相互面对介质条之间偏差的说明图。

图22A和22B是表示由于介质线和波导偏差引起特性变化的曲线图。

图23A和23B表示在旋转单元旋转期间获得的时序图。

图24A-24C表示在旋转单元旋转期间获得的时序图。

图25是表示在旋转单元旋转期间获得的测定时序图。

图26A-26D是表示由旋转单元旋转而形成的波束扫描区的说明图。

图27A-27C是表示雷达组件结构的说明图。

图28A是表示雷达组件的透视图。

图28B是表示图28A所示雷达组件的等效电路的方框图。

图29是表示在45度极化条件下旋转单元的平面图。

图30A和30B是表示雷达组件结构的透视图和说明图。

图30C是表示图30A和30B所示雷达组件的等效电路的方框图。

图31A和31B是表示雷达组件结构的说明图。

图32A-32C是表示雷达组件结构的说明图。

图33A-33C是表示一次辐射器转换电路的另一个例子的说明图。

图34A和34B是表示根据本发明制造的天线装置的说明图。

图35是表示天线装置中介质透镜与一次辐射器之间位置关系的说明图。

图36是表示在四个阶段改变偏移距离时波束方向性的曲线图。

图37A和37B是表示偏移距离与倾斜角之间关系的曲线图和说明图。

图38A和38B是表示根据现有技术制备的雷达组件结构的说明图。

参考图1-7，以下将详细描述本发明介质线开关的基本结构。

利用图1A-1C表示两个介质线的主要结构。图1A是透视图，图1B是平面图，图1C是沿介质条截取的截面图。参考图1A-1C，标号1和2表示两个相互平行的形成两个导电表面的导电板，标号3表示设置在两个导电板1、2之间的棒形介质条。因此，这一结构形成了一个通常的介质线11。同样，在两个相互平行的导电板4、5之间设置一个棒形介质条6，形成另一个通常的介质线12。两个介质线11和12配置成通过分割面S相互面对，如图1A-1C所示。

这里，把垂直于导电板1、2、4、5的方向定义为x方向，电磁波传播方向(即设置介质条3和6的方向)定义为z方向，既垂直于x方向又垂直于z方向的方向定义为y方向。如图2所示，采用这一方法能够在x、y、xθ、yθ任一方向或者大致相当于上述方向的任一方向上移动介质线12而进行开关操作。

图3是表示通过使介质线12在图2所示的y方向上移动而实现开关操作的说明图。如图3所示，通过使介质线12在y方向上相对于介质线11位移，介质条3与介质条6相互错开，所以它们不在其相互面对的位置上。

图4是表示通过使介质线12在图2所示的x方向上移动实现开关操作的说明图。如图4所示，通过使介质线12在x方向上相对于介质线11移动，介质条3与介质条6相互错开，所以它们不在其相互面对的位置上。

既可以通过手动操作也可以采用能够借助电磁装置作直线移动的传动装置使上述介质线12移动。

图5A和5B是表示通过使介质线12在图2所示xθ方向上移动而实现开关操作的说明图。详细地说，图5A示出当两个介质线11和12位于图1A-1C所示的相互面对的位置上时从介质线11看到的情况。图5B示出介质线12相对介质线11旋转角度θ时的情况。然而，如果采用图5A和5B中低于两个介质线的底部位置作为旋转中心o，那么，介质线12将在图2所示的yθ方向上移动。否则，可以把这一旋转中心o任意地指定为任何可能的位置。

图6A和6B是表示通过使介质线12在平行于导电板的方向上旋转而实现开关操作的说明图。如图6A所示，介质线11与12之间的分割面S类似于实心圆柱体侧面。如图6B所示，通过使介质线12对介质线11作相对旋转，介质条3与介质条6将会相互错开，从而使它们不在相互对的位置上，由此停止电磁波的传播。

图7是表示通过使介质线12在起旋转中心轴作用的y方向上旋转一预定角度的例子的说明图。如图7所示，通过使介质线12对介质线11作相对旋转，介质条3与介质条6将会相互错开，从而使它们不在相互面对的位置上，由此实现所需的开关操作。与图6B所示的例子一样，也可以使介质线11与12之间的分割面变为类似于实心圆柱体侧面，介质线12的旋转中心起(虚圆柱体的)中心轴作用。

以下将详细描述介质线开关的几个例子。

图8A和8B示出三条介质线11、12、13以直线形式一个接着一个排列的例子，可以通过介质线12的旋转来实现开关操作。在图8中，标号14代表对介质线12起一块导电板作用的一个金属块，所以介质条(未示出)介于金属块14及其上导电板之间。通过使介质线12以起旋转中心作用的金属块14的中心轴旋转，在如图所示的情况中可以进行电磁波的传播。另一方面，当以某种方式使金属块14旋转，即使得介质线12的两端与介质线11和13的相邻两端相互错开时，可以停止电磁波的传播。

图8B是表明以图8A所示方式排列的介质线11、12和13的等效电路的方框图。在图8B中，NRD1、NRD2和NRD3对应于介质线11、12和13。当金属块14旋转时，NRD2两端的两个开关同时变为开/关(ON/OFF)。采用这一方法，在两个固定端口#1与#2之间形成一个介质线开关。在图8A所示的例子中，每个介质线的上下导电板排列为相互面对。在每一个导电板的内表面上形成一条槽，从而可以将介质条嵌入两个相互面对的导电板的槽中。

尽管在图8A中示出采用金属块14的一个表面作为介质线12的一个导电板，然而，也可以同样地对金属块14的所有表面或者至少几个侧面进行处理，使每一个表面用作导电板，由此形成几个介质线的另一种配置，包括NRD1和NRD3，进一步包括多个介质线NRD21、NRD22…NRD2n，有选择地选取其中的几个，将其插在NRD1与NRD3之间的位置中，如图9所示，图9示出几个(大于3个)这种配置的介质线的等效电路。

图10是表示多个介质线11、12和13的透视图，然而，介质线12的旋转中心轴位于一条侧边上，这与图8A的情况不同。如图10所示，由于利用基本上介于介质线12两个导电板之间的中间位置作为旋转轴，介质线12的介质条将在xθ方向上移动。此外，尽管如上所述使介质线12作旋转运动，但是也可以使介质线12在预定角度内作振荡运动。

图11是表示多个介质线11、12和13的透视图，但是介质线12的旋转中心轴与y方向平行。如图11所示，可以以这样的方式使介质线12以如图11所示的方向旋转，即使其面向介质线11的一端面向上移动，而面向介质线13另一的端面向下移动。

图12A和12B是表示介质线以平行于导电板的方向旋转的说明图，但是为便于说明起见，在附图中略去了上导电板。如图12A所示，旋转部分的介质条6处于其两侧面向相邻介质条3和7的位置上时，允许电磁波通过其传播。另一方面，当旋转部分旋转90度时，如图12B所示，停止电磁波的传播。此外，旋转部分设置一对终端器15、16。当处于如图12B所示的OFF状态时，介质条3和7由终端器15和16端接，结果，终端器16将终止电磁波通过介质条3传播，与此同时，终端器15将终止电磁波通过介质条7传播，由此禁止不希望有的反射。

图13A-13C是表示使介质线在平行于导电板的方向上旋转而实现所需开关操作的另一个例子的说明图，但是，为便于说明略去了上导电板。图13D是表示等效电路的方框图。如图13A所示，静止部分与以标号3、7a、7b、7c表示的四个介质条和以标号17、18表示的两个端子相连接。旋转部分设置了以标号6a、6b、6c表示的三个介质条和以标号19-20表示的四个终端器。在图13A所示的情况中，由于介质条6b插在两个介质条3与7b之间的位置中，可以让电磁波在端口#1与端口#3之间传播。介质条7a和7c与终端器21和22连接，从而使其终止。如果旋转部分逆时针方向旋转一预定角度，到达图13B所示的位置，由于介质条6a插在两个介质条3与7a之间的位置中，可以让电磁波在端口#1与端口#2之间传播。介质条7b和7c与终端器18和20连接，从而使其终止。如果旋转部分顺时针方向旋转一预定角度，到达图13C所示的位置，由于介质条6c插在两个介质条3与7c之间的位置中，可以让电磁波在端口#1与端口#4之间传播。介质条7a和7b与终端器19和17连接，从而使其终止。

通过手动操作可以控制上述介质线的旋转，但是，如果采用DC电机或步进电机的话，可以采用电控制的方式控制介质线的开关操作。

图13D是表示图13A-13C所示上述配置的等效电路的方框图。

尽管在上述例子中已经说明，将介质条插在两个导电板之间，由此而形成介质线，然而也可以形成其它各种形式的结构。图14A-14D是表示几种不同类型介质线结构的截面图。图14A示出一种通常的介质线。图14B示出群型介质线。图14C示出翼型介质线。如图14C所示，在两个介质板31、32的预定位置上形成两个介质条33和34。事实上，每个介质板31、32的外表面涂有导电膜。因此，通过让两个介质条相互面对可以形成电磁波的传播路径。图14D示出又一种结构的介质线，其中在两块介质板31、32的外表面上形成两个凸出的介质条33和34，每块介质板31、32的外表面涂有导电膜。图14D右侧所示的是介质线与毫米波电路结合在一起，其中，电路基板35介于两个以相互平行方式排列的导电板之间。

以下将描述几个采用介质线开关的介质线装置。

图15是表示介质线装置特性测量仪器中使用的介质线开关的示意图。参考图15,WG为波导，WG-NRD为波导/介质线转换器。如图15所示，采用介质线开关是为了利用两端口测量仪器的网络分析仪来评价三端口介质线装置的特性。为便于说明起见，在图15所示的介质线开关中略去了其上导电板。再参考图15，介质线开关包括静止的介质条7a、7b、3，进一步包括可滑动的介质条6a、6b和终端器15。在图15所示的情况下，介质条3和7b通过介质条6b相互连接，介质条7a与终端器15连接。如果滑动部分(图15中的阴影部分)向下移动，介质条3和7a将通过介质条6a相互连接，而介质条7b将与终端器15连接。

利用图16A和16B来说明雷达组件的结构。图16A是表示雷达组件的截面图，图16B是表示雷达组件的俯视平面图，但是，为方便说明省略了介质透镜。如图16B所示，雷达组件中设置有VOC、混频器、旋转单元和使旋转单元旋转的电机。旋转单元有多个一次辐射器。因此，随着旋转单元的旋转，对应于介质透镜焦点的一次辐射器位置将以预定方式交替变化。

图17A和17B是表明上述旋转单元结构以及旋转单元与介质透镜之间位置关系的示意图。如图17A和17B所示，介质线包括有五个侧面的正五角形金属块14、与这五个侧面平行的多个导电板、介于每个导电板与金属块14每个侧面之间的多个介质条。此外，在金属块14每个侧面与每个平行导电板之间设置一个介质谐振器用作一次辐射器。

图18A和18B用于表示介质线和上述旋转单元一次辐射器的结构。图18A是俯视平面图，图18B是截面图。在图18B中，采用标号40表示实心圆柱形的HE111模介质谐振器，它设置在离开介质条6端部一预定距离的位置上。如图18B所示，以某种方式通过一部分导电板5形成一圆锥形窗口，即能够实现在介质谐振器40上侧的辐射和入射。此外，在介质谐振器40与导电板5之间设置介质条41，利用介质条41可以控制电磁波的辐射图。

图19是表示上述旋转单元的等效电路的方框图。如图19所示，采用NRD1表示相对旋转单元的固定一侧上的介质线，而采用NRD2-NRD6表示旋转单元一侧的介质线。采用这种方法，利用电机使旋转单元旋转，在旋转单元上形成多个介质线和一次辐射器，一次辐射器交替地向上转，从而以所需方式运转。

图20是表示介质透镜与一次辐射器之间位置关系的示意图。如图20所示，旋转单元虚拟展开，以致其所有侧面排列在同一平面中。采用这一方法，如果一次辐射器设置在附图中左/右方向上略微不同的位置上，旋转单元的旋转将引起波束方向分五级变化(在附图的左/右方向上)。此外，由于一次辐射器的位置偏差(偏移距离)既不影响一次辐射器的大小，也不会对每两个相邻一次辐射器之间的间隔距离带来不利影响，所以可以自由、任意地设定偏移距离。

图36和37用于表示当偏移距离变化时波束的定向特性的一个例子。具体说，图37用于表示在采用直径75mm介质透镜的情况下偏移距离与倾斜角之间的关系。正如从图37中看到的，当偏移距离与介质透镜直径相比足够短时，偏移距离与倾斜角成正比。采用这一方法，可以按等间隔离散、交替地改变偏移距离，由此以相等的角度间隔交替地改变波束方向。图36用于表示当偏移距离分四级变化时波束的方向性。在下表中列出了波束No.1-No.4的中间幅角(度)和倾斜角(度)。

                  No.1    No.2    No.3    No.4

    中间幅度(度)  4.8     4.7     4.7     4.7

    倾斜角(度)    -7.0    -2.3    2.4     7.1

    倾角差             4.7     4.7    4.7

正如从上表可以明白，如果偏移距离在预定范围内变化，波束的方向性几乎没有偏转。从图36所示的曲线中也能看出，两侧下降未变大。

图21A和21B示出电磁波传播过程中特性的变化。事实上，当上述旋转单元旋转，两个相互面对的介质条相互错开时便出现这种变化。

图21A用于表示当介质线在yθ方向移动时介质条的象差。图21B用于表示当介质线在y方向直线向前移动时介质条的象差，可以认为情况与图21A所示的情况基本相当。图22A表示图21B所示的标准型介质线中特性的变化，图22B表示波导中特性的变化(作为比较例)。这里，NRD代表与介质线有关的情况，WG代表与波导有关的情况。正如从图22A和22B中看到的，当介质线在y方向上的象差为0-1.0mm时，SII特性将为-20dB或更低，S21特性将变为0dB，因此证明，这样的象差不会对电磁波通过其传播的传播特性带来不利影响。另一方面，当波导在y方向上的象差为0-1.0mm时，S11特性将从-20dB降低到-6dB。当波导在y方向上的象差达到0.8mm时，S21特性将维持在-1dB上甚至更高。但是，一旦象差超过0.8mm，S21特性将徒然下降(降低)。

采用这一方法，与波导相比，介质线不见得引起偏转。这是因为即使介质线在两个导电板之间形成了槽，但是这个槽不会挡住电流。此外，采用介质线，即使在y方向上有象差，但是，这种象差不会引起不利影响，因为介质条按所需方式运转，保证电磁波以低损耗传播。采用波导，必须要提供扼流结构以降低结上形成的槽所引起的影响。然而，采用介质线就不需要这种扼流结构。

在普通五角形旋转单元以600rpm角速度旋转和选择一个一次辐射器(在该一次辐射器处于实际连接状态的时间周期中)的条件下，利用脉冲方法可以进行十次采样过程，如图23A和23B所示。例如，当对每个中间幅度4.5°进行波束扫描时，波束振动角在-9°至+9°的范围内，一次辐射器的连接时间几乎为0.64ms，因此实现十次电磁波的发射和接收，如图23A所示。此外，如图23B所示，采用8μs周期也足以能够进行电磁波的发射和接收。这里，由于在选择每一个一次辐射器的同时旋转单元继续旋转，在采用每个一次辐射器进行电磁波发射和接收的时间里，在俯仰角方向上将莫名其妙地产生波束扫描。由于这一俯仰角是在波束中心从0.09m移动到前方150m位置时形成，所以这种波束中心移动不会出现任何问题。

图24A、24B、24C表示采用设置有介质线和一次辐射器的正方形金属块旋转单元的例子。

由于上述旋转单元的旋转位置可以由旋转编码器进行检测，允许驱动电机以与VOC驱动脉冲不相关的速度(不必为恒速)旋转，根据旋转单元的旋转位置，只需对IF信号的输出信号进行处理。图25表示进行上述检测的时序的例子。通过对旋转编码器输出脉冲的计数可获得旋转单元的位置信息。当代表这一信息的值在预定范围之内时，即当介质线开关引起的插入损耗IL小于开关损耗的最大值ILo(能够进行信号检测)时，仅需要发射经过脉冲周期为50ns、循环周期为1μs的脉冲信号调制的FM脉冲调制信号，以及对通过接收反射波而获得的IF信号(通过将接收到的信号与RF信号混合在一起而获得的中频信号)进行采样。尽管采用图25来说明利用FM脉冲的调制，但是图中所表示的原理也可应用于FM-CW方法。采用这一方法，当旋转单元旋转时，一旦相互面对的两个介质条变为相互错开，便会产生反射信号。但是，由于在这个期间没有进行采样，所以不存在其它问题。

图26A-26D表示旋转单元又一结构的另一个例子。在图20中已经示出，多个一次辐射器设置在多面体每个侧面的中心轴上，但是，通过在偏离中心轴的位置上设置一个一次辐射器，也可以使波束在俯仰角上扫描。在图26所示的例子中，第三个一次辐射器设置在偏离相应中心轴的位置上。实际上，相对于各种离散扫描波束形状，图26B示出天线装置前的覆盖区，从该图中可以明白，可以使第三波束在俯仰角方向上扫描。利用图26所示的结果，不仅可以使波束在图中的左/右方向上扫描，而且可在俯仰角方向上扫描。此外，以图26C和26D所示的方式还可以同时实现左/右方向和俯仰角方向扫描。另外，不必依次地使旋转单元所有侧面上的一次辐射器的位置偏移。而是只需任意地决定旋转单元所有侧面上一次辐射器的位置，可以按照1→3→5→2→4→1次序或1→4→2→5→3→1次序进行扫描，如图26B所示。

图27A、27B、27C用于表示制备出的雷达组件能够防止在俯仰角方向上产生不希望有的扫描(当旋转单元旋转时可能会引起)的结构。更详细地说，图27A是表示雷达组件的俯视图，为了便于说明起见，略去了其介质透镜，图27B是从旋转单元旋转轴方向上观看的侧视图，图27C是呈现旋转单元所有侧面的展开图。采用这一方法，通过使一次辐射器的位置在垂直于旋转单元旋转轴的方向上偏移，当在相互连接条件下旋转介质线时，使波束在旋转单元的旋转方向上扫描，因此，防止向俯仰角方向产生不希望有的扫描。然而，在这个例子中，由于第三一次辐射器的位置在图中的垂直方向上产生偏移，这个雷达变为类似于图26所示例子的三维雷达。

图28A和28B表示不必利用回转器便可分布发射信号和接收信号的例子。申请号为8-280681的日本专利已经揭示了图28A和28B所示例子的基本结构。如图28A所示，在金属块14的四个侧面上设置了介质线和一次辐射器。通过使旋转单元旋转，一次辐射器交替地移动到与信号发射电路连接的介质线和与信号接收电路连接的另一条介质线。图28B是表示图28A所示装置的等效电路的方框图。

尽管在以上的例子中已经说明，极化面排列在水平方向上，但是，也可以使该极化面排列在如图29所示的45度方向上。如图29所示，可以使介质条的一端(在45度角度下)接近构成一次辐射器的介质谐振器。在这种配置中，也可以按照45度角度的倾斜方式排列缝隙板的缝隙。

图30A、30B、30C表示四个一次辐射器中一个辐射器的排列方向不同于其它三个的例子。图30A是表示雷达组件中在旋转单元一个侧面上设置介质线12(不带有一次辐射器)的重要部分的透视图。在图30A所示的情况中，电磁波通过介质线11、12和13传播。再参考图30A，在介质线13的一端，把其介质条的前端形成棒形天线43，其方向与介质线13前端的方向相同。在其它三个侧面上各设置一个一次辐射器。如果在上侧面设置一个一次辐射器，它将指向上侧。图30B是表明整个雷达组件结构以及雷达装载在车辆上位置的示意图。如图30B所示，或是采用整流罩或是采用介质透镜覆盖在棒形天线43的前端。图30C是表示图30A所示装置的等效电路的方框图。采用这种方法，利用三个一次辐射器来检测该车辆前方的情况，与此同时利用棒形天线来检测车辆右侧的情况。

图31A和31B用于表示一次辐射器在导电板表面上作可调移动的例子。图31A是表示雷达组件的俯视图，为便于说明起见略去了其上导电板。图31B表示介质透镜与旋转部分之间的位置关系。旋转部分包括四个介质条6a、6b、6c、6d和四个介质谐振器40a、40b、40c、40d，所有这些都设置在上导电板和下导电板之间。在图31A所示的配置中，使介质条3与6相互面对，介质谐振器40d用作一次辐射器。采用这一方式，通过使旋转部分旋转，按照1-4次序依次改变焦点平面上(介质透镜的)的位置。

图32A、32B、32C表示一次辐射器不移动但是有选择地被采用的雷达组件。在图32A、32B、32C所示的例子中，振荡器、隔离器、混频器、耦合器和回转器都与上述现有技术中采用的情况相同。这里，设置了用作一次辐射器的介质谐振器40a、40b、40c和介质条7a、7b、7c，后者位于与前者相邻位置上。旋转部分包括上下导电板、介于导电板之间的三个介质条，进一步包括一些端子。在图32B所示的情况中，回转器的一个端口与介质条7c连接，使得介质谐振器40c有效。另一方面，在图32C所示的情况中，回转器的一个端口与介质条7b连接，使得介质谐振器40b有效。采用这种方法，通过旋转部分的旋转，可以使一次辐射器(被使用的)的位置移动到介质透镜焦点所在的平面上。

尽管在以上例子中已经说明，可以通过旋转运动来改变一次辐射器的位置，但是也可以通过直线运动来实现这种切换，如图33A、33B和33C所示，在每一幅图中，为了便于说明起见已经去掉了上导电板。实际上，移动部分配备了三根介质条。当处于图33A所示的情况时，介质条3与7b通过移动部分中心的介质条相互连接，介质谐振器40b用作一次辐射器。当处于图33B所示的情况时，介质条3与7c通过移动部分下侧的介质条相互连接，介质谐振器40c用作一次辐射器。当处于图33C所示的情况时，介质条3与7a通过移动部分上侧的介质条相互连接，介质谐振器40a用作一次辐射器。

尽管在以上例子中已经说明，在绝大多数情况中仅采用一个介质透镜并可以移动一次辐射器的位置，但是也可以排列多个介质透镜以及通过介质透镜相对一次辐射器的变化而改变波束方向。图34A的上半部分是截面图，图34A的下半部分是平面图。在图34A所示的例子中，相对于用作一次辐射器的介质谐振器，可以通过介质线开关来切换介质条。在图34B所示的例子中，采用介质线开关来切换介质条，其中采用前端起棒形天线作用，用作一次辐射器。

在图20所示的例子中已经说明，使波束以各个预定角度间隔扫描。然而，这个角度不必一定是常量。实际上，在很重要的角度范围内可以以高密度进行检测。另一方面，在不是很重要的角度范围内可以以低密度进行检测。具体说，图35示出介质透镜与一次辐射器之间的位置关系。图35所示的例子与图20所示的例子相似，这里将旋转单元的所有侧面展开并排列在一个平面中。如图35所示，第一和第五一次辐射器偏离第二和第四一次辐射器并位于离开相邻一次辐射器的位置中，所以第一与第二波束之间的角度间隔和第四与第五波束之间的另一角度间隔设定为低密度，而第二与第四波束之间的角度间隔设定为高密度。由于一次辐射器的位置偏差(偏移距离)与相邻一次辐射器之间的大小或间隔毫无关系，所以可以自由地决定这一偏移距离。为此，完全可以自由且任意地决定，哪个波束扫描范围设定在高密度上，而哪个波束扫描范围设定在低密度上。

尽管在以上例子中已经说明，可以采用一个天线进行信号发射和信号接收，但是也可以分别设置信号发射的天线和另一信号接收的天线。

正如通过以上描述已经明白的，本发明至少可获得以下的效果。

首先，可以利用机械控制装置以所需方式改变两个介质线的相互面对的状态，因此，易于进行所需切换操作，以便继续或停止电磁波的传播，因此方便了对电磁波传播的控制操作。

其次，由于仅需利用一个电机使安装多个介质线的旋转单元旋转，以所需方式重复地进行各介质线的连接或断开，因此，能够采用电学装置来控制介质线开关。

第三，通过使两个介质线中至少一个介质线作直线移动可以实现两个介质条在上述分割面上的相对移动。因此，仅需通过安装有多个介质线的单元的直线移动，便可以所需方式重复地进行各介质线的连接或断开。结果，有可能使介质线仅需一个缩减的移动量，整个介质线装置仅需很少的移动部件。

第四，仅仅使多边形棱柱体构件旋转，可以有选择地使其它多个介质线直接面向一个特定介质线。因此，采用一种简化结构能够形成多个介质线能够依次地与一个特定介质线连接的所需介质线开关。

第五，由于上述两个介质线中有一个可以在平行于导电板的方向上旋转，因此，可以制造出厚度很小的介质线开关。

第六，利用本发明的天线装置，可以有选择地采用多个一次辐射器，因此使天线易于进行电磁波波束的切换操作。此外，由于可以将多个一次辐射器附着在一个旋转单元上，无需计及一次辐射器的大小以及每两个相邻一次辐射器之间的间隔距离，所以，能够使采用这种一次辐射器的天线装置做成紧凑结构。另外，由于可以任意且自由地决定一次辐射器的偏移位置，因此，可以自由、任意地以任何所需方式设定电磁波波束的方向。再有，通过增加形成多边形棱柱构件的旋转单元的侧面数目，能够方便地增大扫描区，而无需增大天线的开口面积。

最后，采用本发明的天线装置，仅需利用机械控制装置，而不必移动整个雷达组件装置，便可以所需方式使发射波和/或接收波的波束扫描。

Claims (9)

1．一种供介质线用的介质线开关，所述介质线包括以基本相互平行方式排列的两个导电板和介于这两个导电板之间的介质条，所述介质条起电磁波通过其传播的传播路径作用，所述介质线开关的特征在于：

将垂直于电磁波传播方向的平面定义为分割面，使得所述介质线划分为两个介质线；

以某种方式使所述两个介质线在上述分割面上相互相对移动，即两个介质线的两个介质条在同一分割面上可以交替地相互面对及不相互面对。

2．如权利要求1所述的介质线开关，其特征在于：所述两个介质条在上述分割面上的相对移动是通过两个介质线中至少一条线的旋转运动实现的。

3．如权利要求1所述的介质线开关，其特征在于：所述两个介质条在上述分割面上的相对移动是通过两个介质线中至少一条线的直线运动实现的。

4．如权利要求2所述的介质线开关，其特征在于：

当垂直于所述导电板的方向定义为x方向，电磁波传播方向定义为z方向，既垂直于x方向又垂直于z方向的方向定义为y方向时，出现一个至少有三个侧面的多边形棱柱构件；

在每个侧面的整个或部分表面上设置一条上述介质线，使得所述多边形棱柱构件的轴向成为电磁波传播方向z；

利用所述多边形棱柱构件的中心轴作为旋转中心使所述多边形棱柱构件旋转，从而使这条介质线一般在y方向上移动。

5．如权利要求2所述的介质线开关，其特征在于：

当垂直于所述导电板的方向定义为x方向，电磁波传播方向定义为z方向，既垂直于x方向又垂直于z方向的方向定义为y方向时，上述两个介质线中有一条可以在平行于导电板的方向上旋转，从而使这条介质线基本上在y方向上移动。

6．如权利要求2所述的介质线开关，其特征在于：

当垂直于所述导电板的方向定义为x方向，电磁波传播方向定义为z方向，既垂直于x方向又垂直于z方向的方向定义为y方向时，上述两个介质线中有一条可以在起旋转轴作用的y方向上旋转，从而使这条介质线基本上在x方向上移动。

7．如权利要求2所述的介质线开关，其特征在于：

当垂直于所述导电板的方向定义为x方向，电磁波传播方向定义为z方向，既垂直于x方向又垂直于z方向的方向定义为y方向时，上述两个介质线中有一条可以在起旋转轴作用的z方向上旋转，从而使这条介质线基本上在x方向上移动。

8．一种天线装置，包括多个介质线，其特征在于：每一个介质线在其端部或中部设置有一次辐射器，在所述多个介质线与其它介质线之间设置有如权利要求1-7所述的介质线开关，从而在所述其它介质线与所述一次辐射器之间实现输入/输出转换。

9．如权利要求8所述的天线装置，其特征在于：在靠近介质透镜焦点的位置上设置有多个一次辐射器，在所述一次辐射器之间进行转换操作，使发射波和/或接收波的波束偏转。

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