DE102009054526A1

DE102009054526A1 - Dielektrisch belastete Antenne mit innerem Hohlraumabschnitt

Info

Publication number: DE102009054526A1
Application number: DE102009054526A
Authority: DE
Inventors: Asahi Kariya Kondou
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: DE102009054526B4; CN101752667A; US20100156754A1; CN101752667B; JP4862883B2; JP2010141566A

Abstract

Ein dielektrischer Block (20) ist auf einem Substrat (10) so angeordnet, dass ein Abstrahlfleck (11), der auf dem Substrat (10) ausgebildet ist, abgedeckt ist, und hat eine zylindrische Außenform. Ein konkaver Abschnitt (21) ist in einer Grundfläche (als gegenüberliegende Grundfläche bezeichnet) deset, die am Substrat (10) angebracht ist. Die Richtcharakteristik einer dielektrisch belasteten Antenne wird durch die Größe eines hohlen Abschnitts eingestellt, der durch den konkaven Abschnitt (21) gebildet ist. Im Ergebnis kann eine gewünschte Richtcharakteristik in einem gewünschten Frequenzband eingestellt werden, ohne dass eine äußere Größe des dielektrischen Blocks (20) (und damit eine Antennenöffnungsgröße) geändert wird. Zusätzlich kann ein Material (Dielektrizitätskonstante) des dielektrischen Blocks (20) beliebig gewählt werden, ungeachtet der äußeren Form (Größe) des dielektrischen Blocks (20). Eine Freiheit bei der Gestaltung kann damit verbessert werden.

Description

QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-315603 vom 11. Dezember 2008 und beansprucht deren Priorität; auf den dortigen Offenbarungsgehalt wird vollinhaltlich Bezug genommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dielektrisch belastete Antenne, die zum Senden/Empfangen einer Funkwelle im Mikrowellen- oder Millimeterwellenband verwendet wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es ist eine dielektrisch belastete Antenne bekannt, bei der die Antennenverstärkung unter Verwendung eines dielektrischen Materials erhöht wird. Das dielektrische Material ist in Form eines Zylinders ausgebildet, der eine Funkwellenabstrahlquelle bedeckt, welche durch eine Microstrip-Leitung, einen Wellenleiter oder dergleichen gebildet ist (das dielektrische Material sei nachfolgend als „dielektrischer Block” bezeichnet).
Ein Beispiel einer dielektrisch belasteten Antenne ist in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2005-130464 beschrieben. Bei der dielektrisch belasteten Antenne ist die äußere Form des dielektrischen Blocks modifiziert, um den Winkelbereich zu erhöhen, über den eine hohe Verstärkung erreicht werden kann (d. h. die Breite einer Hauptkeule). Genauer gesagt und wie in 1 gezeigt, ist in den Grundflächen eines zylindrischen dielektrischen Blocks ein konkaver Abschnitt in der Grundfläche (geöffnete oder freie Grundfläche) an einer Seite entgegengesetzt zu der Grundfläche (gegenüberliegende Grundfläche) ausgebildet, welche zu der Abstrahlquelle weist.
Mit anderen Worten, die äußere Form ist so modifiziert, dass eine Pfaddifferenz abhängig von dem Abschnitt des dielektrischen Blocks auftritt, durch welchen Funkwellen von der gegenüberliegenden Grundfläche des dielektrischen Blocks eintreten. Da im Ergebnis die Funkwellen, die von der freien Grundfläche und einer Seitenfläche des dielektrischen Blocks abgestrahlt werden, eine Phasendifferenz abhängig von der Pfaddifferenz haben, kann die Richtcharakteristik gesteuert werden.
Bei der in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2005-130464 beschriebenen Technik beeinflussen jedoch die Richtcharakteristik der Antenne (Breite der Hauptkeule und Antennenöffnungsgröße), der Frequenzbereich und die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Blocks die äußere Form des dielektrischen Blocks. Wenn daher die Größe (äußere Form) des dielektrischen Blocks durch die Größe des Einbauraums oder dergleichen begrenzt ist, tritt ein Problem dahingehend auf, dass es schwierig wird, die dielektrisch belastete Antenne so zu gestalten, dass die gewünschte Richtcharakteristik erreicht wird. Mit anderen Worten, da die äußere Form des dielektrischen Blocks abhängig von den Gebrauchsumständen (zu erhaltende Richtcharakteristik und zu verwendende Frequenz) und den zu verwendenden Materialien (Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Blocks) schwankt, tritt das Problem auf, dass eine Standardisierung schwierig ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Umstände zu beseitigen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine dielektrisch belastete Antenne zu schaffen, welche die gewünschte Richtcharakteristik erhalten kann, ohne dass eine äußere Form des dielektrischen Blocks geändert wird.
Zur Lösung der obigen Aufgabe enthält eine dielektrisch belastete Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung eine Strahlungsquelle, welche Funkwellen abstrahlt, und einen dielektrischen Block, der so angeordnet ist, dass er eine Abstrahloberfläche der Strahlungsquelle bedeckt.
Der dielektrische Block hat eine zylindrische Außenform. Eine gegenüberliegende Grundfläche, welche eine Grundfläche ist, ist so angeordnet, dass sie zur Abstrahloberfläche der Strahlungsquelle weist. Ein konkaver Abschnitt, der verwendet wird, die Phase von Funkwellen einzustellen, welche über den dielektrischen Block abgestrahlt werden, ist in dieser gegenüberliegenden Grundfläche ausgebildet.
Bei der dielektrisch belasteten Antenne der vorliegenden Erfindung mit obigem Aufbau werden von der Abstrahloberfläche der Strahlungsquelle abgestrahlte Funkwel len nach außen über einen Raum abgestrahlt, der von dem konkaven Abschnitt und dem dielektrischen Block gebildet wird.
Wenn die Pfadlänge der Funkwellen von der Strahlungsquelle zu einer Außenfläche des dielektrischen Blocks R ist, die Pfadlänge in dem durch den konkaven Abschnitt gebildeten Raum R1 ist und die Pfadlänge innerhalb des dielektrischen Blocks R2 ist, wird die Pfadlänge der Funkwellen zu R = R1 + R2 (siehe 9).
Die Wellenlänge wird innerhalb des dielektrischen Blocks abhängig von der Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen Blocks verkürzt. Selbst wenn daher die äußere Form des dielektrischen Blocks konstant ist und die Pfadlänge R(= R1 + R2) der Funkwellen konstant ist, kann die Phase von Funkwellen, welche von jedem Abschnitt des dielektrischen Blocks abgestrahlt werden, und damit die Richtcharakteristik der dielektrisch belasteten Antenne beliebig durch ein Verhältnis von R1 und R2 eingestellt werden und kann folglich durch Einstellung der Form des konkaven Abschnitts eingestellt werden.
Daher kann bei der dielektrisch belasteten Antenne der vorliegenden Erfindung die Antennenrichtcharakteristik eingestellt werden, ohne dass die äußere Form des dielektrischen Blocks (und damit die Antennenöffnungsgröße) geändert wird. Im Ergebnis kann die gewünschte Richtcharakteristik im gewünschten Frequenzband problemlos erhalten werden.
Bei der dielektrisch belasteten Antenne der vorliegenden Erfindung kann das Material (Dielektrizitätskonstante) des dielektrischen Blocks beliebig gewählt werden, ungeachtet der äußeren Form (Größe) des dielektrischen Blocks. Somit kann die Freiheit bei der Gestaltung verbessert werden.
Der konkave Abschnitt kann in eine Form gebracht werden, dass Phasen von Funkwellen, welche über den dielektrischen Block abgestrahlt werden, an eine Ebene (Ebene P in 9) angepasst sind, welche in Kontakt mit dem dielektrischen Block an einer freien Grundfläche ist, welche eine Grundfläche des dielektrischen Blocks ist, die sich von der gegenüberliegenden Grundfläche unterscheidet; die Ebene P ist senkrecht zu einer Axialrichtung des dielektrischen Blocks. In diesem Fall kann der Strahlbreite der Hauptkeule verengt werden.
Der konkave Abschnitt ist bevorzugt so ausgeformt, dass der dielektrische Block und die Abstrahloberfläche der Strahlungsquelle nicht miteinander in Kontakt sind. Un ter diesen Umständen werden die Frequenzcharakteristika der Strahlungsquelle nicht durch die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Blocks beeinflusst. Somit kann die Auslegung der Strahlungsquelle erleichtert werden.
Weiterhin ist die Außenform des dielektrischen Blocks bevorzugt zylindrisch oder zylindrisch mit elliptischer Grundfläche.
Insbesondere wenn die Außenform des dielektrischen Blocks ein Zylinder ist, kann die Breite der Hauptkeule in jeder radialen Richtung des kreisförmigen Querschnitts des Zylinders gleichförmig gemacht werden.
Wenn andererseits die Außenform des dielektrischen Blocks ein Zylinder mit elliptischer Grundfläche ist, kann die Breite der Hauptkeule unterschiedlich in den Axialrichtungen der beiden Hauptachsen des elliptischen Querschnitts des elliptischen Zylinders gemacht werden. Insbesondere kann eine flache Strahlform, welche schmal in der Hauptachsenrichtung und breit in der Nebenachsenrichtung ist, erhalten werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine perspektivische Ansicht der Form eines dielektrischen Blocks in einer herkömmlichen Vorrichtung;
2A ist eine Gesamtansicht einer Konfiguration einer dielektrisch belasteten Antenne gemäß einer ersten Ausführungsform;
2B ist eine Draufsicht auf die dielektrisch belastete Antenne von 2A;
3 ist eine Schnittdarstellung durch die dielektrisch belastete Antenne gemäß der ersten Ausführungsform;
4A bis 4C sind jeweils Grafiken, welche Simulationsergebnisse betreffend die Richtcharakteristik zeigen;
5A und 5B sind jeweils Grafiken, welche Simulationsergebnisse betreffend Reflexionscharakteristika etc. zeigen;
6A ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Konfiguration einer dielektrisch belasteten Antenne gemäß einer zweiten Ausführungsform;
6B ist eine Draufsicht auf die dielektrische Antenne von 6A;
7A und 7B sind eine XZ-Querschnittsansicht bzw. eine YZ-Querschnittsansicht der dielektrisch belasteten Antenne gemäß der zweiten Ausführungsform;
8A und 8B sind jeweils grafische Darstellungen von Simulationsergebnissen betreffen die Richtcharakteristik; und
9 ist eine erläuternde Darstellung des Prinzips, mittels dem die Phase von Funkwellen durch die Form eines konkaven Abschnitts eingestellt werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine dielektrisch belastete Antenne gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 9 beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
Eine erste Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 und 9 beschrieben.
Die 2A und 2B sind Gesamtansichten des Aufbaus einer dielektrisch belasteten Antenne 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 2A und 2B gezeigt, umfasst die dielektrisch belastete Antenne 1 ein Substrat 10, welches eine Flachantenne bildet, und einen dielektrischen Block 20, der auf dem Substrat 10 so angeordnet ist, dass ein Funkwellen abstrahlender Bereich des Substrats 10 bedeckt ist.
Das Substrat 10 enthält ein Paar von dielektrischen Schichten 10a und 10b, welche mit einem Masseleiter 10c dazwischen aufeinandergestapelt sind. Ein Abstrahlpfad 11, der als Funkwellenabstrahlbereich dient, ist auf der Oberfläche einer dielektrischen Schicht 10a gebildet. Eine Energieversorgungsleitung 13, welche Energie an den Abstrahlpfad 11 liefert, ist auf der Oberfläche der anderen dielektrischen Schicht ausgebildet.
3 ist eine Querschnittsdarstellung der dielektrisch belasteten Antenne 1 entlang einer XZ-Ebene, welche durch die Mitte des dielektrischen Blocks 20 in 2 verläuft.
Gemäß den 2 und 3 ist die Außenform des dielektrischen Blocks 20 zylindrisch. Die kreisförmige Grundfläche des dielektrischen Blocks 20 ist so gebildet, dass ihre Größe den gesamten Abstrahlpfad 11 bedeckt. Nachfolgend wird von dem Paar von Grundflächen des zylindrischen dielektrischen Blocks 20 die Grundfläche auf der Seite, die am Substrat 10 angebracht ist, als gegenüberliegende Grundfläche bezeichnet. Die Grundfläche an der anderen Seite wird als freie Grundfläche bezeichnet.
Ein konkaver Abschnitt 21, der einen hohlen Abschnitt mit dem Substrat 10 bildet, wenn der dielektrische Block 20 am Substrat 10 angebracht ist, ist in der gegenüberliegenden Grundfläche des dielektrischen Blocks 20 ausgebildet.
Der konkave Abschnitt 21 ist so geformt, dass ein zylindrischer Abschnitt konzentrisch zum dielektrischen Block 20 aus dem dielektrischen Block 20 herausgearbeitet wird. Ein Innendurchmesser des konkaven Abschnitts 21 ist zumindest von einer Größe, die verhindert, dass der Abstrahlpfad 11, der innerhalb des hohlen Abschnitts angeordnet ist, in Kontakt mit dem dielektrischen Block 20 ist.
Die äußere Größe (Höhe T und Durchmesser ⌀) des dielektrischen Blocks 20 und die Größe des hohlen Abschnitts, der durch den konkaven Abschnitt 21 gebildet wird (Höhe Th und Durchmesser [Innendurchmesser] oh), sind so gewählt, dass die gewünschte Richtcharakteristik abhängig von einer Dielektrizitätskonstanten εr des dielektrischen Blocks 20 erhalten werden kann.
Ein Gestaltungsablauf des dielektrischen Blocks 20 wird nachfolgend beschrieben.

(A) Basierend auf dem zu verwendenden Frequenzband f (Wellenlänge λ im freien Raum) und einem Halbwertswinkel θh der Richtcharakteristik, der zu erzielen ist (Breite einer Hauptkeule), wird eine Antennenöffnungsgröße L unter Verwendung der Beziehung gemäß Gleichung (1) festgelegt. Die Außenform des dielektrischen Blocks 20 (Höhe T und Durchmesser ⌀) wird dann unter Verwendung der Beziehung gemäß Gleichung (2) festgesetzt. θh = 0.886 × λ/L (1) L2 ≈ T2+ ⌀2 (2)wobei T und 0 entsprechend gesetzt werden, um basierend auf Einbauraum etc. die oben beschriebene Beziehung zu erfüllen.
(B) Ein Material (Dielektrizitätskonstante) des dielektrischen Blocks 20 wird gewählt.
(C) Die äußere Größe, definiert durch T und ⌀, des dielektrischen Blocks 20 wird festgelegt. Die Größe Th und ⌀h des hohlen Abschnitts, der durch den konkaven Abschnitt 21 des dielektrischen Blocks 20 gebildet wird, wird so eingestellt, dass die Phasen der von jedem Abschnitt des dielektrischen Blocks 20 abgestrahlten Funkwellen auf eine Ebene (Ebene P in 9) abgestimmt sind, welche in Kontakt mit dem dielektrischen Block 20 an der freien Grundflächenseite des dielektrischen Blocks 20 gelangt, wobei diese Ebene senkrecht zur Axialrichtung des dielektrischen Blocks 20 ist.

Wie in 9 gezeigt, sind die Phasen der Funkwellen, die vom dielektrischen Block 20 an der Ebene P abgestrahlt werden, bestimmt durch R1 (Pfadlänge im hohlen Abschnitt) und R2 (Pfadlänge innerhalb des dielektrischen Blocks), was die von der freien Grundfläche abgestrahlten Funkwellen betrifft. Die Phasen werden, was die von der Seitenfläche abgestrahlten Funkwellen betrifft, durch R1, R2 und R3 (Pfadlänge von der Seitenfläche des dielektrischen Blocks 20 zur Ebene P) bestimmt.
Wenn jedoch die Einstellung gemacht wird, wird insbesondere die Richtcharakteristik der dielektrisch belasteten Antenne 1 bestimmt, während die Größe Th und ⌀h des hohlen Abschnitts geändert werden, indem eine Simulation durchgeführt wird, wenn die Größe Th und ⌀h geändert werden. Ein Wert, der erhalten wird, wenn eine Intensitätsdifferenz zwischen der Hauptkeule und der Seitenkeule ausreichend groß ist, wird als Einstellwert verwendet.
<Test>
Die 4A bis 4C und 5A und 5B zeigen Simulationsergebnisse, welche durch einen elektromagnetischen Feldanalysensimulator erhalten werden.
4A zeigt Ergebnisse der dielektrisch belasteten Antenne 1 der vorliegenden Erfindung (nachfolgend als „Beispiel 1” bezeichnet), wobei die Richtcharakteristik durch den konkaven Abschnitt 21 des dielektrischen Blocks 20 eingestellt ist. Die 4B und 4C zeigen Ergebnisse einfacher zylindrischer dielektrisch belasteter Antennen, die keinen konkaven Abschnitt 21 haben (nachfolgend als „Vergleichsbeispiel 1” und „Vergleichsbeispiel 2” bezeichnet).
Die äußere Form des dielektrischen Blocks beträgt T = 36 mm und ⌀ = 31.8 mm. Die Dielektrizitätskonstante εr des dielektrischen Blocks beträgt im Beispiel 1 und im Vergleichsbeispiel 2 jeweils 4.1 und 2.3 im Vergleichsbeispiel 1. Die Größe des hohlen Abschnitts im dielektrischen Block beträgt Th = 10.9 mm und ⌀h = 12 mm (nur im Beispiel 1).
5A ist eine grafische Darstellung, welche Reflexionscharakteristika der Antenne zeigt. Eine durchgezogene Linie zeigt einen Zustand, bei dem der dielektrische Block nicht angebracht ist. Eine dicke gestrichelte Linie bezeichnet Beispiel 1. Eine dünne gestrichelte Linie bezeichnet Vergleichsbeispiel 2. 5B ist eine Diagrammdarstellung, in der Linien die Richtcharakteristik von Beispiel 1 und die Richtcharakteristik von Vergleichsbeispiel 2 zeigen, die überlagert sind. Eine durchgezogene Linie bezeichnet Beispiel 1. Eine gestrichelte Linie bezeichnet Vergleichsbeispiel 2.
Wenn die zu verwendende Frequenz 24 GHz beträgt, die äußere Abmessung des dielektrischen Blocks T = 36 mm und ⌀ = 31.8 mm beträgt und ein dielektrischer Block mit keinem konkaven Abschnitt (hohlem Abschnitt) verwendet wird, kann eine bevorzugte Richtcharakteristik erreicht werden, wenn die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Blocks εr = 2.3 beträgt (Vergleichsbeispiel 1). Wenn jedoch die Dielektrizitätskonstante εr = 4.1 beträgt (Vergleichsbeispiel 2), ist die Intensitätsdifferenz zwischen Hauptkeule und Seitenkeule klein und eine bevorzugte Richtcharakteristik kann nicht erhalten werden (siehe 4B und 4C).
Bei der dielektrisch belasteten Antenne 1 kann auch dann, wenn die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Blocks 20 εr = 4.1 beträgt, eine vorteilhafte Richtcharakteristik erhalten werden, wenn die Größe des hohlen Abschnitts, der durch den konkaven Abschnitt 21 gebildet wird, entsprechend eingestellt wird (hier: Th = 10.9 mm und ⌀h = 12 mm). Zusätzlich wird die Breite der Hauptkeule vergrößert (siehe 4A und 5B.
Wenn der dielektrische Block ohne einen konkaven Abschnitt auf den Abstrahlpfad 11 gesetzt wird, treten signifikante Änderungen in Frequenzbändern auf, welche wenig Reflexion haben (wo bevorzugte Charakteristika erhalten werden können). Im dielektrischen Block mit einem konkaven Abschnitt wird eine Frequenzänderung unterdrückt (siehe 4A).
Wie oben beschrieben, kann in der dielektrisch belasteten Antenne 1 die Richtcharakteristik durch den konkaven Abschnitt 21 eingestellt werden, der an der gegenüberliegenden Grundfläche des dielektrischen Blocks 20 vorgesehen ist, und die Größe des hohlen Abschnitts, der durch den konkaven Abschnitt 21 gebildet wird, wird eingestellt.
Daher kann bei der dielektrisch belasteten Antenne 1 die gewünschte Richtcharakteristik im gewünschten Frequenzband erhalten werden, ohne dass die äußere Größe des dielektrischen Blocks 20 (und damit die Antennenöffnungsgröße) geändert wird.
Zusätzlich kann bei der dielektrisch belasteten Antenne 1 das Material (Dielektrizitätskonstante) des dielektrischen Blocks 20 wie gewünscht ausgewählt werden, ungeachtet der äußeren Form (Größe) des dielektrischen Blocks. Daher kann die Freiheit bei der Gestaltung verbessert werden.
Mit anderen Worten, bei einer herkömmlichen Vorrichtung, welche einen dielektrischen Block ohne konkaven Abschnitt 21 verwendet, muss zum Erhalten der gewünschten Richtcharakteristik die äußere Form des dielektrischen Blocks eingestellt werden, nachdem die Gestaltungsvorgänge (A), (B) und (C) durchgeführt wurden. Wenn jedoch die äußere Form des dielektrischen Blocks eingestellt wird, ändert sich die in (B) festgesetzte äußere Größe und somit die Öffnungsgröße der dielektrischen Blockantenne. Die Richtcharakteristik wird auf eine Weise beeinflusst, die unterschiedlich zu dem Effekt ist, der durch die Einstellung der äußeren Form beabsichtigt ist. Daher ist es sehr schwierig, eine Auslegung zu erreichen, mit der die gewünschten Charakteristika erhalten werden können.
Zusätzlich ist in der dielektrisch belasteten Antenne 1 der konkave Abschnitt 21 des dielektrischen Blocks 20 in einer Größe ausgebildet, die verhindert, dass der Abstrahlpfad 11, der innerhalb des hohlen Abschnitts angeordnet ist, welcher vom konkaven Abschnitt 21 gebildet wird, in Kontakt mit dem dielektrischen Block 20 ist.
[Zweite Ausführungsform]
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform einer dielektrisch belasteten Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben.
6A ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Gesamtkonfiguration einer dielektrisch belasteten Antenne 2 gemäß der zweiten Ausführungsform und 6B ist eine Draufsicht auf die dielektrisch belastete Antenne 2 von 6A Wie in den 6A und 6B gezeigt, enthält die dielektrisch belastete Antenne 2 das Substrat 10, welches eine Flachantenne bildet, und einen dielektrischen Block 30 auf dem Substrat 10, der einen Funkwellen abstrahlenden Bereich des Substrats 10 bedeckt.
Die dielektrisch belastete Antenne 2 unterscheidet sich von der dielektrisch belasteten Antenne 1 gemäß der ersten Ausführungsform lediglich mit Blick auf die Form des dielektrischen Blocks 30. Dieser Unterschied wird nachfolgend näher erläutert.
7A ist eine Querschnittsdarstellung der dielektrisch belasteten Antenne 2 entlang einer Ebene XZ, welche durch die Mitte des dielektrischen Blocks 30 von 6 verläuft. 7B ist eine Querschnittsdarstellung der dielektrisch belasteten Antenne 2 entlang einer Ebene YZ, welche durch die Mitte des dielektrischen Blocks 30 von 6 verläuft.
Wie in 6A(6B), 7A und 7B gezeigt, ist der dielektrische Block 30 in Form eines Zylinders mit elliptischer Grundfläche ausgebildet. Die Grundfläche des dielektrischen Blocks 30 ist von einer Größe, dass der gesamte Abstrahlpfad 11 bedeckt ist. Nachfolgend wird von dem Paar von Grundflächen des dielektrischen Blocks 30, der zylindrisch mit elliptischen Grundflächen ist, die Grundfläche auf der Seite, die am Substrat 10 angebracht ist, als gegenüberliegende Grundfläche bezeichnet. Die Grundfläche an der anderen Seite wird als freie Grundfläche bezeichnet. In 7A und 7B ist eine Richtung entlang des kleinen Durchmessers der Ellipse eine X-Achse. Die Richtung entlang des Hauptdurchmessers der Ellipse ist eine Y-Achse.
Ein konkaver Abschnitt 31, der innerhalb des Substrats 10 einen hohlen Abschnitt bildet, wenn der dielektrische Block 30 am Substrat 10 angebracht ist, ist in der gegenüberliegenden Grundfläche des dielektrischen Blocks 30 ausgebildet.
Der konkave Abschnitt 31 ist so geformt, dass ein zylindrischer Abschnitt mit elliptischer Grundfläche konzentrisch zu dem dielektrischen Block 30 aus dem dielektrischen Block 30 herausgearbeitet ist. Ein Innendurchmesser des konkaven Abschnitts 31 ist zumindest von einer Größe, die verhindert, dass der Abstrahlpfad 11, der innerhalb des hohlen Abschnitts angeordnet ist, in Kontakt mit dem dielektrischen Block 30 ist.
Die äußere Größe (Höhe T, Hauptdurchmesser ⌀A und Nebendurchmesser ⌀B) des dielektrischen Blocks 30 und die Größe des hohlen Abschnitts, der durch den konkaven Abschnitt 31 gebildet wird (Höhe Th, Hauptdurchmesser ⌀Ah und Nebendurchmesser ⌀Bh), sind so gewählt, dass die gewünschte Richtcharakteristik abhängig von einer Dielektrizitätskonstanten εr des dielektrischen Blocks 30 erreicht werden kann.
Ein Gestaltungsvorgang des dielektrischen Blocks 30 wird nachfolgend beschrieben.
Die Abläufe (A) bis (C) werden auf eine Weise ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt.
Im Ablauf (A) wird der Halbwertswinkel der Richtcharakteristik, der zu erlangen ist, individuell für die Richtung der X-Achse (Hauptdurchmesser) und die Richtung der Y-Achse (Nebendurchmesser) gesetzt. Eine Öffnungsgröße LA in Richtung der X-Achse und eine Öffnungsgröße LB in Richtung der Y-Achse werden basierend auf den festgesetzten Halbwertswinkeln der Richtcharakteristik berechnet. Der Hauptdurchmesser ⌀A wird aus der Öffnungsgröße LA und der Höhe T berechnet. Der Nebendurchmesser ⌀B wird aus der Öffnungsgröße LB und der Höhe T berechnet.
Im Ablauf (C) werden der Hauptdurchmesser ⌀Ah und der Nebendurchmesser ⌀Bh der Größe des hohlen Abschnitts individuell eingestellt.
[Test]>
Die 8A und 8B zeigen Simulationsergebnisse, die durch einen elektromagnetischen Feldanalysensimulator erhalten werden.
8A zeigt Ergebnisse der dielektrisch belasteten Antenne 2 der vorliegenden Erfindung (nachfolgend als „Beispiel 2” bezeichnet), wo die Richtcharakteristik durch den konkaven Abschnitt 31 des dielektrischen Blocks 30 eingestellt ist. 8B zeigt Ergebnisse einer einfachen elliptisch/zylindrischen dielektrisch belasteten Antenne, welche keinen konkaven Abschnitt 31 hat (nachfolgend als „Vergleichsbeispiel 3” bezeichnet). Eine durchgezogene Linie bezeichnet die Charakteristika in Richtung der X-Achse (Hauptdurchmesser). Eine gestrichelte Linie bezeichnet Charakteristika in Richtung der Y-Achse (Nebendurchmesser).
Die äußere Größe des dielektrischen Blocks beträgt T = 36 mm, ⌀A = 31.8 mm, ⌀B = 19.1 mm sowohl in Beispiel 2 als auch Vergleichsbeispiel 3. Die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Blocks ist εr = 4.1 in Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 3. Die Größe des hohlen Abschnitts im dielektrischen Block beträgt Th = 5 mm, ⌀Ah = 23.8 mm, ⌀Bh = 15.1 mm (nur in Beispiel 2).
Im Vergleichsbeispiel 3 kann eine gewünschte Richtcharakteristik nicht erhalten werden, sowohl betreffen die Richtcharakteristik in der XZ-Ebene als auch die Richtcharakteristik in der YZ-Ebene, da die Intensitätsdifferenz zwischen Hauptkeule und Seitenkeule gering ist. Andererseits kann im Beispiel 2 eine vorteilhafte Richtcharakteristik betreffend sowohl die Richtcharakteristik in XZ-Ebene als auch die Richtcharakteristik in YZ-Ebene erhalten werden, da die Intensitätsdifferenz zwischen der Hauptkeule und der Seitenkeule ausreichend groß ist. Im Beispiel 2 können die Richtcharakteristika erhalten werden, wobei eine Differenz in der Breite der Hauptkeule zwischen der XZ-Ebene und der YZ-Ebene sichergestellt ist.
Wie oben beschrieben, kann bei der dielektrisch belasteten Antenne 2 die Richtcharakteristik durch den konkaven Abschnitt 31 eingestellt werden, der in der gegenüberliegenden Grundfläche des dielektrischen Blocks 30 angeordnet ist, wobei die Größe des hohlen Abschnitts eingestellt wird, der durch den konkaven Abschnitt 31 gebildet wird. Im Ergebnis können ähnliche Effekte wie bei der dielektrisch belasteten Antenne 1 gemäß der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Da weiterhin bei der dielektrisch belasteten Antenne 2 die äußere Form des dielektrischen Blocks 30 und die Form des hohlen Abschnitts, der durch den konkaven Abschnitt 31 gebildet wird, elliptisch/zylindrisch sind, können die Richtcharakteristik in XZ-Ebene und die Richtcharakteristik in YZ-Ebene individuell gestaltet werden. Der Freiheitsgrad bei der Auslegung kann weiter verbessert werden.
[Andere Ausführungsformen]
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Abwandlungen können gemacht werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise sind bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Außenformen der dielektrischen Blöcke 20 und 30 zylindrisch bzw. elliptisch/zylindrisch. Die Außenform kann jedoch auch polygonal sein. Eine Bearbeitung kann an den Oberflächen der dielektrischen Blöcke 20 und 30 durchgeführt werden, um die Richtcharakteristik einzustellen, anstelle dass die Außenformen der dielektrischen Blöcke 20 und 30 einfache Formen haben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2008-315603 [0001]
- JP 2005-130464 [0004, 0006]

Claims

Eine dielektrisch belastete Antenne, aufweisend: eine Strahlungsquelle mit einer Abstrahloberfläche, von der Funkwellen abgestrahlt werden; und einen dielektrischen Block, der so angeordnet ist, dass er die Abstrahloberfläche der Strahlungsquelle abdeckt, wobei der dielektrische Block zylindrische Außenform hat, wobei eine gegenüberliegende Grundfläche, welche eine Grundfläche ist, so angeordnet ist, dass sie zu der Abstrahloberfläche weist, und ein konkaver Abschnitt, der verwendet wird, eine Phase von Funkwellen einzustellen, die über den dielektrischen Block abgestrahlt werden, in der gegenüberliegenden Grundfläche ausgebildet ist.
Die dielektrisch belastete Antenne nach Anspruch 1, wobei der konkave Abschnitt in einer Form ausgebildet ist, mit der Phasen von Funkwellen, die über den dielektrischen Block abgestrahlt werden, an eine Ebene angepasst sind, welche in Kontakt mit dem dielektrischen Block an einer freien Grundfläche gelangt, welche eine Grundfläche unterschiedlich zu der gegenüberliegenden Grundfläche des dielektrischen Blocks ist und senkrecht zu einer Axialrichtung des dielektrischen Blocks verläuft.
Die dielektrisch belastete Antenne nach Anspruch 1, wobei der konkave Abschnitt so ausgebildet ist, dass der dielektrische Block und die Abstrahloberfläche der Strahlungsquelle nicht in Kontakt sind.
Die dielektrisch belastete Antenne nach Anspruch 2, wobei der konkave Abschnitt so ausgebildet ist, dass der dielektrische Block und die Abstrahloberfläche der Strahlungsquelle nicht in Kontakt sind.
Die dielektrisch belastete Antenne nach Anspruch 1, wobei die äußere Form des dielektrischen Blocks zylindrisch oder zylindrisch mit elliptischer Grundfläche ist.
Die dielektrisch belastete Antenne nach Anspruch 2, wobei die äußere Form des dielektrischen Blocks zylindrisch oder zylindrisch mit elliptischer Grundfläche ist.
Die dielektrisch belastete Antenne nach Anspruch 3, wobei die äußere Form des dielektrischen Blocks zylindrisch oder zylindrisch mit elliptischer Grundfläche ist.
Die dielektrisch belastete Antenne nach Anspruch 4, wobei die äußere Form des dielektrischen Blocks zylindrisch oder zylindrisch mit elliptischer Grundfläche ist.
Eine dielektrisch belastete Antenne, aufweisend: eine Strahlungsquelle mit einer Abstrahloberfläche, von der Funkwellen abgestrahlt werden; einen dielektrischen Block, der die Abstrahloberfläche bedeckt und eine zylindrische Außenform hat mit einer ersten Grundfläche, die zu der Abstrahloberfläche weist, und einer zweiten Grundfläche, die als gegenüberliegende Seite der ersten Grundfläche ausgelegt ist; und einen konkaven Block, der in der ersten Oberfläche des dielektrischen Blocks ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass eine Phase von Funkwellen, die über den dielektrischen Block abgestrahlt werden, einstellbar ist.