DE102011076209A1

DE102011076209A1 - Antenne

Info

Publication number: DE102011076209A1
Application number: DE102011076209A
Authority: DE
Inventors: Kento Nakabayashi; Shin-ichiro Matsuzawa; Masaru Ogawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2031-05-21
Also published as: DE102011076209B4; JP2011217360A; JP5450481B2; US8736514B2; US20120229364A1

Abstract

Die Antenne beinhaltet eine erste Masseplatte, ein erstes dielektrisches Substrat, das auf der ersten Masseplatte ausgebildet ist, eine aus leitendem Material gefertigte Übertragungsleitung, die auf dem ersten dielektrischen Substrat ausgebildet ist, und mehrere Antennenelemente, die elektromagnetisch mit der Übertragungsleitung gekoppelt sind. Die Übertragungsleitung ist durch mindestens eine erste Leitung, die als ein Resonator dient, der eine Resonatorlänge gleich (2n – 1)/2 Mal (n ist eine positive Ganzzahl) einer Leitungswellenlänge der Übertragungsleitung aufweist, und mehrere zweite Leitungen gebildet ist, von denen jede eine elektrische Länge länger als die halbe Leitungswellenlänge aufweist, wobei die ersten und zweiten Leitungen abwechselnd bei vorbestimmten Abständen angeordnet sind. Jedes der Antennenelemente ist elektromagnetisch mit einer entsprechenden der zweiten Leitungen gekoppelt.

Description

Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am 9. März 2011 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-52021 auf deren Offenbarung vollinhaltlich Bezug genommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antenne, deren Strahlrichtung durch Variieren der Betriebsfrequenz der Antenne gelenkt werden kann.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2001-44752 (Patentdokument 1) offenbart eine Array-Antenne, die im Millimeterwellenbereich effizient ist und deren Strahlrichtung gelenkt werden kann. Diese Array-Antenne beinhaltet ein dielektrisches Substrat, das eine Masseplatte bzw. Masseschicht, die an einer Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, und eine Streifenleitung aufweist, die an der anderen Oberfläche ausgebildet ist, und mehrere Antennenelemente, die entlang der Länge der Streifenleitung auf beiden Seiten der Streifenleitung angeordnet sind. Die Strahlrichtung dieser Array-Antenne kann durch Variieren der Betriebsfrequenz derselben gelenkt werden. Gemäß einer derartigen herkömmlichen seriengespeisten Array-Antenne ist es möglich, den Antennenstrahl innerhalb eines Winkelbereichs von 1,5 Grad durch Variieren der Operationsfrequenz um 1 GHz zu lenken. Jedoch gibt es eine große Nachfrage, eine Antenne bereitzustellen, die einen sehr viel größeren Strahlabtastbereich aufweist.
P. P. Wang, M. A. Antoniades und G. V. Eleftheriades, IEEE Trans. Antennas and Propagation Vol. 56, No. 10, 2008 (Nicht-Patentdokument 1) beschreibt eine Franklin-Antenne mit einer Struktur, in der sich ein Phasenschieber zwischen jeder von angrenzenden Halbwellendipolantennen befindet. In einer derartigen Franklin-Antenne kann der Strahlwinkel abhängig von einem Betrag der Phasenverschiebung jedes Phasenschiebers durch Variieren der Betriebsfrequenz eingestellt werden.
Die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2007-81825 (Patentdokument 2) offenbart eine Leckwellenantenne mit einer Struktur, in der die Übertragungsleitung der Antenne mit den sogenannten Meta-Materialstrukturen bereitgestellt wird, die sich bei bestimmten Abständen befinden, wobei jede Meta-Materialstruktur eine Lücke, die als ein Kondensator dient, und eine Stichleitung (stub), die als eine Induktivität dient, so beinhaltet, dass die Übertragungsleitung als eine linksdrehende Leitung (left-handed line) innerhalb eines spezifischen Frequenzbereichs operiert. Gemäß einer derartigen Leckwellenantenne ist es möglich, den Antennenstrahl mit großer Variation durch Variieren der Betriebsfrequenz zu lenken.
Jedoch reicht der Abtastwinkelbereich der Array-Antenne, die im Patentdokument 1 beschrieben ist, der um die 1,5 Grad für eine Variation von 1 GHz im Frequenzbereich von 76–77 GHz ist, nicht für eine Verwendung in einem fahrzeuggebundenen Millimeterwellenradar aus.
Die in Patentdokument 2 beschriebene Leckwellenantenne beinhaltet die Struktur, in der die Meta-Materialstrukturen entlang einer Linie mit bestimmten Abständen angeordnet sind, und die Antennenelemente auf den Meta-Materialstrukturen angeordnet sind. Demzufolge wird die Charakteristik der Meta-Materialstruktur ebenso geändert, was zur Folge hat, dass der Antennenstrahlwinkel geändert wird, da der Abstand zwischen dem Antennenelement und der entsprechenden Meta-Materialstruktur klein ist und die elektromagnetische Kopplung dazwischen stark ist, wenn die Form oder Größe jedes Antennenelements geändert wird, um die Emissionsintensität einzustellen. Das heißt, die vorstehende Leckwellenantenne hat ein Problem, dass die Emissionsintensität von der Antenne und der Antennenstrahlwinkel nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können.
Gemäß der im Nicht-Patentdokument 1 beschriebenen Franklin-Antenne ist die Emissionseffizienz niedrig und die Nebenkeulen sind nicht klein, obwohl es möglich ist, den Antennenstrahlwinkel durch Einstellen des Betrags der Phasenverschiebung einzustellen, das es nicht möglich ist, die Emissionsintensität von jedem Antennenelement zu steuern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform stellt eine Antenne zur Verfügung, die aufweist:
eine erste Masseplatte;
ein erstes dielektrisches Substrat, das auf der ersten Masseplatte ausgebildet ist;
eine aus einem leitenden Material gefertigte Übertragungsleitung, die auf dem ersten dielektrischen Substrat ausgebildet ist; und
mehrere Antennenelemente, die elektromagnetisch mit der Übertragungsleitung gekoppelt sind;
wobei
die Übertragungsleitung aus mindestens einer ersten Leitung, die als ein Resonator dient, der eine Resonatorlänge gleich (2n – 1)12 Mal (n ist eine positive Ganzzahl) einer Leitungswellenlänge der Übertragungsleitung aufweist, und mehreren zweiten Leitungen gebildet ist, von denen jede eine elektrische Länge, die länger als die halbe Leitungswellenlänge ist, aufweist, wobei die ersten und zweiten Leitungen sich abwechselnd an vorbestimmten Abständen befinden, und
jedes der Antennenelemente elektromagnetisch mit einer entsprechenden der zweiten Leitungen gekoppelt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Antenne bereitgestellt, deren Strahlwinkel breit gelenkt werden kann, und deren Strahlwinkel und von deren Antennenelementen ausgehende Emissionsintensität unabhängig voneinander gesteuert werden können.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einschließlich der Zeichnungen und Ansprüche ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine Querschnittsdarstellung einer Antenne gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Draufsichtsdarstellung der Antenne der ersten Ausführungsform von oben betrachtet;
3 ein Diagramm, das das planare Muster einer Streifenleitung 13 und Antennenelementen 14 der Antenne der ersten Ausführungsform darstellt;
4 eine vergrößerte Darstellung, die einen Teil des planaren Musters der Streifenleitung 13 und der Antennenelemente 14 darstellt;
5 eine vergrößerte Darstellung, die die Umgebung von einer von ersten Leitungen 130 der Antenne der ersten Ausführungsform darstellt;
6 ein Graph, der ein Simulationsergebnis der Richtwirkung der Antenne der ersten Ausführungsform darstellt;
7 eine Querschnittsdarstellung einer Antenne gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
8 eine Draufsichtsdarstellung, die eine erste Masseplatte 20 der Antenne der zweiten Ausführungsform darstellt;
9 eine Draufsichtsdarstellung, die erste Leitungen 330 einer Antenne gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
10 eine Draufsichtsdarstellung, die Koppelabschnitte zwischen ersten Leitungen und zweiten Leitungen einer Modifikation der Antenne gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
11 eine vergrößerte Darstellung, die einen Koppelabschnitt einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung einer Antenne gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
12 eine Draufsichtsdarstellung, die Koppelabschnitte zwischen ersten Leitungen und zweiten Leitungen einer Modifikation der Antenne gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
13 ein Diagramm, das Koppelpositionen zwischen zweiten Leitungen und Antennenelementen einer Antenne gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
14 eine Draufsichtsdarstellung eines Antennenelements einer Modifikation der ersten Ausführungsform.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
1 ist eine Querschnittsdarstellung einer Antenne gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 2 ist eine Draufsichtsdarstellung der Antenne der ersten Ausführungsform von oben betrachtet. Die Antenne der ersten Ausführungsform beinhaltet eine erste Masseplatte 10, ein erstes dielektrisches Substrat 11a, das auf der ersten Masseplatte 10 ausgebildet ist, eine Streifenleitung 13, die als eine Übertragungsleitung auf dem ersten dielektrischen Substrat 11a ausgebildet ist, ein zweites dielektrisches Substrat 11b, das auf der Streifenleitung 13 und dem ersten dielektrischen Substrat 11a ausgebildet ist, eine zweite Masseplatte 12, die auf dem zweiten dielektrischen Substrat 11a ausgebildet ist und Antennenelemente 14, die mit der Streifenleitung 13 verbunden sind. Das erste dielektrische Substrat 11a und das zweite dielektrische Substrat 11b bilden eine dielektrische Schicht 11. Das erste dielektrische Substrat 11a und das zweite dielektrische Substrat 11b können aus demselben dielektrischen Material oder unterschiedlichen dielektrischen Materialien gefertigt sein. Wie in 1 dargestellt, ist die Antenne der ersten Ausführungsform eine Triplate-Antenne bzw. Dreiplattenantenne, in der die Streifenleitung 13, die aus leitendem Material gefertigt ist, in der dielektrischen Schicht 11 ausgebildet ist, die sich zwischen der ersten Masseplatte 10 und der zweiten Masseplatte 12 befindet. In der folgenden Beschreibung ist λ eine Leiterwellenlänge bei 76,5 GHz. Die Leiterwellenlänge λ ist durch den Ausdruck λ = λ₀/(ε_r)^1/2 gegeben, wobei λ₀ die Freiraumwellenlänge (Wellenlänge im freien Raum) ist, die bei 76,5 GHz ungefähr 3,9 mm ist, und ε_r die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht 11 ist.
3 ist ein Diagramm, das ein planares Muster der Streifenleitung 13 und der Antennenelemente 14 darstellt. 4 ist eine vergrößerte Darstellung, die einen Teil des planaren Musters darstellt. Die Streifenleitung 13 ist durch erste Leitungen 130, die als Resonatoren dienen, und zweite Leitungen 131 gebildet, mit denen entsprechende Antennenelemente 14 verbunden sind. Die ersten Leitungen 130 und die zweiten Leitungen 131 befinden sich abwechselnd in vorbestimmten Abständen bzw. Intervallen entlang einer Richtung (entlang der X-Richtung in 3). Jedes Antennenelement 14 ist mit der Mitte bzw. dem Zentrum einer entsprechenden der zweiten Leitungen 131 verbunden. Die Streifenleitung 13 ist an ihrem Ende mit einem Antennenelement 132 verbunden, um die verbleibende Energie zu emittieren.
5 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Umgebung der ersten Leitungen 130 darstellt. Wie in 4 und 5 dargestellt, sind die ersten Leitungen 130 gerade Leitungen, von denen sich jede in der X-Richtung zwischen den angrenzenden zweiten Leitungen 131 erstreckt. Jede der ersten Leitungen 130 weist eine Länge von λ/2 in der Leitungsrichtung auf und dient als ein λ/2-Resonator. Jede der ersten Leitungen ist an Ihren Enden 130a gegenüberliegend den angrenzenden zweiten Leitungen 131 so geweitet, dass sie als ein λ/2-Resonator eine reduzierte Größe aufweisen.
Jede der zweiten Leitungen 130 ist an vier Stellen rechtwinklig so abgebogen, um eine konvexe Form eines C aufzuweisen. Jede der zweiten Leitungen 131 ist ebenso an ihren Enden 131a gegenüberliegend den angrenzenden ersten Leitungen 13 geweitet. Jede der äußeren Ecken der vier gebogenen Abschnitte 131b der zweiten Leitung 131 ist bezüglich der Leitungsrichtung um 45 Grad abgeschrägt, um eine Reflexion elektromagnetischer Wellen an diesen gebogenen Abschnitten zu reduzieren.
Die zweiten Leitungen 131 können jede Länge gleich oder größer λ/2 aufweisen, wenn die Anregungsphasen der Antennenelemente 14 bei der Mittenbetriebsfrequenz (center of the operating frequency) der Antenne gleichphasig sind. Ist die Länge der zweiten Leitungen 131 kürzer als λ/2, werden, da die zweiten Leitungen 13 als Resonatoren operieren und demzufolge die Resonanzcharakteristika der Antennenelemente 14, die mit den zweiten Leitungen 131 verbunden sind, signifikant geändert werden, werden die Reflexionsfrequenzcharakteristika und Phasenfrequenzcharakteristika der Antennenelemente 14 signifikant verändert, wobei die Steuerung der Anregungsphase der Antenne blockiert wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Länge jeder der zweiten Leitungen 131 auf größer oder gleich λ/2 festgelegt, sodass sie nicht als Resonator operiert. Demzufolge ist es gemäß dieser Ausführungsform möglich, die Charakteristika der Antenne, die durch die Charakteristika der Antennenelemente 14 beeinflusst werden, und die Charakteristika der Antenne, die durch die ersten Leitungen 130 beeinflusst werden, die als Resonatoren dienen, einzeln zu steuern. Die Charakteristika der Antenne, die durch die Charakteristika der Antennenelemente 14 beeinflusst werden, beinhalten die Verstärkung, die Polarisationsrichtung und den Nebenkeulenpegel der Antenne.
Das Antennenelement 14 ist ein rechtwinkliger Leiter mit einer Länge von annähernd λ/2. Das Antennenelement 14 ist mit einem Abschnitt 131c (nachfolgend als ”Antennenelementkoppelabschnitt 131c” bezeichnet) der entsprechenden zweiten Leitung 131 verbunden. Der Antennenelementkoppelabschnitt 131c erstreckt sich in der X-Richtung und ist nicht kolinear zur ersten Leitung 130. Die Längsrichtung jedes Antennenelements 14 befindet sich in einem 45 Grad Winkel zur X-Richtung, sodass die Polarisationsrichtung elektromagnetischer Wellen einen 45 Grad Winkel bezüglich der X-Richtung aufweist.
Jedoch kann die Längsrichtung jedes Antennenelements 14 bezüglich der X-Richtung auch auf einen Winkel außer 45 Grad festgelegt werden, um eine erforderliche Polarisationsrichtung zu erlangen.
Wie in 3 dargestellt, sind die Antennenelemente 14 derart geformt, dass die Breiten der Antennenelemente 14 in Richtung des Endes der Streifenleitung 13 größer werden. Die Intensität einer Emission elektromagnetischer Wellen vom Antennenelement 14 steigt mit dem Anstieg seiner Breite an. Werden die Antennenelemente wie vorstehend beschrieben geformt, ist es möglich, eine Variation der Emissionsintensität bezüglich dem Abstand zu einem Einspeisepunkt der Antenne zu kompensieren.
Der Grund aus dem die zweite Leitung 131 an vier Stellen gebogen ist, ist, um den Abstand der Antennenelemente 14 kleiner oder gleich λ₀ zu machen. Ist der Abstand der Antennenelemente 14 größer als λ₀, wird es, das Rasterkeulen ausgebildet werden, schwierig für die Antenne, einen gewünschten gerichteten Strahl zu emittieren. Wenn jedoch der Abstand der Antennenelemente 14 zu kurz ist, interagieren jeweils zwei angrenzende der Antennenelemente 14 miteinander. Demzufolge ist der Abstand bevorzugt größer oder gleich λ₀/2 und kleiner oder gleich λ₀. Weiter bevorzugt wird das Intervall bzw. der Abstand innerhalb des Bereichs von 0,7 λ₀ bis 0,95 λ₀ festgelegt.
Wie in 2 dargestellt, ist die zweite Masseplatte 12 mit mehreren rechtwinkligen Fenstern 15 ausgebildet. Die Fenster 15 befinden sich an Positionen gegenüber den entsprechenden Antennenelementen 14 in der Z-Richtung. Die langen Seiten des Fensters 15 sind parallel zur Längsrichtung des Antennenelements 14. Die kurzen Seiten und langen Seiten des Fensters 15 sind senkrecht zueinander. Die Fenster 15 werden bereitgestellt, um die Emissions- und Empfangseffizienzen der Antennenelemente 14 zu erhöhen. In der ersten Ausführungsform sind die Fenster 15 in der zweiten Masseplatte 12 ausgebildet, um elektromagnetische Wellen von der Seite der zweiten Masseplatte 12 zu emittieren und zu empfangen. Jedoch können die Fenster 15 in der ersten Masseplatte 10 ausgebildet werden, wenn es erforderlich ist, elektromagnetische Wellen von der Seite der ersten Masseplatte 10 zu emittieren und zu empfangen.
Die Summe der Längen der ersten Leitungen 130 und der Längen der zweiten Leitungen 131 wird so bestimmt, dass alle Antennenelemente 14 dieselbe Speisephase bei einer Entwurfsfrequenz aufweisen. Das heißt, die Antenne dieser Ausführungsform wird so entworfen, dass die Strahlrichtung senkrecht zur ersten Masseplatte 10 und zur zweiten Masseplatte 12 ist, d. h. parallel zur Z-Richtung.
Ist die Frequenz der Energie, die von einem nicht dargestellten Speisepunkt zur Verfügung gestellt wird, gegenüber einer Entwurfsfrequenz verschoben, tritt unter den Antennenelementen 14 eine Variation der Speisephase auf, wodurch die Strahlrichtung verändert wird. In der Antenne dieser Ausführungsform wird eine Phasenvariation bzw. Phasenabweichen erhöht, da jede erste Leitung 130 als ein Resonator dient, wodurch die Strahlrichtung weiter wird. Das Ausmaß des Anstiegs der Phasenabweichung kann durch die Kapazität, die durch eine Lücke zwischen jeder ersten Leitung 130 und jeder angrenzenden zweiten Leitung 131 ausgebildet ist, gesteuert werden. Das heißt, das Ausmaß der Phasenabweichung kann durch den Abstand zwischen jeder ersten Leitung und jeder zweiten Leitung 131 und die Breiten der ersten Leitungen 130 und der zweiten Leitungen 131 an ihren Ende gesteuert werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der Antenne der ersten Ausführungsform die Strahlrichtung in einem breiteren Winkelbereich durch Ändern der Frequenz der Speiseenergie (Betriebsfrequenz) gesteuert werden, verglichen mit der herkömmlichen Array-Antenne, die im Patentdokument 1 offenbart ist.
Demzufolge kann eine Produktivität eines Fahrzeugs verbessert werden, wenn die Antenne der ersten Ausführungsform für ein Millimeterwellenradar des Fahrzeugs verwendet wird, da der Radarstrahlwinkel durch Einstellen der Betriebsfrequenz der Antenne eingestellt werden kann, ohne den Befestigungswinkel des Radars manuell einstellen zu müssen.
6 ist ein Graph, der Simulationsergebnisse der Richtwirkung in der Z-X-Ebene der Antenne dieser Ausführungsform darstellt, wenn die Betriebsfrequenz 76 GHz ist, und wenn die Betriebsfrequenz 77 GHz ist. In diesem Graph ist die Z-Richtung eine Richtung eines 0 Grad Elevationswinkels. Wie aus diesem Graph ersichtlich ist, ändert sich die Strahlrichtung um annähernd vier Grad, wenn die Betriebsfrequenz zwischen 76 GHz und 77 GHz geändert wird. Demzufolge ist es in diese Ausführungsform möglich, die Strahlrichtung um annähernd vier Grad durch Ändern der Betriebsfrequenz um 1 GHz innerhalb des Frequenzbereichs zwischen 76 GHz und 77 GHz zu ändern.
Zweite Ausführungsform
7 ist eine Querschnittsansicht einer Antenne gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Antenne der zweiten Ausführungsform beinhaltet eine erste Masseplatte 20, ein erstes dielektrisches Substrat 21, das auf der ersten Masseplatte 20 ausgebildet ist, und eine aus leitendem Material gefertigte Mikrostreifenleitung, die als eine Übertragungsleitung auf dem ersten dielektrischen Substrat 21 ausgebildet ist. Wie die Streifenleitung 13 der ersten Ausführungsform, die in 3 und 4 dargestellt ist, ist die Mikrostreifenleitung 23 der zweiten Ausführungsform durch die ersten Leitungen 230 und die zweiten Leitungen 231 gebildet, die sich abwechselnd zueinander in vorbestimmten Abständen befinden.
Die erste Masseplatte 20 ist mit mehreren rechtwinkligen Schlitzen 24 ausgebildet. Die Schlitze befinden sich in einem Winkel von 45 Grad zur Leitungsrichtung (Z-Richtung) der Mikrostreifenleitung 23. Die Schlitze 24 befinden sich an derartigen Positionen, dass die Schlitze 24 teilweise entsprechende Antennenelementkoppelabschnitte 231c der zweiten Leitungen 231 überlappen, die parallel zur X-Richtung und nicht kolinear zu den ersten Leitungen 230 sind, wenn von der Z-Richtung senkrecht zur ersten Masseplatte 20 betrachtet wird. Jeder Schlitz ist mit der entsprechenden zweiten Leitung 231 elektromagnetisch gekoppelt, um als ein Antennenelement zu operieren.
Gemäß der Antenne der zweiten Ausführungsform kann wie bei der Antenne der ersten Ausführungsform der Strahlwinkel in einem breiten Winkelbereich durch Ändern der Betriebsfrequenz gelenkt werden, da die ersten Leitungen als Resonatoren operieren, die die Phasenabweichung aufgrund einer Änderung der Betriebsfrequenz erhöhen.
Dritte Ausführungsform
Die Antenne einer dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Antenne der ersten Ausführungsform dadurch, dass jede der ersten Leitungen 130 durch ein Paar erster Leitungen 330 ersetzt wird, die sich in bestimmten Abständen zueinander befinden. Wie in 9 dargestellt ist, ist jede der ersten Leitungen 330 aus einer geraden Leitung 330a und zwei Stichleitungen (stubs) 330b gebildet, die in dem Mittenabschnitt der geraden Leitung 330a in einer Kreuzform so bereitgestellt werden, dass sie orthogonal zur Leitungsrichtung (X-Richtung) sind. Die Stichleitungen 330b dienen so als Induktivitäten, dass die physikalische Länge des λ/2-Resonators um annähernd 0,25 λ reduziert ist.
Durch das Bereitstellen des Paars der zwei ersten Leitungen 330, die als der λ/2-Resonator dienen, kann die Phasenabweichung unter den Antennenelementen 14 gegenüber der ersten Ausführungsform erhöht werden, um dadurch den Strahlabtastbereich der Antenne weiter zu vergrößern.
Die vorstehende Konfiguration, bei der jede der ersten Leitungen 130 durch das Paar der ersten Leitungen 330 ersetzt wird, kann auf die zweite Ausführungsform angewandt werden.
Vierte Ausführungsform
11 und 12 zeigen eine Antenne gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. In 11 und 12 geben die gleichen Bezugszeichen wie die in den vorstehend beschriebenen Figuren die gleichen oder entsprechende Elemente oder Abschnitte an. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Struktur zum elektromagnetischen Koppeln zwischen den ersten Leitungen und den zweiten Leitungen. In dieser Ausführungsform ist die erste Leitung 430 eine gerade Leitung mit einer Länge gleich der halben Leitungswellenlänge in der Signalausbreitungsrichtung oder Ausbreitungsrichtung elektrischer Energie (der X-Richtung). Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist die Breite der ersten Leitung 430 an ihren Enden nicht erhöht. Wie bei der ersten Ausführungsform ist die zweite Leitung 431 an vier Stellen rechtwinklig gebogen, um eine Form eines Buchstabens C aufzuweisen. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist die Breite der zweiten Leitung 431 an ihren Enden nicht erhöht. Die erste Leitung 430 beinhaltet Seitenkantenabschnitte 430a, die sich in der X-Richtung erstrecken. Die zweite Leitung 431 beinhaltet Seitenkantenabschnitte 431a, die sich in der X-Richtung erstrecken. Die Seitenkantenabschnitte 430 stehen den entsprechenden Seitenkantenabschnitten 431a mit einer bestimmten Lücke dazwischen gegenüber. Die Gegenüberstehlänge L der Seitenkantenabschnitte 430a und 431a und die Lücke D zwischen den Seitenkantenabschnitten 430a und 431a werden gemäß einer erforderlichen Koppelkapazität und Koppelinduktivität bestimmt. Die Gegenüberstehlänge L ist größer als die Breite der ersten und zweiten Leitungen.
Gemäß der vierten Ausführungsform ist der Abstand W zwischen steigenden Abschnitten 431d und 431e der zweiten Leitungen 431, die sich auf beiden Seiten der ersten Leitung befinden, gegenüber der ersten Ausführungsform verkürzbar, da die erste Leitung 430 und die zweite Leitung 431 an ihren Seitenendabschnitten 430a und 431a gekoppelt sind. Demzufolge kann die Länge der Antenne dieser Ausführungsform verglichen mit der ersten Ausführungsform verkürzt werden. Ferner kann, da die Gegenüberstehlänge L der Seitenendabschnitte 430a und 430b länger als die Breite der ersten und zweiten Leitungen ist, die Abweichung der Lücke D und der Gegenüberstehlänge L von Produkt zu Produkt ausreichend klein gehalten werden. Demzufolge kann die Abweichung der Antennenstrahlrichtwirkung bezüglich der Betriebsfrequenz von Produkt zu Produkt gegenüber der ersten Ausführungsform verringert werden. In dieser Ausführungsform sind die angrenzenden Antennenelemente 14 miteinander durch den Antennenelementkoppelabschnitt wie in der ersten Ausführungsform verbunden. Die Antenne dieser Ausführungsform beinhaltet die erste Masseplatte 10, das erste dielektrische Substrat 11a, das zweite dielektrische Substrat 11b, die zweite Masseplatte 12 und die Fenster 15 wie im Fall der ersten Ausführungsform. Die Konfiguration dieser Ausführungsform, die vorstehend erläutert ist, kann auf die Struktur der zweiten Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, und auf die Struktur der dritten Ausführungsform, die in 9 dargestellt ist, angewandt werden. 12 stellt den Fall dar, in dem diese Konfiguration auf die Struktur der dritten Ausführungsform, die in 9 dargestellt ist, angewandt wird. Wie in 12 dargestellt ist, hat dieser Fall eine Struktur, bei der Seitenkantenabschnitte 531a von zwei zweiten Leitungen 531 sich gegenüber Seitenkantenabschnitten 530a von zwei ersten Leitungen 530 befinden, die miteinander mit einem bestimmten Abstand dazwischen gekoppelt sind.
Fünfte Ausführungsform
Als Nächstes wird eine Antenne gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 13 beschrieben. In der ersten Ausführungsform ist das Antennenelement 14 mit der Mitte bzw. dem Zentrum der zweiten Leitung 131 bezüglich der Signalausbreitungsrichtung oder Ausbreitungsrichtung elektrischer Energie (der X-Richtung) verbunden. In der fünften Ausführungsform wird der Verbindungspunkt zwischen dem Antennenelement 14 und der zweiten Leitung 131 von der Mitte der zweiten Leitung 131 verschoben. Das heißt, dass in dieser Ausführungsform jedes der Antennenelemente 14 mit der entsprechenden zweiten Leitung an einer von der Mitte des Antennenelementkoppelabschnitts 131c in der Längenrichtung beabstandeten Position verbunden ist. Gemäß dieser Konfiguration ist die Emissionsverteilung in der Längenrichtung der Antenne einheitlich, da die Emissionsintensität von jedem Antennenelement 14 reduziert werden kann.
Das Fenster 15 ist rechteckförmig ausgebildet und weist lange Seiten 15a parallel zu den langen Seiten 14a des Antennenelements 14 einer rechteckigen Kartenform auf. Das Antennenelement 14 erstreckt sich parallel zu den langen Seiten 15a des Fensters 15 und passiert dabei die Mitte einer der kurzen Seiten 15b. Das Fenster 15 befindet sich bezüglich des Antennenelementkoppelabschnitts 131c an einer derartigen Position, sodass die zweite Leitung 131 unterhalb des Fensters 15 nicht vorliegt. Durch diese Konfiguration ist es möglich, die Kreuzpolarisation, die durch die Öffnungen der Fenster 15 verursacht wird, zu reduzieren.
Die vorstehend beschriebene Konfiguration, bei der jedes der Antennenelemente 14 mit der entsprechenden zweiten Leitung an einer Position verbunden ist, die von der Mitte des Antennenelementkoppelabschnitts 131c bezüglich der Längenrichtung beabstandet ist, kann auf die zweite Ausführungsform und die dritte Ausführungsform angewandt werden. In dem Fall, in dem diese Konfiguration auf die zweite Ausführungsform angewandt wird, wird die Position elektromagnetischer Kopplung zwischen dem Schlitz 24 und der zweiten Leitung 231, die in 8 dargestellt ist, von der Mitte des Antennenelementkoppelabschnitts 231c der zweiten Leitung 231 bezüglich der Signalausbreitungsrichtung oder Ausbreitungsrichtung elektrischer Energie (der X-Richtung) verschoben. Der Verschiebungsbetrag wird so festgelegt, dass die Emissionsintensität vom Schlitz 24 ausgehender elektrischer Wellen ein gewünschter Wert wird.
Die vorstehend beschriebene Konfiguration, bei der das Fenster 15 an einer derartigen Position bezüglich dem Antennenelementkoppelabschnitt 131c ist, bei der die zweite Leitung 131 unterhalb des Fensters 15 nicht präsent ist, kann auf die dritte Ausführungsform angewandt werden.
Weitere Ausführungsformen
Die erste Ausführungsform kann derart modifiziert werden, dass anstatt eines rechtwinkligen Leiters mit einer Länge λ/2 ein rechtwinkliger Schlitz, der in der ersten Masseplatte 10 oder der zweiten Masseplatte 12 ausgebildet ist, als das Antennenelement 14 wie in der zweiten Ausführungsform verwendet werden kann. In diesem Fall ist es nicht nötig, die Fenster 15 in der zweiten Masseplatte 12 auszubilden. Ferner, wie in 14 dargestellt, können eine Speiseleitung 34b, die mit einer Patch-Antenne 34, die aus einem quadratischen Leiter mit einer Seitenlänge von annähernd λ/2 gefertigt ist, und der Antennenelementkoppelabschnitt 131c der zweiten Leitung 131 als das Antennenelement 14 verwendet werden. In diesem Fall kann die Polarisationsrichtung gemäß der Richtung der Speiseleitung 34b gesteuert werden. Ebenso ist es durch eine derartige Konfiguration möglich, die Emissions- und Empfangseffizienzen für elektromagnetische Wellen durch Ausbilden der Fenster 35 in der zweiten Masseplatte 12 zu erhöhen.
Die zweite Ausführungsform kann derart modifiziert werden, dass anstelle der Schlitze 24, die in der ersten Masseplatte 20 ausgebildet sind, rechtwinklige Leiter einer Länge λ/2, die jeweils mit den zweiten Leitungen 231 verbunden sind, als die Antennenelemente wie in der ersten Ausführungsform verwendet werden können. Des Weiteren können die Patch-Antenne 34a und die Speiseleitung 34b wie in 14a dargestellt als das Antennenelement verwendet werden.
In der vorstehend beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsform ist die elektrische Länge der ersten Leitung λ/2. Jedoch kann die erste Leitung als ein Resonator operieren, wenn die elektrische Länge der ersten Leitung (2n – 1)·λ/2 ist (wobei n ein Integer größer als 1 ist).
Die vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsformen sind beispielhaft für die Erfindung der vorliegenden Anmeldung, die einzig durch die angehängten Ansprüche beschrieben wird. Es ist selbstverständlich, dass Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen in für den Fachmann naheliegender Art und Weise ausgeführt werden können.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung eine Antenne, die eine erste Masseplatte, ein erstes dielektrisches Substrat, das auf der ersten Masseplatte ausgebildet ist, eine aus leitendem Material gefertigte Übertragungsleitung, die auf dem ersten dielektrischen Substrat ausgebildet ist, und mehrere Antennenelemente beinhaltet, die elektromagnetisch mit der Übertragungsleitung gekoppelt sind. Die Übertragungsleitung ist durch mindestens eine erste Leitung, die als ein Resonator dient, der eine Resonatorlänge gleich (2n – 1)/2 Mal (n ist eine positive Ganzzahl) einer Leitungswellenlänge der Übertragungsleitung aufweist, und mehrere zweite Leitungen gebildet ist, von denen jede eine elektrische Länge länger als die halbe Leitungswellenlänge aufweist, wobei die ersten und zweiten Leitungen abwechselnd bei vorbestimmten Abständen angeordnet sind. Jedes der Antennenelemente ist elektromagnetisch mit einer entsprechenden der zweiten Leitungen gekoppelt.
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.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011-52021 [0001]
JP 2001-44752 [0003]
JP 2007-81825 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

P. P. Wang, M. A. Antoniades und G. V. Eleftheriades, IEEE Trans. Antennas and Propagation Vol. 56, No. 10, 2008 [0004]

Claims

Eine Antenne aufweisend: eine erste Masseplatte; ein erstes dielektrisches Substrat, das auf der ersten Masseplatte ausgebildet ist; eine aus einem leitenden Material gefertigte Übertragungsleitung, die auf dem ersten dielektrischen Substrat ausgebildet ist; und mehrere Antennenelemente, die elektromagnetisch mit der Übertragungsleitung gekoppelt sind; wobei die Übertragungsleitung aus mindestens einer ersten Leitung, die als ein Resonator dient, der eine Resonatorlänge gleich (2n – 1)/2 Mal (n ist eine positive Ganzzahl) einer Leitungswellenlänge der Übertragungsleitung aufweist, und mehreren zweiten Leitungen gebildet ist, von denen jede eine elektrische Länge, die länger als die halbe Leitungswellenlänge ist, aufweist, wobei die ersten und zweiten Leitungen sich abwechselnd an vorbestimmten Abständen befinden, und jedes der Antennenelemente elektromagnetisch mit einer entsprechenden der zweiten Leitungen gekoppelt ist.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei Seitenkantenabschnitte von angrenzenden zwei der zweiten Leitungen gegenüber einem Seitenkantenabschnitt der ersten Leitung zwischen den angrenzenden zwei der zweiten Leitungen mit einer bestimmten Lücke dazwischen an beiden Enden der ersten Leitung in einer Längenrichtung der ersten Leitung angeordnet sind.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei die mehreren Antennenelemente in Abständen kleiner oder gleich einer Freiraumwellenlänge bei einer Betriebsfrequenz der Antenne angeordnet sind.
Antenne gemäß Anspruch 3, wobei jede der zweiten Leitungen an vier Stellen gebogen ist, um eine konvexe Form eines Buchstabens C aufzuweisen.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei jede der ersten und zweiten Leitungen eine an beiden Enden dieser erhöhte Breite aufweist.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei die erste Leitung mit einem Paar aus Stichleitungen ausgestattet ist.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei jedes der Antennenelemente aus einem rechtwinkligen Leiter gefertigt ist, der integral mit einer entsprechenden der zweiten Leitungen verbunden ist.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei jedes der Antennenelemente eine Patch-Antenne ist, die aus einem quadratischen Leiter gefertigt ist, der mit einer entsprechenden der zweiten Leitungen mittels einer Speiseleitung, die aus einem Leiter gefertigt ist, verbunden ist.
Antenne gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: ein zweites dielektrisches Substrat, das auf der Übertragungsleitung und dem ersten dielektrischen Substrat ausgebildet ist; und eine zweite Masseplatte, die auf dem zweiten dielektrischen Substrat ausgebildet ist.
Antenne gemäß Anspruch 9, wobei eine der ersten und zweiten Masseplatten mit Fenstern an Positionen ausgebildet ist, die jeweils den Antennenelementen in einer Richtung senkrecht zur ersten oder zweiten Masseplatte gegenüberstehen.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei jedes der Antennenelemente ein rechtwinkliger Schlitz ist, der in der ersten Masseplatte ausgebildet ist.
Antenne gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend: ein zweites dielektrisches Substrat, das auf der Übertragungsleitung und dem ersten dielektrischen Substrat ausgebildet ist, und eine zweite Masseplatte, die auf dem zweiten dielektrischen Substrat ausgebildet ist, wobei jedes der Antennenelemente ein rechtwinkliger Schlitz ist, der in einer der ersten Masseplatte und der zweiten Masseplatte ausgebildet ist.
Antenne gemäß Anspruch 10, wobei jedes der Fenster an einer Position unterhalb der keine der zweiten Leitungen vorliegt, ausgebildet ist.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei jedes der Antennenelemente elektromagnetisch mit einer entsprechenden der zweiten Leitungen an einer Position gekoppelt ist, die gegenüber einer Mitte der entsprechenden zweiten Leitung in einer Richtung einer Signalausbreitung oder einer Ausbreitung elektrischer Energie der entsprechenden zweiten Leitung verschoben ist.