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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am 9. Dezember 2010 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-274511 , auf deren Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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[Technisches Gebiet der Erfindung]
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Phased-Array-Antenne mit mehreren Antennenelementen und ein Phasenkalibrierungsverfahren für die Phased-Array-Antenne zur Kalibrierung einer Phase jedes Antennenelements.
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[Stand der Technik]
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Eine Phased-Array-Antenne mit mehreren Antennenelementen wird benötigt, um eine Phase jedes Antennenelements derart zu kalibrieren, dass von den Antennenelementen abgestrahlte Funkwellen die gleiche Phase aufweisen, wenn ein vorbestimmter Satz von Bedingungen erfüllt wird.
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Bekannt ist ein Verfahren, gemäß dem auf eine Kalibrierung einer Phase der mehreren Antennenelemente folgend (i) eine Phase von nur einem beliebigen Antennenelement geändert wird, unter der Bedingung, dass Funkwellen mit einer vorbestimmten Leistung abgestrahlt werden, (ii) eine resultierende Änderung in einer abgestrahlten Leistung von allen der mehreren Antennenelemente an einem Empfänger, der an einer Frontebenenseite einer Funkwellenabstrahlungsebene angeordnet ist, überwacht wird, um einen Phasenwert des einen beliebigen Antennenelements zu erhalten, (iii) die obigen Schritte (i) und (ii) für alle Antennenelemente ausgeführt werden, um Phasenwerte von allen Antennenelementen zu erhalten, und (iv) eine Phase jedes Antennenelements auf der Grundlage dieser Phasenwerte kalibriert wird (siehe
WO 2004/013644 A1 ).
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Für den Fall, das nur ein Antennenelement geändert wird, ist eine abgestrahlte Leistung, die am Empfänger empfangen werden kann, jedoch gering. Dies erschwert es, eine Korrelation zwischen der resultierenden Änderung in diesem einen Antennenelement und der abgestrahlten Leistung genau zu erhalten. Folglich kann für den Fall, dass eine Änderung in der abgestrahlten Leistung von allen Antennenelementen gemessen wird, die Phase des einen Antennenelements nicht genau erhalten werden, so dass eine Kalibrierung der Antennenelemente nicht genau ausgeführt werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend beschriebenen Umstände geschaffen worden, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Phased-Array-Antenne und ein Phasenkalibrierungsverfahren für die Phased-Array-Antenne bereitzustellen, die dazu ausgelegt sind, eine Phase von Antennenelementen einer Phased-Array-Antenne auf einfache Weise und genau zu kalibrieren.
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Gemäß einem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Phased-Array-Antenne bereitgestellt, mit: einem Oszillator, der Funkwellen erzeugt; mehreren Antennenelementen, die Funkwellen abstrahlen; einem Phasenschieber, der mit jedem der mehreren Antennenelemente verbunden ist und eine Phase von Funkwellen ändert, die von den mehreren Antennenelementen abgestrahlt werden; einem Verteiler, der vom Oszillator erzeugte Funkwellen über den Phasenschieber auf die mehreren Antennenelemente verteilt; einem Empfänger, der Funkwellen empfängt, die von den mehreren Antennenelementen abgestrahlt werden; und einem Steuerprozessor, der einen Kalibrierungsprozess ausführt, um a) von den mehreren Antennenelementen ein Referenzantennenelement als eine Referenz einer Phasenkalibrierung für die Phased-Array-Antenne und ein Zielantennenelement als ein Ziel der Phasenkalibrierung bezüglich des Referenzantennenelements zu wählen, um es den vom Oszillator erzeugten Funkwellen zu ermöglichen, über den Verteiler für das Referenzantennenelement und das Zielantennenelement bereitgestellt zu werden, b) ein Muster einer Änderung in einer Empfangsleistung von Funkwellen zu erhalten, die an der Empfangseinheit empfangen werden, wenn eine Phase des Phasenschiebers, der mit dem Referenzantennenelement verbunden ist, fest ist, und eine Phase des Phasenschiebers, der mit dem Zielantennenelement verbunden ist, geändert wird, c) aus den erhaltenen Mustern die Phase des mit dem Zielantennenelement verbundenen Phasenschiebers zu extrahieren, bei welcher die Empfangsleistung einen lokalen Minimalwert annimmt, und d) die extrahierte Phase zu 180° zu addieren, um den resultierenden Wert hiervon auf einen Kalibrierungswert für die Phase des mit dem Zielantennenelement verbundenen Phasenschiebers zu setzen.
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Der Steuerprozessor kann den Kalibrierungsprozess wiederholen, während er das Zielantennenelement wechselt, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden.
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Das Referenzantennenelement kann ein Antennenelement sein, das willkürlich von den mehreren Antennenelementen gewählt wird und gewählt bleibt, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden, und das Zielantennenelement kann ein Antennenelement sein, das von den mehreren Antennenelementen, mit Ausnahme des Referenzantennenelements, gewählt und wiederholt zu einem anderen Antennenelement gewechselt wird, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden.
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Gemäß der obigen Phased-Array-Antenne kann dann, wenn eine Phase des Phasenschiebers, der mit dem Referenzantennenelement verbunden ist, fest ist, und eine Phase des Phasenschiebers, der mit dem Zielantennenelement verbunden ist, geändert wird, ein Empfangssignaländerungsmuster (Empfangsleistungsänderungsmuster) erhalten werden, in Abhängigkeit einer Phasendifferenz zwischen der Phase des Phasenschiebers, der mit dem Referenzantennenelement verbunden ist, und der Phase des Phasenschiebers, der mit dem Zielantennenelement verbunden ist.
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Folglich kann eine Phasenkalibrierung, bei der eine Phase des Zielantennenelements mit einer Phase des Referenzantennenelements abgeglichen wird, ausgeführt werden, indem eine Phase, bei welcher die Empfangsleistung einen lokalen Minimalwert annimmt, aus dem Empfangsleistungsänderungsmuster extrahiert wird, und indem die extrahierte Phase zu 180° addiert wird, um den resultierenden Wert als einen Phasenwert des mit dem Zielantennenelement verbundenen Phasenschiebers zu bestimmen.
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Ferner wird dann, wenn die obige Kalibrierung für alle der anderen Antennenelemente bezüglich des Zielantennenelements ausgeführt wird, eine Phase von allen der anderen Antennenelemente abgeglichen, woraufhin eine Phasenkalibrierung der gesamten Phased-Array-Antenne ausgeführt werden kann.
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Im Stand der Technik wird dann, wenn nur eine Phase eines beliebigen Antennenelements geändert wird, unter der Bedingung, dass die mehreren Antennenelemente Funkwellen mit einer vorbestimmten Leistung abstrahlen, eine Änderung in einer Empfangsleistung der Funkwellen, die am Empfänger empfangen werden, gemessen. In diesem Fall kann eine Phase des beliebigen einen Antennenelements nicht genau erhalten werden, da die Änderung in der Empfangsleistung gering ist.
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Demgegenüber wird gemäß dem beispielhaften Aspekt, da zwei Antennenelemente, d. h. das Referenzantennenelement und das Zielantennenelement, Funkwellen abstrahlen, ein Empfangsleistungsmuster der am Empfänger empfangenen Funkwellen eine Differenz zwischen Ausgängen von zwei Antennenelementen auf der Grundlage einer Änderung in einer Phasendifferenz zwischen zwei Antennenelementen, so dass ein markanter lokaler Minimalwert einer Empfangsleistung erhalten werden kann.
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D. h., verglichen mit dem Stand der Technik kann eine Phasenkalibrierung genau ausgeführt werden, indem eine Phase des Zielantennenelements extrahiert wird, bei der ein lokaler Minimalwert einer Empfangsleistung in einem Empfangsleistungsänderungsmuster in markanter Weise auftritt, und indem die extrahierte Phase zu 180° addiert wird, um den resultierenden Wert als Kalibrierungswert des Zielantennenelements zu verwenden.
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Der Steuerprozessor kann den Kalibrierungsprozess wiederholen, während er das Referenzantennenelement und das Zielantennenelement wechselt, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden.
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Das Referenzantennenelement kann ein Antennenelement sein, das von den mehreren Antennenelementen gewählt und wiederholt zu einem anderen Antennenelement gewechselt wird, das als das Zielantennenelement verwendet und dessen Kalibrierungswert erhalten wurde, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden, und das Zielantennenelement kann ein Antennenelement sein, das von den mehreren Antennenelementen benachbart zum Referenzantennenelement gewählt und wiederholt gewechselt wird, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden.
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Gemäß der obigen Phased-Array-Antenne kann die Phasenkalibrierung mit einem einfacheren Prozess ausgeführt werden. Der Grund hierfür ist wie folgt.
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Bekannt ist, dass sich dann, wenn ein Objekt, wie beispielsweise ein Objekt aus Metall, zwischen zwei Antennenelementen vorhanden ist, verglichen mit dem Fall, dass solch ein Objekt nicht vorhanden ist, ein Empfangsleistungsänderungsmuster, das von den zwei Antennenelementen gebildet wird, in Abhängigkeit der Größe und der Position des Objekts aus Metall ändert.
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Insbesondere ist es für eine Phased-Array-Antenne, welche die Richtcharakteristik steuert, während sie eine Phase von Funkwellen ändert, die von jedem Antennenelement abgestrahlt werden, erforderlich, eine Leistungsänderung jeder Phase zu erhalten und zu korrigieren.
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Gemäß dem beispielhaften Aspekt kann jedoch, da die Phased-Array-Antenne eine Differenz zwischen Ausgängen von zwei konstant benachbarten Antennenelementen erhalten kann, da die zwei Antennenelement nebeneinander bzw. benachbart angeordnet sind, ein Objekt, welches die durch die zwei Antennenelemente gebildete Richtcharakteristik beeinflussen kann, nicht zwischen ihnen vorhanden sein. Folglich ist es für die Phased-Array-Antenne nicht erforderlich, eine Empfangsleistung jede Phasenänderung zu korrigieren, so dass die Phased-Array-Antenne mit einem einfacheren Prozess kalibriert werden kann.
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Gemäß einem zweiten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Phasenkalibrierungsverfahren für eine Phased-Array-Antenne bereitgestellt, die einen Oszillator, der Funkwellen erzeugt, mehrere Antennenelemente, die Funkwellen abstrahlen, einen Phasenschieber, der mit jedem der mehreren Antennenelemente verbunden ist und eine Phase von Funkwellen ändert, die von den mehreren Antennenelementen abgestrahlt werden, einen Verteiler, der vom Oszillator erzeugte Funkwellen über den Phasenschieber auf die mehreren Antennenelemente verteilt, einen Empfänger, der Funkwellen empfängt, die von den mehreren Antennenelementen abgestrahlt werden, und einen Steuerprozessor, der einen Kalibrierungsprozess für die Phased-Array-Antenne ausführt, aufweist, wobei das Phasenkalibrierungsverfahren die folgenden Schritte in dem Steuerprozessor umfasst: Wählen, von den mehreren Antennenelementen, eines Referenzantennenelements als eine Referenz einer Phasenkalibrierung für die Phased-Array-Antenne und eines Zielantennenelements als ein Ziel der Phasenkalibrierung bezüglich des Referenzantennenelements, um es den vom Oszillator erzeugten Funkwellen zu ermöglichen, über den Verteiler für das Referenzantennenelement und das Zielantennenelement bereitgestellt zu werden; Erhalten eines Musters einer Änderung in einer Empfangsleistung der Funkwellen, die an der Empfangseinheit empfangen werden, wenn eine Phase des Phasenschiebers, der mit dem Referenzantennenelement verbunden ist, fest ist und eine Phase des Phasenschiebers, der mit dem Zielantennenelement verbunden ist, geändert wird; Extrahieren, aus dem erhaltenen Muster, der Phase des mit dem Zielantennenelement verbundenen Phasenschiebers, bei welcher die Empfangsleistung einen lokalen Minimalwert annimmt; und Addieren der extrahierten Phase zu 180°, um den resultierenden Wert hiervon auf einen Kalibrierungswert für die Phase des mit dem Zielantennenelement verbundenen Phasenschiebers zu setzen.
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Das Phasenkalibrierungsverfahren kann ferner den folgenden Schritt umfassen: Wiederholen, in dem Steuerprozessor, des Kalibrierungsprozesses, während das Zielantennenelement gewechselt wird, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden.
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Das Referenzantennenelement kann ein Antennenelement sein, das willkürlich von den mehreren Antennenelementen gewählt wird und gewählt bleibt, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden, und das Zielantennenelement kann ein Antennenelement sein, das von den mehreren Antennenelementen, mit Ausnahme des Referenzantennenelements, gewählt wird und wiederholt zu einem anderen Antennenelement gewechselt wird, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden.
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Gemäß dem obigen Phasenkalibrierungsverfahren kann eine Phase von Antennenelementen der Phased-Array-Antenne auf einfache Weise und genau kalibriert werden.
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Das Phasenkalibrierungsverfahren kann ferner den folgenden Schritt umfassen: Wiederholen, in dem Steuerprozessor, des Kalibrierungsprozesses, während das Referenzantennenelement und das Zielantennenelement gewechselt werden, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden.
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Das Referenzantennenelement kann ein Antennenelement sein, das von den mehreren Antennenelementen gewählt und wiederholt zu einem anderen Antennenelement gewechselt wird, das als das Zielantennenelement verwendet und dessen Kalibrierungswert erhalten wurde, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden, und das Zielantennenelement kann ein Antennenelement sein, das von den mehreren Antennenelementen benachbart zum Referenzantennenelement gewählt und wiederholt gewechselt wird, bis die Kalibrierungswerte für alle der mehreren Antennenelemente erhalten wurden.
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Gemäß dem obigen Phasenkalibrierungsverfahren kann die Phase von Antennenelementen der Phased-Array-Antenne auf einfache Weise und genau kalibriert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den beigefügten Zeichnungen zeigt:
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1 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Phased-Array-Antenne gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ablaufs eines Kalibrierungsprozesses gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform;
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3 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Empfangsleistungsänderungsmusters, wenn eine Phase einer zu kalibrierenden Zielantenne geändert wird, gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform;
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4 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ablaufs eines Kalibrierungsprozesses gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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5 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Phased-Array-Antenne, die ein Empfangsleistungsänderungsmuster an einem Empfänger erhält, der in der 0° Richtung bezüglich einer Richtung senkrecht zur Funkwellenabstrahlungsebene angeordnet ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend werden eine Phased-Array-Antenne und ein Kalibrierungsverfahren für die Phased-Array-Antenne gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Phased-Array-Antenne 1 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform. Die Phased-Array-Antenne 1 kann auf eine Radarvorrichtung, wie beispielsweise ein Fahrzeug-Radar, das an einem Fahrzeug befestigt ist, angewandt werden. Die Phased-Array-Antenne weist, wie in 1 gezeigt, einen Oszillator 10, mehrere Sendeantennenelemente 20 (nachstehend als „Antennenelemente” bezeichnet), einen Verstärker 30, einen Phasenschieber 40, einen Verteiler 50 und einen Steuerprozessor 70 auf.
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Ferner ist ein Empfangsleistungsdetektor 60 (entspricht einer „Empfangseinheit” gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung) angeordnet, um eine abgestrahlte Leistung von Funkwellen zu erfassen, die von der Phased-Array-Antenne 1 ausgesendet werden.
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Der Oszillator 10 ist eine Vorrichtung, die Funkwellen erzeugt und ein Hochfrequenzsignal (Funkfrequenzsignal) ausgibt, das beispielsweise erzeugt wird durch ein Klystron, eine Magnetfeldröhre, ein Magnetron oder eine Gunn-Diode, als Funkwelle mit stabiler Frequenz von einigen Gigahertz (GHz), die für ein Radar geeignet ist, das eine automatische Frequenzregelungsschaltung verwendet.
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Die mehreren Antennenelemente 20 sind als Aperaturantenne, wie beispielsweise eine Horn-Antenne, oder planare Antenne, wie beispielsweise eine Patch-Antenne, ausgebildet und in der vorliegenden Ausführungsform auf einer geraden Linie abstandsgleich angeordnet.
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Der Verstärker 30 ist eine Vorrichtung, die mit jedem Antennenelement 20 verbunden ist und die Leistung von Funkwellen, die von den mehreren Antennenelementen ausgegeben werden, verstärkt.
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Der Phasenschieber 40 ist eine Vorrichtung, die mit jedem Antennenelement 20 verbunden ist und eine Phase von Funkwellen ändert, die von den mehreren Antennenelementen 20 ausgegeben werden, um Strahlen von Funkwellen in der gewünschten Richtung zu bilden und zu lenken bzw. steuern.
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Als der Phasenschieber 40 wird ein Wählleitungsphasenschieber, der eine PIN-Diode (positiv-intrinsisch-negativ-Diode) verwendet, oder ein Reflexionsphasenschieber mit einem GaAs-FET (Galliumarsenid-Feldeffekttransistor) usw. verwendet.
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Der Verteiler 50 ist eine Vorrichtung, die Funkwellen, die vom Oszillator 10 erzeugt werden, über den Phasenschieber 40 auf die mehreren Antennenelemente 20 verteilt. In der Ausführungsform ist der Verteiler 50 ein Wählschalter, der Befehlssignale vom Steuerprozessor 70 empfängt und eines oder mehrere der mehreren Antennenelemente 20 zum Bereitstellen von Funkwellen auf der Grundlage des Befehlssignals wählt.
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Der Empfangsleistungsdetektor 60 ist eine Vorrichtung, die eine Leistung von Funkwellen erfasst, die von den mehreren Antennenelementen 20 abgestrahlt werden, und eine erfasste Empfangsleistung an den Steuerprozessor 70 ausgibt, und eine Empfangsantenne 62, einen Empfänger 64 und einen Reflektor 66 aufweist.
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Die Empfangsantenne 62 ist eine Vorrichtung, die Funkwellen empfängt, die vom Reflektor 66 reflektiert werden, von Funkwellen, die von den mehreren Antennenelementen 20 ausgesendet werden.
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Der Reflektor 66 ist eine reflektierende Platte, wie beispielsweise ein Winkelreflektor oder eine metallische Platte, die Funkwellen reflektiert, die von den mehreren Antennenelementen 20 ausgesendet werden, und ist in einer 0° Richtung bezüglich einer Richtung senkrecht zu einer Funkwellenabstrahlungsebene der mehreren Antennenelemente 20 angeordnet.
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Der Empfänger 64 ist eine Vorrichtung, die Funkwellen empfängt, die vom Reflektor 66 reflektiert werden, die Funkwellen erfasst und sie an den Steuerprozessor 70 ausgibt.
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Der Steuerprozessor 70 ist eine Vorrichtung, welche den Phasenschieber 40 und den Verteiler 50 steuert und die vom Empfänger 64 erfasste Leistung speichert, um Positionen von reflektierenden Objekten in einem Radarerfassungsbereich zu identifizieren, der vom Radar erfassbar ist, und weist eine CPU (Prozessor), ein ROM (Festwertspeicher), ein RAM (Direktzugriffsspeicher) und eine E/A (Eingabe/Ausgabe) auf (nicht gezeigt). Der Steuerprozessor 70 liest ein Programm, das im ROM gespeichert ist, und führt anschließend den folgenden Kalibrierungsprozess aus.
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Nachstehend wird ein von der CPU des Steuerprozessors 70 ausgeführter Kalibrierungsprozess unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ablaufs des Kalibrierungsprozesses.
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In dem Kalibrierungsprozess führt die CPU zunächst in Schritt S100 einen Prozess aus, um Funkwellen mit der gleichen Leistung für nur ein Referenzantennenelement 21 als eine Referenz einer Phasenkalibrierung von allen der Antennenelemente 20 und ein Zielantennenelement 22 mit Ausnahme des Referenzantennenelements 21 von allen der Antennenelemente 20 bereitzustellen. Das Zielantennenelement 22 ist ein Ziel der Phasenkalibrierung bezüglich des Referenzantennenelements 21.
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Insbesondere führt die CPU einen Prozess aus, um den Verteiler 50, den Phasenschieber 50 und den Verstärker 30 derart einzustellen, dass die vom Oszillator 10 erzeugten Funkwellen mit der gleichen Leistung nur für das Referenzantennenelement 21 und das Zielantennenelement 22 und nicht für die anderen Antennenelemente bereitgestellt werden. d. h. nicht an die anderen Antennenelemente gegeben werden.
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Hierbei ist das Referenzantennenelement 21 ein Antennenelement 20, das willkürlich von bzw. aus allen der Antennenelemente 20 gewählt wird, um eine Phase als die Referenz für eine Phasenkalibrierung der Antennenelemente 20 zu bestimmen. Bei der Phasenkalibrierung werden alle Phasen der anderen Antennenelemente 20 mit einer Phase des Referenzantennenelements 21 abgeglichen.
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Anschließend führt die CPU in Schritt S105 einen Prozess aus, um eine Phase (Phasensteuerwert) eines Phasenschiebers 41, der mit dem Referenzantennenelement 21 verbunden ist, und eines Phasenschiebers 42, der mit dem Zielantennenelement 22 verbunden ist, auf 0 Grad (°) zu setzen.
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Anschließend führt die CPU in den Schritten S110 bis S120 einen Prozess aus, um eine Änderung in einer Empfangsleistung aufgrund einer Phasenänderung des Zielantennenelements 22 zu speichern.
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Insbesondere führt die CPU Prozesse aus, um eine Empfangsleistung von Funkwellen zu erhalten, die 64 über die Empfangsantenne 62 am Empfänger empfangen werden (Empfangssignalpegel von reflektierten Wellen, die am Reflektor 66 reflektiert werden), während eine Phase des Phasenschiebers 42, der mit dem Zielantennenelement 22 verbunden ist, innerhalb des Bereichs 0° bis 360° um einen vorbestimmten Phasenbetrag einer erforderlichen Genauigkeit, wie beispielsweise 1° in der vorliegenden Ausführungsform, geändert wird, unter der Bedingung, dass eine Phase des Phasenschiebers 41, der mit dem Referenzantennenelement 21 verbunden ist, fest ist.
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Die erhaltene Empfangsleistung wird als Empfangsleistungsänderungsmuster, das graphisch so dargestellt wird, dass eine Phase und eine Empfangsleistung auf der horizontalen bzw. vertikalen Achse aufgetragen sind, im RAM des Steuerprozessors 70 gespeichert. 3 zeigt das graphisch dargestellte Empfangsleistungsänderungsmuster.
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In der 3 zeigt die vertikale Achse eine Empfangsleistung und die horizontale Achse einen Phaseneinstellwert des Phasenschiebers 42, der mit dem Zielantennenelement 22 verbunden ist.
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In der 3 beschreibt eine Kennlinie A ein Empfangsleistungsänderungsmuster, bei dem eine Phasendifferenz zwischen dem Referenzantennenelement 21 und dem Zielantennenelement 22 einen Wert von –60° aufweist, und eine Kennlinie B ein Empfangsleistungsänderungsmuster, bei dem eine Phasendifferenz zwischen dem Referenzantennenelement 21 und dem Zielantennenelement 22 einen Wert von 0° aufweist, d. h. eine Wellenform in einem kalibrierten Zustand.
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Anschließend führt die CPU in Schritt S125 einen Prozess aus, um eine Phase des Phasenschiebers 42 zu extrahieren, wenn die Empfangsleistung einen lokalen Minimalwert annimmt, der in der 3 durch die Kennlinie des Empfangsleistungsänderungsmusters gezeigt wird, das in den Schritten S110 bis S120 erhalten wird. In der vorliegenden Ausführungsform weist die extrahierte Phase einen Wert von 120° auf.
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In Schritt S130 führt die CPU einen Prozess aus, um die Phase des Phasenschiebers 42 derart einzustellen, dass sie einen Wert annimmt, der erhalten wird, indem die in Schritt S125 extrahierte Phase, wenn die Empfangsleistung ein lokales Minimum annimmt, zu 180° addiert wird. Alternativ kann der in diesem Schritt einzustellende Wert ein Wert sein, der erhalten wird, indem 180° von der in Schritt S125 extrahierten Phase abgezogen wird.
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In Schritt S135 führt die CPU einen Prozess aus, um zu beurteilen, ob eine Kalibrierung von allen der Zielantennenelemente 22 abgeschlossen ist oder nicht. Dies führt dazu, dass dann, wenn die CPU beurteilt, dass die Kalibrierung von allen der Zielantennenelementen 22 abgeschlossen ist (JA in Schritt S135), der Kalibrierungsprozess beendet wird. Ferner schreitet die CPU dann, wenn sie beurteilt, dass die Kalibrierung von allen der Zielantennenelemente 22 nicht abgeschlossen ist, zu Schritt S140 voran.
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In Schritt S140 führt die CPU einen Prozess aus, um das Zielantennenelement 22 zu wechseln. In dem Prozess wechselt die CPU das Zielantennenelement 22, dessen Kalibrierung in den Schritten S100 bis S130 abgeschlossen wurde, zu dem anderen Antennenelement 20 als neues Zielantennenelement 22, und kehrt die CPU anschließend zum Prozess in Schritt S100 zurück, um die Prozesse der Schritte S100 bis S140 für sowohl das neue Zielantennenelement 22 als auch das Referenzantennenelement 21 zu wiederholen.
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In der vorliegenden Ausführungsform erhält die Phased-Array-Antenne 1 ein Empfangsleistungsänderungsmuster, indem sie am Empfangsleistungsdetektor 60 eine Leistung von Funkwellen empfängt, die vom Referenzantennenelement 21 und vom Zielantennenelement ausgegeben werden, während eine Phase des Phasenschiebers 42, der mit dem Zielantennenelement 22 verbunden ist, unter der Bedingung, dass eine Phase des Phasenschiebers 41, der mit dem Referenzantennenelement 21 verbunden ist, fest ist, geändert wird.
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In diesem Fall wird, da ein lokaler Minimalwert im Empfangsleistungsänderungsmuster auftritt, ein Wert, der erhalten wird, indem 180° zu einer Phase des mit dem Zielantennenelement 22 verbundenen Phasenschiebers 42 addiert wird, bei der der lokale Minimalwert auftritt, als Kalibrierungswert einer Phase des mit dem Zielantennenelement 22 verbundenen Phasenschiebers 42 bestimmt.
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Hierdurch kann eine Phasenkalibrierung ausgeführt werden, um die Phase des Zielantennenelements 22 mit derjenigen des Referenzantennenelements 21 abzugleichen.
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In den Prozessen der obigen Schritte wird die Phasenkalibrierung für alle der Antennenelemente 20 ausgeführt und werden anschließend die Phasen von allen der Antennenelemente 20 gegenseitig abgeglichen. Folglich kann die Phasenkalibrierung für die gesamte Phased-Array-Antenne 1 ausgeführt werden.
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Ferner wird, was die Leistungen von Funkwellen betrifft, die vom Referenzantennenelement 21 und vom Zielantennenelement 22 ausgegeben werden, für den Fall, dass die Amplituden von Funkwellen, die von beiden Antennenelementen 21 und 22 ausgegeben werden, zueinander gleich sind, dann, wenn beide Funkwellen gegenphasig werden (d. h. einen Offset von 180° aufweisen), ein markanter lokaler Minimalwert erhalten und kann die relative Phasendifferenz anschließend genau erfasst werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Phase von einem lokalen Minimalwert extrahiert, der in markanter Weise im Empfangsleistungsänderungsmuster auftritt, und wird die extrahierte Phase zu 180° addiert, um einen resultierenden Wert als Kalibrierungswert zu verwenden. Folglich kann die Phasenkalibrierung genau ausgeführt werden, verglichen mit dem Stand der Technik, gemäß dem eine Änderung in einer Empfangsleistung überwacht wird, während eine Phase von nur einem beliebigen Antennenelement geändert wird, unter der Bedingung, dass mehrere Antennenelemente Funkwellen mit einer vorbestimmten Leistung abstrahlen.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nachstehend wird die Phased-Array-Antenne 1 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform beschrieben, die sich in einer Wahl des Referenzantennenelements 21 und des Zielantennenelements 22 von der obigen ersten Ausführungsform unterscheidet.
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Bei der Phased-Array-Antenne 1 der vorliegenden Ausführungsform sind die Komponenten gleich oder ähnlich denjenigen der Phased-Array-Antenne 1 der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden diese Komponenten nachstehend nicht wiederholt näher beschrieben.
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In dem Steuerprozessor 70 der Phased-Array-Antenne 1 liest die CPU ein im ROM gespeichertes Programm und führt anschließend den folgenden Kalibrierungsprozess aus.
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4 zeigt einen Ablauf eines von der CPU des Steuerprozessors 70 ausgeführten Kalibrierungsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
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Bei dem Phasenkalibrierung führt die CPU zunächst in Schritt S100 einen Prozess aus, um nur ein Referenzantennenelement 21 als Referenz einer Phasenkalibrierung von allen der Antennenelemente 20 und ein Zielantennenelement 22 benachbart zum Referenzantennenelement 21 von allen der Antennenelemente 20 mit der gleichen Leistung zu versehen.
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Insbesondere führt die CPU einen Prozess aus, um den Verteiler 50 derart einzustellen, dass Funkwellen, die vom Oszillator 10 erzeugt werden, mit der gleichen Leistung nur für das Referenzantennenelement 21 und das Zielantennenelement 22 benachbart zum Referenzantennenelement 21 bereitgestellt und nicht an die anderen Antennenelemente gegeben werden.
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Hierbei ist das Referenzantennenelement 21 ein Antennenelement 20, das willkürlich von allen der Antennenelemente 20 gewählt wird, um eine Phase als Referenz für eine Phasenkalibrierung der Antennenelemente 20 zu bestimmen.
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Bei der Phasenkalibrierung wird eine Phase des Zielantennenelements 22 benachbart zum Referenzantennenelement 21 bezüglich einer Phase des Referenzantennenelements 21 kalibriert. Anschließend wird das Zielantennenelement 22, in dem eine Kalibrierung abgeschlossen ist, als neues Referenzantennenelement 21 verwendet, und wird eine Phase eines neuen Zielantennenelements 22 benachbart zum neuen Referenzantennenelement 21 bezüglich einer Phase des neuen Referenzantennenelements 21 kalibriert. Die gleiche Kalibrierung wird derart nacheinander ausgeführt, dass alle Phasen der Antennenelemente 20 untereinander abgeglichen sind.
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Anschließend führt die CPU in Schritt S205 einen Prozess aus, um die Phasen der Phasenschieber 41 und 42, die mit dem Referenzantennenelement 21 und dem Zielantennenelement 22 verbunden sind, auf 0° zu setzen.
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Anschließend führt die CPU in den Schritten S210 bis S220 einen Prozess aus, um eine Änderung in einer Empfangsleistung aufgrund einer Phasenänderung des Zielantennenelements 22 zu speichern.
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Insbesondere führt die CPU Prozesse aus, um eine Empfangsleistung von Funkwellen zu erhalten, die am Empfänger 64 empfangen werden, während eine Phase des Phasenschiebers 42, der mit dem Zielantennenelement 22 verbunden ist, innerhalb des Bereichs 0° bis 360° um einen vorbestimmten Phasenbetrag einer erforderlichen Genauigkeit, wie beispielsweise 1° in der vorliegenden Ausführungsform, unter der Bedingung, dass eine Phase des Phasenschiebers 41, der mit dem Referenzantennenelement 21 verbunden ist, fest ist, geändert wird.
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Die erhaltene Empfangsleistung wird im RAM gespeichert, und zwar als Empfangsleistungsänderungsmuster, das graphisch so dargestellt wird, dass eine Phase und eine Empfangsleistung auf der horizontalen bzw. vertikalen Achse aufgetragen sind. Das Empfangsleistungsänderungsmuster ist, wie in 3 gezeigt, eine Kennlinie mit einem lokalen Minimalwert.
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Anschließend führt die CPU in Schritt 225 einen Prozess aus, um eine Phase des Phasenschiebers 42 zu extrahieren, wenn die Empfangsleistung einen lokalen Minimalwert annimmt, der in der 3 durch die Kennlinie des Empfangsleistungsänderungsmusters gezeigt wird, das in den Schritten S210 bis S220 erhalten wird.
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In Schritt S230 führt die CPU einen Prozess aus, um die Phase des Phasenschiebers 42 derart einzustellen, dass sie einen Wert annimmt, der erhalten wird, indem die in Schritt S210 extrahierte Phase, bei welcher die Empfangsleistung einen lokalen Minimalwert annimmt, zu 180° addiert wird.
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In Schritt S235 führt die CPU einen Prozess aus, um zu beurteilen, ob eine Kalibrierung von allen der Zielantennenelemente 22 abgeschlossen ist oder nicht. Wenn die CPU beurteilt, dass die Kalibrierung von allen der Zielantennenelemente 22 abgeschlossen ist (JA in Schritt S235), wird der Kalibrierungsprozess beendet. Wenn die CPU beurteilt, dass die Kalibrierung nicht von alten der Zielantennenelemente 22 abgeschlossen ist, schreitet die CPU zu Schritt S240 voran.
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In Schritt S240 führt die CPU einen Prozess aus, um das Referenzantennenelement 21 und das Zielantennenelement 22 zu wechseln. In dem Prozess führt die CPU einen Prozess aus, um das Zielantennenelement 22, dessen Phasenkalibrierung abgeschlossen ist, als neues Referenzantennenelement 21 zu bestimmen, und um ein Antennenelement 20 benachbart zu dem neuen Referenzantennenelement 21 als neues Zielantennenelement 22 zu bestimmen.
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Anschließend kehrt die CPU zu Schritt S200 zurück, um die Prozesse der Schritte S200 bis S240 sowohl für das neue Referenzantennenelement 21 als auch für das neue Zielantennenelement 22 benachbart hierzu zu wiederholen.
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In diesem Zusammenhang ist bekannt, dass sich dann, wenn ein Objekt, wie beispielsweise ein Objekt aus Metall um das Antennenelement herum vorhanden ist, das Empfangsleistungsänderungsmuster hiervon ändert, verglichen mit dem Fall, dass solch ein Objekt nicht vorhanden ist.
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Insbesondere ändert sich im Falle einer Phased-Array-Antenne mit zwei Antennenelementen, wenn ein Objekt, das eine Ausbreitung von Funkwellen unterbrechen kann, zwischen den zwei Antennenelementen vorhanden ist, eine Richtcharakteristik, die durch die Phased-Array-Antenne gebildet wird, aufgrund der Position und der Größe dieses Objekts. In diesem Fall ist es für eine Phased-Array-Antenne, die eine Richtcharakteristik steuert, während sie eine Phase von Funkwellen ändert, die von jedem Antennenelement abgestrahlt werden, erforderlich, eine Änderung in der Leistung jeder Phase zu analysieren und zu korrigieren.
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Da die Phased-Array-Antenne 1 der vorliegenden Ausführungsform jedoch eine Differenz zwischen Ausgängen von zwei konstant benachbarten Antennenelementen 20 erhalten kann, kann, da die zwei Antennenelemente 20 benachbart zueinander angeordnet sind, kein Objekt, das eine Richtcharakteristik beeinflussen kann, die durch die zwei Antennenelemente 20 gebildet wird, zwischen ihnen vorhanden sein.
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Folglich ist es für die Phased-Array-Antenne 1 nicht erforderlich, eine Empfangsleistung jede Phasenänderung zu korrigieren, so dass eine Kalibrierung mit einem einfacheren Prozess erfolgen kann.
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(Weitere Ausführungsformen)
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Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit ihren beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, wie beispielsweise nachstehend aufgezeigt wird.
- (1) In den obigen Ausführungsformen kann der Empfänger 64 dann, wenn ein Empfangsleistungsänderungsmuster erhalten wird, Funkwellen, die vom Reflektor 66 reflektiert werden, über die Empfangsantenne 62 empfangen. Alternativ kann der Empfänger 64, wie in 5 gezeigt, ohne den Reflektor 66, in der 0° Richtung bezüglich einer Richtung senkrecht zu einer Funkwellenabstrahlungsebene angeordnet sein, um das Empfangsleistungsänderungsmuster am Empfänger 64 zu erhalten.
- (2) In den obigen Ausführungsformen sind die mehreren Antennenelemente 20, welche die Phased-Array-Antenne 1 bilden, auf einer im Wesentlichen geraden Linie angeordnet. Alternativ können die mehreren Antennenelemente 20 auf einer zweidimensionalen Ebene in einem Matrixmuster angeordnet sein.
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In diesem Fall kann unter den mehreren Antennenelementen 20 eines als das Referenzantennenelement 21 bestimmt werden und kann eine Kalibrierung jede Reihe und Spalte bezüglich einer Phase des Referenzantennenelements 21 ausgeführt werden.
- (3) In den obigen Ausführungsformen empfängt der Verteiler 50 ein Befehlssignal vom Steuerprozessor 70 und wählt eines oder mehrere der mehreren Antennenelemente 20, um Funkwellen auf der Grundlage des Befehlssignals bereitzustellen. Alternativ kann der Verstärker 30 verwendet werden.
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D. h., der Verteiler 50 kann aufweisen: eine Verteilungseinheit, die dazu ausgelegt ist, einzig Funkwellen, die vom Oszillator 10 erzeugt werden, auf alle der mehreren Antennenelemente 20 zu verteilen, und einen Verstärker 30, der mit jedem Antennenelement 20 verbunden ist. In diesem Fall verteilt die Verteilungseinheit die Funkwellen auf alle der mehreren Antennenelemente 20. Hierbei können dann, wenn die Verstärkung des Verstärkers 30, der mit den Antennenelementen mit Ausnahme der Antennenelemente 21, 22 und 23 verbunden ist, auf null gesetzt wird, die Funkwellen über den Verstärker 30 nur an die Antennenelemente 21, 22 und 23 gegeben werden.
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In diesem Fall kann alternativ ein Hochfrequenzschalter anstelle des Verstärkers 30 verwendet werden. Auch bei dieser Konfiguration kann der gleiche Effekt erzielt werden.
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Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne ihren Schutzumfang zu verlassen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen sollen folglich beschreibend und nicht beschränkend betrachtet werden, da sich der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung eher nach den beigefügten Ansprüchen als nach der diesen vorangehenden Beschreibung richtet. Alle Änderungen, die in die Grenzen der Ansprüche fallen, oder Äquivalente derartiger Grenzen, sollen folglich von den Ansprüchen mit umfasst sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-274511 [0001]
- WO 2004/013644 A1 [0004]
