DE102012224062A1

DE102012224062A1 - Streifenleiterantenne, Gruppenantenne und Radarvorrichtung

Info

Publication number: DE102012224062A1
Application number: DE102012224062A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Yoshitake; Takeshi Okunaga; Kazuyuki Seo
Original assignee: Denso Ten Ltd; Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: DE102012224062B4; JP2013135345A

Abstract

Eine Streifenleiterantenne (1) weist ein dielektrisches Substrat (2), eine Hauptenergieversorgungsleitung (3), ein Strahlungselement (4) und eine Energieversorgungsleitung (5) auf. Das dielektrische Substrat (2) ist ein Substrat mit einer vorbestimmten Dielektrizitätskonstante. Die Hauptenergieversorgungsleitung (3) ist eine Leitung, in welcher von einer Energiequelle gelieferte Energie fließt und welche dem Strahlungselement (4) über die Energieversorgungsleitung (5) eine Hochfrequenzwelle zuführt. Das Strahlungselement (4) ist ein Element, das mit der über die Energieversorgungsleitung (5) gelieferten Energie schwingt, um einen schwingenden Zustand einzunehmen, und das Funkwellen abstrahlt. Das Strahlungselement (4) ist über die Energieversorgungsleitung (5) mit der Hauptenergieversorgungsleitung (3) verbunden. Die Energieversorgungsleitung (5) ist ein Beispiel für eine Energieversorgungsleitung, welche das Strahlungselement (4) mit der Hauptenergieversorgungsleitung (3) verbindet, die Impedanz des Strahlungselements (4) und die Impedanz der Hauptenergieversorgungsleitung (3) auf ein gewünschtes Verhältnis einstellt, und die von der Hauptenergieversorgungsleitung (3) zugeführte Energie an das Strahlungselement (4) liefert.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Streifenleiterantenne, eine Gruppenantenne und eine Radarvorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Streifenleiterantennen mit breiter Richtcharakteristik sind gemeinhin bekannt. Streifenleiterantennen werden ebenfalls in Radarvorrichtungen oder Funkübertragungsvorrichtungen verwendet, die in bewegbaren Objekten wie Kraftfahrzeugen angebracht sind. 15 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Streifenleiterantenne.
Wie in der 15 dargestellt, weist eine Streifenleiterantenne 10 eine Hauptenergieversorgungsleitung 12 und ein Strahlungselement 13 auf. Als Oberflächenmuster eines dielektrischen Substrats sind die Hauptenergieversorgungsleitung 12 und das Strahlungselement 13 installiert. Die Hauptenergieversorgungsleitung 12 und das Strahlungselement 13 sind auf der Fläche vorgesehen, welche der Masse des dielektrischen Substrats gegenüberliegt.
Ein Beispiel für ein dielektrisches Substrat umfasst ein dielektrisches Substrat, das eine vorbestimmte relative Dielektrizitätskonstante aufweist. Es existiert beispielsweise ein Substrat, bei welchem eine Kupferfolie von 12 µm mit einer dielektrischen Substanz mit einer Dicke von 0,115 mm und einer relativen Dielektrizitätskonstante von 2,22 verbondet ist. Die Hauptenergieversorgungsleitung 12 ist eine Leitung, in welcher von einer Energiequelle gelieferte Energie fließt, und welche eine Hochfrequenzwelle in das Strahlungselement 13 einspeist. Das Strahlungselement 13 ist ein mit der Hauptenergieversorgungsleitung 12 verbundenes Element und strahlt Funkwellen ab.
Wenn beispielsweise die Streifenleiterantenne 10 an einer fahrzeuginternen Vorrichtung angebracht ist, ist das Strahlungselement 13 derart ausgebildet, dass es in vielen Fällen unter einem Winkel von 45° in Bezug auf die Hauptenergieversorgungsleitung 12 geneigt ist. Ferner wird das Verhältnis zwischen der in dem Strahlungselement 13 fließenden Energie und der von der Energiequelle oder dergleichen an die Hauptenergieversorgungsleitung 12 gelieferten Energie als Kopplungsbetrag bezeichnet. Wird beispielsweise angenommen, dass die in der Hauptenergieversorgungsleitung 12 fließende Energie 100% beträgt und 20% der Energie in das Strahlungselement 13 fließen, so beträgt der Kopplungsbetrag 20%.
Bei der herkömmlichen Streifenleiterantenne, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2010-8319 offenbart ist, ist ein Anstieg des Kopplungsbetrags begrenzt, und somit besteht das Problem, dass eine gewünschte Richtcharakteristik nicht erreicht werden kann.
Wenn, genauer gesagt, das Strahlungselement 13 in einen Resonanzzustand versetzt wird, steigt die Eingangsimpedanz (Zin) an der mit der Hauptenergieversorgungsleitung 12 verbundenen Endfläche des Strahlungselements 13. Daher existiert in der Hauptenergieversorgungsleitung 12 aufgrund der nicht gegebenen Übereinstimmung der Impedanzen zwischen der Hauptenergieversorgungsleitung 12 und dem Strahlungselement 13 eine reflektierte Welle, die von dem Strahlungselement 13 zurückkehrt und auf eine Eingangswelle trifft.
In diesem Fall ist bei der herkömmlichen Streifenleiterantenne 10 die in der 15 dargestellte Elementbreite (W) groß gewählt, und die Eingangsimpedanz (Zin) ist, wenn man das Strahlungselement 13 von der Hauptenergieversorgungsleitung 12 aus betrachtet, gering gewählt. Da jedoch die Vergrößerbarkeit der Elementbreite begrenzt ist, liegt der Kopplungsbetrag bei maximal 22%. Das heißt, dass die gewünschte Richtcharakteristik nicht erreicht werden kann, da die zum Erreichen der gewünschten Richtcharakteristik erforderliche Energie dem Strahlungselement nicht zugeführt wird.
Überblick über die Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme der herkömmlichen Technologie zumindest teilweise zu überwinden.
Ein eingehenderes Verständnis der genannten und weiterer Aufgaben, Merkmale, Vorteile und der technischen und industriellen Bedeutung dieser Erfindung ergibt sich durch die Lektüre der nachfolgenden detaillierten Beschreibung gegenwärtig bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A ist eine schematische Darstellung der Konfiguration einer Streifenleiterantenne 1;
1B ist eine schematische Darstellung der Konfiguration der Streifenleiterantenne 1;
2 ist eine Schnittdarstellung entlang der in 1A dargestellten Linie A-A1;
3 ist ein Diagramm zur Darstellung der Verteilung einer stehenden Welle in einer Energieversorgungsleitung;
4 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Länge der Energieversorgungsleitung und einem Kopplungsbetrag;
5 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für die Konfiguration einer Gruppenantenne;
6 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für die zum Erhalten einer gewünschten Richtcharakteristik durchgeführte Amplitudenregelung;
7 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Verteilung des Kopplungsbetrags der Gruppenantenne;
8 ist ein Diagramm zu Darstellung eines Beispiels der Amplitudenregelung bei Verwendung einer herkömmlichen Konfiguration;
9 ist ein Diagramm zur Darstellung der Richtcharakteristik (Nebenkeulen) bei Verwendung der herkömmlichen Konfiguration und einer offenbarten Konfiguration;
10 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels, bei welchem die Breite einer Energieversorgungsleitung 5 größer als die Elementbreite eines Strahlungselements 4 gewählt ist;
11 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels, bei welchem die Elementlänge länger als die Elementbreite gewählt ist;
12 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels, bei welchem die Energieversorgungsleitung 5 gebogen ausgebildet ist;
13 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels, bei welchem ein Reflexionsunterdrückungsansatz vorgesehen ist;
14 ist ein Funktions-Blockdiagramm zur Darstellung einer Radarvorrichtung; und
15 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Streifenleiterantenne.
Detaillierte Beschreibung
Erstes Ausführungsbeispiel
Streifenleiterantenne
1A ist eine schematische Darstellung der Konfiguration einer Streifenleiterantenne 1. 1B ist eine Schnittdarstellung entlang der in der 1A dargestellten Linie A-A1. Es sei darauf hingewiesen, dass die 1A ein Beispiel für eine Draufsicht ist, welche die Streifenleiterantenne 1 in einem dielektrischen Substrat von der Oberseite des dielektrischen Substrats aus gesehen zeigt.
Wie in 1A dargestellt, weist die Streifenleiterantenne 1 eine Hauptenergieversorgungsleitung 3, ein Strahlungselement 4 und eine Energieversorgungsleitung 5 auf. Wie in 1B dargestellt, sind die Hauptenergieversorgungsleitung 3, das Strahlungselement 4 und die Energieversorgungsleitung 5 auf der zu der Masse 6 entgegengesetzten Seite eines dielektrischen Substrats 2 vorgesehen. Bei dem dielektrischen Substrat 2 handelt es sich um ein Substrat mit einer vorbestimmten relativen Dielektrizitätskonstanten und es ist beispielsweise ein Substrat, in welchem eine Kupferfolie von 12 µm mit einer dielektrischen Substanz mit einer Dicke von 0,115 mm und einer relativen Dielektrizitätskonstanten von 2,22 verbondet ist.
Die Hauptenergieversorgungsleitung 3 ist eine Leitung, in welcher von einer Energiequelle gelieferte Energie fließt, und welche eine Hochfrequenzwelle über Energieversorgungsleitung 5 in das Strahlungselement 4 einspeist. Das Strahlungselement 4 ist ein Element, das mit der über die Energieversorgungsleitung 5 zugeführten Energie schwingt, um in den Schwingungszustand zu gelangen, und welches Funkwellen abstrahlt. Das Strahlungselement 4 ist über die Energieversorgungsleitung 5 mit der Hauptenergieversorgungsleitung 3 verbunden.
Die Energieversorgungsleitung 5 ist ein Beispiel für eine Energieversorgungsleitung, welche das Strahlungselement 4 mit der Hauptenergieversorgungsleitung 3 verbindet, derart konfiguriert ist, dass ein gewünschtes Verhältnis zwischen der Impedanz des Strahlungselements 4 im schwingenden Zustand und der Impedanz der Hauptenergieversorgungsleitung 3 gegeben ist, und die von der Hauptenergieversorgungsleitung 3 gelieferte Energie an das Strahlungselement 4 leitet. Wenn die Streifenleiterantenne 1 beispielsweise in einer fahrzeuginternen Vorrichtung oder dergleichen verwendet wird, wird das Strahlungselement 4 um 45° geneigt, indem die Energieversorgungsleitung 5 derart angeordnet wird, dass sie in Bezug auf die Hauptenergieversorgungsleitung 3 einen Winkel von 45° aufweist.
Im Folgenden wird die Energieversorgungsleitung 5 näher beschrieben. Angenommen Zq ist ein Wellenwiderstand der Energieversorgungsleitung 5, Zin ist eine Eingangsimpedanz, wenn die Energieversorgungsleitung 5 von der Hauptenergieversorgungsleitung 3 aus gesehen wird, und Zant ist eine Eingangsimpedanz des Strahlungselements 4 im schwingenden Zustand, so erfüllt Zq den folgenden Ausdruck. Das heißt, dass "Quadrat von (Zq) = (Zin x Zant)" erfüllt ist. Dementsprechend kann Zin berechnet werden, indem Zant von dem Quadrat von (Zq) subtrahiert wird.
Wenn ferner der Kopplungsbetrag der in der 1A dargestellten Streifenleiterantenne 1 als ein Parameter S ausgedrückt wird, lässt sich der Kopplungsbetrag wie folgt ausdrücken. Das heißt, dass "Kopplungsbetrag (C) = 1 – (Quadrat von |S₁₁|) – (Quadrat von |S₂₁|)" ist erfüllt. Werden eine Impedanz Zo der Hauptenergieversorgungsleitung und Zin verwendet, können somit "S₁₁ = (–Zo/Zin)/(2 + Zo/Zin)" und "S₂₁ = 2/(2 + Zo/Zin)" berechnet werden.
Dementsprechend ist bei der in 1A dargestellten Streifenleiterantenne 1 die Impedanz (Zant) der Endfläche des Strahlungselements 4 im schwingenden Zustand der Maximalwert und die Eingangsimpedanz (Zin), wenn die Energieversorgungsleitung 5 von der Hauptenergieversorgungsleitung 3 aus gesehen wird, ist der Minimalwert. Durch das Anbringen der Energieversorgungsleitung 5 mit dem Wellenwiderstand (Zq) zwischen dem Strahlungselement 4 und der Hauptenergieversorgungsleitung 3 ist die Eingangsimpedanz in das Strahlungselement 4, gesehen aus der Richtung der Hauptenergieversorgungsleitung 3, gering.
Da die Eingangsimpedanz von der Hauptenergieversorgungsleitung 3 zu der Energieversorgungsleitung 5 abnimmt und die Energie leichter strömt, ist folglich der Kopplungsbetrag erheblich und die gewünschte Richtcharakteristik kann erreicht werden.
Spezifisches Beispiel für eine Streifenleiterantenne
Im Folgenden wird ein spezifisches Beispiel der in 1A dargestellten Streifenleiterantenne beschrieben. 2 ist eine schematische Darstellung eines spezifischen Beispiels für eine Streifenleiterantenne 1. Es sei darauf hingewiesen, dass 2 ein in Draufsicht dargestelltes Beispiel ist, welches die Streifenleiterantenne 1 in einem dielektrischen Substrat angebracht darstellt, wobei die Blickrichtung, wie in 1A, auf die Oberseite des dielektrischen Substrats gerichtet ist. In 2 ist das dielektrische Substrat 2 nicht dargestellt.
Die in 2 dargestellte Streifenleiterantenne 1 weist, wie in 1A, eine Hauptenergieversorgungsleitung 3, ein Strahlungselement 4 und eine Energieversorgungsleitung 5 auf. Die Streifenleiterantenne 1 ist an der Energieversorgungsleitung 5 derart angebracht, dass sie in Bezug auf die Hauptenergieversorgungsleitung 3 um 45° geneigt ist. Es sei angenommen, dass die Breite der Hauptenergieversorgungsleitung 3 0,2 mm ist und die Energie in 2 von links nach rechts strömt. Wenn die Energie strömt, sei angenommen, dass g eine Wellenlänge in der Hauptenergieversorgungsleitung 3, eine sogenannte In-Tube-Wellenlänge, ist.
Das Strahlungselement 4 gibt eine Wellenlänge von g/2 vor, welche der Hälfte der In-Tube-Wellenlänge der Hauptenergieversorgungsleitung 3 entspricht, so dass die Elementbreite 0,8 mm beträgt und das Strahlungselement in einen schwingenden Zustand versetzt wird. befindet sich das Strahlungselement 4 im schwingenden Zustand, weist ferner die Eingangsimpedanz (Zant) an der Endfläche "b" den Maximalwert auf.
Es sei angenommen, dass die Energieversorgungsleitung 5 einen Wellenwiderstand (Zq), eine Länge von g/4, die ein Viertel der In-Tube-Wellenlänge der Hauptenergieversorgungsleitung 3 beträgt, und eine beliebige Breite aufweist. Hierbei erfüllt der Wellenwiderstand (Zq) den vorgenannten Ausdruck und der Kopplungsbetrag kann als der vorgenannte Parameter S ausgedrückt werden.
Im Folgenden wird die Länge der Energieversorgungsleitung 5 beschrieben. 3 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Verteilung einer stehenden Welle in der Energieversorgungsleitung. In 3 gibt die horizontale Achse einen Abstand zwischen dem Strahlungselement 4 und der Hauptenergieversorgungsleitung 3 an und die vertikale Achse gibt die Spannung an. 4 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen der Länge der Energieversorgungsleitung und dem Kopplungsbetrag. In 4 zeigt die horizontale Achse die Länge der Energieversorgungsleitung 5 und die vertikale Achse gibt einen Kopplungsbetrag an. Ferner gibt in 4 die Linie C den Kopplungsbetrag für den Fall an, dass die Elementbreite des Strahlungselements 4 0,8 mm beträgt, und die Linie D gibt den Kopplungsbetrag für den Fall an, dass die Elementbreite des Strahlungselements 4 0,4 mm beträgt.
Wenn, wie in 3 dargestellt, die Länge von der Endfläche b des Strahlungselements 4 0 ist, das heißt, der Abstand zwischen der Endfläche b des Strahlungselements 4 und der Hauptenergieversorgungsleitung 3 0 ist, weist die Spannung an der Endfläche b des Strahlungselements 4 den Maximalwert auf. Entsprechend weist die Spannung in Intervallen von /2 den Maximalwert auf. Wenn andererseits die Länge von der Endfläche b des Strahlungselements 4 g/4 beträgt, weist die Spannung den Minimalwert auf. Entsprechend weist die Spannung in Intervallen von /2 den Minimalwert auf.
Eine derartige stehende Welle ist in der Energieversorgungsleitung 3 vorhanden. Wenn die Länge der Energieversorgungsleitung 5 g/4 beträgt, wie in 4 dargestellt, beträgt der Kopplungsbetrag daher 80%, welches der Maximalwert ist. Wenn die Länge der Energieversorgungsleitung 5 g/2 ist, weist der Kopplungsbetrag den Minimalwert auf. Anschließend wiederholen sich der Maximalwert und der Minimalwert in Intervallen von g/4. Das heißt, die Länge der Energieversorgungsleitung 5, in welcher der Kopplungsbetrag hoch ist, kann anhand der Periode der stehenden Welle in der Energieversorgungsleitung 5 bestimmt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass, wie in 4 dargestellt, der selbe Vorteil erzielbar ist, selbst wenn die Elementbreite des Strahlungselements 4 0,4 mm beträgt.
Dementsprechend kann durch das Anpassen der Länge der Energieversorgungsleitung 5 ungeachtet der Breite der Energieversorgungsleitung 5 die dem Strahlungselement 4 zugeführte Energiemenge angepasst werden. Daher kann durch das Anpassen der Länge der Energieversorgungsleitung 5 der Kopplungsbetrag angepasst werden. Das heißt, dass durch das Verändern der Länge der Energieversorgungsleitung 5 Zin erhöht oder verringert werden kann. Anders ausgedrückt handelt es sich bei der Energieversorgungsleitung 5 um eine Leitung, durch welche der Betrag von Zin gesteuert werden kann, indem die Länge derselben angepasst wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
Konfiguration der Gruppenantenne
Im Folgenden wird ein Beispiel für eine Gruppenantenne beschrieben, bei welcher in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Streifenleiterantennen verwendet werden. 5 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für die Konfiguration der Gruppenantenne. 5 ist zum Beispiel ein Beispiel für eine Draufsicht auf eine Gruppenantenne von der Oberseite des dielektrischen Substrats aus gesehen, wie in 1A gezeigt. In 5 ist das dielektrische Substrat 2 nicht dargestellt.
Im Folgenden wird beispielsweise ein in der 5 dargestellter Fall beschrieben, bei dem sechs Streifenleiterantennen verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Streifenleiterantennen oder dergleichen lediglich als Beispiel zu verstehen ist, und dass eine beliebige Anzahl Streifenleiterantennen verwendet werden kann. Bei der in 5 dargestellten Gruppenantenne sind die Streifenleiterantennen 1 in Intervallen von einer In-Tube-Wellenlänge (λg) der Hauptenergieversorgungsleitung angeordnet. In 5 fließt die Energie in der Zeichnung von links nach rechts. Die Elementnummern "1", "2", "3", "4", "5" und "6" sind gemäß ihrer Abfolge beginnend mit der der Stromquelle nächsten Streifenleiterantenne aufgeführt. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Abstimmelement mit einem Kopplungsbetrag von 100% als das Strahlungselement mit der Elementnummer "6" verwendet wird.
Die in den 1a und dergleichen dargestellten Streifenleiterantennen dienen als die Strahlungselemente mit den Nummern "1" bis "5". Um ferner größere Kopplungsbeträge durch die Erhöhung der Elementanzahl zu erreichen, sind die Längen der Energieversorgungsleitungen 5 mit g/4 oder 3 g/4 mit der Zunahme der Elementanzahl gegeben. Beispielsweise sind die Längen der Energieversorgungsleitungen 5 mit der Elementnummer "1" als g/2 gegeben. Die Länge ist derart gewählt, dass sie graduell um eine vorbestimmte Zahl mit der Zunahme der Elementnummer zunimmt, und die Längen der Energieversorgungsleitungen 5 der Streifenleiterantenne mit der Elementnummer "5" sind mit 3 g/4 gegeben. Es sei darauf hingewiesen, dass die Längen der Energieversorgungsleitungen 5 nicht notwendigerweise hin zur Elementnummer "6", das heißt zur Endfläche, zunehmen müssen, und dass sie mit einer geeigneten Länge zum Erreichen des gewünschten Kopplungsbetrags gewählt sein können. Die Energieversorgungsleitung 5 kann mit einer beliebigen Länge gewählt sein.
Simulationsergebnis
Im Folgenden wird ein unter Verwendung der in 5 dargestellten Gruppenantenne erhaltenes Simulationsergebnis mit einem Simulationsergebnis verglichen, das unter Verwendung einer Gruppenantenne erreicht wurde, in welcher sechs in 15 dargestellte herkömmliche Streifenleiterantennen angeordnet sind. Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, bei welchem die Antennen derart ausgebildet sind, dass ein Nebenkeulenverhältnis von 30 dB erreicht wird.
6 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für eine zum Erhalten der gewünschten Richtcharakteristik durchgeführte Amplitudenregelung. In 6 gibt die horizontale Achse die Elementnummer an und die vertikale Achse gibt einen gewichteten Koeffizienten an. Sind die Antennen derart ausgebildet, dass bei der Verwendung einer Gruppenantenne mit sechs Streifenleiterantennen das Nebenkeulenverhältnis 30 dB beträgt, so weist die Strahlungsstärke jedes Elements vorzugsweise die in der 6 dargestellte Verteilung auf. Genauer gesagt, betragen die gewichteten Koeffizienten der in der Mitte befindlichen Strahlungselemente mit den Elementnummern "3" und "4" 1, wobei es sich um den Maximalwert handelt. Ferner betragen die gewichteten Koeffizienten des am Anfang befindlichen Strahlungselements mit der Elementnummer "1" und des am Ende befindlichen Strahlungselements mit der Elementnummer "6" 0,38. Die gewichteten Koeffizienten der Strahlungselemente mit den Elementnummern "2" und "5" betragen 0,69. Das heißt, dass die Strahlungsmengen der zur Mitte hin angeordneten Strahlungselemente höher gewählt sind.
Bei der Gruppenantenne, bei welcher Streifenleiterantennen mit der offenbarten Konfiguration gemäß der Darstellung in 5 verwendet werden, kann der Kopplungsbetrag durch Anpassen der Längen der Energieversorgungsleitungen 5 variiert werden. Wie durch die Linie A in 7 angegeben, kann auf diese Weise die gewünschte Kopplungsbetragsverteilung erreicht werden. 7 ist ein Diagramm zur Darstellung der Kopplungsbetragsverteilung der Gruppenantenne. In 7 gibt die horizontale Achse die Elementzahl an und die vertikale Achse gibt den Kopplungsbetrag an. In 7 gibt die Linie A die Kopplungsbetragsverteilung der offenbarten Gruppenantenne an und die Linie B gibt die Kopplungsbetragsverteilung der herkömmlichen Gruppenantenne an.
Im Allgemeinen ist bei einer Gruppenantenne, bei welcher die Streifenleiterantennen in Reihe angeordnet sind, die Energie an der am Ende angeordneten Streifenleiterantenne geringer als an der Streifenleiterantenne, welche am Anfang nahe der Stromquelle angeordnet ist. Daher ist bei dem am Ende angeordneten Strahlungselement ein höherer Kopplungsbetrag erforderlich.
Im Falle der offenbarten Konfiguration kann der Kopplungsbetrag von ungefähr 80% erreicht werden, indem die Länge der Energieversorgungsleitung 5 als g/4 oder dergleichen gegeben wird. Im Gegensatz dazu kann ein Kopplungsbetrag von weniger als 20% erreicht werden, indem die Länge der Energieversorgungsleitung 5 mit g/2 oder dergleichen gewählt wird. Dementsprechend kann durch Wählen der Länge der Energieversorgungsleitung 5 der nach 5 am Ende angeordneten Streifenleiterantenne derart, dass sie näher an g/4 ist, der größere Kopplungsbetrag mit der Zunahme der Elementnummer erreicht werden, wie durch die Linie A in 7 dargestellt. Daher weisen die Streifenleiterantennen der Gruppenantennen eine Strahlungsstärkenverteilung auf, wie sie in 6 dargestellt ist.
Andererseits kann bei der Streifenleiterantenne, bei welcher die Hauptenergieversorgungsleitung 3 und das Strahlungselement 4 direkt miteinander verbunden sind, wie dies in 15 dargestellt ist, lediglich höchstens der Kopplungsbetrag von ungefähr 22% erreicht werden, wie zuvor beschrieben. Aus diesem Grunde betragen, wie durch die Linie B in 7 dargestellt, sämtliche Kopplungsbeträge der auf das Element Nummer "3" folgenden Strahlungselemente ungefähr 22%. Dementsprechend werden die in der 8 dargestellten Strahlungsstärken erhalten. 8 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für die Amplitudenregelung bei Verwendung der herkömmlichen Konfiguration. In 8 gibt die horizontale Achse die Elementnummer an und die vertikale Achse gibt einen gewichteten Koeffizienten an.
Bei Verwendung der herkömmlichen Konfiguration beträgt, wie in 8 dargestellt, der gewichtete Koeffizient des Strahlungselements mit der Elementnummer "3" 0,76, der gewichtete Koeffizient des Strahlungselements mit der Elementnummer "4" beträgt 0,67, der gewichtete Koeffizient des Strahlungselements mit der Elementnummer "5" beträgt 0,59, und der gewichtete Koeffizient des Strahlungselements mit der Elementnummer "6" beträgt 1,12.
Das heißt, dass bei einem Vergleich der 6 mit der 8, ein erforderlicher Energiebetrag an die Strahlungselemente mit den Elementnummern "1" und "2" zum Erreichen der gewünschten Richtcharakteristik geliefert werden kann, wenn die herkömmliche Konfiguration verwendet wird. Da jedoch bei der herkömmlichen Konfiguration selbst der maximale Kopplungsbetrag ungefähr 22% beträgt, wie in der 8 dargestellt, ist die in den Strahlungselementen mit den Elementnummern "3", "4" und "5" strömende Energie gering und die in dem Abstimmelement mit der Elementnummer "6" strömende Energie nimmt entsprechend zu. Daher weist der Strahlungsbetrag des am Ende befindlichen Abstimmelements den Maximalwert auf.
Infolgedessen ergibt sich eine Verstärkungsdifferenz zwischen der Gruppenantenne, bei welcher die herkömmliche Konfiguration verwendet wird, und derjenigen, bei welcher die offenbarte Konfiguration verwendet wird. 9 ist ein Diagramm zur Darstellung der Richtcharakteristik (Nebenkeulen) bei Verwendung der herkömmlichen Konfiguration und bei Verwendung der offenbarten Konfiguration. In 9 gibt die horizontale Achse einen Winkel zwischen der Hauptenergieversorgungsleitung 3 und dem Strahlungselement 4 an und die vertikale Achse gibt die Verstärkung an. In 9 gibt eine durchgezogene Linie die Verstärkung im Falle der Verwendung der offenbarten Gruppenantenne an und eine gestrichelte Linie gibt die Verstärkung im Falle der Verwendung der herkömmlichen Gruppenantenne an. In der 9 gibt ferner eine Linie E eine Hauptkeule, eine Linie F eine erste Nebenkeule, eine Linie G eine zweite Nebenkeule und eine Linie H eine dritte Nebenkeule an.
Wie in 9 dargestellt, weisen bei Verwendung der herkömmlichen Konfiguration die Strahlungsstärken der Strahlungselemente nicht die in der 6 dargestellte Strahlungsstärkenverteilung auf, sondern die Strahlungsstärkenverteilung nach 8. Da die Differenz zwischen der maximalen Nebenkeule und der Hauptkeule 12,2 dB beträgt, kann die gewünschte Richtcharakteristik daher nicht erreicht werden. Wie in 9 dargestellt, weisen bei Verwendung der offenbarten Konfiguration jedoch die Strahlungsstärken der Strahlungselemente die Strahlungsstärkenverteilung gemäß 6 auf. Da das Nebenkeulenverhältnis auf 30 dB eingestellt werden kann, kann somit die gewünschte Richtcharakteristik erreicht werden. Durch das unmittelbare Zuführen der Energie zu dem Strahlungselement 4 kann ferner der Kopplungsbetrag variiert werden, während eine unnötige polarisierte Kreuzungswellenkomponente unterdrückt werden kann.
Drittes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden werden weitere Konfigurationen der Streifenleiterantenne unter Bezugnahme auf die 10 bis 13 beschrieben. Da das Strahlungselement 4 sich in sämtlichen der 10 bis 13 im schwingenden Zustand befindet, ist die Länge eines Endes des Strahlungselements 4 vorzugsweise mit g/2 gegeben, wobei es sich um die Hälfte der In-Tube-Wellenlänge der Hauptenergieversorgungsleitung 3 handelt. Um den maximalen Kopplungsbetrag zu erhalten, ist der Abstand zwischen der Hauptenergieversorgungsleitung 3 und dem Strahlungselement 4, das heißt, die Länge der Energieversorgungsleitung 5, vorzugsweise mit g/4 oder 3 g/4 gegeben.
10 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels, bei welchem die Breite der Energieversorgungsleitung 5 größer als die Elementbreite des Strahlungselements 4 gewählt ist. Wie in 10 dargestellt, kann die Breite der Energieversorgungsleitung 5 größer gewählt sein als die Elementbreite des Strahlungselements 4. 11 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels, bei welchem die Elementlänge größer als die Elementbreite ist. Wie in 11 dargestellt, kann das in der 2 gezeigte Strahlungselement 4 und dergleichen um 90° gedreht werden und im gedrehten Zustand mit der Energieversorgungsleitung 5 verbunden werden. In 11 handelt es sich bei der Verbindungsposition von Strahlungselement und Energieversorgungsleitung 5 vorzugsweise um eine Position, in welcher die Endfläche des Strahlungselements eine Länge von g/2 aufweist. das heißt, dass die Energieversorgungsleitung 5 vorzugsweise mit der Endfläche des Strahlungselements mit der Länge g/2 verbunden ist. 12 ist eine schematische Darstellung für ein Beispiel einer gebogen ausgebildeten Energieversorgungsleitung 5. Wie in 12 dargestellt, ist es möglich, dass die Energieversorgungsleitung 5, welche die Hauptenergieversorgungsleitung 3 mit dem Strahlungselement 4 verbindet, nicht gerade, sondern gebogen ist.
In jeder der in den 10 bis 12 dargestellten Konfigurationen kann die von der Hauptenergieversorgungsleitung 3 aus gesehen in das Strahlungselement 4 gerichtete Eingangsimpedanz gering gehalten werden, indem die Energieversorgungsleitung 5 mit dem Wellenwiderstand (Zq) zwischen dem Strahlungselement 4 und der Hauptenergieversorgungsleitung 3 angeordnet wird. Da die Strahlungsstärken der Strahlungselemente selbst in beliebiger Konfiguration die in 6 dargestellte Strahlungsstärkenverteilung aufweisen, kann somit die gewünschte Richtcharakteristik erreicht werden. Da ferner Leitungen mit verschiedenen Formen für die Energieversorgungsleitung 5 verwendet werden können, ist es möglich, der Streifenleiterantenne eine große Vielseitigkeit zu verleihen.
Selbst wenn die Energieversorgungsleitung 5 mit der Mitte der Endfläche des Strahlungselements 4 verbunden ist, kann die Energieversorgungsleitung 5 an jeder Position der Endfläche angeschlossen werden, an welcher die Energieversorgungsleitung 5 angeschlossen werden soll. Das heißt, wenn es sich bei der Verbindungsposition um eine Position handelt, in welcher die von der Hauptenergieversorgungsleitung 3 aus gesehen in das Strahlungselement 4 gerichtete Eingangsimpedanz gering ist, kann die Energieversorgungsleitung 5 an jeder beliebigen Position angeschlossen werden.
13 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für das Vorsehen eines Reflexionsunterdrückungsansatzes. Durch das Vorsehen eines Reflexionsunterdrückungsansatzes 9 in der Hauptenergieversorgungsleitung 3, wie in der 13 dargestellt, ist es möglich, eine reflektierte Welle einer in die Energieversorgungsleitung 5 von der Hauptenergieversorgungsleitung 3 aus eingehenden Eingangswelle zu unterdrücken. Das heißt, da der Wert des zuvor beschriebenen S₁₁ niedrig gewählt werden kann, wird die Verstärkung der Antenne erhöht. Um die reflektierte Welle zu unterdrücken, handelt es sich bei der Anbringungsposition des Reflexionsunterdrückungsansatzes vorzugsweise um eine Position, in welcher die reflektierte Welle eine entgegengesetzte Phase aufweist. Die Position g/4 ist ein Beispiel für die Position, in welcher die reflektierte Welle eine entgegengesetzte Phase aufweist.
Viertes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird eine Radarvorrichtung beschrieben, bei welcher die in 5 dargestellte Gruppenantenne Verwendung findet. 14 ist ein Funktions-Blockdiagramm zur Darstellung der Radarvorrichtung. Vorliegend wird eine an einem Fahrzeug angebrachte Radarvorrichtung angenommen.
Eine Radarvorrichtung 200 gemäß 14 weist eine Radarantenne 100 auf. Die Radarantenne 100 weist die Gruppenantennen 20, 30, 31 und 32 auf. Die Gruppenantenne 20 ist eine Sendeantenne und weist die gleiche Konfiguration wie die in 5 dargestellte Gruppenantenne auf. Die Gruppenantennen 30, 31 und 32 sind Empfangsantennen und können die gleiche Konfiguration wie die in 5 dargestellte Gruppenantenne oder die konventionelle Konfiguration aufweisen, bei welcher die in 15 dargestellte Streifenleiterantenne verwendet wird.
Als Beispiel soll die Gruppenantenne 20 beschrieben werden, wobei die Gruppenantenne 20 eine polarisierte Welle mit einer Neigung von 45° erzeugt, die in einem Kraftfahrzeugradar verwendet wird. Wie in 5 dargestellt, sind in der Gruppenantenne 20 sechs rechteckige Strahlungselemente 4 auf einer Seite der Hauptenergieversorgungsleitung 3 unter einem Winkel von 45° in Bezug auf die Hauptenergieversorgungsleitung 3 angeordnet, und jedes Strahlungselement 4 ist über eine Energieversorgungsleitung 5 mit der Hauptenergieversorgungsleitung 3 verbunden. Der Abstand w zwischen den Strahlungselementen 4 ist die In-Tube-Wellenlänge g der Hauptenergieversorgungsleitung 3 bei einer Betriebsfrequenz. Die Länge jedes Strahlungselements 4 ist mit ungefähr der Hälfte der In-Tube-Wellenlänge g gewählt. Eine Seite des offenen Endes jedes vorstehenden Strahlungselements 4 ist parallel. Die Länge jeder Energieversorgungsleitung 5, welche das Strahlungselement 4 mit der Hauptenergieversorgungsleitung 3 verbindet, ist als ein Viertel der In-Tube-Wellenlänge g der Hauptenergieversorgungsleitung 3 gewählt.
Bei der in 14 dargestellten Radarvorrichtung 200 wird der Ausgang eines Oszillators 90, der Trägerwellen im GHz-Band erzeugt, von einem Mischer 40 mit einem von einem Pulsgenerator 80 erzeugten Signal pulsmoduliert. Danach durchläuft das Pulssignal ein Bandpassfilter 60 und wird zum Aussenden an die Gruppenantenne 20 geleitet. Anschließend werden Funkwellen, welche von einem vorderen Objekt reflektiert werden, von den Gruppenantennen 30, 31 und 32 empfangen. Die von den jeweiligen Antennen empfangenen Signale werden in die jeweiligen Demodulatoren 50, 51 und 52 eingegeben und anschließend zu Basisband-Pulssignalen mit den von dem Oszillator 90 ausgegebenen Trägerwellen demoduliert. Danach berechnet ein Signalprozessor 70 die Phasendifferenz zwischen den von den Gruppenantennen 31 und 32 empfangenen Pulssignalen und die Phasendifferenz zwischen den von den Gruppenantennen 30 und 32 empfangenen Pulssignalen. Die Radarvorrichtung kann die Entfernung zwischen der Radarvorrichtung und dem vorderen Objekt oder die Position des vorderen Objekts durch Berechnen des Azimutwinkels und des Elevationswinkels unter Verwendung der beiden Phasendifferenzen bestimmen. Es sei darauf hingewiesen, dass, da verschiedene allgemeine Berechnungsverfahren als Verfahren zum Berechnen des Azimutwinkels und des Elevationswinkels unter Verwendung der beiden Phasendifferenzen verwendet werden können, hier keine detaillierte Beschreibung erfolgt. Bei der Messung der Entfernung kann ein FM-CW-System oder dergleichen benutzt werden.
Auf diese Weise ist es möglich, den Vorteil des Erhaltens der gewünschten Richtcharakteristik zu erzielen.
Wie zuvor beschrieben sind die Streifenleiterantenne, die Gruppenantenne und die Radarvorrichtung, welche in der vorliegenden Offenbarung offenbart sind, geeignet, die gewünschte Richtcharakteristik zu erreichen.
Zwar wurde die Erfindung anhand von spezifischen Ausführungsbeispielen zum Zwecke einer vollständigen und klaren Offenbarung beschrieben, jedoch sollten die beigefügten Ansprüche nicht darauf begrenzt werden, sondern solcherart verstanden werden, dass sie sämtliche einem Fachmann ersichtliche Modifikationen und alternative Konstruktionen umfassen, welche in den Rahmen der dargelegten grundsätzlichen Lehre fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-8319 [0006]

Claims

Streifenleiterantenne (1) mit: einem Strahlungselement (4), das eine Funkwelle abstrahlt; einer Hauptenergieversorgungsleitung (3), die dem Strahlungselement (4) Energie zuführt; und einer Energieversorgungsleitung (5), welche das Strahlungselement (4) mit der Hauptenergieversorgungsleitung (3) verbindet, ein gewünschtes Verhältnis zwischen einer Impedanz des in einem schwingenden Zustand befindlichen Strahlungselements (4) und einer Impedanz der Hauptenergieversorgungsleitung (3) einstellt, und von der Hauptenergieversorgungsleitung (3) aus zugeführte Energie an das Strahlungselement (4) leitet.
Gruppenantenne (20) mit: mehreren Antennen (1), welche jeweils aufweisen: ein Strahlungselement (4), das eine Funkwelle abstrahlt; eine Hauptenergieversorgungsleitung (3), die dem Strahlungselement (4) Energie zuführt; und eine Energieversorgungsleitung (5), welche das Strahlungselement (4) mit der Hauptenergieversorgungsleitung (3) verbindet, ein gewünschtes Verhältnis zwischen einer Impedanz des in einem schwingenden Zustand befindlichen Strahlungselements (4) und einer Impedanz der Hauptenergieversorgungsleitung (3) einstellt, und von der Hauptenergieversorgungsleitung (3) aus zugeführte Energie an das Strahlungselement (4) leitet, wobei die mehreren Antennen (1) entlang der Hauptenergieversorgungsleitungen (3) in Intervallen von einer In-Tube-Wellenlänge der Hauptenergieversorgungsleitung (3) angeordnet sind, und die Längen der Energieversorgungsleitungen (5) der mehreren Antennen (1) in der Reihenfolge, in welcher Energie von der Hauptenergieversorgungsleitung (3) aus zugeführt wird, zunehmen.
Gruppenantenne (20) nach Anspruch 2, bei welcher das Strahlungselement (4) der unter den mehreren Antennen (1) letzten Antenne (1), in welche Energie von der Hauptenergieversorgungsleitung (3) aus eingespeist wird, ein Abstimmelement ist, das die Funkwelle unter Verwendung der zugeführten Energie abstrahlt.
Gruppenantenne (20) nach Anspruch 3, bei welcher die Energieversorgungsleitungen (5) der mehreren Antennen (1) in ihrer Länge der Reihenfolge, in welcher die Energie von der Hauptenergieversorgungsleitung (3) aus zugeführt wird, entsprechend zunehmend ausgebildet sind, so dass die Länge der Energieversorgungsleitungen (5) der Antenne (1) unmittelbar vor der letzten Antenne (1) ¼ oder ¾ der In-Tube-Wellenlänge der Hauptenergieversorgungsleitung (3) beträgt.
Radarvorrichtung (200), welche eine Entfernung bis zu einem Objekt oder eine Richtung hin zu dem Objekt unter Verwendung einer reflektierten Welle einer von einer Antenne abgestrahlten Strahlungswelle erkennt, wobei die Antenne (1) aufweist: ein Strahlungselement (4), das eine Funkwelle abstrahlt; eine Hauptenergieversorgungsleitung (3), die dem Strahlungselement (4) Energie zuführt; und eine Energieversorgungsleitung (5), welche das Strahlungselement (4) mit der Hauptenergieversorgungsleitung (3) verbindet, ein gewünschtes Verhältnis zwischen einer Impedanz des in einem schwingenden Zustand befindlichen Strahlungselements (4) und einer Impedanz der Hauptenergieversorgungsleitung (3) einstellt, und von der Hauptenergieversorgungsleitung (3) aus zugeführte Energie an das Strahlungselement (4) leitet.