DE102020132745A1

DE102020132745A1 - Hornantenne

Info

Publication number: DE102020132745A1
Application number: DE102020132745.5A
Authority: DE
Inventors: Jungaun Lee
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2021-06-17
Also published as: JP2021097325A

Abstract

Eine Hornantenne beinhaltet einen Wellenleiterabschnitt (21), einen Hornabschnitt (22) und mindestens einen Säulenabschnitt (23). Der Hornabschnitt (22) ist mit einem Ende des Wellenleiterabschnitts verbunden und hat eine Höhe als Abstand zwischen E-Ebenen und eine Breite als Abstand zwischen H-Ebenen. Die Breite des Hornabschnitts ist größer als eine Breite des Wellenleiterabschnitts. Der Säulenabschnitt ist elektrisch mit mindestens einem von Leitern, die jeweils die E-Ebenen ausbilden, an dem Hornabschnitt verbunden, und ist an einer Position weg von einer Apertur (22a) des Hornabschnitts innerhalb des Hornabschnitts angeordnet.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Hornantenne.
Eine Antennenvorrichtung, die in der HP 2013-229676 A1 beschrieben ist, beinhaltet eine H-Ebene-Hornantenne. Für die H-Ebene-Hornantenne sind die Hornlänge L und die Aperturbreite B größere Werte bezüglich der Aperturhöhe A. Jedoch besteht ein Bedarf nach weiterer Verbesserung der in der JP 2013-229676 A1 beschriebenen Antennenvorrichtung.
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Hornantenne mit einer kleineren Dimension und eine fahrzeugmontierte Hornantenne bereitzustellen, die elektromagnetische Wellen des E-Bands senden und empfangen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Hornantenne einen Wellenleiterabschnitt, einen Hornabschnitt und mindestens einen Säulenabschnitt. Der Hornabschnitt ist mit einem Ende des Wellenleiterabschnitts verbunden und hat eine Höhe als Abstand zwischen E-Ebenen und eine Breite als Abstand zwischen H-Ebenen. Die Breite des Hornabschnitts ist größer als eine Breite des Wellenleiterabschnitts und die Höhe des Hornabschnitts ist gleich einer Höhe des Wellenleiterabschnitts. Der Säulenabschnitt ist elektrisch mit mindestens einem von Leitern, die jeweils die E-Ebenen ausbilden, an dem Hornabschnitt verbunden, und ist an einer Position weg von einer Apertur des Hornabschnitts innerhalb des Hornabschnitts angeordnet.
Die Hornantenne, die vorstehend beschrieben ist, beinhaltet den Säulenabschnitt innerhalb des Hornabschnitts. Der Säulenabschnitt ist elektrisch mit dem Leiter verbunden und wirkt als eine Wand, die das elektrische Feld aufhebt. Demnach variiert die elektrische Feldverteilung bezüglich der Konfiguration ohne den Säulenabschnitt und die Betriebsfrequenz verschiebt sich hin zu einer niedrigeren Frequenzregion bezüglich der Konfiguration ohne den Säulenabschnitt. Sind die Betriebsfrequenzen bei sowohl der Konfiguration mit dem Säulenabschnitt als auch der Konfiguration ohne den Säulenabschnitt identisch, ist es möglich, die Dimension der Hornantenne verglichen mit der Konfiguration ohne den Säulenabschnitt zu miniaturisieren. Demzufolge ist es möglich, die Hornantenne mit einer kleineren Dimension bereitzustellen.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen deutlicher. Es zeigen:

1 eine feste Position einer Hornantenne gemäß der ersten Ausführungsform;
2 eine Draufsicht eines Kastens, der eine Hornantenne aufnimmt;
3 eine Querschnittsansicht des Kastens entlang einer Linie III-III von 2;
4 eine perspektivische Ansicht, die eine Hornantenne zeigt;
5 eine Draufsicht von 4 betrachtet in einer Richtung A;
6 eine Seitenansicht von 5 betrachtet in einer Richtung B;
7 ein Beispiel einer Hornantenne auf einer Leiterplatte;
8 eine Querschnittsansicht der Hornantenne auf der Leiterplatte entlang einer Linie VIII-VIII in 7;
9 eine Konfiguration einer Hornantenne, die in einer elektromagnetischen Feldsimulation angewendet wird;
10 die Differenz von Reflektionscharakteristika zwischen einer Konfiguration, die einen Säulenabschnitt hat, als eine von Ausführungsformen in der vorliegenden Offenbarung und einer Konfiguration ohne einen Säulenabschnitt als ein Vergleichsbeispiel, wobei beide Konfigurationen identische Dimensionen haben;
11 Änderungen über Zeit in einer elektrischen Feldverteilung;
12 Änderungen über Zeit in einer elektrischen Feldverteilung in einem Vergleichsbeispiel;
13 die Differenz von Reflektionscharakteristika zwischen einer Konfiguration, die einen Säulenabschnitt hat, als eine von Ausführungsformen in der vorliegenden Offenbarung und einer Konfiguration ohne einen Säulenabschnitt als ein Vergleichsbeispiel, wobei beide Konfigurationen identische Frequenzen haben;
14 die Differenz von Abstrahlcharakteristika zwischen einer Konfiguration, die einen Säulenabschnitt hat, als eine von Ausführungsformen in der vorliegenden Offenbarung und einer Konfiguration ohne einen Säulenabschnitt als ein Vergleichsbeispiel;
15 eine perspektivische Ansicht, die eine Hornantenne gemäß einem Modifikationsbeispiel illustriert;
16 eine perspektivische Ansicht, die eine Hornantenne gemäß einem weiteren Modifikationsbeispiel illustriert;
17 eine perspektivische Ansicht, die eine Hornantenne gemäß einem weiteren Modifikationsbeispiel illustriert; und
18 eine Seitenansicht, die eine Hornantenne gemäß einem weiteren Modifikationsbeispiel illustriert.

Nachfolgend sind mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen sind funktionell oder strukturell entsprechende Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.
(Erste Ausführungsform)
Eine Hornantenne gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auf drahtlose Kommunikation angewendet werden, die Hochfrequenzsignale in einem Mikrowellenband (3 GHz bis 30 GHz) und einem Millimeterwellenband (30 GHz bis 300 GHz) einsetzt. Nachfolgend wird ein Anwendungsbeispiel in einem fahrzeuginternen System und insbesondere Straße-zu-Fahrzeug-Kommunikation beschrieben.
Nachfolgend wird die feste Position der Hornantenne gemäß 1 bis 3 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Hornantenne 20 an einem Fahrzeug 10 angebracht. Die Hornantenne 20 beinhaltet eine Kommunikationsvorrichtung, die Straße-zu-Fahrzeug-Kommunikation mit der Straßenrandvorrichtung 5 ausführt. Das Frequenzband, das für die Straße-zu-Fahrzeug-Kommunikation angewendet wird, ist das E-Band (60 GHz bis 90 GHz). Die Straßenrandvorrichtung 5 kann beispielsweise ein ITS-Spot, eine Straßenrandvorrichtung, die für ein ferngesteuertes Mautübertragungssystem angewendet wird, oder eine Straßenrandvorrichtung sein, die um eine Kreuzung herum angeordnet ist. Die Kommunikationsvorrichtung führt unterschiedliche Anwendungen durch Ausführen von Kommunikation mit der Straßenrandvorrichtung 5 um das Fahrzeug 10 herum aus.
Ein Kasten 12 ist an einem Dach 11, in anderen Worten, einem Dachabschnitt des Fahrzeugs 10 angebracht. Der Kasten 12 kann ebenso als eine Haifischflosse bezeichnet werden. Die Hornantenne 20 ist in dem Kasten 12 aufgenommen. Der Kasten 12 ist beispielsweise durch Einsetzen eines Harzmaterials ausgebildet.
Wie in 2 illustriert ist, hat der Kasten 12 in einer Draufsicht eine stromlinienförmige Form. Die Länge des Kastens 12 in einer Breitenrichtung ist auf der Vorderseite des Fahrzeugs (linke Seite der Zeichnung) etwas schmäler als auf der Rückseite des Fahrzeugs (rechte Seite der Zeichnung). Die Länge des Kastens 12 in der Vorderseite-Rückseite-Richtung des Fahrzeugs ist länger als die Länge in der Breitenrichtung des Fahrzeugs. Wie in 3 illustriert ist, ist die Länge des Kastens 12 in der Breitenrichtung (eine Links-Rechts-Richtung oder horizontale Richtung in 3) auf der Oberseite schmäler als auf der Unterseite. Die Hornantenne 20 ist an der Unterseite des Kastens 12 angeordnet. Die Hornantenne 20 ist an dem Dach 11 und/oder dem Kasten 12 durch ein Montageelement (nicht dargestellt) fixiert.
Der Kasten 12 ist stromlinienförmig und ist so angeordnet, dass die Längsrichtung die Fahrzeug-Vorderseite-Rückseite-Richtung ist. Demnach ist die Länge des Innenraums des Kastens 12 in der Fahrzeug-Vorderseite-Rückseite-Richtung länger als die Länge in der Fahrzeugbreitenrichtung. Der Einfachheit halber lässt 3 die Illustration von Elementen außer der Hornantenne 20, die in dem Kasten 12 aufgenommen ist, weg.
Nachfolgend ist die Konfiguration der Hornantenne 20 gemäß 4 und 6 beschrieben. Nachfolgend sind drei Richtungen, die senkrecht zueinander sind, als eine X-Richtung, eine Y-Richtung und eine Z-Richtung bezeichnet.
Wie in 4 bis 6 illustriert ist, beinhaltet die Hornantenne 20 einen Wellenleiterabschnitt 21, einen Hornabschnitt 22 und mindestens einen Säulenabschnitt 23. 4 eine perspektivische Ansicht der Hornantenne 20. 5 ist eine Draufsicht von 4 betrachtet in einer Richtung A. 6 ist eine Seitenansicht von 5 betrachtet in einer Richtung B.
Der Wellenleiterabschnitt 21 sendet elektromagnetischen Wellen. Der Wellenleiterabschnitt 21 erstreckt sich in der X-Richtung und beide Enden in der X-Richtung bilden jeweils Öffnungen aus. Die Öffnung kann ebenso als Aperturen bezeichnet werden. Der Wellenleiterabschnitt 21 hat eine rechteckige Form in einem Querschnitt (Y-Z-Ebene) senkrecht zur X-Richtung. Der Wellenleiterabschnitt 21 hat eine rechteckige Form mit der Y-Richtung als eine Längsseite oder eine Längsrichtung und der Z-Richtung als Richtung der kurzen Seite oder eine Querrichtung. So ein Wellenleiterabschnitt 21 kann ebenso als ein rechteckiger Wellenleiter bezeichnet werden. Die X-Richtung entspricht einer ersten Richtung und die Z-Richtung entspricht einer zweiten Richtung.
Beim Senden von elektromagnetischen Wellen in dem Basismodus (beispielsweise TE10-Modus) ist das elektrische Feld parallel zur kurzen Seite des rechteckigen Querschnitts des Wellenleiterabschnitts 21 und das Magnetfeld ist parallel zur Längsseite des rechteckigen Querschnitts. Demnach sind die Oberflächen auf der Längsseite, das heißt, die Oberflächen die einander in der Z-Richtung zugewandt sind, die E-Ebenen. Die Oberflächen auf der kurzen Seite, das heißt, die Oberflächen die einander in der Y-Richtung zugewandt sind, die H-Ebenen. In dem Wellenleiterabschnitt 21 ist die Höhe, die die Distanz zwischen den E-Ebenen ist, über den gesamten Bereich konstant. Die Breite des H-Ebenen-Abstands ist ebenso über den gesamten Bereich konstant. Jedoch beinhaltet die Beschreibung „konstant über den gesamten Bereich“ nicht nur eine Situation, in der die Höhe über den gesamten Bereich exakt konstant ist, sondern kann ebenso eine Situation beinhalten, in der die Höhe im Wesentlichen konstant über den gesamten Bereich ist.
Der Hornabschnitt 22 strahlt die gesendeten elektromagnetischen Wellen in den Raum ab. Der Hornabschnitt 22 ist mit dem Endabschnitt des Wellenleiterabschnitts 21 gegenüber zum Endabschnitt auf der Energiespeiseseite verbunden. Wie der Wellenleiterabschnitt 21 erstreckt sich der Hornabschnitt 22 in der X-Richtung und hat eine rechteckige Form in einem Querschnitt senkrecht zur X-Richtung. Der Hornabschnitt 22 und der Wellenleiterabschnitt 21 sind in der X-Richtung verbunden. Der Hornabschnitt 22 hat eine Höhe als Abstand zwischen E-Ebenen und eine Breite als Abstand zwischen H-Ebenen. Die Breite des Hornabschnitt 22 ist größer als eine Breite des Wellenleiterabschnitts 21. Die Höhe des Hornabschnitt 22 ist gleich einer Höhe des Wellenleiterabschnitts 21 in dem gesamten Bereich. Die gleiche Höhe ist nicht nur auf eine Situation exakt gleicher Höhe beschränkt und kann eine Situation mit im Wesentlichen gleicher Höhe beinhalten. Der Hornabschnitt 22 hat eine Konfiguration, in der sich der Wellenleiterabschnitt 21 in der Y-Richtung erstreckt. So ein Hornabschnitt 22 kann ebenso als ein H-Ebene-Horn bezeichnet werden.
Wie in 4 illustriert ist, hat der Hornabschnitt 22 eine Form, in der sich die Breite, das heißt, die Länge in der Y-Richtung fortlaufend und kontinuierlich verbreitert. Die Breite des Hornabschnitts 22 wird größer, wenn die Distanz von dem Wellenleiterabschnitt 21 in der X-Richtung zunimmt. Die Breite des Hornabschnitts 22 ist gleich der des Wellenleiterabschnitts 21 an der Grenze zu dem Wellenleiterabschnitt 21 und hat einen Maximalwert an der Apertur 22, die die elektromagnetischen Wellen in den Raum abstrahlt. Die Höhe der Apertur 22a ist die gleiche wie die des Wellenleiterabschnitts 21. Die Dimension des Hornabschnitts 22 ist gemäß der Betriebsfrequenz festgelegt. Der Hornabschnitt 22 hat eine Länge L in der X-Richtung, eine Breite W in der Y-Richtung und eine Höhe H in der Z-Richtung.
Der Wellenleiterabschnitt 21 und der Hornabschnitt 22 beinhalten Leiter 30, 31, 40 und 41. Als die Leiter 30, 31, 40 und 41 können beispielsweise eine Metallplatte, ein Metallfilm wie Plattierung, eine Leiterfolie, ein leitendes Blech, ein Vialeiter, ein Durchgangslochleiter oder dergleichen eingesetzt werden. Die Leiter 30, 31 sind angeordnet, um einander in der Z-Richtung zugewandt zu sein, die die Höhenrichtung ist. Die Leiter 30, 31 haben jeweils die E-Ebenen an dem Wellenleiterabschnitt 21 und dem Hornabschnitt 22. Die Distanz zwischen den Leitern 30, 31 ist die Distanz zwischen den E-Ebenen. Die Distanz zwischen den Leitern 30, 31 ist über die gesamte zugewandte Region konstant. Die Leiter 30, 31 sind flach.
Die Leiter 40, 41 sind angeordnet, um einander in der Y-Richtung zugewandt zu sein, die die Breitenrichtung ist. Die Leiter 40, 41 befinden sich zwischen den Leitern 30, 31 in der Z-Richtung und verbinden die Leiter 30, 31 elektrisch. Die Leiter 40, 41 haben jeweils die H-Ebenen an dem Wellenleiterabschnitt 21 und dem Hornabschnitt 22. Die Distanz zwischen den Leitern 40, 41 ist die Distanz zwischen den H-Ebenen. Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Distanz zwischen den Leitern 40, 41 in dem Wellenleiterabschnitt 21 konstant und verbreitert sich fortlaufend und kontinuierlich in dem Hornabschnitt 22.
Die Leiter 30, 31, 40 und 41 bilden eine ringförmige, zylindrische Form mit einem rechteckigen Querschnitt senkrecht zur X-Richtung aus. Der Bereich, der durch die Leiter 30, 31, 40, 41 umgeben ist, kann hohl sein. Das heißt, er kann mit Luft gefüllt sein. Ein Dielektrikum kann anstelle von Luft angeordnet sein.
Der Säulenabschnitt 23 ist ein säulenförmiger Leiterabschnitt. Der Säulenabschnitt 23 ist elektrisch mit mindestens einem der Leiter 30, 31 verbunden, die die E-Ebene an dem Hornabschnitt 22 ausbilden, und erstreckt sich in der Z-Richtung. Der Säulenabschnitt 23 hat aufgrund der Verbindung das gleiche Potential wie die Leiter 30, 31, 40, 41. Der Säulenabschnitt 23 ist an dem Hornabschnitt 22 weg von der Apertur 22a angeordnet. Der Säulenabschnitt 23 ist an dem Hornabschnitt 22 weg von der H-Ebene, das heißt, den Leitern 40, 41 angeordnet. Der Säulenabschnitt 23 kann ebenso als ein Vorsprung bezeichnet werden. Der elektrische Verbindungszustand ist nicht auf die beschränkt, die zwischen unterschiedlichen Elementen wie Anschlüssen ausgebildet sind. Beispielsweise können der Leiter 30 und der Säulenabschnitt 23 an dem gemeinsamen Metallelement angeordnet sein und der Säulenabschnitt 23 kann ein Vorsprung bezüglich des Leiters 30 sein.
Die Hornantenne 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet zwei Säulenabschnitte 23. Wie in 4 und 5 gezeigt ist, sind die zwei Säulenabschnitte 23 in einer Reihe in der Breitenrichtung (Y-Richtung) angeordnet. Die zwei Säulenabschnitte 23 sind mit Intervallen einer halben Wellenlänge oder weniger angeordnet, so dass elektromagnetische Wellen nicht zwischen den Säulenabschnitten 23 lecken. Der Säulenabschnitt 23 ist zwischen der Apertur 22a und der Grenze angeordnet, die sich zwischen dem Wellenleiterabschnitt 21 und dem Hornabschnitt 22 befindet. Wie in 5 illustriert ist, sind die zwei Säulenabschnitte 23 liniensymmetrisch bezüglich der virtuellen Mittellinie CL der Hornantenne 20 parallel zur X-Richtung angeordnet. Die Hornantenne 20 ist ebenso liniensymmetrisch bezüglich der Mittellinie CL angeordnet.
Jeder der Säulenabschnitte 23 ist mit den Leitern 30, 31 verbunden. Wie in 6 gezeigt ist, ist ein Ende des Säulenabschnitts 23, der sich in der Z-Richtung erstreckt, mit dem Leiter 30 verbunden und das andere Ende ist mit dem Leiter 31 verbunden. Die Höhe des Säulenabschnitts 23 ist gleich der Höhe des E-Ebene-Abstands und der Säulenabschnitt 23 überbrückt die Leiter 30, 31.
Die Hornantenne 20, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, ist an dem Fahrzeug 10 angebracht, so dass die X-Richtung im Wesentlichen parallel zur Fahrzeug-Vorderseite-Rückseite-Richtung ist und die Apertur 22a des Hornabschnitts 22 an der Vorderseite des Fahrzeugs ist.
Nachfolgend ist eine die Konfiguration der Hornantenne 20 gemäß 7, 8 beschrieben. 7 illustriert, dass der Säulenabschnitt 23 unter dem Leiter 30, die Vialeiter 40V, 41V und dergleichen für ein leichteres Verständnis transparent sind.
Wie in 7, 8 illustriert ist, ist die Hornantenne 20 an der Leiterplatte 50 angeordnet. Die Leiterplatte 50 beinhaltet ein dielektrisches Basismaterial 51. Leiter sind in mehreren Schichten an dem Basismaterial 51 angeordnet. Die Plattendickenrichtung des Basismaterials 51 ist parallel zur Z-Richtung, die vorstehend beschrieben ist. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat einen Prototyp einer Hornantenne 20 mit dieser Art von Konfiguration erstellt.
Das Basismaterial 51 kann beispielsweise ein Dielektrikum sein. Das Basismaterial 51 kann eine einzelne Schicht sein oder kann mehrere Schichten von Dielektrika sein. Ein verlustarmes Material kann für Hochfrequenzanwendung angewendet werden. Verlustarme Materialien weisen einen extrem niedrigen Tangens δ (dielektrischer Verlusttanges) in dem Hochfrequenzband auf. Beispielsweise können ein Flourharz wie Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyphenylenether (PPE) oder eine Kombination des vorstehenden Harzes mit einem Glasgewebe oder einem Faserflies eingesetzt werden. In diesem Prototyp wurde ein Basismaterial, das PPE und ein Glasgewebe kombiniert, eingesetzt.
Die Leiterplatte 50 beinhaltet die Leiter 30, 31. Die Leiter 30, 31 sind als eine Leiterfolie (beispielsweise eine Kupferfolie) vorgesehen. Der Leiter 30 ist auf der ersten Oberfläche des Basismaterials 51 in der Z-Richtung angeordnet und der Leiter 31 ist auf der zweiten Oberfläche gegenüberliegend zur ersten Oberfläche angeordnet. Der Leiter 30 ist an der gesamten Region der ersten Oberfläche des Basismaterials 51 angeordnet. Der Leiter 31 ist an der gesamten Region der zweiten Oberfläche des Basismaterials 51 angeordnet. Die zweite Oberfläche des Basismaterials 51 ist gegenüberliegend zur ersten Oberfläche des Basismaterials 51 angeordnet. Die Leiterplatte 50 ist eine doppelseitige Substratplatte.
Die Leiterplatte 50 beinhaltet den Säulenabschnitt 23 und Leiter 40, 41. Der Säulenabschnitt 23 ist als ein Vialeiter vorgesehen, der elektrisch Leiter 30, 31 verbindet, die unterschiedliche Schichten haben. Das Basismaterial 51 ist mit einem Loch 52 ausgebildet, das die Z-Richtung an der Position penetriert, wo der Säulenabschnitt 23 ausgebildet ist. Das Loch 52 kann als ein Vialoch bezeichnet werden. Ein leitendes Material ist in dem Loch 52 angeordnet, um den Säulenabschnitt 23 auszubilden. Das leitende Material kann in das Loch 52 ohne Lücke gefüllt werden oder kann nur in einen Teil des Lochs 52 gefüllt werden. Beispielsweise ist ein Plattierfilm als das leitende Material an der Wandoberfläche des Lochs 52 angeordnet und eine Lücke (Kavität) kann innerhalb des Plattierfilms beinhaltet sein.
Die Leiter 40, 41 sind jeweils als Vialeiter 40V, 41V ähnlich dem Säulenabschnitt 23 vorgesehen. Mehrere Löcher 53, die in der Z-Richtung penetrieren, sind an dem Basismaterial 51 mit einem vorbestimmten Zwischenraum entlang den Ausbildungspositionen der Leiter 40, 41 ausgebildet. Mehrere Löcher 53 sind mit Intervallen einer halben Wellenlänge oder weniger ausgebildet, so dass elektromagnetische Wellen nicht lecken. Das Loch 53 kann als ein Vialoch bezeichnet werden. Das leitende Material ist in dem Loch 53 angeordnet, um die Vialeiter 40V, 41V auszubilden. Das leitende Material ist an dem Loch 53 ausgebildet, um die Leiter 30, 31 zu verbinden. Mehrere Vialeiter 40V, die elektrisch die Leiter 30, 31 verbinden, funktionieren als der Leiter 40, der die H-Ebene der Hornantenne 20 ausbildet. Mehrere Vialeiter 41V, die elektrisch die Leiter 30, 31 verbinden, funktionieren als der Leiter 41, der die H-Ebene der Hornantenne 20 ausbildet. Die Vialeiter 40V, 41V können ebenso als Pfostenwände bezeichnet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform werden der Säulenabschnitt 23 und die Vialeiter 40V, 41V in dem gleichen Schritt ausgebildet. Die Konfiguration des Säulenabschnitts 23 und die Konfiguration der Vialeiter 40V, 41V sind im Wesentlichen gleich und der Querschnitt senkrecht zur Z-Richtung ist ein Säulenkörper mit einer im Wesentlichen perfekten Kreisform. Die Durchmesser des Säulenabschnitts 23 und der Vialeiter 40V, 41V sind gleich und die bildenden Materialien sind ebenso gleich. Der Säulenabschnitt 23 und die Vialeiter 40V, 41V sind durch Metallplattierung (beispielsweise Kupferplattierung) ausgebildet.
Die Hornantenne 20, die in 7, 8 illustriert ist, beinhaltet im Inneren ein dielektrisches Material. Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein Beispiel, in dem die Leiter 30, 31 an der gesamten Region der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche des Basismaterials 51 angeordnet sind. Jedoch stellt dieses Beispiel keine Beschränkung dar. Die Metallfolie kann so gemustert sein, dass sie den Abschnitt außerhalb der Vialeiter 40V, 41V ausschließt.
Nachfolgend wird das Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Konfiguration, die den Säulenabschnitt 23 hat und ein Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform darstellt (nachfolgend einfach als ein „vorliegendes Beispiel“ bezeichnet), und der Konfiguration ohne den Säulenkörper, die ein Vergleichsbeispiel darstellt, basierend auf der elektromagnetischen Feldsimulation beschrieben. 9 illustriert eine Konfiguration einer Hornantenne, die in einer elektromagnetischen Feldsimulation angewendet wird.
In der elektromagnetischen Feldsimulation beinhaltet die Hornantenne 20 in dem vorliegenden Beispiel zwei Säulenabschnitte 23, wie in 9 illustriert ist, und die Säulenabschnitte 23 sind in der Y-Richtung ausgerichtet. Eine Ausbildungsregion 23a einschließlich der Säulenabschnitte 23, die durch eine Strichzweipunktlinie in 9 illustriert ist, ist eine rechteckige Region, die durch äußere Enden der zwei Säulenabschnitte 23 in der Y-Richtung und die Enden der zwei Säulenabschnitte 23 in der X-Richtung bestimmt ist. Alle Säulenabschnitte 23 sind innerhalb der Ausbildungsregion 23a angeordnet. Beispielsweise, wenn es nur einen Säulenabschnitt 23 gibt, ist die Ausbildungsregion 23a eine rechteckige Region mit einer Länge in der X-Richtung und einer Länge in Y-Richtung, die gleich dem Durchmesser des Säulenabschnitts 23 sind.
Die Ausbildungsregion 23a ist so festgelegt, dass die Länge von der Mitte der Ausbildungsregion 23a zur Apertur 22a in der X-Richtung innerhalb des Bereichs von 0,4 L bis 0,5 L ist. Die Hornantenne 20 hat eine liniensymmetrische Konfiguration bezüglich der Mittellinie CL und die Distanz zwischen jedem Endabschnitt der Apertur 22a und der Ausbildungsregion 23a in der Y-Richtung ist in dem Bereich von 0,4 W bis 0,425 W. Die Distanz zwischen dem Endabschnitt der Apertur 22a und der Ausbildungsregion 23a ist festgelegt, um gleich zu sein. Beispielsweise ist die Länge der Ausbildungsregion 23a 0,2 W und die Distanz zwischen der Ausbildungsregion 23a und dem Endabschnitt der Apertur 22a ist 0,4 W.
Identische Dimensionen in dem vorliegenden und Vergleichsbeispielen
Die Dimension der Hornantenne in dem vorliegenden Beispiel und die Dimension der Hornantenne in dem Vergleichsbeispiel sind identisch festgelegt und dann wurde die elektromagnetische Feldsimulation für beide der beiden Beispiele ausgeführt. In anderen Worten wird in dem vorliegenden Beispiel der Säulenabschnitt 23 zu der Hornantenne des Vergleichsbeispiels hinzugefügt. 10 illustriert die Reflektionscharakteristika. In 10 illustriert die durchgezogene Linie das vorliegende Beispiel (mit Säulenabschnitt 23) und die unterbrochene Linie zeigt das Vergleichsbeispiel (ohne Säulenkörper).
Wie in 10 illustriert ist, unterscheidet sich die Frequenz, bei der der Dämpfungspol einen größeren Reflektionsdämpfung S11 hat, in dem vorliegenden Beispiel und in dem Vergleichsbeispiel. Basierend auf 10 ist es offensichtlich, dass, wenn der Säulenabschnitt 23 vorgesehen ist, er mit einer niedrigeren Frequenz operieren kann bzw. betrieben werden kann, während die gleiche Dimension beibehalten wird. In anderen Worten ist es klar, dass die Betriebsfrequenz hin zu einem niedrigeren Frequenzbereich bezüglich der Konfiguration in dem Vergleichsbeispiel ohne Säulenkörper verschoben werden kann. Demnach ist es offensichtlich, dass die Reflektionscharakteristika verbessert werden können.
Identische Betriebsfrequenzen in dem vorliegenden und Vergleichsbeispielen

Die Betriebsfrequenz der Hornantenne in dem vorliegenden Beispiel und die Betriebsfrequenz der Hornantenne in dem Vergleichsbeispiel sind identisch festgelegt und dann wurde die elektromagnetische Feldsimulation ausgeführt. Die Betriebsfrequenz wurde auf 85,375 GHz festgelegt. Die Betriebsfrequenz kann ebenso als die Resonanzfrequenz bezeichnet werden. Die Verstärkung (Antennenverstärkung bzw. Antennengewinn) und Dimension einer Hornantenne werden durch die Länge der Wellenlänge, das heißt, die Betriebsfrequenz bestimmt. Durch Schneiden der Apertur des Hornabschnitts an einem Abschnitt, wo die elektrische Feldstärke hoch ist, können die elektromagnetischen Wellen zum externen Raum abgestrahlt werden. [Tabelle 1]

	Frequenzbandbreite [GHz]	Verstärkung [dB]	Dimension (Breite W x Länge L x Höhe H) [mm³]
Ohne Säulenkörper (Vergleichsbeispiel)	1,800	4,25	4,71×3,24×0,9
Ohne Säulenkörper (Vergleichsbeispiel)			(2,54λε×1,75λε×0,49λε)
Ohne Säulenkörper (vorliegendes Beispiel)	2,475	5,76	4,50×2,96×0,50
Ohne Säulenkörper (vorliegendes Beispiel)			(2,43λε×1,59λε×0,50λε)

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, ist die Dimension des vorliegenden Beispiels (Breite W × Länge L × Höhe H) 4,50 mm × 2,96 mm × 0,50 mm. Die Verstärkung ist 5,76 dB. Andererseits ist die Dimension des Vergleichsbeispiels 4,71 mm × 3,24 mm × 0,90 mm. Die Verstärkung ist 4,25 dB. Wird die Wellenlänge λε angewendet, ist die Dimension des vorliegenden Beispiels 2,43λε×1,59λε×0,50λε und die Dimension des Vergleichsbeispiels ist 2,54λε×1,75λε×0,49λε. Die Wellenlänge λε ist ein Wert, der durch die Quadratwurzel des „Wert von (300 [mm/s]/87,375 [GHz]) geteilt durch den Wert der Dielektrizitätskonstante des Basismaterials 51‟ erlangt wird, und die Wellenlänge λε wird in Millimeter [mm] ausgedrückt.
Vergleich hinsichtlich elektrischer Feldverteilung
11 zeigt die elektrische Feldverteilung in dem vorliegenden Beispiel und 12 zeigt die elektrische Feldverteilung in dem Vergleichsbeispiel. 11, 12 illustriert die Änderung über Zeit. Die Phasenverschiebung tritt in der Reihenfolge (a), (b), (c) und (d) auf, die in 11, 12 illustriert sind. In 12 sind die Elemente, die identisch zum vorliegenden Beispiel sind oder auf dieses Bezug nehmen (in anderen Worten die vorliegende Ausführungsform), durch Anhängen von „r“ an die Bezugszeichen in der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet.
In dem vorliegenden Beispiel hat der Säulenabschnitt 23, der an dem Hornabschnitt 22 angeordnet ist, das gleiche Potential (Massepotential) wie die Leiter 30, 31, 40, 41. Demnach agiert der Säulenabschnitt 23 als eine Wand, die das elektrische Feld aufhebt. Der Säulenabschnitt 23 hebt das elektrische Feld auf, das beispielsweise durch die Leiter 40, 41, die die H-Ebene ausbilden, hin zum Säulenabschnitt 23 reflektiert wird. Wie in 11 illustriert ist, sind der Säulenabschnitt 23 und seine Umgebungen Nullpunkte. Das elektrische Feld wird um den Säulenabschnitt 23 umgeleitet. Der Säulenabschnitt 23 hebt die Reflektion von der Apertur 22 aufgrund des elektrischen Felds auf, das um den Säulenabschnitt 23 herum umgeleitet wird. Demnach ist es möglich, die Reflektionscharakteristika sicherzustellen.
In dem Vergleichsbeispiel, da der Säulenkörper nicht vorgesehen ist, ist die elektrische Feldstärke an der Position entsprechend dem Säulenkörper höher, wie in 12 gezeigt ist. Es ist notwendig eine Apertur 22ar an einer Position bereitzustellen, wo die elektrische Feldstärke höher ist und die Reflektion von der Apertur 22ar aufgrund einem höheren elektrischen Feld an der Position entsprechend dem Säulenkörper aufgehoben werden kann. Durch Erfüllen dieser Bedingungen ist es möglich, die elektromagnetischen Wellen von der Apertur 22ar des Hornabschnitts 22r abzustrahlen, während die Reflektionscharakteristika sichergestellt werden. Um diese Bedingungen zu erfüllen, muss die Apertur 22ar an einer Position weg von der Position entsprechend dem Säulenkörper vorgesehen sein.
In dem vorliegenden Beispiel ist es möglich, die Position, wo die elektrische Feldstärke in dem Vergleichsbeispiel höher ist, auf den Nullpunkt durch Bereitstellen des Säulenabschnitts 23 festzulegen. Demzufolge variiert die elektrische Feldverteilung und die Position, wo die Apertur 22a angeordnet ist und die elektrische Feldstärke höher ist, ist verglichen mit dem Vergleichsbeispiel näher an dem Wellenleiterabschnitt 21. Das heißt, die Apertur 22a nähert sich dem Wellenleiterabschnitt 21 an. Demnach wird die Dimension des Hornabschnitts 22 sogar bei identischer Betriebsfrequenz kleiner. Sind die Dimensionen identisch, verschiebt sich die Betriebsfrequenz in den niedrigen Frequenzbereich.
Vergleich hinsichtlich Reflektionscharakteristika
13 illustriert die Reflektionscharakteristika. 13 illustriert das vorliegende Beispiel (mit dem Säulenabschnitt 23) mit einer durchgezogenen Linie und illustriert das Vergleichsbeispiel (ohne den Säulenkörper) mit einer unterbrochenen Linie. Wie in 13 gezeigt ist, werden Dämpfungspole bei im Wesentlichen identischen Frequenzen erzeugt. Demnach ist es offensichtlich, dass die Reflektionscharakteristika durch Bereitstellung des Säulenabschnitts 23 verbessert werden können. Wie in Tabelle 1 illustriert ist, ist die Frequenzbandbreite, die die Bandbreite der Reflektionsdämpfung S11 = - 10 dB ist, in dem Vergleichsbeispiel 1,8 GHz und in dem vorliegenden Beispiel ist die Frequenzbandbreite 2,475 GHz. Wenn der Säulenabschnitt 23 vorgesehen ist, wird die Frequenzbandbreite verbreitert. Demnach ist es basierend auf 13 und Tabelle 1 offensichtlich, dass die Reflektionscharakteristika durch Bereitstellung des Säulenabschnitts 23 verbessert werden können.
Vergleich hinsichtlich Abstrahlcharakteristika oder Richtwirkung
14 illustriert die Abstrahlcharakteristika oder Richtwirkung. 14 illustriert das vorliegende Beispiel (mit dem Säulenabschnitt 23) mit einer durchgezogenen Linie und illustriert das Vergleichsbeispiel (ohne den Säulenkörper) mit einer unterbrochenen Linie. 14 illustriert die Reflektionscharakteristika an einer X-Y-Ebene. Wie in 14 gezeigt ist, wird in dem Vergleichsbeispiel eine größere Nebenkeule erzeugt. Andererseits verschwinden in dem vorliegenden Beispiel die Nebenkeulen und nur der Hauptstrahl existiert. Demnach ist es basierend auf 14 offensichtlich, dass die Reflektionscharakteristika durch Bereitstellung des Säulenabschnitts 23 verbessert werden können. Da Nebenkeulen nicht erzeugt werden, kann die Verstärkung verglichen mit dem Vergleichsbeispiel verbessert werden.
Die Hornantenne 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet den Säulenabschnitt 23 innerhalb des Hornabschnitts 22. Der Säulenabschnitt 23 ist elektrisch mit mindestens einem der Leiter 30, 31 verbunden, die die E-Ebene ausbilden. Der Säulenabschnitt 23 hat das gleiche Potential wie die Leiter 30, 31, 40, 41. Der Säulenabschnitt 23 agiert als eine Wand, die das elektrische Feld aufhebt. Der Säulenabschnitt 23 und seine Umgebungen werden Nullpunkte und die elektrische Feldverteilung variiert bezüglich der Konfiguration, in der der Säulenabschnitt nicht vorgesehen ist. Demnach verschiebt sich die Betriebsfrequenz zu einer niedrigeren Frequenzzone bezüglich der Konfiguration, in der der Säulenabschnitt nicht vorgesehen ist. Falls die Betriebsfrequenzen in sowohl dem vorliegenden Beispiel als auch dem Vergleichsbeispiel identisch sind, ist es möglich, die physikalische Dimension verglichen mit der Konfiguration ohne den Säulenabschnitt zu miniaturisieren. Demzufolge ist es möglich, die Hornantenne 20 mit einer kleineren Dimension bereitzustellen.
Der Säulenabschnitt 23 ist in der Konfiguration vorgesehen, die den Hornabschnitt 22 beinhaltet, der die H-Ebene-Horn-Konfiguration aufweist. Es ist möglich, die Länge L (in anderen Worten die Hornlänge) in der X-Richtung zu reduzieren und die Breite W zu reduzieren, die die Länge in der Y-Richtung ist. Die X-Richtung ist die Senderichtung elektromagnetischer Wellen. Die Dimension kann in drei Richtung reduziert werden, die die Höhe H, die Hornlänge L und Breite W sind.
Wie in 7, 8 illustriert ist, ist die Hornantenne 20 an der Leiterplatte 50 angeordnet. Der Säulenabschnitt 23 ist als ein Vialeiter vorgesehen, der durch Anordnen eines leitenden Materials in den Löchern 52 des dielektrischen Basismaterials 51 ausgebildet ist. Aufgrund der Wellenlängenverkürzungswirkung des Dielektrikums ist es möglich, die Hornantenne 20 zu miniaturisieren. Da die Hornantenne 20 durch Bereitstellen des Säulenabschnitts 23 miniaturisiert werden kann, ist es möglich tan δ (dielektrischer Verlusttangens) zu reduzieren.
Wie in beispielsweise 4 illustriert ist, können mehrere Säulenabschnitte 23 in der Breitenrichtung (in anderen Worten der Y-Richtung) in einer Konfiguration mit mehreren Säulenabschnitten 23 ausgerichtet sein. Wenn ein Vialeiter als der Säulenabschnitt 23 eingesetzt wird, kann die Länge der Ausbildungsregion 23a in der X-Richtung verglichen mit der Konfiguration verkürzt sein, in der der Säulenabschnitt 23, der einen großen Durchmesser hat, vorgesehen ist. Demnach ist es möglich, ferner die Länge L des Hornabschnitts 22 und die Dimension der Hornantenne 20 in der X-Richtung zu reduzieren.
Die Hornantenne 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer E-Band-Wellen geeignet, basierend auf dem vorstehend erwähnten Simulationsergebnis.
(Weitere Ausführungsformen)
Während die Offenbarung in dieser Spezifikation und den Zeichnungen unter Bezugnahme auf deren Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung soll unterschiedliche Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken. Darüber hinaus fallen neben den verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder nur einem einzigen Element ebenfalls in den Geist und den Umfang der vorliegenden Offenbarung.
Die vorliegende Offenbarung in dieser Spezifikation und den Zeichnungen beschreibt ein Beispiel des Einsetzens der Hornantenne 20 bei Straße-zu-Fahrzeug-Kommunikation. Jedoch gibt es keine Beschränkung darauf. Die Frequenz, die in der vorliegenden Anmeldung eingesetzt wird, ist nicht auf das E-Band (60 GHz bis 90 GHz) beschränkt. Die vorliegende Anmeldung kann auf drahtlose Kommunikation angewendet werden, die Hochfrequenzsignale in einem Mikrowellenband (3 GHz bis 30 GHz) und einem Millimeterwellenband (30 GHz bis 300 GHz) einsetzt. Die vorliegende Offenbarung kann nicht nur auf ein Fahrzeug angewandt werden, sondern kann beispielsweise auf Konsumerprodukte angewandt werden.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein Beispiel der Hornantenne 20 mit der Leiterplatte 50. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann die Hornantenne 20 durch Stanzen, Biegen, Verbinden oder dergleichen auf einer Metallplatte ausgebildet sein. Die Leiter 30, 31, 40, 41 und der Säulenabschnitt 23, die vorstehend beschrieben sind, können ebenso durch Verarbeiten einer Metallplatte ausgebildet sein. Wenn die Leiterplatte 50 eingesetzt wird, ist es möglich, die Hornantenne 20 zu miniaturisieren.
Die Querschnittsform des Säulenabschnitts 23 muss nicht auf die perfekte Kreisform beschränkt sein. Wie in 15 illustriert ist, kann eine Konfiguration den Säulenabschnitt 23 beinhalten, der in einer Richtung eine längere Seite hat. Beispielsweise kann der Säulenabschnitt 23 eine Querschnittsoberfläche mit einer elliptischen Form mit der Y-Richtung als die Längsrichtung und der X-Richtung als die Querrichtung haben. Eine elliptische Form, eine Trapezform oder eine polygonale Form können ebenso eingesetzt werden.
Die Anzahl von Säulenabschnitten 23 muss nicht auf das vorstehende Beispiel beschränkt sein, das in der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist. Wie in 15, 16 illustriert ist, kann eine Konfiguration den Säulenabschnitt 23 beinhalten, der eine längere Seite in einer Richtung hat. Der Querschnitt des Säulenabschnitts 23, der in 16 gezeigt ist, hat eine gestreckte Kreisform. In dieser Konfiguration kann der Durchmesser eines Säulenabschnitts 23 gleich der Länge des Ausbildungsbereichs 23a, der zwei Säulenabschnitte 23 hat, in der Y-Richtung sein.
Wie in 17 illustriert ist, kann die Hornantenne 20 drei oder mehr Säulenabschnitte 23 beinhalten. Obwohl es nicht illustriert ist, können drei oder mehr Säulenabschnitte 23 in einer Reihe entlang der Y-Richtung vorgesehen sein. Wie in 17 illustriert ist, können mehrere Säulenabschnitt 23 angeordnet sein, wobei die Positionen entlang der X-Richtung angeordnet sind. 17 illustriert, dass zwei Säulenabschnitte 23 in der Y-Richtung ausgerichtet sind, wobei der verbleibende eine Säulenabschnitt 23 an einer Zwischenposition zwischen den zwei Säulenabschnitten 23 angeordnet ist. Die Zwischenposition ist eine Position, die zur Apertur 22a verschoben ist.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein Beispiel, in dem der Säulenabschnitt 23 mit beiden Leitern 30, 31 verbunden ist, die jeweils die E-Ebenen ausbilden. Jedoch gibt es keine Beschränkung darauf. In anderen Worten muss die Höhe des Säulenabschnitts 23 nicht auf die Höhe beschränkt sein, die gleich zur Distanz zwischen den E-Ebenen ist. Der Säulenabschnitt 23 ist elektrisch mit mindestens einem der Leiter 30, 31 verbunden, die die E-Ebene ausbilden. Beispielsweise ist in einem Beispiel, das in 18 illustriert ist, der Säulenabschnitt 23 mit nur dem Leiter 31 verbunden. Die Höhe des Säulenabschnitts 23 ist kürzer als die Distanz zwischen den E-Ebenen. Da der Erfinder der vorliegenden Anmeldung das Ergebnis basierend auf der elektromagnetischen Feldsimulation bestätigte, ist es, sogar, wenn die Höhe des Säulenabschnitts 23 0,8 H ist, ebenso möglich, die gleiche Wirkung zu erzielen, die in der Konfiguration gezeigt wird, in der die Höhe des Säulenabschnitts 23 die gleiche wie die Distanz zwischen den E-Ebenen ist. Der Säulenabschnitt 23 hat das gleiche Potential wie die Leiter 30, 31, 40, 41. Der Säulenabschnitt 23 agiert als eine Wand, die das elektrische Feld aufhebt. Demnach ist es möglich, die gleiche vorteilhafte Wirkung zu haben, sogar, wenn die Höhe des Säulenabschnitts 23 kürzer als die Distanz zwischen den E-Ebenen ist.
Der Säulenabschnitt 23 kann weg von der Apertur 22a an einer Region innerhalb des Hornabschnitts 22 versetzt sein, in anderen Worten einer Region, die durch die Leiter 30, 31, 40, 41 des Hornabschnitts 22 umgeben ist. Demnach ist es möglich, eine Position zu verschieben, in der die elektrische Feldstärke in der X-Richtung höher ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013229676 A1 [0002]

Claims

Hornantenne, aufweisend: einen Wellenleiterabschnitt (21); einen Hornabschnitt (22), der mit einem Ende des Wellenleiterabschnitts verbunden ist und eine Höhe als Abstand zwischen E-Ebenen und eine Breite als Abstand zwischen H-Ebenen hat, wobei die Breite des Hornabschnitts größer als eine Breite des Wellenleiterabschnitts ist und die Höhe des Hornabschnitts gleich einer Höhe des Wellenleiterabschnitts ist; und mindestens einen Säulenabschnitt (23), der elektrisch mit mindestens einem von Leitern (30, 31), die jeweils die E-Ebenen ausbilden, an dem Hornabschnitt verbunden ist, und an einer Position weg von einer Apertur (22a) des Hornabschnitts innerhalb des Hornabschnitts angeordnet ist.
Hornantenne gemäß Anspruch 1, wobei jeder des Wellenleiterabschnitts, des Hornabschnitts und des Säulenabschnitts beinhaltet ein dielektrisches Basismaterial (51), und die Leiter, die in mehreren Schichten auf dem dielektrischen Basismaterial angeordnet sind, wobei das dielektrische Basismaterial ein Loch (52) hat, das mit mindestens einem der Leiter an dem Hornabschnitt verbunden ist, und wobei der Säulenabschnitt aus einem leitenden Material ausgebildet ist, das in dem Loch angeordnet ist.
Hornantenne gemäß Anspruch 2, wobei der mindestens eine Säulenabschnitt mehrere der Säulenabschnitte beinhaltet, und wobei die Säulenabschnitte in einer Richtung entlang der Breite des Hornabschnitts ausgerichtet sind.