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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verdrillten Wellenleiter,
der eine Polarisationsebene einer elektromagnetischen Welle, die
sich durch zwei rechteckige Ausbreitungswegelemente ausbreitet,
drehen kann.
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Stand der
Technik
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14 stellt
einen sehr häufig
eingesetzten herkömmlichen
verdrillten Wellenleiter dar, der ein rechteckiger Wellenleiter
mit einer verdrillten Struktur ist. Da ein schnelles Verdrillen
eines verdrillten Wellenleiters mit einer derartigen Struktur während des Herstellungsverfahrens
desselben nicht erlaubt ist, benötigt
der Wellenleiter eine vorbestimmte Länge in der Ausbreitungsrichtung
einer elektromagnetischen Welle. Ferner benötigt der Wellenleiter außerdem einen
großen
Raum in den Verbindungsabschnitten. Das Patentdokument 1 offenbart
eine Struktur zum Lösen
dieser Probleme. Insbesondere stellt 15 die
Struktur eines verdrillten Wellenleiters gemäß dem Patentdokument 1 dar.
In diesem verdrillten Wellenleiter ist ein zweites rechteckiges
Wellenleiterelement 2 auf eine derartige Weise angebracht,
dass das zweite rechteckige Wellenleiterelement 2 mit einem
vorbestimmten Winkel in Bezug auf ein erstes rechteckiges Wellenleiterelement 1 geneigt
ist. Ferner ist ein Resonanzfenster oder Filterfenster 3,
das eine Übertragungsmittenfrequenz
als eine vorbestimmte Frequenz aufweist, zwischen dem ersten rechteckigen
Ausbreitungswegelement und dem zweiten rechteckigen Wellenleiterelement 2 derart angeordnet,
dass eine Polarisationsebene mit ½ des oben erwähnten vorbestimmten
Winkels geneigt ist.
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Patentdokument
1: japanischen ungeprüften Patentanmeldung
Nr. 62-23201
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Offenbarung
der Erfindung
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Durch die Erfindung zu
lösende
Probleme
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Die
in 15 gezeigte Struktur jedoch ist dahingehend problematisch,
dass das Resonanzfenster oder Filterfenster eine extrem kleine Abmessung aufweisen
muss, um bei einer Hochfrequenzwelle, wie z. B. in einem W-Band
(75 bis 110 GHz) verwendet zu werden. Dies verkompliziert das Herstellungsverfahren
des Fensters und verschmälert
außerdem den
verwendbaren Frequenzbereich aufgrund des Gebrauchs einer Resonanz.
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Folglich
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die oben
erwähnten
Probleme zu lösen,
indem ein verdrillter Wellenleiter bereitgestellt wird, der einen
breiten verwendbaren Frequenzbereich aufweist, ohne eine große Abmessung eines
Raums erforderlich zu machen, der zum Drehen einer Polarisationsebene
verwendet wird, und indem eine drahtlose Vorrichtung bereitgestellt
wird, die mit einem derartigen verdrillten Wellenleiter ausgerüstet ist.
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Mittel zum
Lösen der
Probleme
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Ein
verdrillter Wellenleiter gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein erstes und ein zweites rechteckiges Ausbreitungswegelement,
die unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen, und ein Verbindungselement,
das das erste und das zweite rechteckige Ausbreitungswegelement
miteinander verbindet. Das Verbindungselement weist eine feste Lei tungslänge in einer
Richtung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle des ersten
und des zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelements auf. Das Verbindungselement
umfasst Vorsprünge,
die sich nach innen erstrecken, um einander zugewandt zu sein, wobei
die Vorsprünge
ein elektrisches Feld einer elektromagnetischen Welle, die von dem
ersten oder dem zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelement eintritt,
konzentrieren und eine Polarisationsebene der elektromagnetischen
Welle, die sich durch das Verbindungselement ausbreitet, drehen.
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Ferner
könnte
in dem verdrillten Wellenleiter gemäß der vorliegenden Erfindung
eine innere Peripherie des Verbindungselements, die eine Mittelachse
umgibt, die sich in der Richtung der Ausbreitung einer elektromagnetischen
Welle des ersten und des zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelements
erstreckt, Oberflächen
umfassen, die im Wesentlichen parallel zu einer H-Ebene und einer
E-Ebene des ersten rechteckigen Ausbreitungswegelements sind. In diesem
Fall bilden diese Oberflächen
eine Treppe, derart, dass angrenzende Abschnitte zwischen den Oberflächen, die
parallel zu der H-Ebene sind, und den Oberflächen, die parallel zu der E-Ebene
sind, die Vorsprünge
bilden. Die Treppe ist ferner in einer Richtung geneigt, die einer
Richtung entspricht, in der die H-Ebene des zweiten rechteckigen
Ausbreitungswegelements geneigt ist.
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Ferner
könnten
in dem verdrillten Wellenleiter gemäß der vorliegenden Erfindung
die Vorsprünge
zwei Vorsprünge
umfassen, die an zwei Positionen vorgesehen sind, derart, dass eine
Ebene, die sich zwischen den beiden Vorsprüngen erstreckt, in Richtung
der E-Ebene des zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelements in
Bezug auf die E-Ebene des ersten rechteckigen Ausbreitungswegelements geneigt
ist.
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Ferner
könnte
in dem verdrillten Wellenleiter gemäß der vorliegenden Erfindung
die Leitungslänge des
Verbindungselements in der Richtung der Ausbreitung einer elektromag netischen
Welle im Wesentlichen ½ einer
Führungswellenlänge in Bezug auf
eine Frequenz einer elektromagnetischen Welle, die sich durch das
Verbindungselement ausbreiten soll, betragen.
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Ferner
könnte
das Verbindungselement in dem verdrillten Wellenleiter gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Mehrzahl von Unterelementen umfassen, die an mehreren Positionen
in der Richtung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle
angeordnet sind.
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Eine
drahtlose Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst den verdrillten Wellenleiter, der eine der obigen
Strukturen aufweist, und eine Antenne, die mit einem des ersten
und des zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelements, die in dem verdrillten
Wellenleiter enthalten sind, verbunden ist.
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Vorteile
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verbindungselement, das zwischen dem ersten und dem
zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelement angeordnet ist, mit
Vorsprüngen
versehen, die nach innen vorstehen, um einander zugewandt zu sein.
So wird ein elektrisches Feld einer elektromagnetischen Welle, die
von dem ersten oder zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelement
eintritt, in den Vorsprüngen konzentriert
und eine Polarisationsebene der elektromagnetischen Welle, die sich
durch das Verbindungselement ausbreitet, wird gedreht. Folglich
wird die Polarisationsebene in dem Verbindungselement von dem ersten
rechteckigen Ausbreitungswegelement in Richtung des zweiten rechteckigen
Ausbreitungswegelements oder von dem zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelement
in Richtung des ersten rechteckigen Ausbreitungswegelements gedreht.
Da eine derartige Struktur kein Resonanzfenster oder Filterfenster,
wie in 15 gezeigt ist, benötigt, kann eine
breite Frequenzbereichs charakteristik erzielt werden. Ferner kann
gemäß dieser
Struktur, da die Polarisationsebene durch einen rechteckigen Wellenleiter,
dessen Gesamtstruktur verdrillt ist, nicht gedreht wird, die Polarisationsebene
einer elektromagnetischen Welle innerhalb eines kleinen Raums gedreht
werden.
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Ferner
könnte
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine innere Peripherie des Verbindungselements mit Oberflächen versehen
sein, die im Wesentlichen parallel zu einer H-Ebene und einer E-Ebene
des ersten rechteckigen Ausbreitungswegelements sind. Insbesondere
bilden die Oberflächen eine
Treppe, derart, dass angrenzende Abschnitte zwischen den Oberflächen, die
parallel zu der H-Ebene sind, und den Oberflächen, die parallel zu der E-Ebene
sind, die Vorsprünge
bilden. Ferner könnte die
Treppe in einer Richtung geneigt sein, die einer Richtung entspricht,
in der die H-Ebene des zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelements
geneigt ist. Folglich kann jedes der Elemente aus nur flachen Oberflächen und
parallelen Oberflächen
gebildet sein, wodurch das Herstellungsverfahren für das erste
und das zweite rechteckige Ausbreitungswegelement und das Verbindungselement
vereinfacht wird. Dies reduziert die Herstellungskosten und trägt deshalb
zu der Reduzierung der Gesamtkosten bei.
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Ferner
könnten
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Vorsprünge
zwei Vorsprünge
umfassen, derart, dass eine Ebene, die sich zwischen den beiden
Vorsprüngen
erstreckt, in Richtung einer E-Ebene des zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelements
in Bezug auf die E-Ebene des ersten rechteckigen Ausbreitungswegelements
geneigt sein könnte.
Folglich kann die Polarisationsebene der elektromagnetischen Welle,
die sich durch das Verbindungselement ausbreitet, mit nur zwei Vorsprüngen gedreht
werden, wodurch die Gesamtstruktur vereinfacht wird. Dies reduziert
die Herstellungskosten weiter.
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Ferner
könnte
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Abmessung des Verbindungselements in der Richtung
der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle im Wesentlichen ½ einer
Führungswellenlänge in Bezug
auf eine Frequenz einer elektromagnetischen Welle, die sich durch
das Verbindungselement ausbreiten soll, betragen. So kann eine Konsistenz
zwischen dem Verbindungselement und dem ersten und dem zweiten rechteckigen
Ausbreitungswegelement bei der Frequenz, die der Führungswellenlänge entspricht,
erzielt werden. Anders ausgedrückt
weisen der Reflexionskoeffizient an dem Grenzabschnitt zwischen
dem ersten rechteckigen Ausbreitungswegelement und dem Verbindungselement
und der Reflexionskoeffizient an dem Grenzabschnitt zwischen dem
zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelement und dem Verbindungselement
umgekehrte Polaritäten
auf, derart, dass zwei Reflexionswellen entgegengesetzte Phasen
aufweisen und sich so überlappen.
Folglich wirken die beiden Reflexionswellen einander entgegen, wodurch
ein niedriger Reflexionsverlust erzielt wird.
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Ferner
könnte
gemäß der vorliegenden
Erfindung das Verbindungselement eine Mehrzahl von Unterelementen
umfassen, die an mehreren Positionen in der Richtung der Ausbreitung
einer elektromagnetischen Welle angeordnet sind. Folglich ist, selbst wenn
ein Drehwinkel einer Polarisationsebene bei einem ersten Verbindungsunterelement
nicht in ausreichendem Maße
erhalten wird, der erhaltene Gesamtdrehwinkel groß. Ferner
können
die Strukturunterschiede an den Grenzabschnitten zwischen dem Verbindungselement
und dem ersten und dem zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelement
reduziert werden, wodurch ein geringer Reflexionsverlust erzielt
wird.
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Ferner
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung eine drahtlose Vorrichtung ohne weiteres bereitgestellt
werden, wobei die Vorrichtung eine elektromagnetische Welle mit
einer Polarisationsebene, die sich von einer Polarisationsebene
in einem Ausbreitungsweg unterscheidet, durch den sich ein Sendesignal
oder ein Empfangssignal ausbreitet, senden oder empfangen kann.
Die Vorrichtung kann z. B. eine elektromagnetische Welle senden
oder empfangen, deren Polarisationsebene mit einem vorbestimmten
Winkel in Bezug auf eine Horizontalebene geneigt ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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[1] 1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine dreidimensionale Konfiguration
des Ausbreitungswegs einer elektromagnetischen Welle eines verdrillten
Wellenleiters gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
darstellt.
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[2] 2 umfasst
Querschnittsansichten, die jeweils ein Element des verdrillten Wellenleiters
und die Verteilung eines elektrischen Feldes einer elektromagnetischen
Welle darstellen.
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[3] 3 stellt
eine Charakteristik von Reflexionsverlust gegenüber Frequenz des verdrillten
Wellenleiters dar.
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[4] 4 umfasst
Querschnittsansichten, die jeweils ein Verbindungselement eines
verdrillten Wellenleiters gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
darstellen.
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[5] 5 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine dreidimensionale Konfiguration
des Ausbreitungswegs einer elektromagnetischen Welle eines verdrillten
Wellenleiters gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
darstellt.
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[6] 6 umfasst
Querschnittsansichten, die drei Strukturtypen eines Verbindungselements
eines verdrillten Wellenleiters gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
darstellen.
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[7] 7 umfasst
Querschnittsansichten der Elemente des verdrillten Wellenleiters
gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel.
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[8] 8 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine dreidimensionale Konfiguration
des Ausbreitungswegs einer elektromagnetischen Welle eines verdrillten
Wellenleiters gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel
darstellt.
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[9] 9 umfasst
Querschnittsansichten, die jeweils ein Verbindungselement eines
verdrillten Wellenleiters gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
darstellen.
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[10] 10 umfasst
ein Diagramm, das eine dreidimensionale Konfiguration des Ausbreitungswegs
einer elektromagnetischen Welle eines verdrillten Wellenleiters
gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
darstellt, und Querschnittsansichten der Elemente.
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[11] 11 stellt
Charakteristika von S-Parameter gegenüber Frequenz des verdrillten Wellenleiters
dar.
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[12] 12 umfasst
Diagramme, die einen Primärstrahler
und eine Dielektrische-Linse-Antenne, die in einem Höchstfrequenz-Radargerät vorgesehen
sind, gemäß einem
achten Ausführungsbeispiel
darstellen.
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[13] 13 ist
ein Blockdiagramm, das ein Signalsystem des Höchstfrequenz-Radargeräts darstellt.
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[14] 14 ist
eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen verdrillten Wellenleiters.
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[15] 15 stellt
einen verdrillten Wellenleiter gemäß dem Patentdokument 1 dar.
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- 0
- Mittelachse
- 10
- erstes
rechteckiges Wellenleiterelement
- 20
- zweites
rechteckiges Wellenleiterelement
- 21
- rechteckiger
Schalltrichter
- 30
- Verbindungselement
- 31,
32
- Vorsprung
- 40
- dielektrische
Linse
- 100,
101, 102
- Metallblock
- 110
- verdrillter
Wellenleiter
- 110'
- Primärstrahler
- R
- Kantenlinie
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Bester Modus
zur Ausführung
der Erfindung
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Ein
verdrillter Wellenleiter gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
wird nun Bezug nehmend auf die 1 bis 3 beschrieben.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine dreidimensionale Konfiguration
des Inneren (Ausbreitungsweg einer elektromagnetischen Welle) eines
verdrillten Wellenleiters darstellt. Ein verdrillter Wellenleiter 110 umfasst
ein erstes rechteckiges Wellenleiterelement 10, das einem
ersten rechteckigen Ausbreitungswegelement entspricht, gemäß der vorliegenden
Erfindung; ein zweites rechteckiges Wellenleiterelement 20,
das einem zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelement entspricht,
gemäß der vorliegenden
Er findung; und ein Verbindungselement 30. Das erste rechteckige
Wellenleiterelement 10 und das zweite rechteckige Wellenleiterelement 20 übertragen
eine elektromagnetische Welle der TE10-Mode und weisen jeweils eine
sich längs
erstreckende H-Ebene und eine sich lateral erstreckende E-Ebene, im Querschnitt
entlang einer Ebene betrachtet, die Senkrecht zu einer Richtung
der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle ist, auf. Die Bezugszeichen
H in 1 zeigen jeweils eine Oberfläche an, die parallel zu einer
Schleifenebene (H-Ebene) eines Magnetfelds ist. Andererseits zeigt jedes
Bezugszeichen E eine Oberfläche
an, die parallel zu einer Ebene (E-Ebene) ist, die sich parallel
zu einer Richtung eines elektrischen Feldes erstreckt. Das erste
rechteckige Wellenleiterelement 10, das zweite rechteckige
Wellenleiterelement 20 und das Verbindungselement 30 weisen
eine gemeinsame Mittelachse 0 auf, die sich kollinear in
der Richtung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle erstreckt.
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Wenn
die H-Ebene des ersten rechteckigen Wellenleiterelements 10 parallel
zu einer horizontalen Ebene ist und die E-Ebene parallel zu einer
vertikalen Linie ist, sind die H-Ebene
und die E-Ebene des zweiten rechteckigen Wellenleiterelements 20 mit
einem Winkel von 45° um
die Mittelachse, die sich in der Richtung der Ausbreitung einer
elektromagnetischen Welle erstreckt, geneigt.
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Das
Verbindungselement 30 weist eine feste Leitungslänge in der
Richtung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle des ersten
und des zweiten rechteckigen Wellenleiterelements 10 und 20 auf und
kann eine Polarisationsebene einer elektromagnetischen Welle, die
von dem ersten rechteckigen Wellenleiterelement 10 oder
dem zweiten rechteckigen Wellenleiterelement 20 empfangen
wird, drehen, so dass eine Umwandlung zwischen einer Polarisationsebene
des ersten rechteckigen Wellenleiterelements 10 und einer
Polarisationsebene des zweiten rechteckigen Wellenleiterelements 20 durchgeführt werden
kann.
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2 umfasst
Querschnittsansichten der in 1 gezeigten
Elemente, während
jede Querschnittsansicht entlang einer Ebene gezeichnet ist, die
senkrecht zu der Richtung der Ausbreitung einer elektromagnetischen
Welle ist. Ähnlich
wie in 1 ist nur ein innerer Raum des Ausbreitungswegs
der elektromagnetischen Welle gezeigt. Insbesondere ist ein Diagramm
(A) eine Querschnittsansicht des ersten rechteckigen Wellenleiterelements 10,
ein Diagramm (C) ist eine Querschnittsansicht des zweiten rechteckigen
Wellenleiterelements 20 und ein Diagramm (B) ist eine Querschnittsansicht
des Verbindungselements 30. Eine Struktur, die mehrere
Dreiecke umfasst, zeigt in jeder Zeichnung eine elektrische Feldverteilung
einer elektromagnetischen Welle einer TE10-Mode, die sich durch
den verdrillten Wellenleiter ausbreitet, an. Anders ausgedrückt zeigt
die Zeigerichtung der Dreiecke der Struktur die Richtung des elektrischen
Feldes an und die Größe und die Dichte
der Dreiecke der Struktur zeigen die Größe oder den Betrag des elektrischen
Feldes an. In den Diagrammen (A) und (C) zeigt jedes Bezugszeichen H
eine Oberfläche
an, die parallel zu der H-Ebene ist, und jedes Bezugszeichen E zeigt
eine Oberfläche
an, die parallel zu der E-Ebene ist. Bezug nehmend auf die Diagramme
(A) und (C) erstreckt sich das elektrische Feld der TE10-Mode in
einer Richtung, die parallel zu der E-Ebene ist, und die Intensität des elektrischen
Feldes ist in Richtung der Mitte jedes Wellenleiterelements größer. Wie
oben beschrieben ist, weisen das erste rechteckige Wellenleiterelement 10, das
zweite rechteckige Wellenleiterelement 20 und das Verbindungselement 30 eine
gemeinsame Mittelachse 0 auf, die sich kollinear in der
Richtung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle erstreckt.
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Bezug
nehmend auf das Diagramm (B) in 2 ist das
Verbindungselement 30 mit einem Paar von Vorsprüngen 31a, 32a,
die sich nach innen erstrecken, um einander zugewandt zu sein, und
einem Paar von Vorsprüngen 31b, 32b,
die sich ebenso nach innen erstrecken, um einander zugewandt zu sein,
versehen. Die innere Peripherie des Verbindungselements 30 umfasst
Oberflächen
Sh01, Sh02, Sh03, Sh11, Sh12, Sh13, die parallel zu der H-Ebene des
ersten rechteckigen Wellenleiterelements 10 sind, sowie
Oberflächen
Sv01, Sv02, Sv11, Sv12, Sv10, Sv20, die parallel zu der E-Ebene
des ersten rechteckigen Wellenleiterelements 10 sind. Diese Oberflächen parallel
zu der H-Ebene und die Oberflächen
parallel zu der E-Ebene bilden eine treppenartige Struktur. Die
Richtung einer Neigung der Treppe entspricht der Richtung, in der
die H-Ebene des zweiten rechteckigen Wellenleiterelements 20 geneigt
ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Treppe in einem Winkel von 22,5° geneigt, was im Wesentlichen ½ des Neigungswinkels
der H-Ebene des zweiten rechteckigen Wellenleiterelements 20 ist.
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Angrenzende
Abschnitte unter den Oberflächen,
die parallel zu der H-Ebene, und den Oberflächen, die parallel zu der E-Ebene des ersten
rechteckigen Wellenleiterelements 10 sind, bilden die oben erwähnten Vorsprünge 31a, 32a, 31b, 32b.
Folglich ist das elektrische Feld in diesen Regionen der Vorsprünge 31a, 32a, 31b, 32b,
die sich von dem Verbindungselement 30 nach innen erstrecken,
konzentriert. Aus diesem Grund wird eine Veränderung der Richtung des elektrischen
Feldes zwischen den Vorsprüngen
an der oberen Seite und den Vorsprüngen an der unteren Seite des
Verbindungselements 30 in der Zeichnung erzeugt. Dies neigt
die Polarisationsebene der elektromagnetischen Welle in dem Verbindungselement 30,
wodurch die Polarisationsebene der elektromagnetischen Welle, die
sich durch das Verbindungselement 30 ausbreitet, gedreht
wird.
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Bezug
nehmend auf die 1 und 2 weisen
das Wellenleiterelement 10 und das Wellenleiterelement 20 unterschiedliche
Polarisationsebenen auf, jedoch die gleiche Querschnittsstruktur.
Aus diesem Grund können
ein Reflexionskoeffizient, von der Seite des Wellenleiterelements 10 in
Richtung des Verbindungselements 30 betrachtet, und ein
Refle xionskoeffizient, von der Seite des Wellenleiterelements 20 in
Richtung des Verbindungselements 30 betrachtet, auf eine
relativ einfache Art und Weise durch ein Einstellen der Höhe der Vorsprünge und der
Breite der Vorsprünge
in dem Verbindungselement 30 gleich gemacht werden. Wenn
der Reflexionskoeffizient, von der Seite des Wellenleiterelements 10 in
Richtung des Verbindungselements 30 betrachtet, und der
Reflexionskoeffizient, von der Seite des Wellenleiterelements 20 in
Richtung des Verbindungselements 30 betrachtet, gleich
sind, weisen der Reflexionskoeffizient, von der Seite des Wellenleiterelements 10 in
Richtung des Verbindungselements 30 betrachtet, und der
Reflexionskoeffizient, von der Seite des Verbindungselements 30 in
Richtung des Wellenleiterelements 20 betrachtet, die gleiche
Größe bzw.
den gleichen Betrag mit umgekehrten Polaritäten auf.
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In
diesem Fall überlappen
sich, wenn die Leitungslänge
des Verbindungselements 30 auf ½ der Führungswellenlänge gesetzt
ist und unter der Annahme, dass sich eine elektromagnetische Welle
von dem Wellenleiterelement 10 zu dem Wellenleiterelement 20 ausbreitet,
eine Reflektivwelle an einem Grenzabschnitt zwischen dem Wellenleiterelement 10 und
dem Verbindungselement 30 und eine Reflektivwelle an einem
Grenzabschnitt zwischen dem Verbindungselement 30 und dem
Wellenleiterelement 20, während sie voneinander um eine
Wellenlänge abweichen.
Da die Reflektivwellen mit umgekehrten Polaritäten einander überlappen,
wirken die Reflektivwellen einander entgegen.
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3 stellt
Charakteristika von Reflexionsverlust gegenüber Frequenz des verdrillten
Wellenleiters in einem Fall dar, in dem die beiden oben erwähnten Reflexionskoeffizienten
umgekehrte Polaritäten
aufweisen. Die fette Linie in 3 zeigt
eine Charakteristik in einem Fall an, in dem die Leitungslänge des
Verbindungselements auf ½ der
Führungswellenlänge bei
der Entwurfsfrequenz gesetzt ist. Andererseits entspricht die dünne Linie
einem Vergleichsbeispiel und zeigt eine Charakteristik in einem Fall
an, in dem die Leitungslänge
auf ¼ der
Führungswellenlänge bei
der Entwurfsfrequenz gesetzt ist. Wenn die Leitungslänge des
Verbindungselements auf ¼ der
Führungswellenlänge gesetzt
ist, wird ein großer
Reflexionsverlust von etwa –9
dB aufgrund von Reflexionen, die an den Grenzebenen zwischen dem
ersten rechteckigen Wellenleiterelement und dem Verbindungselement
und zwischen dem zweiten rechteckigen Wellenleiterelement und dem Verbindungselement
erzeugt werden, bewirkt. Andererseits wirken, wenn die Leitungslänge des
Verbindungselements 30 auf ½ der Führungswellenlänge bei
der Entwurfsfrequenz gesetzt ist, die Reflektivwelle, die zwischen
dem ersten rechteckigen Wellenleiterelement 10 und dem
Verbindungselement 30 erzeugt wird, und die Reflektivwelle,
die zwischen dem zweiten rechteckigen Wellenleiterelement 20 und dem
Verbindungselement 30 erzeugt wird, einander entgegen,
wodurch der Reflexionsverlust minimiert wird. Die Entwurfsfrequenz
des verdrillten Wellenleiters beträgt 76,6 GHz, wobei der Reflexionsverlust –60 dB beträgt, wie
durch die fette Linie angezeigt ist. Folglich wird eine extrem niedrige
Reflexionsverlustcharakteristik erzielt. Obwohl der Reflexionsverlust ansteigt,
wenn die Frequenz der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle
von der Entwurfsfrequenz abweicht, wird eine niedrige Reflexionsverlustcharakteristik,
bei der der Reflexionsverlust –40
dB oder weniger beträgt,
innerhalb eines relativ breiten Frequenzbereichs von 76 bis 77 GHz
erzielt.
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4 umfasst
Diagramme, die einen verdrillten Wellenleiter gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
darstellen. Diagramme (A) und (B) sind Querschnittsansichten von
Verbindungselementen, die unterschiedliche Strukturen aufweisen,
entlang einer Ebene, die senkrecht zu der Richtung der Ausbreitung
einer elektromagnetischen Welle ist, wobei eines der Verbindungselemente
in dem verdrillten Wellenleiter enthalten ist. Im Gegensatz zu dem
in den 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel,
das mit zwei Paaren von Vorsprüngen
(insgesamt vier Vorsprüngen)
versehen ist, die sich nach innen erstrecken, um einander zugewandt
zu sein, ist das im Diagramm (A) gezeigte Beispiel mit drei Paaren
von Vorsprüngen
(insgesamt sechs Vorsprüngen)
versehen. Ferner ist das im Diagramm (B) gezeigte Beispiel mit fünf Paaren
von Vorsprüngen
(insgesamt zehn Vorsprüngen)
versehen. Entsprechend könnte
das Verbindungselement 30 mit einer erwünschten Anzahl von Vorsprüngen versehen
sein.
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5 stellt
einen verdrillten Wellenleiter gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die H-Ebene des zweiten rechteckigen Wellenleiterelements 20 in
einem Winkel von 15° in
Bezug auf die H-Ebene
des ersten rechteckigen Wellenleiterelements 10 geneigt.
Dies bedeutet, dass das Verbindungselement 30 die Polarisationsebene
einer elektromagnetischen Welle, die sich durch das Verbindungselement 30 ausbreitet, um
einen Winkel von 15° dreht.
Folglich wird, wenn der Rotationswinkel reduziert werden soll, der
Neigungswinkel des Treppenabschnitts des Verbindungselements 30 kleiner
gemacht, wodurch die Höhe
jeder Stufe der Treppe reduziert wird. Im Gegensatz dazu wird, wenn
der Rotationswinkel erhöht werden
soll, der Neigungswinkel des Treppenabschnitts des Verbindungselements 30 größer gemacht,
wodurch die Höhe
jeder Stufe der Treppe erhöht
wird.
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Ein
verdrillter Wellenleiter gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
wird nun Bezug nehmend auf die 6 und 7 beschrieben.
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Jede
der oben erwähnten
Zeichnungen stellt nur die innere Struktur des Ausbreitungswegs
der elektromagnetischen Welle dar. Insbesondere kann der verdrillte
Wellenleiter durch ein Zusammenbauen einer Mehrzahl von Metallblöcken, in
denen z. B. durch Schneiden Rillen gebildet sind, gebildet werden. 6 umfasst
Diagramme, die drei Beispiele einer derartigen Anordnung darstellen.
Jedes Diagramm ist eine Querschnittsansicht des Verbindungselements
entlang einer Ebene, die senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung einer
elektromagnetischen Welle ist. Eine unterbrochene Linie in den Diagrammen
entspricht einer Befestigungsebene (Teilungsebene) zwischen Metallblöcken. Die
Beziehung zwischen dem Verbindungselement und dem ersten und dem
zweiten rechteckigen Wellenleiterelement ist die gleiche wie in
den 1 und 2. In jedem von Diagrammen (A)
und (C) fungiert eine Ebene, die parallel zu der H-Ebene des ersten
rechteckigen Wellenleiterelements ist, als eine Teilungsebene. Insbesondere
ist im Diagramm (A) die Teilungsebene derart gesetzt, dass eine
in einem Metallblock 101 gebildete Rille eine kleinere
Anzahl innerer Oberflächen darin
aufweist. Andererseits ist im Diagramm (C) die Teilungsebene über die
Mitte des Verbindungselements gesetzt, derart, dass in dem oberen
und dem unteren Metallblock 100, 101 vorgesehene
Rillen symmetrisch zueinander sind.
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Bei
einem in einem Diagramm (B) gezeigten Beispiel fungieren Ebenen,
die parallel zu der E-Ebene des ersten rechteckigen Wellenleiterelements sind,
als Teilungsebenen. Jede Teilungsebene ist derart eingestellt, dass
ein oberer und ein unterer Vorsprung eines entsprechenden Paars,
die einander zugewandt sind, in der gleichen Teilungsebene enthalten
sind. Gemäß dieser
Struktur ist die Form von in den Metallblöcken 100, 101 und 102 vorgesehenen
Rillen vereinfacht, wodurch ein einfacheres Bearbeitungsverfahren
erzielt wird.
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7 umfasst
Querschnittsansichten der Elemente, die das erste und das zweite
rechteckige Wellenleiterelement umfassen, in einem Fall, in dem das
Verbindungselement die im Diagramm (A) in 6 gezeigte
Struktur aufweist. Ein Diagramm (D) in 7 ist eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht dieses verdrillten Wellenleiters.
Insbesondere ist das Diagramm (A) eine Querschnittsansicht des ersten
rechteckigen Wellenleiterelements 10, ein Diagramm (B)
ist eine Querschnittsansicht des Verbindungselements 30 und
ein Diagramm (C) ist eine Querschnittsansicht des zweiten rechteckigen
Wellenleiterelements 20.
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Ein
oberer Metallblock 101 und ein unterer Metallblock 100 sind
jeweils mit einer Rille zum Bilden des ersten rechteckigen Wellenleiterelements 10 und
des Verbindungselements 30 versehen. Der untere Metallblock 100 ist
einstückig
mit einem Vorstand, in dem das zweite rechteckige Wellenleiterelement 20 vorgesehen
ist, vorgesehen. Andererseits ist der obere Metallblock 101 mit
einer Ausnehmung versehen, die diesen Vorstand 102 in Eingriff
nimmt.
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Durch
ein Einstellen der Teilungsebene auf diese Weise werden die Formen
der in den Metallblöcken 100, 101 vorgesehenen
Rillen zum Bilden des ersten rechteckigen Wellenleiterelements 10 und
des Verbindungselements 30 vereinfacht, wodurch ein einfacheres
Herstellungsverfahren erzielt wird.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht eines verdrillten Wellenleiters gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel.
Obwohl das erste und das zweite rechteckige Wellenleiterelement 10, 20 gemäß den z. B.
in 1 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen
die gleiche Größe aufweisen,
könnten
diese beiden Elemente unterschiedliche Größen aufweisen. Bei diesem in 8 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist das erste rechteckige Wellenleiterelement 10 ein rechteckiges
W-Band-Wellenleiterelement (75 bis 110 GHz) mit einer Größe von 2,54
mm×1,27
mm und das zweite rechteckige Wellenleiterelement 20 ist
ein rechteckiges V-Band-Wellenleiterelement (50 bis 75 GHz) mit
einer Größe von 3,10
mm×1,55
mm.
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Wenn
ein Signal eines 75-GHz-Bandes behandelt wird, könnten ein rechteckiges W-Band-Wellenleiterelement
wie auch ein rechteckiges V-Band-Wellenleiterelement eingesetzt
werden. Wie in 8 gezeigt ist, ist dem zweiten
rechteckigen Wellenleiterelement 20, dessen H-Ebene in
der Richtung einer Neigung der Treppe des Verbindungselements 30 geneigt
ist, eine größere Größe gegeben als
dem ersten rechteckigen Wellenleiterelement 10, so dass
die Strukturdifferenz zwischen dem Verbindungselement 30 und
dem zweiten rechtecki gen Wellenleiterelement 20 klein ist.
So wird die Reflexion an dem Grenzabschnitt zwischen diesen Elementen auf
einer kleinen Menge gehalten.
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9 umfasst
Diagramme, die einen Hauptabschnitt eines verdrillten Wellenleiters
gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
darstellen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist ein Paar von Vorsprüngen 31, 32 (insgesamt
zwei Vorsprünge),
die einander zugewandt sind, vorgesehen. In Diagrammen (A) und (B)
entspricht die Richtung einer Neigung der Treppe des Verbindungselements 30 der Richtung,
in der die H-Ebene des zweiten rechteckigen Wellenleiterelements
geneigt ist, derart, dass eine Polarisationsebene einer elektromagnetischen Welle
gedreht werden kann. In dem Diagramm (A) jedoch erstreckt sich,
da die beiden Vorsprünge 31, 32 einander
in einer Richtung zugewandt sind, die parallel zu der E-Ebene des
ersten rechteckigen Wellenleiterelements ist, eine Region, in der
das elektrische Feld aufgrund der beiden Vorsprünge 31, 32 konzentriert
ist, parallel zu der E-Ebene des ersten rechteckigen Wellenleiterelements.
Dies führt
zu einer geringen Fähigkeit
zum Drehen der Polarisationsebene einer elektromagnetischen Welle,
die sich durch das Verbindungselement 30 ausbreitet, in
Richtung der Polarisationsebene in dem zweiten rechteckigen Wellenleiterelement.
Im Gegensatz dazu ist im Diagramm (B) eine Ebene, die sich zwischen
den Vorsprüngen 31, 32 erstreckt,
die einander zugewandt sind, in Richtung der E-Ebene des zweiten
rechteckigen Wellenleiterelements in Bezug auf die E-Ebene des ersten
rechteckigen Wellenleiterelements geneigt. So ist das elektrische
Feld, das in einer Region zwischen den beiden Vorsprüngen 31, 32 konzentriert
ist, in Richtung der E-Ebene
des zweiten rechteckigen Wellenleiterelements geneigt. Entsprechend wird,
wenn die elektromagnetische Welle, die von dem ersten rechteckigen
Wellenleiterelement eintritt, sich durch das Verbindungselement 30 ausbreitet, die
elektromagnetische Welle wirksam in Richtung der E-Ebene des zweiten
rechteckigen Wellenleiterelements gedreht. Gemäß dieser Struktur, die mit
nur einem einzelnen Paar von Vorsprüngen versehen ist, kann eine
Drehwirkung für
die Polarisationsebene der elektromagnetischen Welle dennoch erzielt
werden.
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Ein
verdrillter Wellenleiter gemäß einem siebten
Ausführungsbeispiel
wird nun Bezug nehmend auf die 10 und 11 beschrieben.
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10 umfasst
eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtstruktur des verdrillten
Wellenleiters darstellt, und Querschnittsansichten der Elemente
entlang einer Ebene, die senkrecht zu dem Ausbreitungsweg einer
elektromagnetischen Welle ist. Insbesondere ist ein Diagramm (A)
eine perspektivische Ansicht, die eine dreidimensionale Konfiguration
des Ausbreitungswegs einer elektromagnetischen Welle darstellt.
Eine Kantenlinie R, die ein Hexaeder bildet, zeigt einen Umriss
zusammengebauter Metallblöcke
an, die die Wellenleiterelemente bilden. Das erste rechteckige Wellenleiterelement 10 und
das zweite rechteckige Wellenleiterelement 20 weisen das
Verbindungselement 30 zwischen denselben angeordnet auf
und ferner umfasst das Verbindungselement 30 bei diesem
Ausführungsbeispiel ein
erstes Verbindungsunterelement 30a und ein zweites Verbindungsunterelement 30b.
Ein Diagramm (B) in 10 ist eine Querschnittsansicht
des ersten rechteckigen Wellenleiterelements 10, ein Diagramm
(C) ist eine Querschnittsansicht des ersten Verbindungsunterelements 30a,
ein Diagramm (D) ist eine Querschnittsansicht des zweiten Verbindungsunterelements 30b und
ein Diagramm (E) ist eine Querschnittsansicht des zweiten rechteckigen
Wellenleiterelements 20. Die Abmessungen der in diesen
Diagrammen gezeigten Elemente sind in Millimetereinheiten. Ferner
beträgt
die Leitungslänge
des ersten Verbindungsunterelements 30a in der Ausbreitungsrichtung
einer elektromagnetischen Welle 1,46 mm und die Leitungslänge des
zweiten Verbindungsunterelements 30b in der Ausbreitungsrichtung einer
elektromagnetischen Welle beträgt
1,33 mm. Die Gesamtleitungslänge
des ersten und des zweiten Verbindungsunterelements 30a, 30b beträgt ½ einer Führungs wellenlänge in Bezug
auf eine Frequenz einer elektromagnetischen Welle, die sich durch
das erste und das zweite Verbindungsunterelement ausbreiten soll.
Ferner ist die Polarität
des Reflexionskoeffizienten an dem Grenzabschnitt zwischen dem ersten
rechteckigen Wellenleiterelement 10 und dem ersten Verbindungsunterelement 30a entgegengesetzt
zu der Polarität
des Reflexionskoeffizienten an dem Grenzabschnitt zwischen dem zweiten
rechteckigen Wellenleiterelement 20 und dem zweiten Verbindungsunterelement 30b.
Folglich wirken die beiden Reflektivwellen, die an den beiden Grenzabschnitten
erzeugt werden, einander entgegen, wodurch eine niedrige Reflexionsverlustcharakteristik erzielt
werden kann.
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Gemäß dem mit
zwei Stufen versehenen Verbindungselement ist der Rotationswinkel
einer Polarisationsebene bei jeder Stufe vorzugsweise kleiner und
ferner ist auch der Reflexionsverlust an jedem Grenzabschnitt kleiner.
Als ein Ergebnis kann ein verdrillter Wellenleiter, der insgesamt
eine geringe Reflexionsverlustcharakteristik aufweist, erhalten werden.
Ferner muss, da die Gesamtleitungslänge des Verbindungselements ½ der Führungswellenlänge beträgt, die
Gesamtstruktur nicht vergrößert werden.
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Alternativ
könnte
jede der Leitungslängen des
ersten und des zweiten Verbindungsunterelements 30a und 30b auf ½ einer
Führungswellenlänge in Bezug
auf eine Frequenz einer elektromagnetischen Welle, die sich durch
das entsprechende Verbindungsunterelement ausbreiten soll, gesetzt
werden. Dies erzielt ferner eine geringere Reflexionsverlustcharakteristik.
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Jede
der Oberflächen
des zweiten rechteckigen Wellenleiterelements 20 ist in
einem Winkel von 45° in
Bezug auf das erste rechteckige Wellenleiterelement 10 geneigt.
Entsprechend ist ein Treppenabschnitt des ersten Verbindungsunterelements 30a mit einem
Winkel von etwa 15° geneigt
und ein Treppenabschnitt des zweiten Verbindungsunterelements 30b ist
in einem Winkel von etwa 30° geneigt.
So wird die Polarisationsebene in jedem des ersten und des zweiten
Verbindungsunterelements 30a, 30b um etwa 22,5° gedreht,
derart, dass ein Gesamtrotationswinkel von 45° erzielt wird.
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11 stellt
Charakteristika von S-Parameter gegenüber Frequenz des in 10 gezeigten
verdrillten Wellenleiters dar. Gemäß einer Durchlasseigenschaft
S21 wird eine niedrige Verlustcharakteristik von –0,5 dB
oder weniger über
den Bereich von 71 bis 81 GHz oder mehr erzielt. Ferner wird auch
eine geringe Reflexionscharakteristik von –25 dB oder weniger über den
gleichen Frequenzbereich erzielt.
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Ein
Höchstfrequenz-Radargerät gemäß einem
achten Ausführungsbeispiel
wird nun Bezug nehmend auf die 12 und 13 beschrieben.
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12 umfasst
perspektivische Ansichten einer Dielektrische-Linse-Antenne, die
in dem Höchstfrequenz-Radargerät vorgesehen
ist. Ein Diagramm (A) stellt einen Primärstrahler dar, der in der Dielektrische-Linse-Antenne
enthalten ist. Hier entspricht ein rechteckiger Schalltrichter 21 dem
zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelement gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Verbindungselement 30, das das erste und das zweite
Verbindungsunterelement 30a, 30b umfasst, ist
zwischen dem rechteckigen Schalltrichter 21 und dem ersten
rechteckigen Wellenleiterelement 10 angeordnet. Das Verbindungselement 30 dreht
eine Polarisationsebene einer elektromagnetischen Welle, die sich
durch das Verbindungselement 30 ausbreitet. Folglich bilden das
erste rechteckige Wellenleiterelement 10, das Verbindungselement 30 und
der rechteckige Schalltrichter einen Primärstrahler 110'.
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Ein
Diagramm (B) stellt die Struktur der Dielektrische-Linse-Antenne dar.
Der rechteckige Schalltrichter 21 des Primärstrahlers 110' ist nahe einer
Fokusposition einer dielektrischen Linse 40 angeordnet
und kann in Bezug auf die dielektrische Linse 40 relativ
verschoben werden, um Sende- und Empfangswellenstrahlen abzutasten.
Obwohl ein rechteckiger Schalltrichter in dem Primärstrahler
bei diesem Ausführungsbeispiel
vorgesehen ist, könnte der
Primärstrahler
alternativ z. B. mit einem zylindrischen Schalltrichter, einer Patch-Antenne,
einer Schlitz-Antenne oder einer dielektrischen Stabantenne versehen
sein.
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13 ist
ein Blockdiagramm, das ein Signalsystem des Höchstfrequenz-Radargeräts, das
mit der Dielektrische-Linse-Antenne versehen ist, darstellt. In 13 zeigt
ein VCO 51 einen spannungsgesteuerten Oszillator an, der
z. B. mit einer Varaktordiode und entweder einer Gunn-Diode oder
einem FET versehen ist, und der ein Oszillationssignal über einen
NRD-Leiter an einen Lo-Zweig-Koppler 52 sendet. Der Lo-Zweig-Koppler 52 ist
ein Richtungskoppler, der den NRD-Leiter umfasst, der einen Teil eines Sendesignals
als lokales Signal extrahiert. Ein Zirkulator 53 ist ein
NRD-Leiter-Zirkulator,
der das Sendesignal an den rechteckigen Schalltrichter 21 des
Primärstrahlers
in der Dielektrische-Linse-Antenne
sendet oder ein Empfangssignal, das von dem rechteckigen Schalltrichter 21 empfangen
wird, an einen Mischer 54 überträgt. Der Mischer 54 mischt
das Empfangssignal von dem Zirkulator 53 und das lokale
Signal miteinander, um ein Empfangssignal Rx mit einer Zwischenfrequenz
auszugeben. Eine Signalverarbeitungsschaltung, die nicht gezeigt
ist, steuert einen Mechanismus, der den rechteckigen Schalltrichter 21 des
Primärstrahlers 110' positionsmäßig verschiebt.
Ferner erfasst die Signalverarbeitungsschaltung außerdem die
Entfernung zu einem Ziel und eine relative Geschwindigkeit basierend
auf der Beziehung zwischen einem modulierenden Signal Tx des VCO 51 und
dem Empfangssignal Rx. Eine MSL könnte anstatt des NRD-Leiters
als eine andere Übertragungsleitung
als das erste rechteckige Wellenleiterelement 10 des Primärstrahlers 110' verwendet werden.
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Zusammenfassung
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Eine
H-Ebene und eine E-Ebene eines zweiten rechteckigen Wellenleiterelements
(20) sind in einem Winkel von 45° in Bezug auf eine H-Ebene und eine
E-Ebene eines ersten rechteckigen Wellenleiterelements (10)
geneigt. Ein Verbindungselement (30), das zwischen dem
ersten und dem zweiten rechteckigen Wellenleiterelement (10, 20)
angeordnet ist, weist eine innere Peripherie auf, die eine Mittelachse umgibt,
die sich in einer Richtung der Ausbreitung einer elektromagnetischen
Welle erstreckt. Die innere Peripherie umfasst Oberflächen, die
parallel zu der H-Ebene und der E-Ebene des ersten rechteckigen Ausbreitungswegelements
(10) sind, und diese Oberflächen bilden eine Treppe, derart,
dass angrenzende Abschnitte zwischen den Oberflächen, die parallel zu der H-Ebene
sind, und den Oberflächen,
die parallel zu der E-Ebene sind, Vorsprünge bilden. Die Treppe ist
in einer Richtung geneigt, die einer Richtung entspricht, in der
die H-Ebene des zweiten rechteckigen Ausbreitungswegelements (20)
geneigt ist. Folglich ist ein elektrisches Feld in den Vorsprüngen des
Verbindungselements (30) konzentriert und eine Polarisationsebene
einer elektromagnetischen Welle, die sich durch das Verbindungselement
(30) ausbreitet, ist aus einer Polarisationsebene in dem ersten
rechteckigen Wellenleiterelement (10) in Richtung einer
Polarisationsebene in dem zweiten rechteckigen Wellenleiterelement
(20) gedreht.