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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenneneinrichtung, die Radiowellen abstrahlt oder empfängt. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine Antenneneinrichtung, die bei einer Reifendruckerfassungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann.
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Bei einer existierenden Ausführung ist eine Antenneneinrichtung vorgesehen, wie sie in der
JP-A-2001-24431 beschrieben ist. Die Antenneneinrichtung ist durch eine Zuführ- bzw. Speiseantenne, die aufrecht an dem Zentrum bzw. Mittelpunkt eines geerdeten bzw. auf Masse- oder Bezugspotenzial liegenden Leiters angeordnet ist, und eine Mehrzahl von parasitären Antennen gebildet, die aufrecht um die Speiseantenne herum angeordnet sind und die variabel steuerbare Reaktanzen aufweisen. Bei dieser Antenneneinrichtung werden die Reaktanzen bzw. Reaktanzwerte der umgebenden parasitären Antennen elektrisch variiert, um hierdurch die Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik der Antenneneinrichtung zu steuern.
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In der
JP-A-11-88246 ist eine Antenne für einen kleinen mobilen Empfänger beschrieben. In der Antenne sind Schleifenantennen an unterschiedlichen Seiten eines rechtwinkligen bzw. rechteckförmigen Kastens in Form eines Parallelepipeds vorgesehen, und es werden dann Radiowellen, die von den jeweiligen Schleifenantennen zu empfangen sind, umgeschaltet, um Radiowellen zu empfangen, um hierdurch die Empfindlichkeit der Antenne zu verbessern.
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In der
JP-A-2003-298331 ist eine Antenneneinrichtung für eine drahtlose Maus beschrieben. In der Antenneneinrichtung sind Schleifenantennen jeweils an zwei Seiten rechtwinklig zueinander angeordnet, und es wird eine Richtwirkung der Antenneneinrichtung auf die Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik umgeschaltet, die der ausgewählten Schleifenantenne entspricht, um hierdurch Widerstand bzw. Beständigkeit gegenüber Störungen bzw. Rauschen zu schaffen.
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In der
JP-A-2005-162192 ist eine Reifendruckerfassungseinrichtung beschrieben.
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Jedoch beträgt bei der Antenneneinrichtung, die in der
JP-A-2001-24431 beschrieben ist, die Länge von jeder Antenne, die aufrecht auf dem geerdeten Leiter angeordnet ist, λ/4, und es ist das Intervall zwischen der zentralen Speiseantenne und jeder der umgebenden parasitären Antennen gleich λ/4, so dass die Antenneneinrichtung mindestens ein Volumen mit einem Durchmesser von λ/2 und einer Höhe von λ/4 erfordert. In der
JP-A-11-88246 und der
JP-A-2003-298331 sind die Schleifenantennen, die jeweils eine Länge von einer Wellenlänge aufweisen, an den Seiten rechtwinklig zueinander angeordnet, so dass sich die Größe der Antenneneinrichtung vergrößert. In dem Fall eines Systems, das einen Reifendruck bei einem Kraftfahrzeug detektiert, wird eine Radiowelle mit einer Frequenz von 315 MHz verwendet. In diesem Fall beträgt die Größe einer Antenne gemäß der vorstehend beschriebenen Technik ungefähr 50 cm, so dass es schwierig ist, die Antenne für ein System zur Erfassung eines Reifendrucks zu verwenden. Bei dem System zur Erfassung eines Reifendrucks ist eine Antenneneinrichtung, die Reifendruckdaten empfängt, die von vier Rädern übertragen werden, an einer Decke bzw. einem Himmel in der Kabine des Kraftfahrzeugs vorgesehen, so dass es notwendig ist, die Größe der Antenneneinrichtung so weit wie möglich zu verringern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenneneinrichtung zu schaffen, die Radiowellen aus einer bestimmten Richtung exakt empfangen oder in diese aussenden kann.
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Die Erfindung schafft eine Antenneneinrichtung gemäß dem Patentanspruch 1. Die Antenneneinrichtung ist imstande, Radiowellen, die von einer bestimmten Richtung ankommen, exakt zu empfangen oder Radiowellen exakt in einer bestimmten Richtung auszusenden. Einige Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen angegeben.
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Mit einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Antenneneinrichtung bereitgestellt, die eine Radiowelle abstrahlt oder empfängt. Die Antenneneinrichtung weist auf: eine erste Drahtleitung; eine zweite Drahtleitung, die parallel zu der ersten Drahtleitung verläuft; einen Energiezufuhr-/-empfangspunkt, der an proximalen Abschnitten der ersten Drahtleitung und der zweiten Drahtleitung vorgesehen ist; und einen Abschlusswiderstand, der an distalen bzw. entfernten Endabschnitten der ersten Drahtleitung und der zweiten Drahtleitung vorgesehen ist. Gemäß einem zweiten Aspekt der Antenneneinrichtung wird eine Radiowelle abgestrahlt oder empfangen. Die Antenneneinrichtung umfasst: vier Drahtantennen, wobei jede der Drahtantennen aufweist: eine erste Drahtleitung; eine zweite Drahtleitung, die parallel zu der ersten Drahtleitung verläuft; einen Energiezufuhr-/-empfangspunkt, der an proximalen Abschnitten der ersten Drahtleitung und der zweiten Drahtleitung vorgesehen ist; und einen Abschlusswiderstand, der an distalen Endabschnitten der ersten Drahtleitung und der zweiten Drahtleitung vorgesehen ist, wobei ein erster Antennensatz, der durch das Paar von einander zugewandten Drahtantennen gebildet ist, so angeordnet ist, dass Orientierungsvektoren der jeweiligen Drahtantennen, die von den Energiezufuhr-/-empfangspunkten zu den Abschlusswiderständen gerichtet sind, antiparallel zueinander verlaufen, ein zweiter Antennensatz, der aus dem anderen Paar von einander zugewandten Drahtantennen gebildet ist, so angeordnet ist, dass die Orientierungsvektoren der jeweiligen Drahtantennen antiparallel zueinander verlaufen, und der erste Antennensatz und der zweite Antennensatz so angeordnet sind, dass der Orientierungsvektor von einer der Drahtantennen des ersten Antennensatzes nicht parallel zu dem Orientierungsvektor von einer der Drahtantennen des zweiten Antennensatzes verläuft.
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Bei dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt kann die Antenneneinrichtung eine Strahlungsantenneneinrichtung sein, die Radiowellen abstrahlt, oder kann eine Empfangsantenneneinrichtung sein, die Radiowellen empfängt. Die Grundlagen des Betriebs sind bei der Strahlungsantenneneinrichtung und bei der Empfangsantenneneinrichtung gleichartig. Es wird daher ein Beispiel beschrieben, bei dem die Antenneneinrichtung als die Strahlungsantenneneinrichtung bzw. abstrahlende Antenneneinrichtung konfiguriert ist. Die Antenneneinrichtung ist aus vier Drahtantennen gebildet.
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Bei dem ersten Aspekt der Erfindung wird Energie in einer Richtung von dem Energiezufuhrpunkt in Richtung zu dem Abschlusswiderstand gespeist, wobei ein elektromagnetisches Feld, das den impedanzangepassten Abschlusswiderstand erreicht hat, durch den Abschlusswiderstand absorbiert wird und nicht reflektiert wird. Das heißt, dass bei dieser Drahtantenne eine wandernde Welle sich mit der Lichtgeschwindigkeit von dem Energiezufuhrpunkt durch die erste Drahtleitung und die zweite Drahtleitung in Richtung zu dem Abschlusswiderstand ausbreitet und dass keine stehende Welle auftritt. Als ein Ergebnis werden bei der einen Drahtantenne Radiowellen an allen den Mikroabschnitten in dem Pfad in Richtung zu dem Abschlusswiderstand bei einer anfänglichen Phase abgestrahlt, d. h. mit der Phase an jener Stelle zu jenem Zeitpunkt. Die anfängliche Phase von jeder abgestrahlten Radiowelle schreitet fort bzw. wird vorverlagert, wenn sich die Stelle dem Abschlusswiderstand annähert. Zudem pflanzen sich Radiowellen, die an den anfänglichen Phasen der jeweiligen Mikroabschnitte der Drahtantenne abgestrahlt werden, durch einen Raum mit der Lichtgeschwindigkeit fort und erfahren dann eine Verzögerung und bilden dann eine gleichphasige Wellenoberfläche mit Radiowellen, die zu der vorhergehenden verzögerten Zeitperiode abgestrahlt werden und von denen die anfänglichen Phasen verzögert sind. Folglich ist die Wellenoberfläche mit gleicher Phase von den Radiowellen eine Oberfläche, die vertikal bzw. rechtwinklig zu der Drahtantenne verläuft, und es stimmt die Wanderrichtung der abgestrahlten Radiowellen mit der Längsrichtung der Drahtantenne von dem Abschlusswiderstand in Richtung zu dem Energiezufuhrpunkt überein. Dies bedeutet, dass die Drahtantenne die Richtwirkung in der longitudinalen Richtung der Drahtantenne von dem Abschlusswiderstand in Richtung zu dem Energiezufuhrpunkt zeigt. Auf der anderen Seite bildet eine Radiowelle, die von dem Energiezufuhrpunkt in Richtung zu dem Abschlusswiderstand abgestrahlt wird, keine Wellenoberfläche mit gleicher Phase. Damit ist es möglich, eine Antenne zu bilden, die ein hohes F/B(Front- bzw. Vorwärtsabstrahlung/Rück-Strahlung bzw. rückseitige Abstrahlung)-Verhältnis aufweist. In gleichartiger Weise kann in dem Fall der empfangenden Antenneneinrichtung eine Welle, die sich in der longitudinalen Richtung der Drahtantenne von dem Energiezufuhrpunkt in Richtung zu dem Abschlusswiderstand ausbreitet, mit einer Wellenoberfläche gleicher Phase empfangen werden. Damit kann die empfangende Antenneneinrichtung eine Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik in der longitudinalen Richtung der Drahtantenne von dem Energiezufuhrpunkt in Richtung zu dem Abschlusswiderstand aufweisen und kann ein hohes F/B-Verhältnis haben.
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Wenn die Impedanz des Abschlusswiderstands an die Impedanz der Drahtantenne angepasst ist, wie dies vorstehend beschrieben ist, weist die abstrahlende Antenneneinrichtung eine Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik in der longitudinalen Richtung der Drahtantenne von dem Abschlusswiderstand in Richtung zu dem Energiezufuhrpunkt auf und hat ein hohes F/B-Verhältnis. Wenn die Impedanz des Abschlusswiderstands nicht an die Impedanz der Drahtantenne angepasst ist, tritt in der Drahtantenne eine stehende Welle auf, und es weicht daher die Richtwirkung von der longitudinalen Richtung der Drahtantenne ab.
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Die Antenneneinrichtung kann auf diese Weise als eine Strahlungsantenneneinrichtung bzw. abstrahlende Antenneneinrichtung und als eine empfangende Antenneneinrichtung konfiguriert werden, die ein hohes F/B-Verhältnis in einer Richtung aufweist. Die vier Antennen, die die vorstehend angesprochene Charakteristik aufweisen, können in vier Richtungen angeordnet sein, so dass die Antenneneinrichtung imstande ist, eine Radiowelle selektiv in einer von vier Richtungen abzustrahlen oder selektiv eine Radiowelle in einer von vier Richtungen zu empfangen.
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Bei den Aspekten ist es lediglich notwendig, dass die Antenne imstande ist, eine wandernde Welle bzw. Wanderwelle zu formen, so dass es nicht notwendig ist, eine Wellenlängenbedingung wie etwa λ/2, die auf der Basis einer Frequenz einer verwendeten Radiowelle bestimmt ist, für die Länge der Antenne festzulegen. Die Länge der ersten Drahtleitung kann kleiner als oder gleich groß wie eine Wellenlänge einer verwendeten Radiowelle sein und kann größer als oder gleich groß wie ein Zehntel der Wellenlänge der verwendeten Radiowelle sein. Die Länge der ersten Drahtleitung ist kleiner als oder gleich groß wie die Wellenlänge einer verwendeten Radiowelle, so dass die Größe der Antenneneinrichtung so festgelegt werden kann, dass sie ungefähre Abmessungen aufweist, die von der Frequenz einer verwendeten Radiowelle abhängen. Zusätzlich ist die Länge der ersten Drahtleitung auf ein Zehntel einer verwendeten Radiowelle oder mehr festgelegt, so dass es möglich ist, die Strahlungseffizienz oder die Empfangseffizienz zu gewährleisten. Zusätzlich ist das Intervall bzw. der Abstand zwischen der ersten Drahtleitung und der zweiten Drahtleitung der Antenneneinrichtung vorzugsweise kleiner als oder gleich groß wie die Hälfte der Länge der ersten Drahtleitung und größer als oder gleich groß wie ein Drittel der Länge der ersten Drahtleitung. Wenn das Intervall bzw. der Abstand so festgelegt ist, dass er kleiner als oder gleich groß wie die Hälfte der Länge der ersten Drahtleitung ist, ist es möglich, eine Vergrößerung hinsichtlich der Abstrahlung von der zweiten Drahtleitung zu unterdrücken. Wenn das Intervall bzw. der Abstand so festgelegt ist, dass er größer als oder gleich groß wie ein Drittel der Länge der ersten Drahtleitung ist, ist es möglich, zu verhindern, dass sich die ersten Drahtleitungen der jeweiligen Drahtantennen gegenseitig koppeln bzw. interagieren, wenn die Antenneneinrichtung aus vier Drahtantennen gebildet ist.
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Der Winkel, der zwischen dem Orientierungsvektor von einer der Drahtantennen des ersten Antennensatzes und dem Orientierungsvektor von einer der Drahtantennen des zweiten Antennensatzes gebildet wird, kann größer als oder gleich groß wie 45 Grad sein und kleiner als oder gleich groß wie 135 Grad sein. Der Winkel kann auf der Grundlage einer Strahlungsrichtung einer Radiowelle und einer Einfallsrichtung einer zu empfangenden Radiowelle festgelegt werden. Zusätzlich kann der Winkel 90 Grad betragen. Wenn die Antenneneinrichtung als eine Empfangsantenneneinrichtung bzw. empfangende Antenneneinrichtung konfiguriert ist, wird oder ist der Empfangspegel des zweiten Antennensatzes minimal, wenn die Radiowellen durch den ersten Antennensatz mit dem maximalen Empfangspegel empfangen werden, so dass es möglich ist, die Genauigkeit der Spezifizierung bzw. Festlegung der Einfallsrichtung zu verbessern. Zusätzlich kann der Winkel 90 Grad betragen, wenn die ankommende Richtung bzw. Einfallsrichtung einer Radiowelle, die aus einer beliebigen Richtung ankommt, ebenfalls spezifiziert bzw. festgelegt ist. Wenn der Winkel 90 Grad beträgt, können zwei Komponenten erhalten werden, die rechtwinklig zu einem Vektor in der Einfallsrichtung orientiert sind. Wenn die Antenneneinrichtung als eine abstrahlende Antenneneinrichtung bzw. Sendeantenneneinrichtung konfiguriert ist, ist die Steuerbarkeit der Richtung einer abgestrahlten bzw. gesendeten Radiowelle verbessert. Bei der empfangenden Antenneneinrichtung bzw. Empfangsantenneneinrichtung, die den ersten Antennensatz und den zweiten Antennensatz enthält, kann der Empfangspegel des zweiten Antennensatzes dann, wenn der Winkel größer als oder gleich groß wie 45 Grad ist und kleiner als oder gleich groß wie 135 Grad ist, auf einen halben Wert des Pegels für eine Radiowelle, die in der longitudinalen Richtung des ersten Antennensatzes ankommt, verringert werden, so dass die ankommende Richtung bzw. Einfallsrichtung festgelegt werden kann und die Genauigkeit der Festlegung der Einfallsrichtung bzw. Empfangsrichtung einer Radiowelle, die in einer beliebigen Richtung ankommt bzw. aus einer beliebigen Richtung einfällt, hoch ist.
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Die vier Drahtantennen können in der gleichen Ebene angeordnet sein. Wenn dies ausgeführt wird, kann die Größe der Antenneneinrichtung in der vertikalen Richtung, bezogen auf die Ebene, verringert werden. Im Unterschied hierzu können der erste Antennensatz und der zweite Antennensatz auch jeweils übereinanderliegend angeordnet sen. Durch die Anordnung des ersten Antennensatzes und des zweiten Antennensatzes einer über dem anderen ist es möglich, einen Fußabdruck bzw. eine Projektion auf die Ebene zu verringern.
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Die vier Drahtantennen sind so angeordnet, dass sie ein Quadrat bilden. Diese Anordnung kann eingesetzt werden, wenn die vier Drahtantennen in der Ebene angeordnet werden oder wenn die vier Drahtantennen jeweils übereinander angeordnet werden. In dem Fall eines Quadrats ist es möglich, die maximalen Empfangspegel und die maximalen Sendeleistungspegel in den vier Richtungen zu vergleichmäßigen. In dem Fall eines Quadrats kann der Orientierungsvektor von einer der Drahtantennen des ersten Antennensatzes rechtwinklig zu dem Orientierungsvektor des anderen der Drahtantennen des zweiten Antennensatzes angeordnet werden, so dass die Genauigkeit der Erfassung der Einfallsrichtung verbessert werden kann und die Steuerbarkeit der Strahlungsrichtung bzw. Senderichtung verbessert werden kann.
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Weiterhin kann jede zweite Drahtleitung als ein Spiegelbild der entsprechenden ersten Drahtleitung gebildet werden, wobei das Spiegelbild durch einen ebenen Leiter geformt wird. Dies bedeutet, dass jede Drahtantenne aus dem ebenen Leiter und der ersten Drahtleitung, die in einem Intervall bzw. Abstand von dem ebenen Leiter angeordnet ist, gebildet werden kann (der ebene Leiter und die erste Drahtleitung können parallel zueinander angeordnet sein). Wenn dies ausgeführt wird, ist es möglich, die Struktur der Antenneneinrichtung zu vereinfachen. Zusätzlich kann aufgrund der Verwendung des ebenen bzw. planaren Leiters als eine reflektierende Oberfläche für eine Radiowelle der Empfangspegel für eine Radiowelle verbessert werden, und es kann weiterhin die Leistungsdichte bzw. Energiedichte einer Radiowelle bzw. Funkwelle, die in einer bestimmten Richtung ausgesendet wird, verbessert werden. Ferner kann eine reflektierende Platte, die von den Drahtantennen gemeinsam benutzt wird, für die vier Drahtantennen vorgesehen werden, derart, dass eine einfallende bzw. ankommende Radiowelle reflektiert wird. Wenn dies ausgeführt wird, kann der Empfangspegel für Radiowellen verbessert sein, und es kann weiterhin die Leistungs- bzw. Energiedichte einer Strahlungs- bzw. Sende-Radiowelle in einer bestimmten Richtung verbessert werden. Zudem ist das Intervall bzw. der Abstand zwischen jeder zweiten Drahtleitung und der reflektierenden Platte vorzugsweise größer als oder gleich groß wie ein Zwanzigstel einer Wellenlänge einer verwendeten Radiowelle und kleiner als oder gleich groß wie ein Zehntel der Wellenlänge der verwendeten Radiowelle. Wenn das Intervall so festgelegt ist, dass es größer als oder gleich groß wie ein Zwanzigstel der Wellenlänge der verwendeten Radiowelle ist, ist es möglich, einen Einfluss auf die Eigenschaften der Antenne zu unterdrücken. Wenn das Intervall bzw. der Abstand so festgelegt ist, dass er größer als oder gleich groß wie ein Zehntel der Wellenlänge der verwendeten Radio- bzw. Funkwelle ist, ist es möglich, eine Vergrößerung der Größe der Metallplatte zu unterdrücken bzw. zu verhindern.
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Der Abschlusswiderstand kann an dem distalen bzw. entfernten Endabschnitt der ersten Drahtleitung der Drahtantenne, die die erste Drahtleitung und die zweite Drahtleitung umfasst, vorgesehen und mit der zweiten Drahtleitung verbunden sein. Damit ist es dann, wenn die Antenneneinrichtung als die Sendeantenneneinrichtung konfiguriert ist, möglich, die Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik zu erzielen, bei der das F/B-Verhältnis hoch ist, und zwar in der longitudinalen Richtung der Drahtantenne von dem Abschlusswiderstand in Richtung zu dem Energiezufuhrpunkt. Zudem ist es dann, wenn die Antenneneinrichtung als die Empfangsantenneneinrichtung konfiguriert ist, möglich, die Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik, bei der das F/B-Verhältnis hoch ist, in der longitudinalen Richtung der Drahtantenne von dem Energieempfangspunkt in Richtung zu dem Abschlusswiderstand zu erzielen.
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Wenn die Antenneneinrichtung als Sendeantenneneinrichtung konfiguriert ist, können der erste Antennensatz, der aus dem Paar von parallelen Drahtantennen gebildet ist, bei denen die Energiezufuhrrichtungen entgegengesetzt sind, und der zweite Antennensatz, der eine gleichartige Konfiguration aufweist, so angeordnet sein, dass sie nicht parallel zueinander orientiert sind, so dass es möglich ist, die Strahlungsrichtung bzw. Senderichtung einer Radiowelle bzw. Funkwelle exakt zu steuern. Wenn die Antenneneinrichtung als eine Empfangsantenneneinrichtung konfiguriert ist, sind ferner der erste Antennensatz, der durch das Paar von Drahtantennen gebildet ist, bei denen die Empfangsrichtungen mit maximaler Energie entgegengesetzt bzw. in Opposition angeordnet sind, und der zweite Antennensatz, der eine gleichartige Konfiguration aufweist, so angeordnet, dass sie nicht parallel zueinander orientiert sind, so dass es möglich ist, die ankommende Richtung bzw. Einfallsrichtung einer Radiowelle genau zu detektieren.
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Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden Beschreibung von als Beispiel dienenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleichartige Bezugszeichen zur Bezeichnung gleichartiger Elemente verwendet werden und für die gilt:
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1 zeigt ein Diagramm einer Konfiguration einer Antenneneinrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel;
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2 zeigt ein Diagramm einer Konfiguration von einer Drahtantenne;
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3 ist eine Ansicht, die die Prinzipien der Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik von einer Drahtantenne illustriert;
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4A ist eine charakteristische Darstellung bzw. ein Kennliniendiagramm, die bzw. das das F/B-Verhältnis (Ebene xy) von einer Drahtantenne veranschaulicht;
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4B ist eine Darstellung einer speziellen Konfiguration einer Drahtantenne in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel;
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5A bis 5D zeigen charakteristische Darstellungen bzw. Kennliniendiagramme, die Richtcharakteristika zeigen, wenn jeweilige Drahtantennen der Antenneneinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gewählt werden;
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6 zeigt eine charakteristische Darstellung, die veranschaulicht, dass die Antenneneinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel so eingestellt werden kann, dass sie keine Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik aufweist;
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7 zeigt eine Darstellung einer Konfiguration, in der eine Antenneneinrichtung veranschaulicht ist, bei der eine zweite Drahtleitung von jeder der Drahtantennen durch eine metallische Platte gebildet ist, die von den Drahtantennen gemeinsam benutzt wird;
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8 zeigt eine Darstellung einer Konfiguration einer anderen Antenneneinrichtung; und
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9A und 9B zeigen Darstellungen von Konfigurationen von weiteren anderen Antenneneinrichtungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Im Folgenden wird ein spezielles Ausführungsbeispiel gemäß dem Aspekt der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist der Aspekt der Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt.
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1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm bzw. eine Darstellung der Gestaltung einer Empfangsantenneneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Eine Drahtantenne 10 weist eine rechteckige bzw. rechteckförmige Gestalt auf. Die Drahtantenne 10 ist durch eine erste Drahtleitung 11, eine zweite Drahtleitung 12, einen Energieempfangspunkt 13 und einen Abschlusswiderstand 14 gebildet Der Energieempfangspunkt 13 ist an den proximalen bzw. nahen Abschnitten dieser Drahtleitungen vorgesehen. Der Abschlusswiderstand 14 ist an dem distalen bzw. entfernten Endbereich der Antenne und an einem Verbindungspunkt zwischen der ersten Drahtleitung 11 und der zweiten Drahtleitung 12 vorgesehen. Das Intervall bzw. der Abstand zwischen der ersten Drahtleitung 11 und der zweiten Drahtleitung 12 ist gleich L2. Eine Drahtleitung 20 ist parallel zu der Drahtantenne 10 vorgesehen. Die Drahtantenne 20 weist ebenso wie die Drahtantenne 10 eine rechtwinklige bzw. rechteckförmige Gestalt auf. Die Drahtantenne 20 ist durch eine erste Drahtleitung 21, eine zweite Drahtleitung 22, einen Energieempfangspunkt 23 und einen Abschlusswiderstand 24 gebildet. Der Energieempfangspunkt 23 ist an den proximalen bzw. benachbarten Abschnitten dieser Drahtleitungen vorgesehen. Der Abschlusswiderstand 24 ist an dem distalen bzw. entfernten Endbereich der Antenne und an einem Verbindungspunkt zwischen der ersten Drahtleitung 21 und der zweiten Drahtleitung 22 vorgesehen. Das Intervall bzw. der Abstand zwischen der ersten Drahtleitung 21 und der zweiten Drahtleitung 22 ist gleich L2. Die Drahtantenne 10 und die Drahtantenne 20 sind in dem gegenseitigen Abstand L1 entfernt voneinander sowie parallel zueinander vorgesehen. Ein Orientierungsvektor, der von dem Energieempfangspunkt 13 der Drahtantenne 10 zu dem Abschlusswiderstand 14 der Drahtantenne 10 gerichtet ist, und ein Orientierungsvektor, der von dem Energieempfangspunkt 23 der Drahtantenne 20 zu dem Abschlusswiderstand 24 der Drahtantenne 20 gerichtet ist, sind jeweils antiparallel zueinander gerichtet. Diese Drahtantenne 10 und Drahtantenne 20 bilden einen ersten Antennensatz.
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Eine Drahtantenne 30 weist eine rechtwinklige bzw. rechteckförmige Gestalt auf. Die Drahtantenne 30 ist durch eine erste Drahtleitung 31, eine zweite Drahtleitung 32, einen Energieempfangspunkt 33 und einen Abschlusswiderstand 34 gebildet. Der Energieempfangspunkt 33 ist an den proximalen bzw. benachbarten Abschnitten dieser Drahtleitungen vorgesehen. Der Abschlusswiderstand 34 ist an dem distalen bzw. entfernten Endbereich der Antenne und an einem verbindenden Abschnitt zwischen der ersten Drahtleitung 31 und der zweiten Drahtleitung 32 vorgesehen. Das Intervall bzw. der Abstand zwischen der ersten Drahtleitung 31 und der zweiten Drahtleitung 32 ist gleich L2. Eine Drahtantenne 40 ist parallel zu der Drahtantenne 30 vorgesehen. Die Drahtantenne 40 weist ebenso wie die Drahtantenne 30 eine rechtwinklige bzw. rechteckförmige Gestalt auf. Die Drahtantenne 20 (bzw. 40) ist durch eine erste Drahtleitung 41, eine zweite Drahtleitung 42, einen Energieempfangspunkt 43 und einen Abschlusswiderstand 44 gebildet. Der Energieempfangspunkt 43 ist an den proximalen bzw. benachbarten Abschnitten dieser Drahtleitungen vorgesehen. Der Abschlusswiderstand 44 ist an dem distalen bzw. entfernten Endbereich der Antenne und an einem verbindenden Abschnitt zwischen der ersten Drahtleitung 41 und der zweiten Drahtleitung 42 vorgesehen. Das Intervall bzw. der Abstand zwischen der ersten Drahtleitung 41 und der zweiten Drahtleitung 42 ist gleich L2. Die Drahtantenne 30 und die Drahtantenne 40 sind in dem gegenseitigen Abstand L1 sowie parallel zueinander angeordnet. Ein Orientierungsvektor, der von dem Energieempfangspunkt 33 der Drahtantenne 30 zu dem Abschlusswiderstand 34 der Drahtantenne 30 gerichtet ist, und ein Orientierungsvektor, der von dem Energieempfangspunkt 43 der Drahtantenne 40 zu dem Abschlusswiderstand 44 der Drahtantenne 40 gerichtet ist, sind antiparallel zueinander gerichtet. Diese Drahtantenne 30 und Drahtantenne 40 bilden einen zweiten Antennensatz.
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Diese vier Drahtantennen 10, 20, 30 und 40 weisen Höhen in der Richtung der Achse z auf und sind in der gleichen Ebene (Ebene xy) angeordnet. Zudem ist der erste Antennensatz, der durch die Drahtantennen 10 und 20 gebildet ist, in der Richtung y angeordnet, und es ist der zweite Antennensatz, der durch die Drahtantennen 30 und 40 gebildet ist, in der Richtung x angeordnet. Dies bedeutet, dass die longitudinale Richtung des ersten Antennensatzes rechtwinklig zu der longitudinalen Richtung des zweiten Antennensatzes verläuft. Die Energieempfangspunkte 13, 23, 33 und 43 sind dann mit einem Kombinierer 50 verbunden. Der Kombinierer 50 kombiniert bzw. fasst Radio- bzw. Funkwellen zusammen, die durch die jeweiligen Drahtantennen empfangen werden, oder selektiert eine von den Drahtantennen für die Ausgabe von lediglich den Funkwellen, die durch diese eine der Drahtantennen empfangen werden. Es ist anzumerken, dass jeder Energieempfangspunkt mit einem Koaxialkabel über ein Symmetrierglied („Balun”) verbunden ist. Aufgrund der Funktion von jedem Symmetrierglied werden die ersten Drahtleitungen 11, 21, 31 und 41 und die zweiten Drahtleitungen 12, 22, 32 und 42 in einem Modus erregt, in dem der elektrische Strom in der gleichen Richtung fließt.
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Diese vier Drahtantennen 10, 20, 30 und 40 werden dann auf einer dielektrischen Platte 52 angeordnet, die eine Dicke D aufweist. Eine reflektierende Platte 51 ist mit der rückseitigen Oberfläche der dielektrischen Platte 52 verbunden. Die reflektierende Platte 51 ist durch eine metallische Platte gebildet. Die Konfiguration von einer Drahtantenne 10 ist in 2 dargestellt. Die reflektierende Platte 51 reflektiert einfallende Radiowellen bzw. Funkwellen, um es zu ermöglichen, den Pegel eines empfangenden Signals zu verbessern. Wenn jede Drahtantenne als eine Sendeantenne konfiguriert ist, werden Radiowellen bzw. Funkwellen, die in einer entgegengesetzten Richtung abgestrahlt werden, durch die reflektierende Platte 51 reflektiert, um es hierdurch zu ermöglichen, die Leistungs- bzw. Energiedichte von gesendeten Radio- bzw. Funkwellen zu verbessern. Wie in 4B dargestellt ist, beträgt L1 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 75 mm, L2 ist 30 mm und D ist 10 mm.
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Nachfolgend werden die Grundlagen des Betriebs beschrieben. Der Betrieb bzw. die Funktionsweise, der bzw. die mit der einen Drahtantenne 10 zusammenhängt, ist wie folgt. Wie in 3 dargestellt ist, ist bei der ersten Drahtleitung 11 und der zweiten Drahtleitung 12 eine Richtung, in der ankommende Funkwellen sich von dem Energieempfangspunkt 13 in Richtung zu dem Abschlusswiderstand 14 fortpflanzen, so definiert, dass sie positiv ist. Zu dieser Zeit bzw. damit können Radio- bzw. Funkwellen, die an einem Endpunkt P1 der ersten Drahtleitung 11 benachbart zu dem Energieempfangspunkt 13 empfangen werden, in der folgenden Weise ausgedrückt werden: sin(ωt + α) (1)
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Weiterhin werden Radio- bzw. Funkwellen, die an einem Endpunkt P2 der ersten Drahtleitung 12 benachbart zu dem Abschlusswiderstand 14 empfangen werden, in der folgenden Weise beschrieben. sin(ωt + α + β) (2)
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Hierbei bezeichnet α eine Phase an dem Endpunkt P1 und β eine führende bzw. vorauseilende Phase von empfangenen Radio- bzw. Funkwellen, die in der ersten Drahtleitung 11 von dem Endpunkt P1 in Richtung zu dem Endpunkt P2 wandern, an dem Endpunkt P2 mit Bezug zu dem Endpunkt P1. Dies bedeutet, dass die Phase an dem Endpunkt P2 von Radio- bzw. Funkwellen, die von dem Energieempfangspunkt 13 in Richtung zu dem Abschlusswiderstand 14 wandern, mit Bezug zu der Phase an dem Endpunkt P1 fortgeschritten bzw. vorauseilend ist.
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Der Winkel, der zwischen einem Wander- bzw. Ausbreitungsvektor V1 von einfallenden Radio- bzw. Funkwellen und einem Wander- bzw. Ausbreitungsvektor V2 von Radio- bzw. Funkwellen in der ersten Drahtleitung 11 eingeschlossen ist, ist gleich θ. Wenn die Drahtantenne 10 die ebene Welle des Wander- bzw. Ausbreitungsvektors V1 empfängt, werden Radio- bzw. Funkwellen, die den Endpunkt P1 erreichen, durch den gleichen mathematischen Ausdruck wie der mathematische Ausdruck (1) unter der Annahme ausgedrückt, dass die Phase von Radio- bzw. Funkwellen, die an dem Endpunkt P1 empfangen werden, gleich groß ist wie die Phase von Radio- bzw. Funkwellen, die in der ersten Drahtleitung 11 wandern.
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Der Pfad- bzw. Streckenunterschied zwischen Radio- bzw. Funkwellen, die den Endpunkt P1 erreichen, und Radio- bzw. Funkwellen, die den Endpunkt P2 erreichen, ist gleich Lcos(θ). Damit ist die Zeit, zu der eine ebene Welle, die an dem Endpunkt P1 empfangen wird, an dem Endpunkt P2 empfangen wird, um Δt, das durch den nachfolgenden mathematischen Ausdruck ausgedrückt ist, mit Bezug zu der Zeit verzögert, zu der die ebene Welle an dem Endpunkt P1 empfangen wird. Bei dem mathematischen Ausdruck bezeichnet L die Länge der ersten Drahtleitung 11, und c bezeichnet die Lichtgeschwindigkeit. Δt = Lcos(θ)/c (3)
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Damit stellen Radio- bzw. Funkwellen, die an dem Endpunkt P2 empfangen werden, zu dem Zeitpunkt t eine ebene Welle zu einer Zeit dar, die um Δt mit Bezug zu Radio- bzw. Funkwellen, die an dem Endpunkt P1 empfangen werden, vorauseilt. Radio- bzw. Funkwellen, die an dem Endpunkt P2 zu der Zeit t empfangen werden, werden in der folgenden Weise ausgedrückt. sin(ωt + α + ωΔt) (4)
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Wenn die Phase der Radio- bzw. Funkwellen gleich groß ist wie die Phase von Radio- bzw. Funkwellen, die durch den mathematischen Ausdruck (2) beschrieben sind und die sich durch die erste Drahtleitung 11 in Richtung zu dem Abschlusswiderstand 14 fortpflanzen, überlappen sie sich mit Radio- bzw. Funkwellen der gleichen ebenen Welle, die an den jeweiligen Mikroabschnitten der ersten Drahtleitung 11 empfangen werden, und werden als Folge zu Radio- bzw. Funkwellen, die sich durch die erste Drahtleitung 11 in Richtung zu dem Abschlusswiderstand 14 fortpflanzen. Damit trifft der nachfolgende mathematische Ausdruck zu. α + β = α + ωΔt, β = ωΔt, Δt = β/ω (5)
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Aus dem mathematischen Ausdruck (3) wird die nachfolgend angegebene mathematische Gleichung (6) erhalten. Lcos(θ)/c = β/ω, cos(θ) = cβ/ωL) = λβ/(2πL) (6)
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Da βλ = 2πL ist, wird der nachfolgend angegebene mathematische Ausdruck (7) erhalten. cos(θ) = 1 (7)
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Dies bedeutet, dass θ = 0. Wenn die Richtung des Wandervektors V1 der einfallenden Radio- bzw. Funkwellen mit der Richtung des Wandervektors V2 von Radio- bzw. Funkwellen in der ersten Drahtleitung 11 übereinstimmt, ist die Komponente eines Signals enthalten, das in der ersten Drahtleitung 11 wandert. Ankommende Radio- bzw. Funkwellen von den anderen Richtungen erfüllen eine Phasenübereinstimmungsbedingung bzw. Phasenanpassungsbedingung nicht, wobei sich eine Abweichung von der Richtung des Wandervektors V2 vergrößert, so dass sich eine Komponente der Wanderwelle verringert. Das Gleiche trifft auch auf die zweite Drahtleitung 12 zu.
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Auf diese Weise wird oder ist die Nichtwirkung der Drahtantenne 10 für empfangene Radio- bzw. Funkwellen bestimmt. Dies trifft auch auf eine abstrahlende Antenne bzw. Sendeantenne zu.
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4A zeigt eine Kennliniendarstellung bzw. charakteristische Grafik der Beziehung zwischen dem Widerstandswert des Abschlusswiderstands 14 und dem F/B-Verhältnis, und zwar gemessen für die Drahtantenne 10. Es zeigt sich, dass das erhaltene F/B-Verhältnis gleich 23 dB ist, wenn der Abschlusswiderstand 14 gleich 650 Ω ist. Die Frequenz einer verwendeten Radio- bzw. Funkwelle beträgt 315 MHz. Es ist anzumerken, dass das F/B-Verhältnis das Verhältnis einer empfangenen elektrischen Leistung oder Energie F anzeigt, wenn die Einfallsrichtung von Radio- bzw. Funkwellen die gleiche ist wie diejenige des Wandervektors bzw. Ausbreitungsvektors V2 von Radio- bzw. Funkwellen, die sich durch die erste Drahtleitung 11 fortpflanzen, und zwar gleich einer empfangenen elektrischen Leistung bzw. Energie B, wenn die Einfallsrichtung von Radio- bzw. Funkwellen entgegengesetzt ist zu der Richtung des Wandervektors bzw. Ausbreitungsvektors V2.
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Als Nächstes zeigen 5A bis 5D die Richteigenschaften, wenn die Antenneneinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel Radio- bzw. Funkwellen mit einer aus den Drahtantennen 10, 20, 30 und 40 ausgewählten Drahtantenne empfängt, während alle Abschlusswiderstände auf 700 Ω eingestellt sind und die Frequenz auf 315 MHz festgelegt ist. Wie in 5A gezeigt ist, zeigt die Drahtantenne 10, bei der die Richtung von dem Energieempfangspunkt zu dem Abschlusswiderstand eine Richtung von positivem y ist, die Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik in der positiven Richtung von y. Wie in 5B dargestellt ist, zeigt die Drahtantenne 20, bei der die Richtung von dem Energieempfangspunkt zu dem Abschlusswiderstand eine Richtung von negativem y ist, die Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik in der negativen Richtung von y. Wie in 5C gezeigt ist, zeigt die Drahtantenne 30, bei der die Richtung von dem Energieempfangspunkt zu dem Abschlusswiderstand die Richtung von negativem x ist, die Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik in der negativen Richtung von x. Wie in 5D dargestellt ist, zeigt die Drahtantenne 40, bei der die Richtung von dem Energieempfangspunkt zu dem Abschlusswiderstand die Richtung von positivem x ist, die Richtcharakteristik in der positiven Richtung von x. Da die jeweiligen Drahtantennen die vorstehend angegebenen Richtcharakteristika haben, ist die Antenneneinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel imstande, Radio- bzw. Funkwellen, die in den Richtungen von positivem x, negativem x, positivem y und negativem y ankommen, exakt zu detektieren bzw. erfassen. Folglich kann die Antenneneinrichtung zweckmäßig für das System verwendet werden, das Reifendrücke detektiert, indem Radio- bzw. Funkwellen empfangen werden, die von den Sensoren gesendet werden, die in den Reifen eingebettet sind.
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Zudem zeigt die 6 die Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik, wenn die Drahtantennen 10 und 20, die in der Richtung y angeordnet sind, verwendet werden und die empfangenen Ausgänge bzw. Ausgangssignale dann kombiniert werden. In diesem Fall weist die Empfangsantenneneinrichtung keine Richtwirkung auf. Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel weist die Empfangsantenneneinrichtung die Drahtantennen auf, die jeweils den Energieempfangspunkt 13 haben. Allerdings kann eine Sendeantenneneinrichtung so konfiguriert werden oder sein, dass Drahtantennen, die jeweils einen Energiezufuhrpunkt 13 anstelle des Energieempfangspunkts 13 aufweisen, verwendet werden.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verlaufen die zweiten Drahtleitungen 12, 22, 32 und 42 jeweils parallel zu den ersten Drahtleitungen 11, 21, 31 bzw. 41. Stattdessen kann aber auch, wie dies in 7 gezeigt ist, jede der vier zweiten Drahtleitungen als ein Spiegelbild ausgebildet sein, das durch eine metallische Platte (ebener Leiter) 55 erzeugt wird, die gemeinsam von den Drahtantennen verwendet wird. In diesem Fall fungiert die metallische Platte 55 auch als eine Radio- bzw. Funkwellen reflektierende Platte und ist imstande, die elektrische Empfangsleistung und die elektrische Sendeleistung zu verbessern.
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Bei einer anderen, nicht anspruchsgemäßen Ausgestaltung gemäß 8 können die Drahtantennen 10, 20, 30 und 40 radial so angeordnet werden, dass die Abschlusswiderstände 14, 24, 34 und 44 an der äußeren Seite um die Energieempfangspunkte 13, 23, 33 und 43 herum angeordnet sind. Die Konfigurationen der ersten Drahtleitungen, zweiten Drahtleitungen, Energieempfangspunkte, Abschlusswiderstände und dergleichen sind gleichartig wie diejenigen bei dem Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist, und es bezeichnen gleiche Bezugszahlen die gleichen Komponenten. Auch in diesem Fall kann eine reflektierende Platte vorgesehen sein, die Radio- bzw. Funkwellen reflektiert, und es kann jede zweite Drahtleitung durch eine metallische Platte gebildet sein, die gemeinsam von den Drahtantennen benutzt wird.
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Zudem ist es auch ausführbar, dass, wie dies in 9A und 9B dargestellt ist, die Drahtantennen 10 und 20, die in der Richtung der Achse y angeordnet sind, in gegenseitiger Nähe angeordnet sind, wobei sie elektrisch isoliert sind, die Drahtantennen 30 und 40, die in der Richtung der Achse x angeordnet sind, in gegenseitiger Nähe angeordnet sind, wobei sie elektrisch isoliert sind, und dann ein Satz aus den Drahtantennen 10 und 20 rechtwinklig zu einem Satz aus den Drahtantennen 30 und 40 angeordnet ist oder wird. Die Konfigurationen der ersten Drahtleitungen, zweiten Drahtleitungen, Energieempfangspunkte, Abschlusswiderstände und dergleichen sind gleichartig wie diejenigen bei dem Ausführungsbeispiel, die in 1 dargestellt sind, und es bezeichnen gleiche Bezugszahlen die gleichen Komponenten. Auch in diesem Fall kann eine reflektierende Platte vorgesehen sein, die Radio- bzw. Funkwellen reflektiert. Zudem ist es auch ausführbar, dass die ersten Drahtleitungen und eine metallische Platte, die gemeinsam von den Drahtantennen benutzt wird und die parallel zu den ersten Drahtleitungen vorgesehen ist, die jeweiligen Antennen bilden und die zweiten Drahtleitungen durch Spiegelbilder der ersten Drahtleitungen gebildet werden oder sind, die durch die gemeinsam verwendete metallische Platte erzeugt werden. Weiterhin ist es auch ausführbar, dass die Drahtantennen 10 und 20, die in der Richtung der Achse y angeordnet sind, an einer oberen Seite bzw. Oberseite in der Richtung der Achse z angeordnet werden oder sind und die Drahtantennen 30 und 40, die in der Richtung der Achse x angeordnet sind, dann an einer unteren Seite in der Richtung der Achse 7 angeordnet sind oder werden. Auch in diesem Fall kann eine reflektierende Platte, die Radio- bzw. Funkwellen reflektiert, vorgesehen sein, und es kann jede zweite Drahtleitung durch ein Spiegelbild der ersten Drahtleitung, das durch die gemeinsam verwendete metallische Platte gebildet wird, geformt werden. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die Wellenlänge einer verwendeten Radio- bzw. Funkwelle gleich λ ist, ist L1 vorzugsweise länger bzw. größer als oder gleich groß wie λ/10 und kürzer als oder gleich groß wie λ. Ferner ist L1 vorzugsweise länger als oder gleich groß wie das Zweifache der Größe von L2 und kürzer als oder gleich groß wie das Dreifache der Größe von L2. Weiterhin ist D vorzugsweise länger als oder gleich groß wie λ/20 und kürzer als oder gleich groß wie λ/10.
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Bei den Konfigurationen gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel und den alternativen Ausgestaltungen kann auch lediglich ein Paar aus der ersten Drahtleitung und der zweiten Drahtleitung (eine Drahtantenne) benutzt werden, um eine Antenneneinrichtung zu bilden.
