DE112017001257T5

DE112017001257T5 - Wellenleitervorrichtung und Antennen-Array

Info

Publication number: DE112017001257T5
Application number: DE112017001257.0T
Authority: DE
Inventors: Hideki Kirino; Hiroyuki KAMO
Original assignee: Nidec Corp; WGR Co Ltd
Current assignee: Nidec Corp; WGR Co Ltd
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2018-11-29
Also published as: CN207098069U; CN208093766U; CN207098068U; WO2017175782A1; CN208092221U; CN208093769U; CN208093767U; CN107275802B; JP6910374B2; US20190036230A1; US10727611B2; CN107275802A; CN208093768U; US20200176884A1; JP2019514281A; CN208093770U; US10594045B2

Abstract

Ein Antennen-Array gemäß einer Ausführungsform weist ein leitendes Bauglied mit ersten und zweiten Schlitzen auf, die zueinander benachbart sind. Die leitende Oberfläche auf einer Vorderseite des leitenden Bauglieds ist so geformt, dass erste und zweite Hörner bestimmt sind, die jeweils mit den ersten und zweiten Schlitzen kommunizieren. Die jeweiligen E-Ebenen der Schlitze liegen auf derselben Ebene oder auf einer Vielzahl von Ebenen, die zueinander im Wesentlichen parallel sind. In einem Querschnitt der E-Ebene des ersten Horns ist eine Länge von einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante des ersten Schlitzes zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns länger als eine Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des ersten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns, wobei die Längen sich entlang einer inneren Wandfläche des ersten Horns erstrecken.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Wellenleitervorrichtung und ein Antennen-Array.
[Stand der Technik]
Eine Antennenvorrichtung mit einem oder mehreren Antennenelementen (nachfolgend auch als „Abstrahlelemente“ bezeichnet), die arrayartig auf einer Linie oder Ebene angeordnet sind, kommt in verschiedenen Anwendungen zur Verwendung, z.B. in Radar- und Kommunikationssystemen. Zum Abstrahlen elektromagnetischer Wellen aus einer Antennenvorrichtung ist es notwendig, einem Antennenelement elektromagnetische Wellen (z.B. Hochfrequenz-Signalwellen) aus einer Schaltung zuzuführen, die elektromagnetische Wellen generiert. Die Zufuhr einer elektromagnetischen Welle erfolgt über einen Wellenleiter. Ein Wellenleiter wird auch dazu verwendet, elektromagnetische Wellen, die an den Antennenelementen empfangen werden, an eine Empfangsschaltung zu senden.
Üblicherweise wird die Speisung in ein Antennenelement bisher häufig durch Verwendung einer beziehungsweise mehrerer Mikrostreifenleitung(en) erreicht. In dem Fall, in dem die Frequenz einer zu sendenden oder zu empfangenden elektromagnetischen Welle eine hohe Frequenz von z.B. über 30 Gigahertz (GHz) ist, unterliegt eine Mikrostreifenleitung jedoch hohem dielektrischem Verlust, so dass der Wirkungsgrad der Antenne beeinträchtigt wird. Daher wird in einer solchen Hochfrequenzregion ein alternativer Wellenleiter als Ersatz für eine Mikrostreifenleitung benötigt.
Die Verwendung eines Hohlwellenleiters anstelle einer Mikrostreifenleitung zum Speisen der einzelnen Antennenelemente erlaubt eine Reduzierung des Verlustes auch in Frequenzregionen, die über 30 GHz hinausgehen. Ein Hohlwellenleiter ist ein Metallkörper mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt. Im Inneren eines Hohlwellenleiters wird eine elektromagnetische Feldmode erzeugt, die an Form und Größe des Körpers angepasst ist. Daher ist eine elektromagnetische Welle fähig, sich innerhalb des Körpers in einer bestimmten elektromagnetischen Feldmode auszubreiten. Da das Körperinnere hohl ist, tritt das Problem des dielektrischen Verlustes auch dann nicht auf, wenn sich die Frequenz der elektromagnetischen Welle, die sich ausbreiten soll, erhöht. Jedoch ist bei Verwendung eines Hohlwellenleiters die Anordnung von Antennenelementen mit hoher Dichte schwierig, weil der hohle Teil eines Hohlwellenleiters eine Breite haben muss, die gleich oder größer als eine halbe Wellenlänge der elektromagnetischen Welle ist, die sich ausbreiten soll, und auch der Körper (Metallwand) des Hohlwellenleiters selbst dick genug sein muss. Eine Antennenvorrichtung, bei der ein solcher Hohlwellenleiter genutzt wird, ist beispielsweise im Nichtpatentdokument 1 offenbart.
Dagegen sind Beispiele für Wellenleiterstrukturen, die einen künstlichen magnetischen Leiter aufweisen, in den Patentdokumenten 2 bis 4 sowie den Nichtpatentdokumenten 1 und 2 offenbart. Ein künstlicher magnetischer Leiter ist eine Struktur, die die Eigenschaften eines perfekten magnetischen Leiters (PMC), der in der Natur nicht vorkommt, künstlich realisiert. Eine Eigenschaft eines perfekten magnetischen Leiters besteht darin, dass „ein Magnetfeld auf seiner Oberfläche eine Tangentialkomponente von null hat“. Diese Eigenschaft ist entgegengesetzt zu der Eigenschaft eines perfekten elektrischen Leiters (PEC), dass nämlich „ein elektrisches Feld auf seiner Oberfläche eine Tangentialkomponente von null hat“. Obwohl ein perfekter magnetischer Leiter in der Natur nicht vorkommt, ist er durch eine künstliche Struktur ausführbar, z.B. durch eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe. Ein künstlicher magnetischer Leiter funktioniert als perfekter magnetischer Leiter in einem spezifischen Frequenzband, das durch seine Struktur bestimmt ist. Ein künstlicher magnetischer Leiter beschränkt oder verhindert die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle jeder Frequenz, die in dem spezifischen Frequenzband enthalten ist (ausbreitungsbeschränktes Band), entlang der Oberfläche des künstlichen magnetischen Leiters. Daher kann die Oberfläche eines künstlichen magnetischen Leiters als Oberfläche mit hoher Impedanz bezeichnet werden.
Bei den Wellenleitervorrichtungen, die in den Patentdokumenten 2 bis 4 und den Nichtpatentdokumenten 1 und 2 offenbart sind, ist ein künstlicher magnetischer Leiter durch eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe realisiert, die entlang von Zeilen- und Spaltenrichtungen arrayartig angeordnet sind. Solche Stäbe können auch als Pfeiler oder Stifte bezeichnet werden. Jede dieser Wellenleitervorrichtungen weist als Ganzes ein Paar entgegengesetzter elektrisch leitender Platten auf. Eine leitende Platte hat eine Rippe, die in Richtung der anderen leitenden Platte absteht, und Erstreckungen eines künstlichen magnetischen Leiters, die sich auf beiden Seiten der Rippe erstrecken. Eine obere Fläche der Rippe (d.h. ihre elektrisch leitende Fläche) ist über einen Abstand zu einer leitenden Oberfläche der anderen leitenden Platte entgegengesetzt. Eine elektromagnetische Welle von einer Wellenlänge, die in dem ausbreitungsbeschränkten Band des künstlichen magnetischen Leiters enthalten ist, breitet sich entlang der Rippe in dem Raum (Abstand) zwischen dieser leitenden Oberfläche und der oberen Fläche der Rippe aus.
[Liste zitierter Druckschriften]
[Patentliteratur]

[PTL 1] Beschreibung des US-Patents Nr. 9136605
[PTL 2] Internationale Veröffentlichung Nr. 2010/050122
[PTL 3] Beschreibung des US-Patents Nr. 8803638
[PTL 2] Beschreibung der europäischen Patentanmeldung Nr. 1331688

[Nichtpatentliteratur]

[NPL 1] H. Kirino und K. Ogawa, „A 76 GHz Multi-Layered Phased Array Antenna using a Non-Metal Contact Metamaterial Waveguide“, IEEE Transaction on Antenna and Propagation, Vol. 60, Nr. 2, S. 840-853, Februar 2012
[NPL 2] A.Uz.Zaman und P.-S.Kildal, „Ku Band Linear Slot-Array in Ridge Gapwaveguide Technology“, EUCAP 2013, 7th European Conference on Antenna and Propagation

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technische Aufgabe]
Bei jeder Wellenleitervorrichtung oder Antennenvorrichtung besteht der Wunsch nach einer Verbesserung ihrer Leistungsfähigkeit und nach der Möglichkeit einer freieren Positionierung ihrer Bestandteile.
[Lösung der Aufgabe]
Ein Antennen-Array gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst ein elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite. Dias elektrisch leitende Bauglied hat eine Vielzahl von Schlitzen, die eine Zeile entlang einer ersten Richtung bilden. Die erste elektrisch leitende Oberfläche des elektrisch leitenden Bauglieds ist so geformt, dass eine Vielzahl von Hörnern bestimmt ist, die jeweils mit einem entsprechenden von der Vielzahl von Schlitzen kommunizieren. E-Ebenen der Vielzahl von Schlitzen liegen auf einer gleichen Ebene oder auf einer Vielzahl von Ebenen, die zueinander im Wesentlichen parallel sind. Die Vielzahl von Schlitzen weist einen ersten Schlitz und einen zweiten Schlitz auf, die zueinander benachbart sind. Die Vielzahl von Hörnern weist ein erstes Horn, das mit dem ersten Schlitz kommuniziert, und ein zweites Horn auf, das mit dem zweiten Schlitz kommuniziert. In einem Querschnitt der E-Ebene des ersten Horns ist eine Länge von einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante des ersten Schlitzes zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns länger als eine Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des ersten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns, wobei die Längen sich entlang einer inneren Wandfläche des ersten Horns erstrecken. In einem Querschnitt der E-Ebene des zweiten Horns ist eine Länge von einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante des zweiten Schlitzes zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante der Apertur-Ebene des zweiten Horns gleich oder kleiner als eine Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des zweiten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des zweiten Horns, wobei die Längen sich entlang einer inneren Wandoberfläche des zweiten Horns erstrecken. Eine Achse, die durch eine Mitte des ersten Schlitzes und durch eine Mitte der Apertur-Ebene des ersten Horns verläuft, und eine Achse, die durch eine Mitte des zweiten Schlitzes und durch eine Mitte der Apertur-Ebene des zweiten Horns verläuft, sind in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet.
Ein Antennen-Array gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst ein elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite. Das elektrisch leitende Bauglied hat eine Vielzahl von Schlitzen, die eine Zeile entlang einer ersten Richtung bilden. Die erste elektrisch leitende Oberfläche des elektrisch leitenden Bauglieds ist so geformt, dass eine Vielzahl von Hörnern bestimmt ist, die jeweils mit einem entsprechenden von der Vielzahl von Schlitzen kommunizieren. E-Ebenen der Vielzahl von Schlitzen liegen auf einer gleichen Ebene oder auf einer Vielzahl von Ebenen, die zueinander im Wesentlichen parallel sind. Die Vielzahl von Hörnern weist ein erstes Horn, ein zweites Horn und ein drittes Horn auf, die eine Zeile entlang der ersten Richtung bilden. Wenn elektromagnetische Wellen ersten bis dritten Schlitzen zugeführt werden, die jeweils mit dem ersten bis dritten Horn kommunizieren, überlappen einander drei Hauptkeulen, die jeweils von dem ersten bis dritten Horn abgestrahlt werden, Mittelachsen der drei Hauptkeulen sind in jeweils unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet, und Differenzen zwischen den Richtungen der Mittelachsen der drei Hauptkeulen sind kleiner als eine Breite einer jeden der drei Hauptkeulen.
Eine Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; und ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Das zweite elektrisch leitende Bauglied weist einen Port an einer zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Position, wobei der Port von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert, und eine Drosselstruktur an einer dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds über den Port gegenüberliegenden Position auf. Die Drosselstruktur weist eine elektrisch leitende Rippe an einer zu dem Port benachbarten Position auf und weist einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe auf, die auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von einem weiter von dem Port entfernt gelegenen Ende der Rippe vorgesehen sind. Wenn eine elektromagnetische Welle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, eine Zentralwellenlänge λ0 im freien Raum hat, hat die Rippe eine Länge gleich oder größer als λ0/16 und kleiner als λ0/4 in einer Richtung entlang des Wellenleiters.
Eine Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; wobei ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, der sich in einem zwischen derzweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Das erste elektrisch leitende Bauglied weist einen Port auf, der an einer Position gegenüber einem zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Abschnitt der Wellenleiterfläche vorgesehen ist, wobei der Port von der ersten elektrisch leitenden Oberfläche zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche kommuniziert. Das zweite elektrisch leitende Bauglied weist eine Drosselstruktur in einer Region auf, die das eine Ende des Wellenleiterbauglieds enthält. Die Drosselstruktur umfasst einen Wellenleiterbauglied-Endabschnitt und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe, wobei der Wellenleiterbauglied-Endabschnitt von einer Kante einer Öffnung des Ports zu einer Kante des einen Endes des Wellenleiterbauglieds, auf die Wellenleiterfläche projiziert, reicht, wobei die ein oder mehreren elektrisch leitenden Stäbe auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds vorgesehen sind. Wenn eine elektromagnetische Welle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, eine Zentralwellenlänge λ0 im freien Raum hat, hat der Wellenleiter-Endabschnitt eine Länge gleich oder größer als λ0/16 und kleiner als λ0/4 in einer Richtung entlang des Wellenleiters.
Eine Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; wobei ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, der sich in einem zwischen derzweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Das zweite elektrisch leitende Bauglied weist einen Port an einer zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Position, wobei der Port von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert, und eine Drosselstruktur an einer dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds über den Port gegenüberliegenden Position auf. Die Drosselstruktur weist eine elektrisch leitende Rippe an einer zu dem Port benachbarten Position auf und weist einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe auf, die auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von einem weiter von dem Port entfernt gelegenen Ende der Rippe vorgesehen sind. Die Rippe weist einen zu dem Port benachbarten ersten Abschnitt und einen zu dem ersten Abschnitt benachbarten zweiten Abschnitt auf. Eine Distanz zwischen dem ersten Abschnitt und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche ist länger als eine Distanz zwischen dem zweiten Abschnitt und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche.
Eine Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; wobei ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, der sich in einem zwischen derzweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Das erste elektrisch leitende Bauglied weist einen Port auf, der an einer Position gegenüber einem zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Abschnitt der Wellenleiterfläche vorgesehen ist, wobei der Port von der ersten elektrisch leitenden Oberfläche zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche kommuniziert. Das zweite elektrisch leitende Bauglied weist eine Drosselstruktur in einer Region auf, die das eine Ende des Wellenleiterbauglieds enthält. Die Drosselstruktur umfasst einen Wellenleiterbauglied-Endabschnitt und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe, wobei der Wellenleiterbauglied-Endabschnitt von einer Kante einer Öffnung des Ports zu einer Kante des einen Endes des Wellenleiterbauglieds, auf die Wellenleiterfläche projiziert, reicht, wobei die ein oder mehreren elektrisch leitenden Stäbe auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds vorgesehen sind. An einer Stelle gegenüber dem Wellenleiterbauglied-Endabschnitt weist die zweite elektrisch leitende Oberfläche des ersten elektrisch leitenden Bauglieds einen zu dem Port benachbarten ersten Abschnitt und einen zu dem ersten Abschnitt benachbarten zweiten Abschnitt auf. Eine Distanz zwischen dem ersten Abschnitt und der Wellenleiterfläche ist länger als eine Distanz zwischen dem zweiten Abschnitt und der Wellenleiterfläche.
Eine Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; wobei ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, der sich in einem zwischen derzweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Das zweite elektrisch leitende Bauglied weist einen Port auf, der von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert. Das Wellenleiterbauglied ist an dem Port räumlich in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt getrennt. Ein Abschnitt einer inneren Wand des Ports stellt eine Verbindung mit einem Ende des ersten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds her. Ein weiterer Abschnitt der inneren Wand des Ports stellt eine Verbindung mit einem Ende des zweiten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds her. Ein innerer Abstand des Wellenleiterbauglieds, der zwischen zwei gegenüberliegenden Endflächen an dem einen Ende des ersten Abschnitts und dem einen Ende des zweiten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds bestimmt ist, weist einen schmalen Abschnitt auf, der geringere Größe hat als ein Abstand zwischen dem Abschnitt der inneren Wand des Ports, der eine Verbindung mit dem ersten Abschnitt des Wellenleiterbauglieds herstellt, und dem anderen Abschnitt der inneren Wand des Ports, der eine Verbindung mit dem zweiten Abschnitt des Wellenleiterbauglieds herstellt.
Eine Array-Antennenvorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; wobei ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, der sich in einem zwischen derzweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Das zweite elektrisch leitende Bauglied weist einen Port auf, der von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert. Auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche befinden sich ein erster Schlitz und ein zweiter Schlitz, die unter der Vielzahl von Schlitzen zueinander benachbart sind, an symmetrischen Positionen in Bezug auf eine Mitte des Ports. Das Wellenleiterbauglied weist ein Paar Impedanzanpassungsstrukturen angrenzend an den Port auf, wobei jede aus dem Paar der Impedanzanpassungsstrukturen einen flachen Abschnitt angrenzend an den Port und eine Vertiefung angrenzend an den flachen Abschnitt hat und zu einem der ersten und zweiten Schlitze teilweise entgegengesetzt ist.
Eine Array-Antennenvorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, der sich in einem zwischen derzweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Das zweite elektrisch leitende Bauglied weist einen Port auf, der von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert. Das Wellenleiterbauglied ist an dem Port räumlich in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt getrennt. Ein Abschnitt einer inneren Wand des Ports stellt eine Verbindung mit einem Ende des ersten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds her. Ein weiterer Abschnitt der inneren Wand des Ports stellt eine Verbindung mit einem Ende des zweiten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds her. Eine Distanz zwischen zwei gegenüberliegenden Endflächen an dem einen Ende des ersten Abschnitts und dem einen Ende des zweiten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds unterscheidet sich von einer Distanz zwischen dem Abschnitt der inneren Wand des Ports, der eine Verbindung mit dem ersten Abschnitt des Wellenleiterbauglieds herstellt, und dem anderen Abschnitt der inneren Wand des Ports, der eine Verbindung mit dem zweiten Abschnitt des Wellenleiterbauglieds herstellt.
Eine Array-Antennenvorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; wobei ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Das zweite elektrisch leitende Bauglied weist einen Port auf, der von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert. Die Vielzahl von Schlitzen ist zu der Wellenleiterfläche entgegengesetzt. Auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche befinden sich ein erster Schlitz und ein zweiter Schlitz, die unter der Vielzahl von Schlitzen zueinander benachbart sind, an symmetrischen Positionen in Bezug auf eine Mitte des Ports. Die erste elektrisch leitende Oberfläche des ersten elektrisch leitenden Bauglieds ist so geformt, dass eine Vielzahl von Hörnern bestimmt ist, die jeweils mit der Vielzahl von Schlitzen kommunizieren. Unter der Vielzahl von Hörnern ist eine Distanz zwischen Mitten der Öffnungen von zwei benachbarten Hörnern kürzer als eine Distanz auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche von einer Mitte des ersten Schlitzes zu einer Mitte des zweiten Schlitzes.
Eine Array-Antennenvorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, der sich in einem zwischen derzweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Das zweite elektrisch leitende Bauglied weist einen Port an einer zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Position, wobei der Port von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert, und eine Drosselstruktur an einer dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds über den Port gegenüberliegenden Position auf. Die Drosselstruktur weist einen zu dem Port benachbarten ersten Abschnitt und einen zu dem ersten Abschnitt benachbarten zweiten Abschnitt auf. Eine Distanz zwischen dem ersten Abschnitt und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche ist länger als eine Distanz zwischen dem zweiten Abschnitt und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche.
Eine Array-Antennenvorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied 2^N Ports hat (wobei N eine ganze Zahl mit dem Wert 2 oder höher ist); ein Wellenleiterbauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche gegenüber der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche hat, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt und das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter in einem Abstand zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche. Über Kombinationen aus einer Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten verzweigt sich das Wellenleiterbauglied von einem Stamm in 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitte, wobei die 2^N Ports jeweils den 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitten gegenüberliegen, mindestens einer der 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitte hat eine Form, die sich von der Form einer anderen unterscheidet.
Eine Array-Antennenvorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche gegenüber der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche hat, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt und das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Über Kombinationen aus einer Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten verzweigt sich das Wellenleiterbauglied von einem Stamm in 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitte (wobei N eine ganze Zahl mit dem Wert 2 oder größer ist). Auf einem zu jedem von der Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten benachbarten Stammabschnitt weist das Wellenleiterbauglied eine Vielzahl von Impedanzwandlungsabschnitten zur Erhöhung einer Kapazitanz des Wellenleiters auf. Unter der Vielzahl von Impedanzwandlungsabschnitten ist eine Länge eines ersten Impedanzwandlungsabschnitts in einer Richtung entlang des Wellenleiters kürzer als eine Länge eines zweiten Impedanzwandlungsabschnitts in einer Richtung entlang des Wellenleiters, wobei der erste Impedanzwandlungsabschnitt relativ weit von dem Wellenleiter-Anschlussabschnitt entfernt ist und der zweite Impedanzwandlungsabschnitt relativ nah an dem Wellenleiter-Anschlussabschnitt liegt.
Eine Array-Antennenvorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche eine Vielzahl elektrisch leitender Stäbe hat. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, dersich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Das zweite elektrisch leitende Bauglied weist einen rechteckigen Hohlwellenleiter an einer zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Position, wobei der rechteckige Hohlwellenleiter von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert, und eine Drosselstruktur an einer Position auf, die dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds über den rechteckigen Hohlwellenleiter gegenüberliegt. Die Vielzahl elektrisch leitender Stäbe weist mindestens zwei Zeilen elektrisch leitender Stäbe auf, die arrayartig auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds angeordnet sind und sich entlang des Wellenleiterbauglieds erstrecken. Aus einer normalen Richtung der dritten elektrisch leitenden Oberfläche gesehen, hat der rechteckige Hohlwellenleiter eine rechteckige Form, die durch ein Paar längerer Seiten und ein Paar kürzerer Seiten, die zu den längeren Seien orthogonal sind, bestimmt ist, wobei eine von dem Paar längerer Seiten mit dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds in Kontakt steht und eine Länge einer jeden längeren Seite des rechteckigen Hohlwellenleiters länger als das Doppelte einer kürzesten Distanz zwischen Mitten der mindestens zwei Zeilen elektrisch leitender Stäbe und kürzer als das 3,5-fache der kürzesten Distanz zwischen den Mitten ist.
Eine Array-Antennenvorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat; ein Wellenleiterbauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds mit einer elektrisch leitenden Wellenleiterfläche in einer Streifenform, die der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und mindestens einem von der Vielzahl von Schlitzen gegenüberliegt, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; und ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt und das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt und auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei der künstliche magnetische Leiter eine Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche hat. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, dersich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. Mindestens entweder eine Distanz von der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche zu der Wellenleiterfläche oder eine Breite der Wellenleiterfläche variiert entlang des Wellenleiters. Von der Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben befindet sich eine Vielzahl von ersten elektrisch leitenden Stäben, die zu dem Wellenleiterbauglied benachbart sind, in einem periodischen Array mit einer ersten Periode in einer Richtung entlang des Wellenleiters. Von der Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben befindet sich eine Vielzahl von zweiten elektrisch leitenden Stäben, die nicht zu dem Wellenleiterbauglied benachbart sind, in einem periodischen Array mit einer zweiten Periode in einer Richtung entlang des Wellenleiters, wobei die zweite Periode länger als die erste Periode ist.
Eine Array-Antennenvorrichtung gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat; ein Wellenleiterbauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds mit einer elektrisch leitenden Wellenleiterfläche in einer Streifenform, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und mindestens einem von der Vielzahl von Schlitzen entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt und das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt und auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei der künstliche magnetische Leiter eine Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche hat. Die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter bestimmen einen Wellenleiter, dersich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt. In einer Ebene, die zu dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied parallel ist, ist eine erste Richtung als eine Richtung bestimmt, die sich entlang des Wellenleiters erstreckt, und eine zweite Richtung ist senkrecht zu der ersten Richtung bestimmt. Von der Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben hat eine Gruppe von zu dem Wellenleiterbauglied benachbarten Stäben jeweils eine Abmessung entlang der ersten Richtung, die größer als eine Abmessung entlang der zweiten Richtung ist.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Leistungsfähigkeit einer Wellenleitervorrichtung oder Antennenvorrichtung zu erhöhen und eine freiere Positionierung von Bestandteilen derselben zulassen.
Diese allgemeinen und spezifischen Aspekte sind durch ein System, ein Verfahren und ein Computerprogramm sowie jede Kombination aus Systemen, Verfahren und Computerprogrammen implementierbar.
Weitere Nutzen und Vorteile der offenbarten Ausführungsformen werden aus der Beschreibung und den Figuren ersichtlich. Die Nutzen und/oder Vorteile können durch die verschiedenen Ausführungsformen und Merkmale der Beschreibung und der Zeichnungen einzeln bereitgestellt sein und brauchen nicht alle bereitgestellt zu sein, um einen oder mehrere derselben zu erzielen.
Figurenliste

[1] 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein nicht-einschränkendes Beispiel für die Grundkonstruktion einer Wellenleitervorrichtung schematisch zeigt.
[2A] 2A ist ein Diagramm, das eine Konstruktion für eine Wellenleitervorrichtung 100 in einem Querschnitt parallel zu der XZ-Ebene schematisch zeigt.
[2B] 2B ist ein Diagramm, das eine weitere Konstruktion für die Wellenleitervorrichtung 100 aus 1 in einem Querschnitt parallel zu der XZ-Ebene schematisch zeigt.
[3] 3 ist eine weitere perspektivische Ansicht, die die Konstruktion der Wellenleitervorrichtung 100 schematisch so illustriert, dass die Beabstandung zwischen einem leitenden Bauglied 110 und einem leitenden Bauglied 120 zum leichteren Verständnis übertrieben ist.
[4] 4 ist ein Diagramm, das einen Beispiel-Abmessungsbereich eines jeden Bauglieds in der in 2A gezeigten Struktur zeigt.
[5A] 5A ist ein Diagramm, das schematisch eine elektromagnetische Welle zeigt, die sich in einem schmalen Raum, d.h. einem Abstand zwischen einer Wellenleiterfläche 122a eines Wellenleiterbauglieds 122 und einer leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110, ausbreitet.
[5B] 5B ist ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Hohlwellenleiters 130 schematisch zeigt.
[5C] 5C ist eine Querschnittsansicht, die eine Implementierung zeigt, bei der zwei Wellenleiterbauglieder 122 auf dem leitenden Bauglied 120 vorgesehen sind.
[5D] 5D ist ein Diagramm, das einen Querschnitt einer Wellenleitervorrichtung, bei der zwei Hohlwellenleiter 130 nebeneinander angeordnet sind, schematisch zeigt.
[6] 6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Teilkonstruktion einer Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 schematisch zeigt.
[7] 7 ist ein Diagramm, das schematisch einen Teilquerschnitt zeigt, der zu der XZ-Ebene parallel ist und durch die Mitten von zwei benachbarten Schlitzen 112 entlang der X-Richtung der in 6 gezeigten Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 verläuft.
[8] 8 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konstruktion einer Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 schematisch zeigt.
[9] 9 ist ein Diagramm, das schematisch einen Teilquerschnitt zeigt, der zu derXZ-Ebene parallel ist und durch die Mitten von drei benachbarten Schlitzen 112 entlang der X-Richtung der in 8 gezeigten Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 verläuft.
[10] 10 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 schematisch so illustriert, dass die Beabstandung zwischen einem ersten leitenden Bauglied 110 und einem zweiten leitenden Bauglied 120 zum besseren Verständnis übertrieben ist.
[11] 11 ist ein Diagramm, das einen Beispiel-Abmessungsbereich eines jeden Bauglieds in der in 9 gezeigten Struktur zeigt.
[12] 12 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Teilstruktur einer Schlitz-Array-Antennenvorrichtung, die für jeden Schlitz 112 ein Horn 114 aufweist, schematisch zeigt.
[13A] 13A ist eine Draufsicht von oben, welche die Array-Antennenvorrichtung aus 12 aus der positiven Z-Richtung gesehen zeigt.
[13B] 13B ist eine entlang der Linie C-C in 13A genommene Querschnittsansicht.
[13C] 13C ist ein Diagramm, das ein planes Layout von Wellenleiterbaugliedern 122U in einer ersten Wellenleitervorrichtung 100a zeigt.
[13D] 13D ist ein Diagramm, das ein planes Layout eines Wellenleiterbauglieds 122L in einer zweiten Wellenleitervorrichtung 100b zeigt.
[14A] 14A ist eine Draufsicht von oben, welche die Struktur einer Vielzahl von Hörnern 114 gemäß einer Variante zeigt.
[14B] 14B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 14A.
[15] 15 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für eine Schlitz-Array-Antennenvorrichtung mit Hörnern 114 zeigt, die jeweils schräge plane Seitenwände haben.
[16] 16 ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt einer Array-Antennenvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zeigt, der entlang der Wellenleiterbauglieder 122U und 122L genommen ist.
[17] 17 ist eine Draufsicht, die einen Abschnitt des zweiten leitenden Bauglieds 120 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
[18] 18 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt zeigt, an dem ein Wellenleiterbauglied 122U und ein Port 145U gekoppelt sind.
[19] 19 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein erstes Wellenleiterbauglied 122U zeigt, auf dem Anstiege und Senkungen zur Reduzierung der Wellenlänge vorgesehen sind.
[20] 20 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Variante einer Impedanzanpassungsstruktur 123 zeigt.
[21A] 21A ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für eine Impedanzanpassungsstruktur an dem Port 145U zeigt.
[21B] 21B ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für eine Impedanzanpassungsstruktur an dem Port 145U zeigt.
[21C] 21C ist ein Diagramm, das wiederum ein weiteres Beispiel für eine Impedanzanpassungsstruktur an dem Port 145U zeigt.
[22A] 22A ist eine Draufsicht, die eine Beispielform des Ports 145U zeigt.
[22B] 22B ist ein Diagramm zur ausführlicheren Beschreibung von Beispiel-Querschnittsformen für Ports oder Schlitze.
[23A] 23A ist eine Querschnittsansicht, die eine Grundkonstruktion für eine Array-Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt.
[23B] 23B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine weitere Beispiel-Grundkonstruktion für eineArray-Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
[23C] 23C ist eine Querschnittsansicht, die schematisch wiederum eine weitere Beispiel-Grundkonstruktion für eine Array-Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
[24] 24 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt einer Array-Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt.
[25] 25 ist ein Diagramm, das eine plane Form einer ersten leitenden Oberfläche 110b, die auf der Vorderseite eines ersten leitenden Bauglieds 110 in der Array-Antennenvorrichtung aus 24 vorgesehen ist, sowie Querschnitte des ersten leitenden Bauglieds 110 entlang der Linie A-A und entlang der Linie B-B zeigt.
[26] 26 ist ein Diagramm, das eine plane Form einer dritten leitenden Oberfläche 120a, die auf der Vorderseite des zweiten leitenden Bauglieds 120 in der Array-Antennenvorrichtung aus 24 vorgesehen ist, sowie Querschnitte des zweiten leitenden Bauglieds 120 entlang der Linie A-A und entlang der Linie B-B zeigt.
[27] 27 ist ein Diagramm, das eine plane Form einer fünften leitenden Oberfläche 140a, die auf der Vorderseite des dritten leitenden Bauglieds 140 in der Array-Antennenvorrichtung aus 24 vorgesehen ist, sowie Querschnitte des dritten leitenden Bauglieds 140 entlang der Linie A-A und entlang der Linie B-B zeigt.
[28] 28 ist ein Diagramm, das eine Beispielkonstruktion für ein viertes leitendes Bauglied 160 zeigt.
[29] 29 ist eine Draufsicht, welche die Form der Vorderseite des ersten leitenden Bauglieds 110 gemäß einer Variante der Array-Antennenvorrichtung nach Ausführungsform 2 zeigt.
[30] 30 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Form der Vorderseite des ersten leitenden Bauglieds 110 zeigt.
[31] 31 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Form der Vorderseite des zweiten leitenden Bauglieds 120 gemäß einer Variante zeigt.
[32A] 32A ist ein Diagramm, das die Struktur eines Querschnitts (eines Querschnitts der E-Ebene) entlang der Linie A-A in 29 zeigt.
[32B] 32B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Umgebung erster und zweiter Hörner 114A und 114B aus der Vielzahl von Hörnern 114.
[32C] 32C ist ein Diagramm, das schematisch die Richtungen elektromagnetischer Wellen zeigt, die aus drei nebeneinander angeordneten Hörnern 114A, 114B und 114C in der vorliegenden Ausführungsform abgestrahlt werden.
[33A] 33A ist eine Draufsicht, die eine Beispielkonstruktion eines einzeiligen Antennen-Arrays zeigt.
[33B] 33B ist eine Querschnittsansicht, die Struktur und Abmessungen leitender Bauglieder 110 und 120 zeigt, die in einer Simulation verwendet sind.
[33C] 33C ist ein Graph, der Ergebnisse der Simulation zeigt.
[33D] 33D ist ein Diagramm, das eine Beispielkonstruktion zeigt, bei der sechs Hörner 114 alle symmetrische Formen haben.
[33E] 33E ist ein Graph, der Ergebnisse der Simulation für das in 33D gezeigte Beispiel zeigt.
[34A] 34A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem die Richtung, in der die Vielzahl von Schlitzen 112 in einer Zeile arrayartig angeordnet ist, eine Richtung ist, welche die E-Ebene schneidet.
[34B] 34B ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel zeigt, bei dem die Richtung, in der die Vielzahl von Schlitzen 112 in einer Zeile arrayartig angeordnet ist, eine Richtung ist, welche die E-Ebene schneidet.
[34C] 34C ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das leitende Bauglied 110 aus einer Vielzahl von geteilten Abschnitten zusammengesetzt ist.
[35A] 35A ist eine Draufsicht, die eine Beispielkonstruktion für ein Antennen-Array zeigt, bei dem ein Hohlwellenleiter verwendet wird.
[35B] 35B ist ein Diagramm, das einen Querschnitt entlang der Linie B-B in 35A zeigt.
[35C] 35C ist ein Diagramm, das einen Querschnitt entlang der Linie C-C in 35A zeigt.
[35D] 35D ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Variante zeigt.
[36A] 36A ist eine Draufsicht, die wiederum eine weitere Variante zeigt.
[36B] 36B ist ein Diagramm, das einen Querschnitt entlang der Linie B-B in 36A zeigt.
[37A] 37A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für eine Impedanzanpassungsstruktur an einem Port 145L des dritten leitenden Bauglieds 140 zeigt, wie in 27 gezeigt.
[37B] 37B ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt des Ports 145L und der Drosselstruktur 150 zeigt, die in 37A gezeigt sind.
[38A] 38A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Impedanzanpassungsstruktur gemäß einer Variante der Ausführungsform 3 zeigt.
[38B] 38B ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt des Ports 145L und der Drosselstruktur 150 zeigt, die in 38A gezeigt sind.
[39A] 39A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Impedanzanpassungsstruktur gemäß einer weiteren Variante der Ausführungsform 3 zeigt.
[39B] 39B ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt des Ports 145L und der Drosselstruktur 150 zeigt, die in 39A gezeigt sind.
[40A] 40A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Impedanzanpassungsstruktur gemäß wiederum einer weiteren Variante der Ausführungsform 3 zeigt.
[40B] 40B ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt des Ports 145L und der Drosselstruktur 150 zeigt, die in 40A gezeigt sind.
[41] 41 ist eine perspektivische Ansicht, die eine spezifische Beispielkonstruktion mit einer Impedanzanpassungsstruktur gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[42] 42 ist eine perspektivische Ansicht, die eine weitere spezifische Beispielkonstruktion mit einer Impedanzanpassungsstruktur gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[43A] 43A ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[43B] 43B ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[43C] 43C ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[43D] 43D ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[43E] 43E ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[43F] 43F ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[43G] 43G ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[43H] 43H ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[43I] 43I ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[44A] 44A ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[44B] 44B ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[44C] 44C ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[44D] 44D ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[44E] 44E ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[44F] 44F ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[44G] 44G ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[45A] 45A ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[45B] 45B ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[45C] 45C ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[45D] 45D ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur in der Umgebung der Drosselstruktur und des Ports 145 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
[46A] 46A ist eine Draufsicht, die schematisch die Struktur eines dritten leitenden Bauglieds 140 (Verteilungsschicht) gemäß Ausführungsform 4 zeigt.
[46B] 46B ist eine Draufsicht, welche die Struktur eines zweiten leitenden Bauglieds 120 (Anregungsschicht) gemäß Ausführungsform 4 zeigt.
[46C] 46C ist eine Draufsicht, welche die Struktur eines ersten leitenden Bauglieds 110 gemäß Ausführungsform 4 zeigt.
[47] 47 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Variante der Ausführungsform 4 zeigt.
[48A] 48A ist ein Diagramm, das vergrößert einen Abschnitt des in 47 gezeigten Wellenleiterbauglieds 122L zeigt.
[48B] 48B ist ein Diagramm zur Beschreibung von Abmessungen der Impedanzwandlungsabschnitte 122i1 und 122i2.
[49] 49 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Teilstruktur eines vierten leitenden Bauglieds 160 gemäß Ausführungsform 5 zeigt.
[50A] 50A zeigt ein zweites leitendes Bauglied 120 mit leitenden Stäben 170a1 und 170a2, deren Seitenverhältnis nicht 1 ist, gemäß Ausführungsform 6.
[50B] 50B ist eine Draufsicht von oben, die Gruppen leitender Stäbe mit hoher Dichte 170a, 171a und 172a sowie Standardgruppen leitender Stäbe 170b und 171b schematisch zeigt.
[51A] 51A ist ein Diagramm, das zwei Wellenleiterbauglieder 122L-c und 122L-d zeigt, die jeweils von zwei Zeilen leitender Stäbe auf beiden Seiten umgeben sind.
[51B] 51B ist eine Draufsicht von oben, die Abmessungen und Anordnung leitender Stäbe gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt.
[52] 52 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Array-Antennenvorrichtung 1000.
[53] 53 ist eine Seitenansicht der Array-Antennenvorrichtung 1000.
[54A] 54A ist ein Diagramm, das ein erstes leitendes Bauglied 110 zeigt, das eine Abstrahlungsschicht ist.
[54B] 54B ist ein Diagramm, das ein zweites leitendes Bauglied 120 zeigt, das eine Anregungsschicht ist.
[54C] 54C ist ein Diagramm, das ein drittes leitendes Bauglied 140 zeigt, das eine Verteilungsschicht ist.
[54D] 54D ist ein Diagramm, das ein viertes leitendes Bauglied 160 zeigt, das eine Verbindungsschicht ist.
[55A] 55A ist eine Querschnittsansicht, die eine Beispielstruktur zeigt, bei der nur eine Wellenleiterfläche 122a, die eine obere Fläche des Wellenleiterbauglieds 122 bestimmt, elektrisch leitend ist, während jeder andere Abschnitt des Wellenleiterbauglieds 122 außer der Wellenleiterfläche 122a nicht elektrisch leitend ist.
[55B] 55B ist ein Diagramm, das eine Variante zeigt, bei der das Wellenleiterbauglied 122 nicht auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 gebildet ist.
[55C] 55C ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur zeigt, bei der das zweite leitende Bauglied 120, das Wellenleiterbauglied 122 und jeder von der Vielzahl leitender Stäbe 124 aus einer dielektrischen Oberfläche gebildet sind, die mit einem elektrisch leitenden Material wie etwa einem Metall beschichtet ist.
[55D] 55D ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur zeigt, bei der dielektrische Schichten 110c und 120c jeweils auf den äußersten Oberflächen von leitenden Baugliedern 110 und 120, einem Wellenleiterbauglied 122 und leitenden Stäben 124 vorgesehen sind.
[55E] 55E ist ein Diagramm, das eine weitere Beispielstruktur zeigt, bei der dielektrische Schichten 110c und 120c jeweils auf den äußersten Oberflächen von leitenden Baugliedern 110 und 120, einem Wellenleiterbauglied 122 und leitenden Stäben 124 vorgesehen sind.
[55F] 55F ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem die Höhe des Wellenleiterbauglieds 122 niedriger als die Höhe der leitenden Stäbe 124 ist und die leitende Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds 110 in Richtung des Wellenleiterbauglieds 122 absteht.
[55G] 55G ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem weiterhin in der Struktur aus 55F Abschnitte der leitenden Oberfläche 110a, die zu den leitenden Stäben 124 entgegengesetzt sind, in Richtung der leitenden Stäbe 124 abstehen.
[56A] 56A ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem eine leitende Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds 110 als gekrümmte Oberfläche geformt ist.
[56B] 56B ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem auch eine leitende Oberfläche 120a des zweiten leitenden Bauglieds 120 als gekrümmte Oberfläche geformt ist.
[57] 57 ist ein Diagramm, das ein Eigenfahrzeug 500 und ein voraus befindliches Fahrzeug 502 auf derselben Fahrspur wie das Eigenfahrzeug 500 zeigt.
[58] 58 ist ein Diagramm, das ein Bordradarsystem 510 des Eigenfahrzeugs 500 zeigt.
[59A] 59A ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einer Array-Antennenvorrichtung AA des Bordradarsystems 510 und mehreren eintreffenden Wellen k zeigt.
[59B] 59B ist ein Diagramm, das die Array-AntennenvorrichtungAA zeigt, welche die k-te eintreffende Welle empfängt.
[60] 60 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispiel-Grundkonstruktion einer Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
[61] 61 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Beispielkonstruktion für die Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 zeigt.
[62] 62 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine spezifischere Konstruktion der Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 zeigt.
[63] 63 ist ein Blockdiagramm, das eine detailliertere Beispielkonstruktion des Radarsystems 510 gemäß diesem Anwendungsbeispiel zeigt.
[64] 64 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Frequenz eines Sendesignals zeigt, das auf Basis des Signals moduliert ist, welches durch eine Dreieckswellen-Generierungsschaltung 581 generiert ist.
[65] 65 ist ein Diagramm, das eine Schwebungsfrequenz fu in einer „Anstiegs“-Periode und eine Schwebungsfrequenz fd in einer „Abfall“-Periode zeigt.
[66] 66 ist ein Diagramm, das eine Beispielimplementierungzeigt, bei der eine Signalverarbeitungsschaltung 560 in Hardware mit einem Prozessor PR und einer Speichervorrichtung MD implementiert ist.
[67] 67 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen drei Frequenzen f1, f2 und f3 zeigt.
[68] 68 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen synthetischen Spektren F1 bis F3 auf einer komplexen Ebene zeigt.
[69] 69 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozedur eines Bestimmungsprozesses für relative Geschwindigkeit und Distanz zeigt.
[70] 70 ist ein Diagramm zu einer zusammengeführten Einrichtung, in der ein Radarsystem 510 mit einer Schlitz-Array-Antennenvorrichtung und ein Bordkamerasystem 700 enthalten sind.
[71] 71 ist ein Diagramm, das illustriert, wie das Platzieren eines Millimeterwellenradars 510 und einer Kamera an im Wesentlichen derselben Position im Fahrzeugraum ermöglichen kann, dass dieselben ein identisches Sichtfeld und eine identische Sichtlinie erfassen, wodurch ein Abgleichprozess erleichtert wird.
[72] 72 ist ein Diagramm, das eine Beispielkonstruktion für ein Überwachungssystem 1500 auf Basis von Millimeterwellenradar zeigt.
[73] 73 ist ein Blockdiagramm, das eine Konstruktion für ein digitales Kommunikationssystem 800A zeigt.
[74] 74 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispielkommunikationssystem 800B zeigt, das einen Sender 810B aufweist, der fähig ist, sein Funkwellenabstrahlungsmuster zu ändern.
[75] 75 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispielkommunikationssystem 800C zeigt, welches eine MIMO-Funktion implementiert.

[Beschreibung von Ausführungsformen]
Bevor Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden, erfolgt eine Beschreibung von Feststellungen, welche die Basis der vorliegenden Offenbarung bilden.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung schaffen Verbesserungen gegenüber Wellenleitervorrichtungen oder Antennenvorrichtungen, bei denen ein bzw. mehrere herkömmliche Hohlwellenleiter oder ein bzw. mehrere Rippenwellenleiter genutzt werden. Zunächst wird eine Grundkonstruktion einer Wellenleitervorrichtung beschrieben, bei der ein bzw. mehrere Rippenwellenleiter genutzt werden.
Ein Rippenwellenleiter, der jeweils in dem oben genannten Patentdokument 2 und Nichtpatentdokument 1 usw. offenbart ist, ist in einer Waffeleisenstruktur bereitgestellt, die als künstlicher magnetischer Leiter funktionieren kann. Ein Rippenwellenleiter, bei dem ein solcher künstlicher magnetischer Leiter gemäß der vorliegenden Offenbarung genutzt wird (der nachfolgend als WRG, Waffeleisen-Rippenwellenleiter, bezeichnet werden kann), ist fähig zum Realisieren eines Antennenspeisenetzes mit niedrigen Verlusten im Mikrowellen- oder Millimeterwellenband.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein nicht-einschränkendes Beispiel für eine Grundkonstruktion einer solchen Wellenleitervorrichtung schematisch zeigt. 1 zeigt XYZ-Koordinaten entlang der Richtungen X, Y und Z, die zueinander orthogonal verlaufen. Die in der Figur gezeigte Wellenleitervorrichtung 100 weist ein plattenartiges erstes elektrisch leitendes Bauglied 110 und ein plattenartiges zweites elektrisch leitendes Bauglied 120 auf, die sich in zueinander entgegengesetzten und parallelen Positionen befinden. Eine Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben 124 ist auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 arrayartig angeordnet.
Es wird darauf hingewiesen, dass jede in einer Figur der vorliegenden Anmeldung dargestellte Struktur in einer Ausrichtung gezeigt ist, die zur einfacheren Erläuterung gewählt ist, was ihre Ausrichtung bei einer tatsächlichen Ausübung einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken soll. Zudem sollen Form und Größe eines Ganzen oder eines Teils jedweder Struktur, die in einer Figur gezeigt ist, ihre tatsächliche Form und Größe nicht einschränken.
2A ist ein Diagramm, das die Konstruktion eines Querschnitts der Wellenleitervorrichtung 100 in 1, parallel zu der XZ-Ebene genommen, schematisch zeigt. Wie in 2A gezeigt, hat das leitende Bauglied 110 auf der dem leitenden Bauglied 120 zugewandten Seite eine elektrisch leitende Oberfläche 110a. Die leitende Oberfläche 110a hat eine zweidimensionale Ausdehnung entlang einer Ebene, die zu der axialen Richtung (Z-Richtung) der leitenden Stäbe 124 orthogonal verläuft (d.h. einer Ebene, die zu der XY-Ebene parallel ist). Obwohl die leitende Oberfläche 110a in diesem Beispiel als glatte Ebene gezeigt ist, braucht die leitende Oberfläche 110a keine Ebene zu sein, wie noch beschrieben wird.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konstruktion der Wellenleitervorrichtung 100 schematisch so illustriert, dass die Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem leitenden Bauglied 120 zum leichteren Verständnis übertrieben ist. In einer tatsächlichen Wellenleitervorrichtung 100, wie in 1 und 2A gezeigt, ist die Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem leitenden Bauglied 120 schmal, wobei das leitende Bauglied 110 alle leitenden Stäbe 124 auf dem leitenden Bauglied 120 überdeckt.
Siehe wiederum 2A. Die Vielzahl von leitenden Stäben 124, die arrayartig auf dem leitenden Bauglied 120 angeordnet sind, haben jeweils ein führendes Ende 124a, das zu der leitenden Oberfläche 110a entgegengesetzt ist. Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel befinden sich die führenden Enden 124a der Vielzahl von leitenden Stäben 124 auf derselben Ebene. Diese Ebene bestimmt die Oberfläche 125 eines künstlichen magnetischen Leiters. Jeder leitende Stab 124 braucht nicht vollständig elektrisch leitend zu sein, solange er mindestens eine elektrisch leitende Schicht aufweist, die sich entlang der oberen Fläche und der Seitenfläche der stabartigen Struktur erstreckt. Diese elektrisch leitende Fläche kann zwar an der Oberflächenschicht der stabartigen Struktur angeordnet sein, jedoch kann auch die Oberflächenschicht aus einer Isolierbeschichtung oder einer Harzschicht gebildet sein, ohne dass eine elektrisch leitende Schicht auf der Oberfläche der stabartigen Struktur existiert. Zudem braucht jedes leitende Bauglied 120 nicht vollständig elektrisch leitend zu sein, solange es die Vielzahl von leitenden Stäben 124 stützen kann, um einen künstlichen magnetischen Leiter zu bilden. Von den Oberflächen des leitenden Bauglieds 120 kann eine Fläche 120a, welche die Vielzahl von leitenden Stäben 124 trägt, elektrisch leitend sein, so dass der elektrische Leiter die Oberflächen von benachbarten aus der Vielzahl von leitenden Stäben 124 elektrisch miteinander verbindet. Mit anderen Worden, die gesamte Kombination aus dem leitenden Bauglied 120 und der Vielzahl von leitenden Stäben 124 kann mindestens eine elektrisch leitende Schicht mit Anstiegen und Senkungen darstellen, die zu der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 entgegengesetzt ist.
Auf dem leitenden Bauglied 120 ist ein rippenartiges Wellenleiterbauglied 122 zwischen der Vielzahl der leitenden Stäbe 124 vorgesehen. Insbesondere sind Erstreckungen eines künstlichen magnetischen Leiters auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds 122 vorhanden, so dass das Wellenleiterbauglied 122 sandwichartig zwischen den Erstreckungen des künstlichen magnetischen Leiters auf beiden Seiten angeordnet ist. Wie aus 3 ersichtlich, ist das Wellenleiterbauglied 122 in diesem Beispiel auf das leitende Bauglied 120 gestützt und erstreckt sich linear entlang der Y-Richtung. Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel hat das Wellenleiterbauglied 122 dieselbe Höhe und Breite wie diejenigen der leitenden Stäbe 124. Wie noch beschrieben wird, können Höhe und Breite des Wellenleiterbauglieds 122 jedoch auch andere Werte als die des leitenden Stabes 124 haben. Anders als die leitenden Stäbe 124 erstreckt sich das Wellenleiterbauglied 122 entlang einer Richtung (die in diesem Beispiel die Y-Richtung ist), in der elektromagnetische Wellen entlang der leitenden Oberfläche 110a zu führen sind. Ebenso braucht das Wellenleiterbauglied 122 nicht vollständig elektrisch leitend zu sein, sondern kann mindestens eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche 122a aufweisen, die zu der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 entgegengesetzt ist. Das leitende Bauglied 120, die Vielzahl von leitenden Stäben 124 und das Wellenleiterbauglied 122 können Teile eines kontinuierlichen einstückigen Körpers sein. Darüber hinaus kann das leitende Bauglied 110 ebenfalls Teil eines solchen einstückigen Körpers sein.
Auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds 122 lässt der Raum zwischen der Oberfläche 125 einer jeden Erstreckung eines künstlichen magnetischen Leiters und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 keine Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle jedweder Frequenz zu, die innerhalb eines spezifischen Frequenzbands liegt. Dieses Frequenzband wird als „verbotenes Band“ bezeichnet. Der künstliche magnetische Leiter ist so gestaltet, dass die Frequenz (die nachfolgend als die „Betriebsfrequenz“ bezeichnet werden kann) einer elektromagnetischen Welle (die im Folgenden als Signalwelle bezeichnet werden kann) zur Ausbreitung in der Wellenleitervorrichtung 100 in dem verbotenen Band enthalten ist. Das verbotene Band ist auf Basis von Folgendem einstellbar: die Höhe der leitenden Stäbe 124, d.h. die Tiefe einer jeden Vertiefung, die zwischen angrenzenden leitenden Stäben 124 gebildet ist; die Breite eines jeden leitenden Stabes 124; das Intervall zwischen den leitenden Stäben 124 sowie die Größe des Abstands zwischen dem führenden Ende 124a und der leitenden Oberfläche 110a eines jeden leitenden Stabes 124.
Als Nächstes werden mit Bezug auf 4 Abmessungen, Form, Positionierung und dergleichen eines jeden Bauglieds beschrieben.
4 ist ein Diagramm, das einen Beispiel-Abmessungsbereich eines jeden Bauglieds in der in 2A gezeigten Struktur zeigt. In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet λο einen repräsentativen Wert fürWellenlängen im freien Raum (z.B. eine Zentralwellenlänge, die einer Mittelfrequenz in dem Betriebsfrequenzband entspricht) einer elektromagnetischen Welle (Signalwelle), die sich in einem Wellenleiter ausbreitet, welcher sich zwischen der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 und der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 erstreckt. Weiterhin bezeichnet λm eine Wellenlänge, im freien Raum, einer elektromagnetischen Welle der höchsten Frequenz in dem Betriebsfrequenzband. Das Ende eines jeden leitenden Stabes 124, das mit dem leitenden Bauglied 120 in Kontakt steht, wird als die „Wurzel“ bezeichnet. Wie in 4 gezeigt, hat jeder leitende Stab 124 das führende Ende 124a und die Wurzel 124b. Beispiele für Abmessungen Formen, Positionierung und dergleichen der jeweiligen Baugliedersind folgende.
Breite des leitenden Stabes
Die Breite (d.h. die Größe entlang der X-Richtung und derY-Richtung) des leitenden Stabes 124 kann auf weniger als λm/2 eingestellt sein. Innerhalb dieses Bereiches kann das Auftreten von Resonanz niedrigster Ordnung entlang der X-Richtung und der Y-Richtungverhindert werden. Da Resonanz möglicherweise nicht nur in der X- und derY-Richtung, sondern auch in jeder diagonalen Richtung in einem X-Y-Querschnitt auftreten kann, ist die diagonale Länge eines X-Y-Querschnitts des leitenden Stabes 124 bevorzugt ebenfalls kleiner als λm/2. Die unteren Grenzwerte für Breite und diagonale Länge des Stabes entsprechen den minimalen Längen, die mit dem gegebenen Fertigungsverfahren erzeugbar sind, sind jedoch nicht in besonderer Weise eingeschränkt.
Distanz von der Wurzel des leitenden Stabes zu der leitenden Oberfläche des leitenden Bauglieds 110
Die Distanz von der Wurzel 124b eines jeden leitenden Stabes 124 zu der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 kann länger als die Höhe der leitenden Stäbe 124, dabei aber kleiner als λm/2 sein. Wenn die Distanz λm/2 oder mehr beträgt, kann zwischen der Wurzel 124b eines jeden leitenden Stabes 124 und der leitenden Oberfläche 110a Resonanz auftreten, was die Wirkung der Signalwelleneindämmung verringert.
Die Distanz von der Wurzel 124b eines jeden leitenden Stabes 124 zu der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 entspricht der Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem leitenden Bauglied 120. Wenn sich beispielsweise eine Signalwelle von 76,5 PLUSMINUS 0,5 GHz (die dem Millimeterband oder dem extrem hohen Frequenzband angehört) in dem Wellenleiter ausbreitet, liegt die Wellenlänge der Signalwelle im Bereich von 3,8923 mm bis 3,9435 mm. Daher beträgt λm in diesem Fall 3,8923 mm, so dass die Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem leitenden Bauglied 120 auf weniger als eine Hälfte von 3,8923 mm eingestellt sein kann. Solange das leitende Bauglied 110 und das leitende Bauglied 120 eine so schmale Beabstandung realisieren und dabei zueinander entgegengesetzt angeordnet sind, brauchen das leitende Bauglied 110 und das leitende Bauglied 120 nicht exakt parallel zu sein. Außerdem kann, wenn die Beabstandung zwischen dem leitenden Bauglied 110 und dem leitenden Bauglied 120 kleiner als λm/2 ist, die Gesamtheit oder ein Teil des leitenden Bauglieds 110 und/oder des leitenden Bauglieds 120 als gekrümmte Oberfläche geformt sein. Andererseits haben die leitenden Bauglieder 110 und 120 jeweils eine plane Form (d.h. die Form ihrer Region, senkrecht auf die XY-Ebene projiziert) und eine plane Größe (d.h. die Größe ihrer Region, senkrecht auf die XY-Ebene projiziert), die je nach Zweck beliebig gestaltet sein können.
Obwohl die leitende Oberfläche 120a bei dem in 2A gezeigten Beispiel als Ebene illustriert ist, sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht darauf beschränkt. Wie in 2B gezeigt, kann es sich bei der leitenden Oberfläche 120a beispielsweise um die unteren Teile von Flächen handeln, die jeweils einen Querschnitt ähnlich einer U-Form oder einer V-Form haben. Die leitende Oberfläche 120a hat eine solche Struktur, wenn jeder leitende Stab 124 oder das Wellenleiterbauglied 122 mit einer Breite geformt ist, die sich in Richtung der Wurzel erhöht. Auch mit einer solchen Struktur kann die in 2B gezeigte Vorrichtung als die Wellenleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung funktionieren, solange die Distanz zwischen der leitenden Oberfläche 110a und der leitenden Oberfläche 120a kleiner als eine Hälfte der Wellenlänge λm ist.
Distanz L2 von dem führenden Ende des leitenden Stabes zu der leitenden Oberfläche
Die Distanz L2 von dem führenden Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 zu der leitenden Oberfläche 110a ist auf weniger als λm/2 eingestellt. Wenn die Distanz λm/2 oder mehr beträgt, kann eine Ausbreitungsmode auftreten, bei der eine elektromagnetische Welle zwischen dem führenden Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 und der leitenden Oberfläche 110a hin und her bewegt ist, so dass ein Eindämmen einer elektromagnetischen Welle nicht mehr möglich ist. Es wird darauf hingewiesen, dass von der Vielzahl von leitenden Stäben 124 mindestens bei den an das Wellenleiterbauglied 122 angrenzenden die führenden Enden nicht in elektrischem Kontakt mit der leitenden Oberfläche 110a stehen. Dass das führende Ende eines leitenden Stabes nicht in elektrischem Kontakt mit der leitenden Oberfläche steht, bedeutet gemäß der vorliegenden Verwendung einen der folgenden Zustände: Zwischen dem führenden Ende und der leitenden Oberfläche besteht ein Luftspalt; oder das führende Ende des leitenden Stabes und die leitende Oberfläche grenzen über eine isolierende Schicht aneinander, die mindestens entweder in dem führenden Ende des leitenden Stabes oder in der leitenden Oberfläche existieren kann.
Anordnung und Form der leitenden Stäbe
Der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten leitenden Stäben 124 aus der Vielzahl von leitenden Stäben 124 hat beispielsweise eine Breite von weniger als λm/2. Die Breite des Zwischenraums zwischen jeweils zwei benachbarten leitenden Stäben 124 ist bestimmt durch die kürzeste Distanz von der Oberfläche (Seitenfläche) eines der zwei leitenden Stäbe 124 zu der Oberfläche (Seitenfläche) des anderen. Diese Breite des Zwischenraums zwischen den Stäben ist so zu bestimmen, dass in den Regionen zwischen den Stäben keine Resonanz niedrigster Ordnung auftritt. Die Bedingungen, unter denen Resonanz auftritt, werden anhand einer Kombination aus Folgendem bestimmt: die Höhe der leitenden Stäbe 124; die Distanz zwischen jeweils zwei benachbarten leitenden Stäben sowie die Kapazitanz des Luftspalts zwischen dem führenden Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 und der leitenden Oberfläche 110a. Daher kann die Breite des Zwischenraums zwischen den Stäben in geeigneter Weise nach anderen Gestaltungsparametern bestimmt werden. Obwohl es keine klare Untergrenze für die Breite des Zwischenraums zwischen den Stäben gibt, kann diese zur leichteren Fertigung z.B. λm/16 oder mehr betragen, wenn eine Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle im extrem hohen Frequenzbereich erfolgen soll. Es wird darauf hingewiesen, dass der Zwischenraum keine konstante Breite zu haben braucht. Solange diese unter λm/2 bleibt, kann der Zwischenraum zwischen den leitenden Stäben 124 variieren.
Die Anordnung der Vielzahl von leitenden Stäben 124 ist nicht auf das illustrierte Beispiel beschränkt, solange sie eine Funktion eines künstlichen magnetischen Leiters aufweist. Die Vielzahl von leitenden Stäben 124 braucht nicht in orthogonalen Zeilen und Spalten angeordnet zu sein; die Zeilen und Spalten können sich auch in anderen Winkeln als 90 Grad überschneiden. Die Vielzahl von leitenden Stäben 124 braucht kein lineares Array entlang von Zeilen oder Spalten zu bilden, sondern kann eine gestreute Anordnung haben, die keine einfache Regelmäßigkeit zeigt. Die leitenden Stäbe 124 können auch je nach der Position auf dem leitenden Bauglied 120 in Form und Größe variieren.
Die Oberfläche 125 des künstlichen magnetischen Leiters, die durch die führenden Enden 124a der Vielzahl von leitenden Stäben 124 gebildet ist, braucht keine exakte Ebene zu sein, sondern kann eine Ebene mit sehr kleinen Anstiegen und Senkungen oder sogar eine gekrümmte Oberfläche sein. Mit anderen Worden, die leitenden Stäbe 124 brauchen keine einheitliche Höhe zu haben, vielmehr können die leitenden Stäbe 124 verschieden sein, solange das Array aus leitenden Stäben 124 als künstlicher magnetischer Leiter funktionsfähig ist.
Jeder leitende Stab 124 braucht keine Prismenform zu haben, wie in der Figur gezeigt, sondern kann beispielsweise auch zylindrische Form haben. Außerdem braucht jeder leitende Stab 124 keine einfache Säulenform zu haben. Der künstliche magnetische Leiter kann auch durch jede andere Struktur als durch ein Array aus leitenden Stäben 124 realisiert sein, und verschiedene künstliche magnetische Leiter sind für die Wellenleitervorrichtung der vorliegenden Offenbarung anwendbar. Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn das führende Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 Prismenform hat, seine diagonale Länge bevorzugt weniger als λm/2 beträgt. Wenn das führende Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 als Ellipse geformt ist, beträgt die Länge ihrer großen Achse bevorzugt weniger als λm/2. Auch bei jeder anderen Form des führenden Endes 124a beträgt die Abmessung darüber auch an der längsten Position bevorzugt weniger als λm/2.
Die Höhe eines jeden leitenden Stabes 124, d.h. die Länge von der Wurzel 124b zu dem führenden Ende 124a, kann auf einen Wert eingestellt sein, der kürzer als die Distanz (d.h. kleiner als λm/2) zwischen der leitenden Oberfläche 110a und der leitenden Oberfläche 120a ist, z.B. λ0/4.
Breite der Wellenleiterfläche
Die Breite der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122, d.h. die Größe der Wellenleiterfläche 122a entlang einer Richtung, die orthogonal zu der Richtung ist, in der sich das Wellenleiterbauglied 122 erstreckt, kann auf weniger als λm/2 (z.B. λ0/8) eingestellt sein. Wenn die Breite der Wellenleiterfläche 122a λm/2 oder mehr beträgt, tritt Resonanz entlang der Breitenrichtung auf, was bei jedem WRG ein Funktionieren als einfache Übertragungsleitung verhindert.
Höhe des Wellenleiterbauglieds
Die Höhe des Wellenleiterbauglieds 122 (d.h. bei dem in der Figur gezeigten Beispiel die Größe entlang der Z-Richtung) ist auf weniger als λm/2 eingestellt. Der Grund hierfür ist, dass bei einer Distanz von λm/2 oder mehr die Distanz zwischen der Wurzel 124b eines jeden leitenden Stabes 124 und der leitenden Oberfläche 110a λm/2 oder mehr beträgt. Ebenso ist die Höhe der leitenden Stäbe 124 (insbesondere derjenigen leitenden Stäbe 124, die zu dem Wellenleiterbauglied 122 benachbart sind) auf weniger als λm/2 eingestellt.
Distanz L1 zwischen der Wellenleiterfläche und der leitenden Oberfläche
Die Distanz L1 zwischen der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 und der leitenden Oberfläche 110a ist auf weniger als λm/2 eingestellt. Wenn die Distanz λm/2 oder mehr beträgt, tritt Resonanz zwischen der Wellenleiterfläche 122a und der leitenden Oberfläche 110a auf, was eine Funktionalität als Wellenleiter verhindert. In einem Beispiel beträgt die Distanz L1 λm/4 oder weniger. Um eine einfache Fertigung zu gewährleisten, beträgt die Distanz L1 bevorzugt beispielsweise λm/16 oder mehr, wenn sich eine elektromagnetische Welle im extrem hohen Frequenzbereich ausbreiten soll.
Die Untergrenze der Distanz L1 zwischen der leitenden Oberfläche 110a und der Wellenleiterfläche 122a sowie die Untergrenze der Distanz L2 zwischen der leitenden Oberfläche 110a und dem führenden Ende 124a eines jeden leitenden Stabes 124 sind abhängig von der Bearbeitungsgenauigkeit und auch von der Genauigkeit beim Montieren der zwei oberen/unteren leitenden Bauglieder 110 und 120 in der Weise, dass sie um eine konstante Distanz voneinander entfernt sind. Bei Verwendung einer Presstechnik oder einer Spritztechnik beträgt die praktische Untergrenze der genannten Distanz circa 50 Mikrometer (µm). Im Fall der Verwendung einer MEMS-Technik (mikro-elektromechanisches System) zur Herstellung eines Produktes z.B. im Terahertzbereich beträgt die Untergrenze für die genannte Distanz circa 2 bis circa 3 µm.
In der Wellenleitervorrichtung 100 mit der oben beschriebenen Konstruktion kann sich eine Signalwelle mit der Betriebsfrequenz nicht in dem Raum zwischen der Oberfläche 125 des künstlichen magnetischen Leiters und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 ausbreiten, sondern breitet sich in dem Raum zwischen der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 aus. Anders als bei einem Hohlwellenleiter braucht die Breite des Wellenleiterbauglieds 122 in einer solchen Wellenleiterstruktur nicht gleich oder größer zu sein als eine Hälfte der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle, deren Ausbreitung erfolgen soll. Zudem brauchen das leitende Bauglied 110 und das leitende Bauglied 120 nicht durch eine Metallwand verbunden zu sein, die sich entlang der Dickenrichtung (d.h. parallel zu derYZ-Ebene) erstreckt.
5A zeigt schematisch eine elektromagnetische Welle, die sich in einem schmalen Raum, d.h. einem Abstand zwischen der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110, ausbreitet. In 5A zeigen drei Pfeile schematisch die Ausrichtung eines elektrischen Feldes der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle an. Das elektrische Feld der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle steht zu der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 und zu der Wellenleiterfläche 122a senkrecht.
Auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds 122 befinden sich Erstreckungen künstlicher magnetischer Leiter, die durch die Vielzahl von leitenden Stäben 124 erzeugt sind. Eine elektromagnetische Welle breitet sich in dem Abstand zwischen der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 und der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 aus. 5A ist schematisch und stellt die Größenordnung eines elektromagnetischen Feldes, das tatsächlich durch die elektromagnetische Welle zu erzeugen ist, nicht korrekt dar. Ein Teil der elektromagnetischen Welle (elektromagnetisches Feld), der sich in dem Raum über der Wellenleiterfläche 122a ausbreitet, kann eine seitliche Ausdehnung aus dem Raum heraus haben, der durch die Breite der Wellenleiterfläche 122a umgrenzt ist (d.h. dorthin, wo der künstliche magnetische Leiter existiert). In diesem Beispiel breitet sich die elektromagnetische Welle in einer Richtung (Y-Richtung) aus, die zu der Ebene aus 5A senkrecht steht. Als solches braucht sich das Wellenleiterbauglied 122 nicht linear entlang der Y-Richtung zu erstrecken, sondern kann (eine) Biegung(en) und/oder einen Verzweigungsteil(e), nicht gezeigt, aufweisen. Da die elektromagnetische Welle sich entlang der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 ausbreitet, würde sich die Ausbreitungsrichtung an einer Biegung ändern, während die Ausbreitungsrichtung an einem Verzweigungsabschnitt sich in mehrere Richtungen gabeln würde.
In der Wellenleiterstruktur aus 5A existiert keine Metallwand (elektrische Wand), die für einen Hohlwellenleiter unerlässlich wäre, auf beiden Seiten dersich ausbreitenden elektromagnetischen Welle. Daher ist in der Wellenleiterstruktur aus diesem Beispiel „eine Beschränkung aufgrund einer Metallwand (elektrischen Wand)“ nicht in den Grenzbedingungen für die elektromagnetische Feldmode enthalten, die durch die sich ausbreitende elektromagnetische Welle zu erzeugen ist, und die Breite (Größe entlang der X-Richtung) der Wellenleiterfläche 122a ist kleiner als eine Hälfte der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle.
Als Referenz zeigt 5B schematisch einen Querschnitt eines Hohlwellenleiters 130. Durch Pfeile zeigt 5B schematisch die Ausrichtung eines elektrischen Feldes einer elektromagnetischen Feldmode (TE₁₀), die in dem inneren Raum 132 des Hohlwellenleiters 130 erzeugt ist. Die Längen der Pfeile entsprechen elektrischen Feldstärken. Die Breite des inneren Raums 132 des Hohlwellenleiters 130 muss breiter als eine Hälfte der Wellenlänge eingestellt sein. Mit anderen Worden, die Breite des inneren Raums 132 des Hohlwellenleiters 130 kann nicht kleiner eingestellt sein als eine Hälfte der Wellenlänge der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle.
5C ist eine Querschnittsansicht, die eine Implementierung zeigt, bei der zwei Wellenleiterbauglieder 122 auf dem leitenden Bauglied 120 vorgesehen sind. Somit besteht zwischen den zwei angrenzenden Wellenleiterbaugliedern 122 ein künstlicher magnetischer Leiter, der durch die Vielzahl von leitenden Stäben 124 erzeugt ist. Genauer gesagt, befinden sich Erstreckungen eines künstlichen magnetischen Leiters, der durch die Vielzahl von leitenden Stäben 124 erzeugt ist, auf beiden Seiten eines jeden Wellenleiterbauglieds 122, so dass jedes Wellenleiterbauglied 122 unabhängig eine elektromagnetische Welle ausbreiten kann.
Als Referenz zeigt 5D schematisch einen Querschnitt einer Wellenleitervorrichtung, bei der zwei Hohlwellenleiter 130 nebeneinander angeordnet sind. Die beiden Hohlwellenleiter 130 sind elektrisch voneinander isoliert. Jeder Raum, in dem eine elektromagnetische Welle sich ausbreiten soll, muss von einer Metallwand umgeben sein, die den jeweiligen Hohlwellenleiter 130 bestimmt. Daher kann das Intervall zwischen den inneren Räumen 132, in denen elektromagnetische Wellen sich ausbreiten sollen, nicht kleiner gestaltet sein als eine Gesamtdicke von zwei Metallwänden. Üblicherweise ist eine Gesamtdicke zweier Metallwände länger als eine Hälfte der Wellenlänge einer sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle. Das Intervall zwischen den Hohlwellenleitern 130 (d.h. das Intervall zwischen ihren Mitten) kann daher nur schwer kürzer als die Wellenlänge einer sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle sein. Insbesondere bei elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen im extrem hohen Frequenzbereich (d.h. Wellenlänge der elektromagnetischen Welle: 10 mm oder kleiner) oder noch kürzeren Wellenlängen ist es schwierig, eine Metallwand zu bilden, die im Verhältnis zur Wellenlänge ausreichend dünn ist. Bei einer gewerblich praktikablen Implementierung stellt dies ein Kostenproblem dar.
Dagegen kann mit einer Wellenleitervorrichtung 100, die einen künstlichen magnetischen Leiter aufweist, leicht eine Struktur realisiert werden, bei der Wellenleiterbauglieder 122 nahe beieinander angeordnet sind. Somit ist eine solche Wellenleitervorrichtung 100 zur Verwendung in einer Array-Antennenvorrichtung geeignet, die mehrere Antennenelemente in einer engen Anordnung aufweist.
Obwohl die vorliegende Offenbarung hauptsächlich Beispiele für die Nutzung eines Rippenwellenleiters beschreibt, der einen künstlichen magnetischen Leiter aufweist, können in einigen Ausführungsformen herkömmliche Hohlwellenleiter genutzt werden. Solche Ausführungsformen werden unten als Varianten der Ausführungsform 2 beschrieben.
Als Nächstes wird eine Beispielkonstruktion einer Schlitz-Array-Antennenvorrichtung beschrieben, bei welcher die oben genannte Wellenleiterstruktur genutzt wird. Eine „Schlitz-Array-Antennenvorrichtung“ ist als eine Array-Antennenvorrichtung definiert, die eine Vielzahl von Schlitzen als Antennenelemente aufweist. In derfolgenden Beschreibung kann eine Schlitz-Array-Antennenvorrichtung einfach als Array-Antennenvorrichtung bezeichnet sein.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Teil-Beispielkonstruktion einer Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 schematisch zeigt. 7 ist ein Diagramm, das schematisch einen Teilquerschnitt zeigt, der zu der XZ-Ebene parallel ist und durch die Mitten von zwei benachbarten Schlitzen 112 entlang der X-Richtung der Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 verläuft. Bei der Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 weist das erste leitende Bauglied 110 eine Vielzahl von Schlitzen 112 auf, die entlang der X-Richtung und der Y-Richtung arrayartig angeordnet sind. In diesem Beispiel weist die Vielzahl von Schlitzen 112 zwei Zeilen von Schlitzen auf. Jede Schlitzzeile weist sechs Schlitze 112 auf, die in gleichen Intervallen entlang derY-Richtung liegen. Das zweite leitende Bauglied 120 hat zwei darauf vorgesehene Wellenleiterbauglieder 122. Jedes Wellenleiterbauglied 122 hat eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche 122a, die einer Schlitzzeile entspricht. In der Region zwischen den zwei Wellenleiterbaugliedern 122 und in den Regionen, die außerhalb der zwei Wellenleiterbauglieder 122 liegen, ist eine Vielzahl leitender Stäbe 124 vorgesehen. Die leitenden Stäbe 124 erzeugen Erstreckungen künstlicher magnetischer Leiter.
Dem Wellenleiter, der sich zwischen jedem Wellenleiterbauglied 122 und der leitenden Oberfläche 110a erstreckt, wird eine elektromagnetische Welle aus einer Sendeschaltung, nicht gezeigt, zugeführt. In diesem Beispiel ist das Intervall zwischen den Mitten von Schlitzen 112 entlang derY-Richtung mit demselben Wert gestaltet wie die Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet. Infolgedessen werden elektromagnetische Wellen mit einer Phase aus den sechs Schlitzen 112 abgestrahlt, die entlang derY-Richtung nebeneinander platziert sind.
Wie mit Bezug auf 5C beschrieben wurde, kann bei der Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 mit einer solchen Struktur das Intervall zwischen zwei Wellenleiterbaugliedern 122 im Vergleich mit einer Wellenleiterstruktur, bei der herkömmliche Hohlwellenleiter verwendet werden, verschmälert sein.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Konstruktion einer Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 zeigt; eine Zeile Stäbe ist zwischen zwei benachbarten Wellenleiterbaugliedern 122 vorgesehen. 9 ist ein Diagramm, das schematisch einen Teilquerschnitt zeigt, der zu der XZ-Ebene parallel ist und durch die Mitten von drei benachbarten Schlitzen 112 entlang der X-Richtung der in 8 gezeigten Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 verläuft.
In der Konstruktion aus 8 setzen sich aus den leitenden Stäben 124 zwischen zwei benachbarten Wellenleiterbaugliedern 122 weniger Zeilen zusammen als in der Konstruktion aus 6 (z.B. nur eine Zeile). Dies reduziert das Intervall zwischen Wellenleiterbaugliedern 122 und das Schlitzintervall entlang der X-Richtung, wodurch entlang der X-Richtung die Richtung, in welcher in der Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 Gitterkeulen auftreten können, von der zentralen Richtung entfernt gehalten werden kann. Wenn das Arrayanordnungs-Intervall von Antennenelementen (d.h. das Intervall zwischen den Mitten von zwei benachbarten Antennenelementen) größer als eine Hälfte der Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Welle ist, treten bekanntermaßen Gitterkeulen in dem sichtbaren Bereich der Antenne auf. Mit einer Vergrößerung des Arrayanordnungs-Intervalls zwischen den Antennenelementen nähern sich die Richtungen, in denen Gitterkeulen auftreten können, der Richtung der Hauptkeule. Die Verstärkung einer Gitterkeule ist höher als diejenige einer sekundären Keule und ist der Verstärkung einer Hauptkeule ähnlich. Daher kann das Auftreten einer Gitterkeule zu Radar-Fehldetektionen und Verschlechterungen des Wirkungsgrades der Kommunikationsantenne herbeiführen. Dementsprechend ist in der Beispielkonstruktion aus 8 zwischen zwei benachbarten Wellenleiterbaugliedern 122 nur eine Zeile leitender Stäbe 124 vorgesehen, um das Schlitzintervall entlang der X-Richtung zu reduzieren. Dies erlaubt den Einfluss von Gitterkeulen.
Im Folgenden wird die Konstruktion der Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 ausführlicher beschrieben.
Die Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 weist ein plattenförmiges erstes leitendes Bauglied 110 und ein plattenförmiges zweites leitendes Bauglied 120 auf, die sich in zueinander entgegengesetzten und parallelen Positionen befinden. Das erste leitende Bauglied 110 weist eine Vielzahl von Schlitzen 112 auf, die arrayartig entlang einer ersten Richtung (derY-Richtung) und einer zweiten Richtung (der X-Richtung) angeordnet sind, welche die erste Richtung schneidet (oder in diesem Beispiel orthogonal dazu ist) . Eine Vielzahl von leitenden Stäben 124 ist auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 arrayartig angeordnet.
Die leitende Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds hat eine zweidimensionale Ausdehnung entlang einer Ebene, die zu der axialen Richtung (Z-Richtung) der leitenden Stäbe 124 orthogonal ist (d.h. einer Ebene, die zu der XY-Ebene parallel ist). Obwohl die leitende Oberfläche 110a in diesem Beispiel als glatte Ebene gezeigt ist, braucht die leitende Oberfläche 110a keine glatte Ebene zu sein, sondern kann winzige Anstiege und Senkungen aufweisen, wie noch beschrieben wird. Die Vielzahl von leitenden Stäben 124 und die Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern 122 sind mit der zweiten leitenden Oberfläche 120a verbunden.
10 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 schematisch so illustriert, dass die Beabstandung zwischen dem ersten leitenden Bauglied 110 und dem zweiten leitenden Bauglied 120 zum besseren Verständnis übertrieben ist. Bei einer tatsächlichen Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 200, wie in 8 und 9 gezeigt, ist die Beabstandung zwischen dem ersten leitenden Bauglied 110 und dem zweiten leitenden Bauglied 120 schmal, wobei das erste leitende Bauglied 110 die leitenden Stäbe 124 auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 abdeckt.
Die Wellenleiterfläche 122a eines jeden Wellenleiterbauglieds 122, die in 10 gezeigt ist, hat eine Streifenform (die auch als „Bandform“ bezeichnet werden kann) entlang derY-Richtung. Jede Wellenleiterfläche 122a ist flach und hat eine konstante Breite (d.h. Größe entlang der X-Richtung). Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf dieses Beispiel begrenzt; die Wellenleiterfläche 122a kann teilweise einen beziehungsweise mehrere Abschnitte aufweisen, die sich in der Höhe oder Breite von jedem anderen Abschnitt unterscheiden. Durch gezieltes Vorsehen eines solchen Abschnitts beziehungsweise solcher Abschnitte kann die charakteristische Impedanz des Wellenleiters verändert werden, wodurch die Ausbreitungswellenlänge einer elektromagnetischen Welle innerhalb des Wellenleiters verändert wird und/oder der Anregungszustand an der Position eines jeden Schlitzes eingestellt wird. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet „Streifenform“ eher eine Form, die durch einen einzelnen Streifen bestimmt ist, als eine durch mehrere Streifen gebildete Form. Nicht nur Formen, die sich linear in einer Richtung erstrecken, sondern auch jede Form, die sich entlang der Strecke biegt oder verzweigt, ist ebenfalls in „Streifenform“ eingeschlossen. In dem Fall, in dem ein Abschnitt, der einer Höhen- oder Breitenveränderung unterliegt, auf der Wellenleiterfläche 122a vorgesehen ist, fällt dieser noch unter die Bedeutung von „Streifenform“, solange die Form einen Abschnitt aufweist, der sich, aus der Normalrichtung der Wellenleiterfläche 122a gesehen, in einer Richtung erstreckt.
Jeder leitende Stab 124 braucht nicht vollständig elektrisch leitend zu sein, solange er mindestens eine elektrisch leitende Schicht aufweist, die sich entlang der oberen Fläche und der Seitenfläche der stabartigen Struktur erstreckt. Diese elektrisch leitende Fläche kann zwar an der Oberflächenschicht der stabartigen Struktur angeordnet sein, jedoch kann auch die Oberflächenschicht aus einer Isolierbeschichtung oder einer Harzschicht gebildet sein, ohne dass eine elektrisch leitende Schicht auf der Oberfläche der stabartigen Struktur existiert. Zudem braucht jedes leitende Bauglied 120 nicht vollständig elektrisch leitend zu sein, solange es die Vielzahl von leitenden Stäben 124 stützen kann, um einen künstlichen magnetischen Leiter zu bilden. Von den Oberflächen des zweiten leitenden Bauglieds 120 kann eine Fläche 120a, welche die Vielzahl von leitenden Stäben 124 trägt, elektrisch leitend sein, so dass die Oberflächen von benachbarten aus der Vielzahl von leitenden Stäben 124 elektrisch verbunden sind. Zudem kann die elektrisch leitende Schicht des zweiten leitenden Bauglieds 120 mit Isolierbeschichtung oder einer Harzschicht bedeckt sein. Mit anderen Worden, die gesamte Kombination aus dem zweiten leitenden Bauglied 120 und der Vielzahl von leitenden Stäben 124 kann mindestens eine elektrisch leitende Schicht mit Anstiegen und Senkungen darstellen, die zu der leitenden Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds 110 entgegengesetzt ist.
In diesem Beispiel ist das gesamte erste leitende Bauglied 110 aus einem elektrisch leitenden Material gebildet, und jeder Schlitz 112 ist eine Öffnung, die in dem ersten leitenden Bauglied 110 erzeugt ist. Jedoch ist der Schlitz 112 nicht auf eine solche Struktur begrenzt. Beispielsweise erstreckt sich in einer Konstruktion, in der das erste leitende Bauglied 110 eine innere dielektrische Schicht und eine elektrisch leitende Oberflächenschicht aufweist, die Öffnung möglicherweise nur durch die elektrisch leitende Schicht und nicht durch die dielektrische Schicht, und diese Struktur funktioniert dennoch als Schlitz.
Der Wellenleiter, der sich zwischen dem ersten leitenden Bauglied 110 und jedem Wellenleiterbauglied 122 erstreckt, ist an beiden Enden offen. Obwohl dies in 8 bis 10 nicht gezeigt ist, kann in der Nähe beider Enden eines jeden Wellenleiterbauglieds 122 eine Drosselstruktur vorgesehen sein. Eine Drosselstruktur setzt sich typischerweise zusammen aus: einer zusätzlichen Übertragungsleitung mit einer Länge von ungefähr λ0/8 und einer Vielzahl von Vertiefungen mit einer Tiefe von ungefähr λ0/4 oder einer Zeile elektrisch leitender Stäbe mit einer Höhe von ungefähr λ0/4, die an einem Ende dieser zusätzlichen Übertragungsleitung angeordnet sind. Die Drosselstruktur 140 bringt eine Phasendifferenz von circa 180° < (π) zwischen einer einfallenden Welle und einer reflektierten Welle ein. Somit wird das Lecken elektromagnetischer Wellen an beiden Enden des Wellenleiterbauglieds 122 eingeschränkt. Statt des zweiten leitenden Bauglieds 120 können solche Drosselstrukturen auf dem ersten leitenden Bauglied 110 vorgesehen sein.
Als bevorzugte Länge einer zusätzlichen Übertragungsleitung in einer Drosselstruktur wurde bisher λr/4 angesehen, wobei λr die Wellenlänge einer Signalwelle auf der Übertragungsleitung ist. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass auch dann das Lecken elektromagnetischer Wellen unterdrückt werden kann und eine gute Funktionalität erzielbar ist, wenn die Länge einer zusätzlichen Übertragungsleitung in einer Drosselstruktur kürzer als λr/4 ist. Tatsächlich ist es eher vorzuziehen, dass die Länge der zusätzlichen Übertragungsleitung gleich oder kleiner als λ0/4 ist, was noch kürzer als λr/4 ist. In einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Länge der zusätzlichen Übertragungsleitung gleich oder größer als λ0/16 und kleiner als λ0/4 eingestellt sein. Beispiele für eine solche Konstruktion werden unten als Ausführungsform 3 beschrieben.
Obwohl es nicht gezeigt ist, hat die Wellenleitungsstruktur in der Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300 einen Port (eine Öffnung), der mit einer Sendeschaltung oder Empfangsschaltung (d.h. einer elektronischen Schaltung), nicht gezeigt, verbunden ist. Der Port kann beispielsweise an einem Ende oder einer Zwischenposition (z.B. einem mittleren Abschnitt) eines jeden in 10 gezeigten Wellenleiterbauglieds 122 vorgesehen sein. Eine Signalwelle, die über den Port aus der Sendeschaltung geschickt wird, breitet sich durch den Wellenleiter aus, dersich auf dem Wellenleiterbauglied 122 erstreckt, und wird durch jeden Schlitz 112 abgestrahlt. Dagegen breitet sich eine elektromagnetische Welle, die durch jeden Schlitz 112 in den Wellenleiter geführt wird, über den Port zu der Empfangsschaltung aus. An der Rückseite des zweiten leitenden Bauglieds 120 kann eine Struktur vorgesehen sein, die einen weiteren Wellenleiter aufweist, welcher mit der Sendeschaltung oder Empfangsschaltung verbunden ist (die in der vorliegenden Beschreibung auch als „Verteilungsschicht“ oder „Speisungsschicht“ bezeichnet werden kann). In diesem Fall dient der Port zum Koppeln zwischen dem Wellenleiter in der Verteilungsschicht oder Speisungsschicht und dem Wellenleiter auf dem Wellenleiterbauglied 122.
In diesem Beispiel werden zwei benachbarte Schlitze 112 entlang der X-Richtung phasengleich angeregt. Daher ist der Speiseweg so angeordnet, dass die Übertragungsdistanzen von der Sendeschaltung zu zwei solchen Schlitzen 112 gleich sind. Weiter bevorzugt werden zwei solche Schlitze 112 phasengleich und amplitudengleich angeregt. Außerdem ist die Distanz zwischen den Mitten von zwei benachbarten Schlitzen 112 entlang der Y-Richtung gleich der Wellenlänge λg in dem Wellenleiter gestaltet. Infolgedessen werden elektromagnetische Wellen phasengleich aus allen Schlitzen 112 abgestrahlt, wodurch eine Sendeantenne mit hoher Verstärkung realisierbar ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Intervall zwischen den Mitten von zwei benachbarten Schlitzen entlang der Y-Richtung einen anderen Wert haben kann als die Wellenlänge λg. Dies erlaubt das Auftreten einer Phasendifferenz an den Positionen der Vielzahl von Schlitzen 112, so dass das Azimut, bei dem die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen einander verstärken, aus derfrontalen Richtung zu einem anderen Azimut in derYZ-Ebene verschoben sein kann. Auf diese Weise kann bei der in 8 gezeigten Schlitzantenne 200 die Direktivität innerhalb derYZ-Ebene eingestellt sein. Zudem ist es nicht notwendig, dass zwei benachbarte Schlitze 112 entlang der X-Richtung exakt phasengleich angeregt werden. Je nach Zweck wird eine Phasendifferenz von weniger als π/4 toleriert.
Eine Array-Antennenvorrichtung, die ein zweidimensionales Array solcher mehrerer Schlitze 112 auf einem plattenartigen leitenden Bauglied 110 aufweist, kann auch als Flachpanel-Array-Antennenvorrichtung bezeichnet werden. Je nach Zweck kann die Vielzahl von Schlitzzeilen, die entlang der X-Richtung nebeneinander platziert sind, in der Länge variieren (d.h. bezüglich der Distanz zwischen den Schlitzen an beiden Enden jeder Schlitzzeile). Es kann ein gestaffeltes Array in der Weise verwendet werden, dass zwischen zwei benachbarten Zeilen entlang der X-Richtungdie Positionen der Schlitze entlang der Y-Richtung versetzt sind. Je nach Zweck können die Vielzahl von Schlitzzeilen und die Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern Abschnitte aufweisen, die nicht parallel sind, sondern winklig sind. Ohne Beschränkung auf eine Implementierung, bei der die Wellenleiterfläche 122a eines jeden Wellenleiterbauglieds 122 zu allen Schlitzen 112 entgegengesetzt ist, die entlang der Y-Richtung nebeneinander platziert sind, genügt es, wenn jede Wellenleiterfläche 122a zu mindestens einem Schlitz von den mehreren Schlitzen entgegengesetzt ist, die entlang der Y-Richtung nebeneinander platziert sind.
Bei den in 8 bis 11 gezeigten Beispielen hat jeder Schlitz eine plane Form, die nahezu rechteckig ist, wobei sie entlang der X-Richtung länger und entlang der Y-Richtung kürzer bemessen ist. Angenommen, dass jeder Schlitz entlang der X-Richtung eine Größe (Länge) L und entlang der Y-Richtung eine Größe (Breite) W hat, sind L und W auf Werte eingestellt, bei denen eine Modenoszillation höherer Ordnung nicht auftritt und bei denen die Schlitzimpedanz nicht zu klein ist. Beispielsweise kann L auf einen Bereich von λ0/2 < L < λ0 eingestellt sein. W kann kleiner als λ0/2 sein. Zur aktiven Nutzung von Moden höherer Ordnung kann L möglicherweise größer als λ0 sein.
12 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Teilstruktur einer Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300a, die für jeden Schlitz 112 ein Horn 114 aufweist, schematisch zeigt. Die Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300a weist auf: ein erstes leitendes Bauglied 110 mit einem zweidimensionalen Array aus einer Vielzahl von Schlitzen 112 und einer Vielzahl von Hörnern 114 darauf; und ein zweites leitendes Bauglied 120, auf dem eine Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern 122U und eine Vielzahl von leitenden Stäben 124U arrayartig angeordnet sind. Die Vielzahl von Schlitzen 112 des ersten leitenden Bauglieds 110 ist arrayartig entlang einer ersten Richtung (der Y-Richtung), die sich entlang der leitenden Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds 110 erstreckt, und einer zweiten Richtung (der X-Richtung) angeordnet, welche die erste Richtung schneidet (oder in diesem Beispiel orthogonal dazu ist). Der Einfachheit halber ist jede Port- oder Drosselstruktur, die an einem Ende oder der Mitte eines jeden Wellenleiterbauglieds 122U vorzusehen ist, in der Illustration in 12 weggelassen.
13A ist eine Draufsicht von oben auf eine in 12 gezeigte Array-Antennenvorrichtung 300a, die 20 Schlitze 112 in einem Array aus 5 Zeilen und 4 Spalten, aus der +Z-Richtung gesehen, aufweist. 13B ist eine entlang der Linie C-C in 13A genommene Querschnittsansicht. Das erste leitende Bauglied 110 in dieser Array-Antennenvorrichtung 300 weist eine Vielzahl von Hörnern 114 auf, die so platziert sind, dass sie jeweils der Vielzahl von Schlitzen 112 entsprechen. Jedes aus der Vielzahl von Hörnern 114 hat vier elektrisch leitende Wände, die den Schlitz 112 umgeben. Solche Hörner 114 erlauben eine Verbesserung der Direktivitätseigenschaften.
Bei der in den Figuren gezeigten Array-Antennenvorrichtung300a sind eine erste Wellenleitervorrichtung 100a und eine zweite Wellenleitervorrichtung 100b schichtartig angeordnet. Die erste Wellenleitervorrichtung 100a weist Wellenleiterbauglieder 122U auf, die direkt an Schlitze 112 koppeln. Die zweite Wellenleitervorrichtung 100b weist ein weiteres Wellenleiterbauglied 122L auf, das an die Wellenleiterbauglieder 122U der ersten Wellenleitervorrichtung 100a koppelt. Das Wellenleiterbauglied 122L und die leitenden Stäbe 124L der zweiten Wellenleitervorrichtung 100b sind auf einem dritten leitenden Bauglied 140 angeordnet. Die zweite Wellenleitervorrichtung 100b ist der ersten Wellenleitervorrichtung 100a in der Konstruktion grundsätzlich ähnlich.
Wie in 13A gezeigt, hat das leitende Bauglied 110 eine Vielzahl von Schlitzen 112, die entlang der ersten Richtung (derY-Richtung) und einer zu der ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung (der X-Richtung) arrayartig angeordnet sind. Die Wellenleiterfläche 122a eines jeden Wellenleiterbauglieds 122U erstreckt sich entlang der Y-Richtung und ist zu vier Schlitzen, die entlang derY-Richtung angeordnet sind, aus der Vielzahl von Schlitzen 112 entgegengesetzt. Obwohl das leitende Bauglied 110 in diesem Beispiel 20 Schlitze 112 in einem Array aus 5 Zeilen und 4 Spalten hat, ist die Anzahl der Schlitze 112 nicht auf dieses Beispiel begrenzt. Ohne Einschränkung auf das Beispiel, bei dem jedes Wellenleiterbauglied 122U aus der Vielzahl von Schlitzen 112 zu allen Schlitzen entgegengesetzt ist, die entlang derY-Richtung angeordnet sind, kann jedes Wellenleiterbauglied 122U zu mindestens zwei benachbarten Schlitzen entlang der Y-Richtung entgegengesetzt sein. Das Intervall zwischen den Mitten von jeweils zwei benachbarten Wellenleiterflächen 122a ist beispielsweise kürzer als die Wellenlänge λ0, und weiter bevorzugt kürzer als λ0/2, eingestellt.
13C ist ein Diagramm, das ein planes Layout von Wellenleiterbaugliedern 122U in der ersten Wellenleitervorrichtung 100a zeigt. 13D ist ein Diagramm, das ein planes Layout eines Wellenleiterbauglieds 122L in der zweiten Wellenleitervorrichtung 100b zeigt. Wie aus diesen Figuren ersichtlich, erstrecken sich die Wellenleiterbauglieder 122U der ersten Wellenleitervorrichtung 100a linear und weisen keine Verzweigungsabschnitte oder Biegungen auf; dagegen weist das Wellenleiterbauglied 122L derzweiten Wellenleitervorrichtung 100b sowohl Verzweigungsabschnitte als auch Biegungen auf. Die Kombination aus dem „zweiten leitenden Bauglied 120“ und dem „dritten leitenden Bauglied 140“ in der zweiten Wellenleitervorrichtung 100b entspricht der Kombination aus dem „ersten leitenden Bauglied 110“ und dem „zweiten leitenden Bauglied 120“ in der ersten Wellenleitervorrichtung 100a.
Die Wellenleiterbauglieder 122U der ersten Wellenleitervorrichtung 100a koppeln an das Wellenleiterbauglied 122L der zweiten Wellenleitervorrichtung 100b durch Ports (Öffnungen) 145U, die in dem zweiten leitenden Bauglied 120 vorgesehen sind. Anders ausgedrückt, gelangt eine elektromagnetische Welle, die sich durch das Wellenleiterbauglied 122L der zweiten Wellenleitervorrichtung 100b ausgebreitet hat, durch einen Port 145U, um ein Wellenleiterbauglied 122U der ersten Wellenleitervorrichtung 100a zu erreichen, und breitet sich durch das Wellenleiterbauglied 122U der ersten Wellenleitervorrichtung 100a aus. In diesem Fall funktioniert jeder Schlitz 112 als Antennenelement (Abstrahlelement), um das Abstrahlen einer elektromagnetischen Welle, die sich durch den Wellenleiter ausgebreitet hat, in den Raum zuzulassen. Wenn umgekehrt eine elektromagnetische Welle, die sich im Raum ausgebreitet hat, auf einen Schlitz 112 auftrifft, koppelt die elektromagnetische Welle an das Wellenleiterbauglied 122U der ersten Wellenleitervorrichtung 100a, das direkt unter diesem Schlitz 112 liegt, und breitet sich durch das Wellenleiterbauglied 122U der ersten Wellenleitervorrichtung 100a aus. Eine elektromagnetische Welle, die sich durch ein Wellenleiterbauglied 122U der ersten Wellenleitervorrichtung 100a ausgebreitet hat, kann auch durch einen Port 145U gelangen, um das Wellenleiterbauglied 122L der zweiten Wellenleitervorrichtung 100b zu erreichen, und breitet sich durch das Wellenleiterbauglied 122L der zweiten Wellenleitervorrichtung 100b aus. Über einen Port 145L des dritten leitenden Bauglieds 140 kann das Wellenleiterbauglied 122L der zweiten Wellenleitervorrichtung 100b an eine externe Wellenleitervorrichtung oder Hochfrequenzschaltung (elektronische Schaltung) koppeln. Als ein Beispiel illustriert 13D eine elektronische Schaltung 310, die mit dem Port 145L verbunden ist. Ohne Beschränkung auf eine bestimmte Position kann die elektronische Schaltung310 an jeder beliebigen Position vorgesehen sein. Die elektronische Schaltung 310 kann auf einer Leiterplatte vorgesehen sein, die sich beispielsweise auf der Rückseite (d.h. der unteren Seite in 13B) des dritten leitenden Bauglieds 140 befindet. Eine solche elektronische Schaltung ist eine integrierte Mikrowellenschaltung und kann beispielsweise eine MMIC (integrierte monolithische Mikrowellenschaltung) sein, welche Millimeterwellen generiert oder empfängt.
Das in 13A gezeigte erste leitende Bauglied 110 kann als „Abstrahlungsschicht“ bezeichnet werden. Weiterhin kann die Gesamtheit des zweiten leitenden Bauglieds 120, der Wellenleiterbauglieder 122U und der leitenden Stäbe 124U, die in 13D gezeigt sind, als „Anregungsschicht“ bezeichnet werden, während die Gesamtheit des dritten leitenden Bauglieds 140, des Wellenleiterbauglieds 122L und der leitenden Stäbe 124L, die in 13D gezeigt sind, als „Verteilungsschicht“ bezeichnet werden kann. Außerdem können die „Anregungsschicht“ und die „Verteilungsschicht“ zusammen als „Speisungsschicht“ bezeichnet werden. Jede der Schichten „Abstrahlungsschicht“, „Anregungsschicht“ und „Verteilungsschicht“ kann durch Verarbeiten einer einzigen Metallplatte massengefertigt sein. Die Strahlungsschicht, die Anregungsschicht, die Verteilungsschicht und elektronische Schaltkreise, die auf der Rückseite der Verteilungsschicht vorzusehen sind, können als Ein-Modul-Erzeugnis hergestellt sein.
Wie aus 13B ersichtlich, sind in der Array-Antenne aus diesem Beispiel schichtartig eine Abstrahlungsschicht, eine Anregungsschicht und eine Verteilungsschicht angeordnet, die Plattenform haben; daher ist als Ganzes eine flache und niedrigprofilige Flachpanel-Antenne realisiert. Die Höhe (Dicke) einer mehrschichtigen Struktur mit einer Querschnittskonstruktion wie der in 13B gezeigten kann beispielsweise 10 mm oder weniger betragen.
Bei dem in 13D gezeigten Wellenleiterbauglied 122L sind die Distanzen von dem Port 145L des dritten leitenden Bauglieds 140 zu den jeweiligen Ports 145U (siehe 13C) des zweiten leitenden Bauglieds 120, entlang des Wellenleiterbauglieds 122L gemessen, alle auf einen identischen Wert eingestellt. Daher erreicht eine Signalwelle, die in das Wellenleiterbauglied 122L eingegeben wird, von dem Port 145L des dritten leitenden Bauglieds 140 die vier Ports 145U des zweiten leitenden Bauglieds 120 alle in derselben Phase. Infolgedessen können die vier Wellenleiterbauglieder 122U auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 in derselben Phase angeregt werden.
Je nach Zweck ist es nicht notwendig, dass alle als Antennenelemente funktionierenden Schlitze 112 elektromagnetische Wellen in derselben Phase abstrahlen. Bei der in 13D gezeigten Konstruktion können die Distanzen von dem Port 145L des dritten leitenden Bauglieds 140 zu den jeweiligen Ports 145U (siehe 13C) des zweiten leitenden Bauglieds 120, entlang des Wellenleiterbauglieds 122L gemessen, voneinander abweichen. Die Netzwerkmuster der Wellenleiterbauglieder 122 in der Anregungsschicht und der Verteilungsschicht (oder jeder Schicht, die in der Speiseschicht enthalten ist) können beliebig sein, ohne auf das Gezeigte beschränkt zu sein.
Die elektronische Schaltung 310 ist über die Ports 145U und 145L, die in 13C und 13D gezeigt sind, mit einem Wellenleiter verbunden, der sich oberhalb eines jeden Wellenleiterbauglieds 122U erstreckt. Eine Signalwelle, die aus der elektronischen Schaltung 310 ausgegeben wird, durchläuft eine Verzweigung in der Verteilungsschicht und breitet sich dann auf der Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern 122U aus, bis sie die Vielzahl von Schlitzen 112 erreicht. Um sicherzustellen, dass die Signalwellen an den Positionen von zwei benachbarten Schlitzen 112 entlang der X-Richtung eine gleiche Phase haben, können die Wellenleiter-Gesamtlängen von der elektronischen Schaltung 310 zu den zwei benachbarten Schlitzen 112 entlang der X-Richtung beispielsweise so gestaltet sein, dass sie im Wesentlichen gleich sind.
Als Nächstes werden Varianten des Horns 114 beschrieben. Ohne Einschränkung auf das in 12 Illustrierte können als Hörner 114 verschiedene Strukturen genutzt werden.
14A ist eine Draufsicht von oben, welche die Struktur einer Vielzahl von Hörnern 114 gemäß einer Variante zeigt. 14B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 14A. Die Vielzahl von Hörnern 114 ist in dieser Variante entlang der Y-Richtung auf dem ersten leitenden Bauglied 110, auf dessen zu der leitenden Oberfläche 110a entgegengesetzten Oberfläche, arrayartig angeordnet. Jedes Horn 114 weist ein Paar erster elektrisch leitender Wände 114a, die sich entlang der Y-Richtung erstrecken, und ein Paarzweiter elektrisch leitender Wände 114b auf, die sich entlang der X-Richtung erstrecken. Das Paar erster elektrisch leitender Wände 114a und das Paar zweiter elektrisch leitender Wände 114b umgibt mehrere Schlitze 112 (z.B. in diesem Beispiel fünf), die entlang der X-Richtung arrayartig angeordnet sind, aus der Vielzahl von Schlitzen 112. Die Länge einer jeden zweiten elektrisch leitenden Wand 114b entlang der X-Richtung ist länger als die Länge einer jeden ersten elektrisch leitenden Wand 114a entlang der Y-Richtung. Das Paar zweiter elektrisch leitender Wände 114b stellt eine Treppenform dar. Wie hier verwendet, bedeutet eine „Treppenform“ eine Form, die Stufen aufweist, und kann auch als eine „gestufte Form“ bezeichnet werden. In einem solchen Horn erhöht sich das Intervall zwischen dem Paar zweiter elektrisch leitender Wände 114b entlang derY-Richtung weg von der ersten leitenden Oberfläche 110a. Die Verwendung einer solchen Treppenform bietet den Vorteil einfacher Fertigung. Es wird darauf hingewiesen, dass das Paar zweiter elektrisch leitender Wände 114b keine Treppenform zu haben braucht. Beispielsweise können, wie bei einer in 15 gezeigten Schlitz-Array-Antennenvorrichtung 300c, Hörner 114 mit jeweils schrägen planen Seitenwänden verwendet werden. Auch in einem solchen Horn erhöht sich das Intervall zwischen dem Paar zweiter elektrisch leitender Wände 114b entlang der Y-Richtung weg von der ersten leitenden Oberfläche 110a.
Die Erfinder haben festgestellt, dass zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der oben genannten Array-Antennenvorrichtung oder Wellenleitervorrichtung Folgendes wirksam ist.

(1) Unterdrückung unerwünschter Signalwellenreflexion an jedem Port 145U, der den Wellenleiter in der Anregungsschicht und den Wellenleiter in der Verteilungsschicht koppelt.
(2) Sicherstellen dessen, dass die Distanz zwischen den Mitten der Hörner sich von der Distanz zwischen den Mitten der Schlitze unterscheidet, wodurch die Direktivität des Antennen-Arrays optimiert wird und/oder verbesserte Gestaltungsfreiheit geschaffen wird; diese Verbesserung ist nicht nur auf ein Hornantennen-Array anwendbar, bei dem die oben genannte WRG-Struktur verwendet wird, sondern auch auf ein Hornantennen-Array, bei dem die Hohlwellenleiterstruktur verwendet wird.
(3) Verwendung einer anderen Drosselstruktur als herkömmlicherweise, um eine unerwünschte Reflexion bei der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle über den jeweiligen Port zu unterdrücken.
(4) Einstellen der Form eines Wellenleiterbauglieds mit einer Vielzahl von Verzweigungsabschnitten, um eine Verteilung der Anregungsamplitude der Array-Antenne in der Ebene zu steuern.
(5) Einstellen der Form eines Wellenleiterbauglieds mit einer Vielzahl von Verzweigungsabschnitten, um Ausbreitungsverluste zu reduzieren.
(6) Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Hohlwellenleiters, der elektronische Schaltkreise (z.B. MMIC) und die Wellenleitervorrichtung koppelt.
(7) Vorsehen eines neuen Array-Musters für die Stäbe, welches an das Intervall zwischen den Wellenleiterbaugliedern 122U und 122L angepasst ist.

Nachfolgend werden spezifischere Beispielkonstruktionen für Array-Antennenvorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass unnötig ausführliche Beschreibungen weggelassen sein können. Beispielsweise sind ausführliche Beschreibungen technisch bekannter Sachverhalte oder redundante Beschreibungen von im Wesentlichen gleichen Ausbildungen möglicherweise weggelassen. Hierdurch soll eine übermäßig lange Beschreibung vermieden und dem Fachmann das Verständnis erleichtert werden. Die beigefügten Zeichnungen und die folgende Beschreibung, die von den Erfindern vorgelegt werden, um dem Fachmann ein ausreichendes Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen, sollen den Umfang derAnsprüche nicht einschränken. In der vorliegenden Beschreibung sind identische oder ähnliche Bestandteile mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
(Ausführungsform 1)
<Array-Antennenvorrichtung>
Zunächst wird mit Bezug auf 16 eine erste Ausführungsform einer Array-Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 16 zeigt schematisch einen Querschnitt einer Array-Antennenvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform, der entlang der Wellenleiterbauglieder 122U und 122L genommen ist. In der vorliegenden Offenbarung wird zur praktischeren Illustration die Seite, auf derfreier Raum für die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle existiert (die aus der Array-Antennenvorrichtung abgestrahlt wird oder auf die Array-Antennenvorrichtung einfällt) als „die Vorderseite“ bezeichnet, und die entgegengesetzte Seite davon wird als „die Rückseite“ bezeichnet. In der vorliegenden Offenbarung sind die Ausdrücke „erste(r/s)“, „zweite(r/s)“ usw. lediglich Hinweise zur Unterscheidung zwischen Abschnitten, Vorrichtungen, Teilen, Abschnitten, Schichten, Regionen und dergleichen, ohne dass dadurch Einschränkungen suggeriert oder festgelegt sind.
Wie in 16 gezeigt, hat die Array-Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Konstruktion, bei der ein erstes leitendes Bauglied 110, ein zweites leitendes Bauglied 120 und ein drittes leitendes Bauglied 140, die jeweils schematisch eine dünne Plattenform haben, schichtartig mit geeigneten Luftspalten dazwischen angeordnet sind. 16 zeigt einen Hauptabschnitt der Array-Antennenvorrichtung; es wird darauf hingewiesen, dass einige elektronische Teile, z.B. diejenigen einer MMIC, auf die Rückseite der in der Figur gezeigten Array-Antennenvorrichtung zu montieren sind. Zwischen solchen elektronischen Teilen und der gezeigten Array-Antennenvorrichtung kann auch ein leitendes Bauglied mit einer dünnen Plattenform vorgesehen sein, das als weiterer Wellenleiter dienen kann.
In der vorliegenden Ausführungsform hat das erste leitende Bauglied 110 eine erste leitende Oberfläche 110b auf der Vorderseite und eine zweite leitende Oberfläche 110a auf der Rückseite und hat eine Vielzahl von Schlitzen 112-1, 112-2, 112-3, 112-4, 112-5 und 112-6. Diese Schlitze können gemeinsam als die Schlitze 112 bezeichnet sein. Obwohl 16 sechs Schlitze 112 illustriert, ist die Anzahl der Schlitze 112 in der vorliegenden Ausführungsform nicht auf diese Zahl begrenzt. Die erste leitende Oberfläche 110b des ersten leitenden Bauglieds 110 ist so geformt, dass eine Vielzahl von Hörnern 114 gebildet ist, die jeweils mit dem entsprechenden Schlitz 112 kommunizieren.
Das zweite leitende Bauglied 120 ist auf der Rückseite des ersten leitenden Bauglieds 110 angeordnet. Das zweite leitende Bauglied 120 hat eine dritte leitende Oberfläche 120a auf der Vorderseite, die zu der zweiten leitenden Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds 110 entgegengesetzt ist, und eine vierte leitende Oberfläche 120b auf der Rückseite. Als solches stützt das zweite leitende Bauglied 120 das erste Wellenleiterbauglied 122U. Das erste Wellenleiterbauglied 122U hat eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche 122a mit einer Streifenform, die zu der zweiten leitenden Oberfläche 110a entgegengesetzt ist, und erstreckt sich linearentlang der zweiten leitenden Oberfläche 110a. Auf beiden Seiten des sich linear erstreckenden ersten Wellenleiterbauglieds 122U (d.h. der vorderen und rückwärtigen Seite in 16) ist ein künstlicher magnetischer Leiter angeordnet, der auf der dritten leitenden Oberfläche 120a des zweiten leitenden Bauglieds 120 vorgesehen ist. Keine Stäbe, aus denen sich der künstliche magnetische Leiter zusammensetzt, sind in dem Querschnitt angeordnet, der in 16 gezeigt ist, weshalb in 16 kein künstlicher magnetischer Leiter gezeigt ist. An einem Ende des ersten Wellenleiterbauglieds 122U ist eine Drosselstruktur 150 vorgesehen. Die Drosselstruktur 150 schränkt das Lecken einer elektromagnetischen Welle (Signalwelle) von dem Ende des ersten Wellenleiterbauglieds 122U ein.
Die zweite leitende Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds 110, die Wellenleiterfläche 122a des ersten Wellenleiterbauglieds 122U und der künstliche magnetische Leiter (in 16 nicht gezeigt) bestimmen zusammen einen Wellenleiter, der sich in dem zwischen der zweiten leitenden Oberfläche 110a und der Wellenleiterfläche 122a befindlichen Abstand erstreckt. Dieser Wellenleiter kommuniziert mit den Schlitzen 112 in dem ersten leitenden Bauglied 110 und koppelt elektromagnetisch an dieselben.
Durch geeignetes Variierenlassen mindestens entweder der Distanz von der zweiten leitenden Oberfläche 110a zu der Wellenleiterfläche 122a oder der Breite der Wellenleiterfläche 122a entlang der Richtung, in der sich das erste Wellenleiterbauglied 122U erstreckt, kann die Wellenlänge einer Signalwelle reduziert werden, die sich in diesem Wellenleiter ausbreitet. Es sei angenommen, dass eine Signalwelle eine Zentralwellenlänge λr hat, wenn sowohl die Distanz von der zweiten leitenden Oberfläche 110a zu der Wellenleiterfläche 122a als auch die Breite der Wellenleiterfläche 122a entlang der Richtung konstant sind, in der sich das erste Wellenleiterbauglied 122U erstreckt. Wenn eine Signalwelle derselben Frequenz sich in einem Vakuum ausbreitet, hat die Signalwelle eine Zentralwellenlänge λ0, wie oben beschrieben. In diesem Fall gilt das Verhältnis λr > λ0. Durch die Bildung von Anstiegen und Senkungen auf der Wellenleiterfläche 122a des ersten Wellenleiterbauglieds 122U, um die Distanz von der zweiten leitenden Oberfläche 110a zu der Wellenleiterfläche 122a in geeigneter Weise zu variieren oder die Breite der Wellenleiterfläche 122a in geeigneter Weise zu variieren, kann jedoch beispielsweise die Zentralwellenlänge einer Signalwelle, die sich in einem solchen Wellenleiter ausbreitet, kürzer als λr gestaltet sein.
Das zweite leitende Bauglied 120 hat einen Port 145U, der sich von der dritten leitenden Oberfläche 120a bis hindurch zu der vierten leitenden Oberfläche 120b erstreckt. Der Port 145U kommuniziert von der vierten leitenden Oberfläche 120b zu dem Wellenleiter, der sich zwischen der zweiten leitenden Oberfläche 110a und der Wellenleiterfläche 122a erstreckt. Wenn von einem Port in der vorliegenden Beschreibung gesagt ist, dass er „von einer leitenden Oberfläche zu einem Wellenleiter kommuniziert (d.h., der einer anderen leitenden Oberfläche zugeordnet ist)“, ist damit gemeint, dass die innere Wand des Ports und die Seitenfläche (Endfläche) an einem Ende des Wellenleiterbauglieds, das dem betreffenden Wellenleiter zugeordnet ist, aus der normalen Richtung der Apertur-Ebene des Ports gesehen, in Position ausgerichtet sind (im Wesentlichen fluchten).
Von der Vielzahl von Schlitzen 112 befinden sich ein erster Schlitz 112-1 und ein zweiter Schlitz 112-2, die zueinander benachbart sind, an symmetrischen Positionen in Bezug auf die Mitte des Ports 145U. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Gesamtheit der sechs Schlitze 112 in Bezug auf die Mitte des Ports 145U symmetrisch positioniert. Die Distanz zwischen den Mitten von jeweils zwei benachbarten Schlitzen 112 ist gleich der Wellenlänge einer Signalwelle eingestellt, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet (oder in dem Fall, dass die Wellenlänge mit einer Frequenzmodulation variiert, ihrer Zentralwellenlänge). Dies hat den Zweck, den jeweiligen Schlitzen 112 phasengleiche Signalwellen zuzuführen. Je nach beabsichtigter Charakteristik der Array-Antenne muss sie möglicherweise so gestaltet sein, dass die Phase der Signalwelle, die jedem Schlitz zugeführt werden soll, absichtlich unterschiedlich gestaltet ist. In diesem Fall kann die Distanz zwischen den Mitten von zwei benachbarten Schlitzen 112 so gewählt sein, dass sie eine Länge aufweist, die von der Wellenlänge einer Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, etwas abweicht.
Das dritte leitende Bauglied 140 ist auf der Rückseite des zweiten leitenden Bauglieds 120 angeordnet. Das dritte leitende Bauglied 140 hat eine fünfte leitende Oberfläche 140a auf der Vorderseite, die zu der vierten leitenden Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120 entgegengesetzt ist, und eine sechste leitende Oberfläche 140b auf der Rückseite. Als solches stützt das dritte leitende Bauglied 140 das zweite Wellenleiterbauglied 122L. Das zweite Wellenleiterbauglied 122L hat eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche 122a, die zu der vierten leitenden Oberfläche 120b entgegengesetzt ist, und erstreckt sich entlang der vierten leitenden Oberfläche 120b.
Auf beiden Seiten des zweiten Wellenleiterbauglieds 122L ist ebenfalls ein künstlicher magnetischer Leiter angeordnet, der auf der fünften leitenden Oberfläche 140a des dritten leitenden Bauglieds 140 vorgesehen ist. Die vierte leitende Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120, die Wellenleiterfläche 122a des zweiten Wellenleiterbauglieds 120L und der künstliche magnetische Leiter (in 16 nicht gezeigt) bestimmen zusammen einen Wellenleiter, der sich in dem zwischen der vierten leitenden Oberfläche 120b und der Wellenleiterfläche 122a des zweiten Wellenleiterbauglieds 122L befindlichen Abstand erstreckt. An einem Ende des zweiten Wellenleiterbauglieds 122L ist eine Drosselstruktur 150 vorgesehen. Das zweite Wellenleiterbauglied 122L weist eine Biegung auf, nicht gezeigt, so dass der Wellenleiter über einen weiteren Port, der sich an einer nicht gezeigten Position befindet, an eine externe elektronische Schaltung koppelt.
In der vorliegenden Ausführungsform hat das erste Wellenleiterbauglied 122U ein Paar Impedanzanpassungsstrukturen 123, die an den Port 145U grenzen. Die Details der Impedanzanpassungsstruktur 123 werden noch beschrieben.
In 16 sind Beispiele für die Ausbreitungsrichtungen von Signalwellen wie etwa Millimeterwellen durch dicke Pfeile angezeigt. Dieses Beispiel illustriert den Empfang. Über die Hörner 114 und Schlitze 112 breiten sich elektromagnetische Wellen (Signalwellen), z.B. Millimeterwellen, die auf die Array-Antennenvorrichtung eingefallen sind, durch die Wellenleiter aus, die sich zwischen der leitenden Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds 110 und der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122U erstrecken, passieren durch die Ports 145U und breiten sich in dem Wellenleiter aus, der sich zwischen der leitenden Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120 und der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122L erstreckt. Umgekehrt passiert beim Senden eine elektromagnetische Welle, die sich entlang des Wellenleiterbauglieds 122L ausgebreitet hat, durch die Ports 145U, um die Vielzahl von Schlitzen 112 anzuregen, während sie sich entlang des Wellenleiterbauglieds 122U ausbreitet.
<Impedanzanpassungsstrukturen des Ports>
Ein senkrecht zu der Z-Achse eines jeden Ports 145U genommener Querschnitt kann vielfältige Formen haben. Ein Querschnitt des Ports 145U, der senkrecht zu der Mittelachse genommen ist (die in der vorliegenden Ausführungsform parallel zu der Z-Achse ist), hat in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 17 gezeigt, eine H-form. Eine „H-Form“ weist zwei vertikale Abschnitte, die im Wesentlichen parallel zueinander sind, und einen lateralen Abschnitt auf, der die Mitten der zwei vertikalen Abschnitte verbindet, wie bei dem Buchstaben „H“. 17 ist eine Draufsicht, die einen Abschnitt des zweiten leitenden Bauglieds 120 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Obwohl das zweite leitende Bauglied 120 eine Vielzahl von Ports 145U und das erste Wellenleiterbauglied 122U aufweist, das die jeweiligen Ports 145U verbindet, zeigt 17 der Einfachheit halber nur einen Port 145U und einen Abschnitt des ersten Wellenleiterbauglieds 122U, der mit dem Port 145U verbunden ist. 18 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt zeigt, an dem das Wellenleiterbauglied 122U und ein Port 145U gekoppelt sind.
Mit Bezug auf 17 und 18 werden Details der Impedanzanpassungsstrukturen 123 beschrieben.
Jede aus dem Paar der Impedanzanpassungsstrukturen 123 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist einen flachen Abschnitt 123a angrenzend an den Port 145U und eine Vertiefung 123b angrenzend an den flachen Abschnitt 123a auf.
Die Länge (La+Lb) der Impedanzanpassungsstruktur 123 entlang der Richtung, in der sich das Wellenleiterbauglied 122U erstreckt, beträgt circa λr/2. Die Länge La des flachen Abschnitts 123a entlang der Richtung, in dersich das Wellenleiterbauglied 122U erstreckt, ist länger als λr/4. Die Länge Lb der Vertiefung 123b entlang der Richtung, in der sich das Wellenleiterbauglied 122U erstreckt, ist kürzer als die Länge La des flachen Abschnitts 123a. Die Länge Lb ist typischerweise kürzer als λr/4 eingestellt.
Es wird wieder auf 16 Bezug genommen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Distanz zwischen den Mitten der ersten und zweiten Schlitze 112-1 und 112-2, die am nächsten an dem Port 145U liegen, gleich λr. Aus einer zu der Wellenleiterfläche 122a senkrechten Richtung gesehen, überlappen die Schlitze 112-1 und 112-2, die am nächsten an dem Port 145U liegen, mindestens Abschnitte der Impedanzanpassungsstruktur 123 (oder in dem gezeigten Beispiel Abschnitte der Vertiefungen 123b).
Wenn mindestens entweder die Distanz von der zweiten leitenden Oberfläche 110a zu der Wellenleiterfläche 122a oder die Breite der Wellenleiterfläche 122a entlang des Wellenleiters variieren gelassen wird, wie bereits beschrieben, kann die Zentralwellenlänge einer Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, kürzer als λ0 gestaltet werden. Wenn die Zentralwellenlänge einer Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, auf diese Weise verkürzt wird, kann die Distanz von der Mitte des ersten Schlitzes 112-1 zu der Mitte des dritten Schlitzes 112-3 kürzer als die Distanz von der Mitte des ersten Schlitzes 112-1 zu der Mitte des zweiten Schlitzes 112-2 gestaltet sein. Es wird darauf hingewiesen, dass die Distanz von der Mitte des ersten Schlitzes 112-1 zu der Mitte des dritten Schlitzes 112-3 und die Distanz von der Mitte des dritten Schlitzes 112-3 zu der Mitte des fünften Schlitzes 112-5, beide gleich der Wellenlänge (innerhalb des Wellenleiters gemessen) einer Signalwelle eingestellt sind, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet. Ebenso sind die Distanz von der Mitte des zweiten Schlitzes 112-2 zu der Mitte des vierten Schlitzes 112-4 und die Distanz von der Mitte des vierten Schlitzes 112-4 zu der Mitte des sechsten Schlitzes 112-6 beide gleich der Wellenlänge (innerhalb des Wellenleiters gemessen) einer Signalwelle eingestellt, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet.
19 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein erstes Wellenleiterbauglied 122U zeigt, auf dem Anstiege und Senkungen zur Reduzierung der Wellenlänge vorgesehen sind. 19 illustriert eine Vertiefung 122b, die unter solche Anstiege und Senkungen fällt. Durch Vorsehen der Vielzahl von Vertiefungen 122b an geeigneten Positionen auf dem ersten Wellenleiterbauglied 122U kann die Wellenlänge einer Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, reduziert werden. Spezifische Beispielkonstruktionen für solche Wellenleiterbauglieder sind in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-217657 und PCT/JP2016/083622 offenbart. Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-217657 und PCT/JP2016/083622 wird durch Verweis hier aufgenommen.
20 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Variante der Impedanzanpassungsstruktur 123 zeigt. In diesem Beispiel ist die Länge La des flachen Abschnitts 123a der Impedanzanpassungsstruktur 123 kürzer als λr/4 und ist im Wesentlichen gleich der Länge Lb derVertiefung 123b. Wenn eine solche Konstruktion verwendet wird, muss die Höhe des flachen Abschnitts 123a größer als die Höhe des Wellenleiterbauglieds 122U gestaltet sein, so dass die Beabstandung zwischen dem flachen Abschnitt 123a und der zweiten leitenden Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds 110 verkürzt wird. Mit der Verkürzung dieser Beabstandung (Auslegungswert) erhöhen sich die Einflüsse auf Schwankungen der Antennenleistungsfähigkeit, wenn die Beabstandung aufgrund von Schwankungen im Herstellungsprozess von dem Auslegungswert abweicht. Es wurde bestätigt, dass die in 20 gezeigte Impedanzanpassungsstruktur 123 in einer Implementierung, in der die Distanz zwischen den Mitten der zwei am nächsten an dem Port 145U gelegenen Schlitze, d.h. des ersten Schlitzes 112-1 und des zweiten Schlitzes 112-2, kleiner als λ0 eingestellt ist, adäquat eine Impedanzanpassungsfunktion zeigt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Distanz zwischen den Mitten des ersten Schlitzes 112-1 und des zweiten Schlitzes 112-2 gleich λr. Eine Verwendung der in 18, 19 usw. illustrierten Impedanzanpassungsstruktur 123 ist daher einer Verwendung der in 20 gezeigten Impedanzanpassungsstruktur 123 vorzuziehen.
(Varianten zu Ausführungsform 1)
Als Nächstes werden mit Bezug auf 21A bis 21C weitere Beispiele für Impedanzanpassungsstrukturen um den Port 145U beschrieben.
Ein in der Figur gezeigter Port 145U liegt an einer Position, an der das erste Wellenleiterbauglied 122U räumlich in einen ersten Abschnitt 122-1 und einen zweiten Abschnitt 122-2 getrennt ist. Über den Port 145U sind ein Ende des ersten Abschnitts 122-1 und ein Ende des zweiten Abschnitts 122-2 zueinander entgegengesetzt. Ein Abschnitt der inneren Wand des Ports 145U ist mit dem einen Ende des ersten Abschnitts 122-1 des ersten Wellenleiterbauglieds 122U verbunden. Ein weiterer, entgegengesetzter Abschnitt der inneren Wand des Ports 145U ist mit dem einen Ende des zweiten Abschnitts 122-2 des ersten Wellenleiterbauglieds 122U verbunden.
Bei dem in 21A gezeigten Beispiel haben das eine Ende des ersten Abschnitts 122-1 des ersten Wellenleiterbauglieds 122U und das eine Ende des zweiten Abschnitts 122-2 jeweils eine Erhebung 123c zu Impedanzanpassungszwecken. Der Abstand, der durch die zwei entgegengesetzten Endflächen an dem einen Ende des ersten Abschnitts 122-1 des ersten Wellenleiterbauglieds 122U und dem einen Ende des zweiten Abschnitts 122-2 bestimmt ist, wird als „innerer Abstand des Wellenleiterbauglieds“ bezeichnet. Bei dem in 21A gezeigten Beispiel ist in der Region zwischen dem Paar entgegengesetzter Erhebungen 123c die Größe des Abstands kleiner als die Größe des Abstands zwischen dem Abschnitt der inneren Wand des Ports 145U, der eine Verbindung mit dem ersten Abschnitt 122-1 des Wellenleiterbauglieds 122U herstellt, und dem anderen Abschnitt der inneren Wand des Ports 145U, der eine Verbindung mit dem zweiten Abschnitt 122-2 des Wellenleiterbauglieds 122U herstellt. In der vorliegenden Offenbarung wird jeder solche Abschnitt als „schmaler Abschnitt“ bezeichnet. Durch eine von den Erfindern vorgenommene Analyse wurde bestätigt, dass der Grad der Impedanzanpassung sich verbessert, wenn der innere Abstand des Wellenleiterbauglieds einen solchen schmalen Abschnitt hat.
In diesem Beispiel hat ein Querschnitt des Ports 145U, der orthogonal zu der Mittelachse des Ports 145U ist, eine H-Form; er kann jedoch auch andere Formen haben, wie noch beschrieben wird. Die Mittelachse des Ports 145U ist als Gerade definiert, die durch die Mitte der Öffnung des Ports 145U verläuft und die zu der Ebene der Öffnung senkrecht steht.
In diesem Beispiel erreicht der schmale Abschnitt zwischen dem Paar der Erhebungen 123c die Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122U. Ohne auf die in 21A gezeigte Konstruktion begrenzt zu sein, können Position und Größe des schmalen Abschnitts entsprechend der erforderlichen Leistungsfähigkeit geeignet eingestellt sein. Beispielsweise kann, wie in 21B gezeigt, der schmale Abschnitt zwischen dem Paar der Erhebungen 123c bis in den Port 145U reichen.
Bei dem in 21C gezeigten Beispiel haben ein Ende des ersten Abschnitts 122-1 des ersten Wellenleiterbauglieds 122U und ein Ende des zweiten Abschnitts 122-2 jeweils eine Vertiefung 123d zur Unterdrückung von Reflexion an dem Port. In diesem Beispiel weist der innere Abstand des Wellenleiterbauglieds, der durch die zwei entgegengesetzten Endflächen an dem einen Ende des ersten Abschnitts 122-1 des ersten Wellenleiterbauglieds 122U und dem einen Ende des zweiten Abschnitts 122-2 bestimmt ist, einen breiten Abschnitt auf, der größer als der Abstand zwischen dem Abschnitt der inneren Wand, der eine Verbindung mit dem ersten Abschnitt 122-1 des Wellenleiterbauglieds 122U herstellt, und dem anderen Abschnitt der inneren Wand ist, der eine Verbindung mit dem zweiten Abschnitt 122-2 des Wellenleiterbauglieds 122U herstellt.
Eine Strukturierung, die eine solche Erhebung 123c oder Vertiefung 123d aufweist, kann in mindestens entweder dem einen Ende des ersten Abschnitts 122-1 des ersten Wellenleiterbauglieds 122U oder dem einen Ende des zweiten Abschnitts 122-2 vorgesehen sein. Alternativ kann entweder eine Erhebung 123c oder eine Vertiefung 123d an dem einen Ende des ersten Abschnitts 122-1 des ersten Wellenleiterbauglieds 122U vorgesehen sein, während die andere an dem einen Ende des zweiten Abschnitts 122-2 vorgesehen sein kann. Alternativ können eine Erhebung 123c und eine Vertiefung 123d beide an dem einen Ende des ersten Abschnitts 122-1 des ersten Wellenleiterbauglieds 122U vorgesehen sein, oder eine Erhebung 123c und eine Vertiefung 123d können beide an dem einen Ende des zweiten Abschnitts 122-2 des ersten Wellenleiterbauglieds 122U vorgesehen sein. Obwohl die in 21A bis 21C gezeigten Beispiele nur eine Erhebung 123c oder Vertiefung 123d illustrieren, die jeweils an dem einen Ende des ersten Abschnitts 122-1 des ersten Wellenleiterbauglieds 122U und dem einen Ende des zweiten Abschnitts 122-2 vorgesehen ist, ist dies keine Einschränkung. Es kann eine Vielzahl von Erhebungen 123c oder Vertiefungen 123d in einer Treppenform jeweils an dem einen Ende des ersten Abschnitts 122-1 und dem einen Ende des zweiten Abschnitts 122-2 vorgesehen sein. Durch entsprechendes Vorsehen einer Vielzahl von Erhebungen 123c oder Vertiefungen 123d kann eine Reflexion von Signalwellen wirksamer unterdrückt werden.
Die in 18 gezeigte Impedanzanpassungsstruktur 123 ist mit jeder der Strukturen aus 21A bis 21C kombinierbar.
22A ist eine Draufsicht, die eine Beispielform des Ports 145U zeigt. In der Figur sind ein H-förmiger Port 145a, ein I-förmiger Port 145b, ein Z-förmiger Port 145c und ein C-förmiger Port 145d gezeigt. Wie aus der Figur hervorgeht, hat der I-förmige Port 145b die größte Größe entlang der Richtung der x-Achse. Der H-förmige Port 145a ist in Bezug auf die x-Achse symmetrisch, während der Z-förmige Port 145c und der C-förmige Port 145d in Bezug auf die x-Achse asymmetrisch sind. Bei der Array-Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird geeigneterweise der H-förmige Port 145a verwendet, obwohl die anderen Formen nicht ausgeschlossen sind.
Die in 22A gezeigten verschiedenen Formen des Ports 145U sind auch für die Schlitze 112 verwendbar. Jeder Schlitz 112 kann eine andere Form als die in 13A gezeigte rechteckige Form (I-Form) haben, z.B. eine H-Form.
Nachfolgend werden mit Bezug auf 22B Beispiel-Querschnittsformen für einen Port oder einen Schlitz ausführlicher beschrieben. In der folgenden Beschreibung können Ports und Schlitze gemeinsam als „Durchgangslöcher“ bezeichnet sein. Die folgenden Varianten sind für jeden der Ports und Schlitze gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung möglich.
In 22B zeigt (a) ein Beispiel für ein Durchgangsloch 1400a mit einer elliptischen Form. Die große Halbachse La des Durchgangslochs 1400a, in der Figur durch Pfeilspitzen angezeigt, ist zur Sicherstellung dessen eingestellt, dass keine höhere Modenresonanz auftritt und dass die Impedanz nicht zu gering ist. Spezifischer kann La so eingestellt sein, dass λ0/4<L<λ0/2 (wobei λ0 eine Wellenlänge im freien Raum entsprechend der Mittelfrequenz des Betriebsfrequenzbands bedeutet).
22(b) zeigt ein Beispiel für ein Durchgangsloch 1400b mit einer Form, die ein Paar vertikaler Abschnitte 113L und einen lateralen Abschnitt 113T aufweist, der das Paar vertikaler Abschnitte 113L verbindet (in der vorliegenden Beschreibung als „H-Form“ bezeichnet). Der laterale Abschnitt 113T ist im Wesentlichen senkrecht zu dem Paar vertikaler Abschnitte 113L und verbindet im Wesentlichen die Mitten des Paars vertikaler Abschnitte 113L. Auch im Fall eines solchen H-förmigen Durchgangslochs 1400b sind dessen Form und Größe so zu bestimmen, dass höhere Modenresonanz nicht auftritt und dass die Schlitzimpedanz nicht zu gering ist. Es sei nun eine Distanz Lb von einer Überschneidung zwischen einer Mittellinie g2 des lateralen Abschnitts 113T und einer (zu dem lateralen Abschnitt 113T senkrechten) Mittellinie h2 der gesamten H-Form zu einer Überschneidung zwischen der Mittellinie g2 und einer Mittellinie k2 des vertikalen Abschnitts 113L angenommen. Außerdem sei eine Distanz Wb von einer Überschneidung zwischen der Mittellinie g2 und der Mittellinie k2 zu einem Ende des vertikalen Abschnitts 113L angenommen. Die Summe aus Lb und Wb ist dann so eingestellt, dass λ0/2<Lb+Wb<λ0. Durch relativ lange Gestaltung der Distanz Wb kann die Distanz Lb relativ kurz gestaltet sein. Infolgedessen kann die Breite der H-Form entlang der X-Richtung z.B. kleiner als λ0/2 gestaltet sein, wodurch das Schlitzintervall entlang der Längsrichtung des lateralen Abschnitts 113T reduzierbar ist.
22(c) zeigt ein Beispiel für ein Durchgangsloch 1400c mit einem lateralen Abschnitt 113T und einem Paar vertikaler Abschnitte 113L, die sich von beiden Enden des lateralen Abschnitts 113T erstrecken. Die Richtungen, in denen das Paar vertikaler Abschnitte 113L sich von dem lateralen Abschnitt 113T erstreckt, sind im Wesentlichen senkrecht zu dem lateralen Abschnitt 113T und sind zueinander entgegengesetzt. Auch in diesem Beispiel sei eine Distanz Lc von einer Überschneidung zwischen einer Mittellinie g3 des lateralen Abschnitts 113T und einer (zu dem lateralen Abschnitt 113T senkrechten) Mittellinie h3 der gesamten Form zu einer Überschneidung zwischen der Mittellinie g3 und einer Mittellinie k3 des vertikalen Abschnitts 113L angenommen. Außerdem sei eine Distanz Wc von einer Überschneidung zwischen der Mittellinie g3 und der Mittellinie k3 zu einem Ende des vertikalen Abschnitts 113L angenommen. Die Summe aus Lb und Wb ist dann so eingestellt, dass λ0/2<Lc+Wc<λ0. Durch relativ lange Gestaltung der Distanz Wc kann die Distanz Lc relativ kurz gestaltet sein. Infolgedessen kann die Breite der gesamten Form in 22(c) entlang der X-Richtung z.B. kleiner als λ0/2 gestaltet sein, wodurch das Schlitzintervall entlang der Längsrichtung des lateralen Abschnitts 113T reduzierbar ist.
22(d) zeigt ein Beispiel für ein Durchgangsloch 1400d mit einem lateralen Abschnitt 113T und einem Paar vertikaler Abschnitte 113L, die sich von beiden Enden des lateralen Abschnitts 113T in derselben senkrechten Richtung zu dem lateralen Abschnitt 113T erstrecken. Eine solche Form kann in der vorliegenden Beschreibung als „U-Form“ bezeichnet sein. Es wird angemerkt, dass die in 22(d) gezeigte Form als die Form der oberen Hälfte einer H-Form angesehen werden kann. Auch in diesem Beispiel sei eine Distanz Ld von einer Überschneidung zwischen einer Mittellinie g4 des lateralen Abschnitts 113T und einer (zu dem lateralen Abschnitt 113T senkrechten) Mittellinie h4 der gesamten U-Form zu einer Überschneidung zwischen der Mittellinie g4 und einer Mittellinie k4 des vertikalen Abschnitts 113L angenommen. Außerdem sei eine Distanz Wd von einer Überschneidung zwischen der Mittellinie g4 und der Mittellinie k4 zu einem Ende des vertikalen Abschnitts 113L angenommen. Die Summe aus Lb und Wb ist dann so eingestellt, dass λ0/2<Ld+Wd<λ0. Durch relativ lange Gestaltung der Distanz Wd kann die Distanz Ld relativ kurz gestaltet sein. Infolgedessen kann die Breite der U-Form entlang der X-Richtung z.B. kleiner als λ0/2 gestaltet sein, wodurch das Schlitzintervall entlang der Längsrichtung des lateralen Abschnitts 113T reduzierbar ist.
(Ausführungsform 2)
In der vorliegenden Ausführungsform kann durch Verwendung von Hörnern mit asymmetrischen Formen die Distanz zwischen den Mitten der Öffnungen der zwei benachbarten Hörner (d.h. die Distanz zwischen ihren Phasenmitten) kürzer oder länger als die Distanz zwischen den Mitten von zwei benachbarten Schlitzen gestaltet sein. Beispielsweise ist in einer Richtung entlang eines Wellenleiterbauglieds die Distanz zwischen den Mitten von Schlitzen circa λr, jedoch kann die Distanz zwischen den Mitten von Hornöffnungen kürzer als λ0 gestaltet sein. Dies ermöglicht eine freiere Positionierung der Bestandteile.
Herkömmlicherweise ist es übliche Praxis, dass in einem Antennen-Array einschließlich einer Vielzahl von Hornantennen alle Hörner in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, wie z.B. in Patentdokument 1 offenbart. Außerdem ist es übliche Praxis, dass die Hörner, aus denen ein Array sich zusammensetzt, alle eine identische Form haben. Bei einer solchen Konstruktion ist das Intervall zwischen den Hornöffnungen gleich dem Intervall zwischen den Schlitzen, an den Böden der Hörner gemessen. Wenn ein Wellenleiter zum Zuführen oder Empfangen einer Signalwelle an dem Boden eines jeden Horns verbunden ist, ist das Intervall zwischen solchen Verbindungen auch gleich dem Intervall zwischen den Hornöffnungen. Durch die herkömmliche Konstruktion unterliegt die Positionierung von Hornöffnungen und Wellenleitern also Einschränkungen.
In der vorliegenden Ausführungsform hat mindestens ein Horn aus einer Vielzahl von Hörnern, die in einer Zeile nebeneinander angeordnet sind, eine Form, die in Bezug auf eine Ebene asymmetrisch ist, welche sowohl zu der Apertur-Ebene des Horns als auch zu der E-Ebene senkrecht steht. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Distanz zwischen den Mitten der Öffnungen von zwei benachbarten Hörnern sich von der Distanz zwischen den Mitten von zwei Schlitzen, die mit diesen Hörnern kommunizieren, unterscheidet. Dies erlaubt eine freiere Gestaltung der Positionierung von Hornöffnungen und Wellenleitern.
Ohne auf einen Waffeleisen-Rippenwellenleiter (WRG) wie den oben beschriebenen beschränkt zu sein, kann alternativ jeder Wellenleiter gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Hohlwellenleiter sein. Nachfolgend werden zunächst Beispiele für die Verwendung von WRGs beschrieben, gefolgt von Beispielen für die Verwendung von Hohlwellenleitern.
23A, 23B und 23C sind Querschnittsansichten, die jeweils schematisch eine Beispielkonstruktion für eine Array-Antennenvorrichtung (die in der vorliegenden Beschreibung auch als „Antennen-Array“ bezeichnet sein kann) gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. Jede Array-Antennenvorrichtung weist eine Vielzahl von Hörnern 114 auf, die eine Zeile entlang einer Richtung bilden. Am Boden eines jeden Horns öffnet sich ein Schlitz.
Das Antennen-Array gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist ein leitendes Bauglied 110 mit einer ersten leitenden Oberfläche 110b auf der Vorderseite und einer zweiten leitenden Oberfläche 110a auf der Rückseite auf. Das leitende Bauglied 110 hat eine Vielzahl von Schlitzen 112, die eine Zeile entlang einer ersten Richtung bilden. Die erste leitende Oberfläche 110b des leitenden Bauglieds 110 ist so geformt, dass eine Vielzahl von Hörnern 114 gebildet ist, die jeweils mit der Vielzahl von Schlitzen 112 kommunizieren. Die jeweiligen E-Ebenen der Vielzahl von Schlitzen 112 liegen auf derselben Ebene oder auf einer Vielzahl von Ebenen, die zueinander im Wesentlichen parallel sind. Mit „einer Vielzahl von Ebenen, die im Wesentlichen parallel zueinandersind“, sind hier nicht Ebenen gemeint, die exakt parallel zueinandersind. In der vorliegenden Offenbarung werden beliebig viele Ebenen, die zueinander Winkel im Bereich von PLUSMINUSπ/32 bilden, als im Wesentlichen parallel angesehen. Diese Bedingung kann auch als PLUSMINUS5,63 Grad ausgedrückt werden. Eine Vielzahl von Ebenen, die zueinander im Wesentlichen parallel sind, kann auch als „eine Vielzahl von Ebenen in einheitlicher Ausrichtung“ ausgedrückt werden. In den Beispielen aus 23A bis 23C liegen die E-Ebenen aller Schlitze 112 auf derselben Ebene. Die E-Ebene eines Schlitzes 112, die eine Ebene ist, welche Vektoren eines elektrischen Feldes enthält, die in dem mittleren Abschnitt des Schlitzes 112 erzeugt werden, verläuft durch die Mitte des Schlitzes 112 und steht zu der zweiten leitenden Oberfläche 110a im Wesentlichen senkrecht. 23A bis 23C zeigen jeweils einen Querschnitt, bei dem jedes Antennen-Array entlang der E-Ebene geschnitten ist (was in der vorliegenden Beschreibung als „Querschnitt der E-Ebene“ bezeichnet sein kann).
In einem Querschnitt der E-Ebene mindestens eines Horns aus der Vielzahl von Hörnern 114 ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Länge von einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und der Kante des Schlitzes, der mit diesem Horn kommuniziert, zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene dieses Horns, wobei diese Länge sich entlang der inneren Wandoberfläche des Horns erstreckt, länger als eine Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des Horns, wobei die Länge sich ebenfalls entlang der inneren Wandoberfläche erstreckt. Mit anderen Worden, die innere Wandoberfläche des Horns hat eine Form, die in Bezug auf eine Ebene asymmetrisch ist, welche durch die Mitte des Schlitzes verläuft und zu der Apertur-Ebene sowie zu der E-Ebene senkrecht steht.
Dagegen hat ein weiteres, zu dem oben genannten Horn benachbartes Horn eine asymmetrisch oder symmetrische Form, die sich von derjenigen des oben genannten Horns unterscheidet. In einem Beispiel ist die Mitte der Öffnung eines der zwei benachbarten Hörner in der ersten Richtung von der Schlitzmitte verschoben, während die Mitte der Öffnung des anderen Horns in der zu der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung von der Schlitzmitte verschoben ist. Hinsichtlich dieser zwei benachbarten Hörner ist daher eine Achse, die durch die Mitte des einen Schlitzes verläuft und durch die Mitte der Apertur-Ebene des einen Horns verläuft, verschieden von und nicht parallel zu einer Achse, die durch die Mitte des anderen Schlitzes und durch die Mitte der Apertur-Ebene des anderen Horns verläuft. Mit dieser Struktur ist sichergestellt, dass die Distanz zwischen den Mitten von zwei benachbarten Schlitzen sich von der Distanz zwischen den Mitten der Öffnungen der zwei Hörner unterscheidet, die jeweils mit diesen Schlitzen kommunizieren.
Das Intervall zwischen den Schlitzen ist durch die Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, eingeschränkt. Bei herkömmlichen Hornstrukturen ist es erforderlich, dass das Intervall zwischen der Mitte der Öffnungen der Hörner gleich dem Intervall zwischen den Mitten der Schlitze ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann diese Einschränkung wegfallen, was eine freiere Positionierung der Bestandteile erlaubt.
In dem Beispiel aus 23A sind auf dem ersten Wellenleiterbauglied 122U keine Anstiege und Senkungen vorgesehen, und die Zentralwellenlänge einer Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter darüber ausbreitet, beträgt λr. Die Distanz Sd zwischen den Mitten von jeweils zwei benachbarten Schlitzen 112 ist auf λr eingestellt. Die Distanz Hd zwischen den Mitten der Öffnungen von jeweils zwei benachbarten Hörnern 114 ist kleiner als die Distanz Sd zwischen den Mitten von jeweils zwei benachbarten Schlitzen 112.
In dem Beispiel aus 23B sind auf dem ersten Wellenleiterbauglied 122U Anstiege und Senkungen zur Reduzierung der Wellenlänge vorgesehen, und die oben genannten Impedanzanpassungsstrukturen 123 sind an Abschnitten vorgesehen, die eine Verbindung mit dem Port 145U herstellen. Die Anstiege und Senkungen, die zur Reduzierung der Wellenlänge eingebracht sind, erlauben eine Reduzierung der Zentralwellenlänge λg einer Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter mit Anstiegen und Senkungen ausbreitet, gegenüber λr. Die Distanz Sd zwischen den Mitten von zwei benachbarten Schlitzen 112 ist gleich der Zentralwellenlänge λg einer Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter mit Anstiegen und Senkungen ausbreitet. Während die Distanz Sdo zwischen den Mitten des Paars der Schlitze 112, die am nächsten an dem Port 145U liegen, bei circa λr gehalten wird, ist die Distanz Sd zwischen den Mitten von jeweils zwei anderen benachbarten Schlitzen 112 kürzer als λr gestaltet.
In dem Beispiel aus 23C sind die Wirkungen der zur Reduzierung der Wellenlänge eingebrachten Anstiege und Senkungen erhöht, um die Zentralwellenlänge einer Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, gegenüber derjenigen in dem Beispiel aus 23B weiter zu reduzieren. Auch in diesem Beispiel ist die Distanz Sd zwischen den Mitten von zwei benachbarten Schlitzen 112 ist gleich der Zentralwellenlänge λg einer Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter mit Anstiegen und Senkungen ausbreitet. Jedoch ist die Distanz Sdo zwischen den Mitten des Paars der Schlitze 112, die am nächsten an dem Port 145U liegen, bei circa λr gehalten.
Nachfolgend wird mit Bezug auf 24 bis 28 eine Beispielkonstruktion einer Array-Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausführlicher beschrieben.
24 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt einer Array-Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt. Ein Unterschied gegenüber der Array-Antennenvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, die mit Bezug auf 16 beschrieben wurde, ist die unterschiedliche Form des ersten leitenden Bauglieds 110, oder spezifisch die unterschiedlichen Formen der Hörner 114.
25 zeigt eine plane Form einer ersten leitenden Oberfläche 110b, die auf der Vorderseite des ersten leitenden Bauglieds 110 in der Array-Antennenvorrichtung aus 24 vorgesehen ist, sowie Querschnitte des ersten leitenden Bauglieds 110 entlang der Linie A-A und entlang der Linie B-B. Zum Vergleich ist die Form des zweiten leitenden Bauglieds 120 in durchbrochenen Linien ebenfalls angezeigt.
26 zeigt eine plane Form einer dritten leitenden Oberfläche 120a, die auf der Vorderseite des zweiten leitenden Bauglieds 120 in der Array-Antennenvorrichtung aus 24 vorgesehen ist, sowie Querschnitte des zweiten leitenden Bauglieds 120 entlang der Linie B-B und entlang der Linie A-A. Zum Vergleich ist die Form des ersten leitenden Bauglieds 110 in durchbrochenen Linien ebenfalls angezeigt.
Wie aus diesen Figuren ersichtlich, liegen bei der Array-Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform alle Schlitze 112 an symmetrischen Positionen in Bezug auf den Port 145U. Außerdem ist die erste leitende Oberfläche 110b des ersten leitenden Bauglieds 110 so geformt, dass eine Vielzahl von Hörnern 114 gebildet ist, die jeweils mit dem entsprechenden Schlitz 112 kommunizieren. Wie in 24 gezeigt, ist unter der Vielzahl von Hörnern 114 die Distanz zwischen den Mitten der Öffnungen von zwei benachbarten Hörnern 114 kürzer als die Distanz von der Mitte des ersten Schlitzes 112-1 zu der Mitte des zweiten Schlitzes 112-2 in der zweiten leitenden Oberfläche 110a.
Jedes von der Vielzahl von Hörnern 114 hat eine Form, die in Bezug auf eine Ebene asymmetrisch ist, welche durch die Mitte des Schlitzes 112 verläuft (z.B. parallel zu der XZ-Ebene in dem Beispiel aus 24 ist) und zu sowohl der zweiten leitenden Oberfläche 110a als auch dem Wellenleiter orthogonal ist. „Orthogonal zu einem Wellenleiter“ bedeutet orthogonal zu der Richtung, in dersich der Wellenleiter erstreckt (d.h. der Y-Richtung, entlang derer sich das Wellenleiterbauglied 122U erstreckt). Bei jedem Horn 114 mit dieser asymmetrischen Form ist eine Gerade, die am Boden durch die Mitte des Schlitzes 112 und durch die Mitte der Öffnung des Horns verläuft, nicht orthogonal zu der zweiten leitenden Oberfläche 110a. Vielmehr ist jede solche Gerade so geneigt, dass sie sich von der Mitte des Schlitzes 112 weg dem Port 145U nähert (d.h. in Richtung der vorderen Oberfläche), wobei diese Neigung der Geraden bei Hörnern 114, die weiter von dem Port 145U entfernt sind, zunimmt.
In der vorliegenden Ausführungsform variiert in 24 in der Region, die links von dem ersten Schlitz 112-1 und rechts von dem zweiten Schlitz 112-2 liegt, die Distanz von der zweiten leitenden Oberfläche 110a zu der Wellenleiterfläche 112a entlang des Wellenleiters, wodurch die (innerhalb des Wellenleiters genommene) Wellenlänge einer Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, von λr zu λg reduziert ist. Auf der zweiten leitenden Oberfläche 110a ist die Distanz von der Mitte des ersten Schlitzes 112-1 zu der Mitte des dritten Schlitzes 112-3 gleich der Wellenlänge λg eingestellt.
27 zeigt eine plane Form einer fünften leitenden Oberfläche 140a, die auf der Vorderseite des dritten leitenden Bauglieds 140 in der Array-Antennenvorrichtung aus 24 vorgesehen ist, sowie Querschnitte des dritten leitenden Bauglieds 140 entlang der Linie A-A und entlang der Linie B-B. Die Array-Antenne der vorliegenden Ausführungsform ist eine Sendeantenne zum Senden von Millimeterwellen, und das in 27 illustrierte zweite Wellenleiterbauglied 122L funktioniert als 4-Port-Teiler zum Anregen der in 26 gezeigten vier Ports 145U mit gleicher Phase.
Der Wellenleiter, der sich zwischen der vierten leitenden Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120 und der Wellenleiterfläche 122a des zweiten Wellenleiterbauglieds 122L erstreckt, koppelt beispielsweise über den Port 145L in dem dritten leitenden Bauglied 140 an einen Wellenleiter auf dem in 28 gezeigten vierten leitenden Bauglied 160. Das in 28 illustrierte vierte leitende Bauglied 160 stützt ein drittes Wellenleiterbauglied 122X und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben 124X, die auf beiden Seiten desselben angeordnet sind. Die Vielzahl von Stäben 124X bildet einen künstlichen magnetischen Leiter und erzeugt einen Wellenleiter in dem Luftspalt zwischen der Wellenleiterfläche des dritten Wellenleiterbauglieds 122X und der sechsten leitenden Oberfläche 140b des dritten leitenden Bauglieds 140.
In dem Beispiel aus 27 ist eine Vertiefung in jeder Biegung des zweiten Wellenleiterbauglieds 122L gebildet (d.h. in einem Abschnitt, der in 27 mit einem gepunkteten Kreis umgeben ist). Solche Vertiefungen sind vorgesehen, um eine unerwünschte Reflexion einer Signalwelle an jeder Biegung zu unterdrücken. Eine solche Vertiefung kann je nach Anforderung in jeder Biegung vorgesehen sein oder nicht.
Die strukturellen Details des zweiten Wellenleiterbauglieds 122L, das als 4-Port-Teiler funktioniert, des Ports 145L und eines rechteckigen Hohlwellenleiters 165 werden noch beschrieben.
(Variante 1 zu Ausführungsform 2)
29 ist eine Draufsicht, welche die Form der Vorderseite des ersten leitenden Bauglieds 110 gemäß einer Variante der Array-Antennenvorrichtung nach Ausführungsform 2 zeigt. 30 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Form der Vorderseite des ersten leitenden Bauglieds 110 zeigt. 31 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Form der Vorderseite des zweiten leitenden Bauglieds 120 gemäß dieser Variante zeigt.
Bei dieser in 29 und 30 gezeigten Variante ist jedes Horn 114 aus gestuften Wandoberflächen zusammengesetzt. Jede der fünf Zeilen der Horn-Arrays weist sechs in einer Zeile nebeneinander angeordnete Hörner 114 auf. Eine Signalwelle, die auf die sechs Hörner 114 in jeder Zeile eingetroffen ist, passiert durch den Schlitz 112, der mit dem jeweiligen Horn 114 kommuniziert, um sich auf dem in 31 gezeigten Wellenleiterbauglied 122U auszubreiten, und passiert weiter durch einen Port 145U, um in einen Wellenleiter (nicht gezeigt) auf der Rückseite eingegeben zu werden. Obwohl das Wellenleiterbauglied 122U in 31 mit den darauf angeordnet Impedanzanpassungsstrukturen 123 gezeigt ist (die mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurden), sind solche Impedanzanpassungsstrukturen 123 möglicherweise nicht vorgesehen.
In dieser Variante sind die geradzahligen Zeilen der Hörner 114 in Bezug auf die ungeradzahligen Zeilen der Hörner 114 entlang der Richtung verschoben, in der sich die Wellenleiterbauglieder 122U erstrecken. Der Verschiebungsbetrag ist ungefähr eine Hälfte der Distanz zwischen den Mitten der Öffnungen von zwei benachbarten Hörnern 114 entlang der Richtung, in der sich die Wellenleiterbauglieder erstrecken. Die Verwendung einer solchen gestaffelten Anordnung ermöglicht das Detektieren der Richtung des Eintreffens einer Empfangswelle nicht nur in Bezug auf die horizontale Richtung, sondern auch in Bezug auf die vertikale Richtung.
Auch bei dieser Variante liegt die Vielzahl von Schlitzen 112 an symmetrischen Positionen in Bezug auf den Port 145U. In jeder Zeile ist die Distanz zwischen den Mitten der Öffnungen von zwei benachbarten Hörnern kürzer eingestellt als die Distanz zwischen den Mitten des Paars der Schlitze, die am nächsten an dem Port 145U liegen. Unter der Vielzahl von Hörnern 114 hat jedes Horn mit Ausnahme derjenigen, die an beiden Enden einerjeden Zeile liegen, eine Form, die in Bezug auf eine Ebene asymmetrisch ist, welche durch die Mitte des Schlitzes 112 verläuft und orthogonal zu der Richtung ist, in der sich der Wellenleiter erstreckt. Bei dieser Variante haben die zwei Hörner 114 an beiden Enden einerjeden Hörnerzeile Formen, die in Bezug auf die oben genannte Ebene symmetrisch sind, und eine Gerade, die durch die Mitte des jeweiligen Schlitzes 112 am Boden und die Mitte der Öffnung des Horns verläuft, ist im Wesentlichen orthogonal zu derzweiten leitenden Oberfläche 110a. Die anderen vier Hörner 114 betreffend, nähert sich die Gerade, die durch die Mitte des Schlitzes 112 am Boden des Horns 114 und die Mitte der Öffnung des Horns verläuft, dem Port 145U von der Mitte des Schlitzes 112 weg (d.h. in Richtung der vorderen Oberfläche). Unter diesen vier Hörnern 114 ist die Neigung der oben genannten Geraden bei Hörnern 114, die weiter von dem Port 145U entfernt liegen, zunehmend kleiner.
32A ist ein Diagramm, das die Struktur eines Querschnitts (eines Querschnitts der E-Ebene) entlang der Linie A-A in 29 zeigt. In diesem Beispiel werden von den sechs Hörnern 114 in jeder Zeile die drei Hörner, die auf der-Y-Seite des Ports 145U liegen, als das erste Horn 114A, das zweite Horn 114B und das dritte Horn 114C bezeichnet, wobei dieselben in dieser Reihenfolge zunehmend weiter von dem Port 145U entfernt liegen. Ebenso werden die drei Hörner auf der+Y-Seite des Ports 145U als das vierte Horn 114D, das fünfte Horn 114E und das sechste Horn 114F bezeichnet, wobei dieselben in dieser Reihenfolge zunehmend weiter von dem Port 145U entfernt liegen. Die ersten bis sechsten Hörner 114A, 114B, 114C, 114D, 114E und 114F kommunizieren jeweils mit den ersten bis sechsten Schlitzen 112A, 112B, 112C, 112D, 112E und 112F. Das dritte Horn 114C und das sechste Horn 114F, die an den beiden Enden der Hörnerzeile angeordnet sind, haben jeweils eine Form, die in Bezug auf eine Ebene symmetrisch ist, welche sowohl zu der E-Ebene als auch zu der Apertur-Ebene desselben senkrecht steht. Die anderen Hörner 114A, 114B, 114D und 114E haben jeweils eine Form, die in Bezug auf eine Ebene asymmetrisch ist, welche sowohl zu der E-Ebene als auch zu der Apertur-Ebene derselben senkrecht steht. Jedes Horn hat eine symmetrische Form in Bezug auf seine eigene E-Ebene, die durch die Mitte des Horns verläuft. Die gestufte innere Wandoberfläche eines jeden Horns 114 kann annähernd als Pyramidenform angesehen werden. Daher können solche Hörner 114 auch als Pyramidenhörner bezeichnet werden. Ohne auf ein Pyramidenhorn beschränkt zu sein, kann jedes Horn 114 ein Kastenhorn mit einem inneren Hohlraum sein, der als rechteckiger Körper (einschließlich eines Würfels) geformt ist, wie noch beschrieben wird.
Das vierte bis sechste Horn 114D, 114E und 114F hat eine Form, die gewonnen ist, indem das erste bis dritte Horn 114A, 114B beziehungsweise 114C in Bezug auf eine Ebene umgekehrt ist, die sich durch einen Mittelpunkt zwischen dem ersten Horn 114A und dem vierten Horn 114D erstreckt und zu der E-Ebene davon senkrecht steht. Eine Achse (in 32A durch eine durchbrochene Linie gezeigt), die durch die Mitte des Schlitzes 112 und die Mitte der Apertur-Ebene des Horns 114 verläuft (in der vorliegenden Beschreibung als die „Mitte der Öffnung“ bezeichnet), steht bei den zwei Hörnern 114C und 114F an beiden Enden zu der zweiten leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 senkrecht und ist bei Hörnern, die in der Hörnerzeile näher an der Mitte liegen, zunehmend nach innen geneigt. Mit anderen Worden, der Winkel, welchen die durch die Schlitzmitte und die Mitte der Öffnung des Horns verlaufende Achse und die Normale der zweiten leitenden Oberfläche 110a bilden, ist bei Hörnern, die in der Hörnerzeile näher an der Mitte liegen, zunehmend größer.
32B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Umgebung der ersten und zweiten Hörner 114A und 114B aus der Vielzahl von Hörnern 114. Dieses Antennen-Array wird mindestens entweder zum Senden oder zum Empfang einer elektromagnetischen Welle des Frequenzbandes mit einer Mittelfrequenz f0 verwendet. Die elektromagnetische Welle der Mittelfrequenz f0 habe eine Wellenlänge λ0 im freien Raum. In einem Querschnitt der E-Ebene des ersten Horns 114A beispielsweise eine Differenz von nicht weniger als λ0/32 und nicht mehr als λ0/4 einstellbar zwischen einer Länge von einer (114Ac) von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und der Kante des ersten Schlitzes 112A zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und der Kante 114Aa der Apertur-Ebene des ersten Horns 114A, entlang der inneren Wandoberfläche des ersten Horns 114A genommen, und einer Länge von der anderen Überschneidung (114Ad) zwischen der E-Ebene und dem ersten Schlitz 112Azu der anderen Überschneidung (114Ab) zwischen der E-Ebene und der Apertur-Ebene des ersten Horns 114A, entlang der oben genannten inneren Wandoberfläche genommen. Ähnliche Bedingungen können auch für das zweite Horn 114B, das vierte Horn 114D und das fünfte Horn 114E erfüllt sein. Durch die Bestimmung solcher Abmessungsbereiche können geeignetere Anpassungen der Direktivität vorgenommen werden. In dem Beispiel aus 32B ist die innere Wandoberfläche, die die andere Überschneidung (114Ad) zwischen der E-Ebene und dem Schlitz 112A enthält, mit der inneren Wandoberfläche des Horns 114A verbunden, ohne dass Stufen vorhanden sind. Solange es zwischen der inneren Wandoberfläche, welche die eine Überschneidung 114Ac zwischen der E-Ebene und der Kante des Schlitzes 112A enthält, und der inneren Wandoberfläche des Horns 114A eine beziehungsweise mehrere Stufen gibt, ist auch bei einer solchen Struktur die andere Überschneidung 114Ad an der Position bestimmt, die von der zweiten leitenden Oberfläche 110a gleich weit entfernt ist wie die eine Überschneidung 114Ac zwischen der E-Ebene und der Kante. Die Breite Wa der Apertur-Ebene eines jeden von der Vielzahl von Hörnern 114 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, entlang von dessen E-Ebene genommen, kann beispielsweise auf einen Wert eingestellt sein, der kleiner als λ0 ist. Durch Bestimmen der oben genannten Bedingungen hinsichtlich der Differenz zwischen den Längen entlang der inneren Wandoberfläche eines jeden Horns 114 und der Breite seiner Apertur-Ebene wird es möglich, Verschlechterungen der Direktivitätseigenschaften des Antennen-Arrays zu vermeiden und dabei Freiheit bei der Anordnung der Apertur-Ebene und des Bodens eines jeden Horns 114 zu gewährleisten. Beispielsweise wurde ein Array erfolgreich in der Weise erzeugt, dass die Seitenkeulen-Intensität relativ zu der Hauptkeulen-Intensität auf - 20dBi oder weniger reduziert ist, wie noch beschrieben wird.
Wie aus 30 ersichtlich, hat die innere Wandoberfläche eines jeden Horns 114, aus einer Richtung gesehen, die zu seiner Apertur-Ebene senkrecht steht, ein Paar Vorsprünge 115, die in Richtung des mittleren Abschnitts des Schlitzes 112 abstehen, der mit diesem Horn 114 kommuniziert. Eine Vielzahl solcher Vorsprungspaare 115 ist in einer Treppenform vorgesehen. Durch das Vorsehen solcher Vorsprünge 115 kann das betriebsfähige Frequenzband des Horns 114 verbreitert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die innere Wandoberfläche eines jeden Horns keine Treppenform zu haben braucht, sondern (ein) kontinuierliche(s) Gefälle darstellen kann. Ebenso brauchen die Vorsprünge keine Treppenform darzustellen, sondern können eine beziehungsweise mehrere Erhebungen mit einer kontinuierlichen Oberfläche sein. Solche Vorsprünge sind möglicherweise nur in einigen von derVielzahl von Hörnern 114 vorgesehen. Jedes Horn 114 hat möglicherweise anstelle eines Paars Vorsprünge nur einen Vorsprung. Solange auf mindestens einem Teil der inneren Wandoberfläche mindestens eines Horns 114 ein Vorsprung vorgesehen ist, können die oben genannten Wirkungen für dieses Horn 114 erzielt werden.
Wie in 32A gezeigt, hat die erste leitende Oberfläche 110b des ersten leitenden Bauglieds 110 eine beziehungsweise mehrere flache Flächen, die sich von der Kante der Apertur-Ebene eines beziehungsweise mehrerer Hörner 114 an einem Ende oder beiden Enden der Zeile fortsetzen, die durch die Vielzahl von Hörnern 114 gebildet ist. Mit der inneren Wandoberfläche des Horns 114C und/oder 114F an beiden Enden in der Konstruktion aus 32A ist die oben genannte flache Fläche der ersten leitenden Oberfläche 110b verbunden. Durch das Vorhandensein der flachen Fläche auf einer Seite in der Nähe der Apertur-Ebene neigt sich eine elektromagnetische Welle (ein Strahl), die aus dem Horn 114C, 114F abgestrahlt wird, in Richtung der flachen Fläche. Dies erzeugt eine Wirkung ähnlich einer Neigung des Horns 114C, 114F. Durch Anpassen von Position, Bereich usw. einer solchen flachen Fläche kann die Direktivität des Antennen-Arrays angepasst werden.
32C ist ein Diagramm, das schematisch die Richtungen elektromagnetischer Wellen zeigt, die aus drei nebeneinander angeordneten Hörnern 114A, 114B und 114C in der vorliegenden Ausführungsform abgestrahlt werden. In 32C zeigen zwei durchgezogene Linien die Ausdehnung einer Hauptkeule einer elektromagnetischen Welle an, die aus dem ersten Horn 114A abgestrahlt wird. Zwei durchbrochene Linien zeigen die Ausdehnung einer Hauptkeule einer elektromagnetischen Welle an, die aus dem zweiten Horn 114B abgestrahlt wird. Zwei gepunktete Linien zeigen die Ausdehnung einer Hauptkeule einer elektromagnetischen Welle an, die aus dem dritten Horn 114C abgestrahlt wird. Drei Strichpunktlinien zeigen die Mittelachsen der jeweiligen Hauptkeulen an.
Wenn den Schlitzen 112A, 112B und 112C elektromagnetische Wellen zugeführt werden, überlappen einander in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 32C gezeigt, die drei Hauptkeulen, die aus den Hörnern 114A, 114B beziehungsweise 114C abgestrahlt werden. Die Mittelachsen der drei Hauptkeulen sind jeweils in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet. Die Differenzen zwischen den Richtungen der Mittelachsen der drei Hauptkeulen sind kleiner als die Breite einer jeden Hauptkeule. Wie hier verwendet, beziehen sich die Differenzen zwischen den Richtungen der Mittelachsen der drei Hauptkeulen insbesondere auf die größten der Winkel, die jeweils zwischen zwei Mittelachsen von den drei Mittelachsen gemessen sind. Die Breite einer Hauptkeule bedeutet den Divergenzwinkel der Hauptkeule. Die anderen Hörner 114D, 114E und 114F, die in 32C nicht gezeigt sind, haben ähnliche Abstrahlungseigenschaften. In der vorliegenden Ausführungsform kann durch Anpassung der Form eines jeden Horns 114 die Richtung der Hauptkeule im Rahmen der oben genannten Bedingungen angepasst werden.
Die Erfinder haben festgestellt, dass ein Hornantennen-Array mit einer solchen Struktur den Einfluss von Seitenkeulen zur Zeit der Abstrahlung elektromagnetischer Wellen reduzieren kann, was eine zufriedenstellende Abstrahlung ermöglicht. Nachfolgend wird diese Wirkung am Beispiel einer Konstruktion beschrieben, die ein einzeiliges Antennen-Array aufweist.
33A ist eine Draufsicht, die eine Beispielkonstruktion eines einzeiligen Antennen-Arrays zeigt. Diese Konstruktion eines Antennen-Arrays ist identisch mit der Konstruktion einer Zeile in dem in 29 gezeigten Antennen-Array. Durch Simulationen haben die Erfinder eine Intensitätsverteilung elektromagnetischer Wellen errechnet, die aus dem in 33A gezeigten Antennen-Array abzustrahlen sind, wodurch die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform bestätigt werden.
33B ist eine Querschnittsansicht, die Struktur und Abmessungen leitender Bauglieder 110 und 120 zeigt, die in dieser Simulation verwendet sind. Die Frequenz der zu sendenden oder zu empfangenden elektromagnetischen Welle beträgt 76,5 GHz. Die Speisung erfolgt aus der unteren Richtung in der Figur, über den in der Mitte gezeigten Port 145U, so dass in jedem Fall auf der rechten und der linken Seite jeweils drei Antennenelemente gespeist werden. Das Intervall zwischen den Mitten der Schlitze 112 am Boden von zwei mittleren Hörnern 114 beträgt 4 mm. Das Intervall zwischen den Mitten der Schlitze 112 am Boden anderer, äußerer Hörner beträgt 2,75 mm, ist also schmaler. Die Distanz zwischen den Mitten der Öffnungen der Hörner 114 beträgt allgemein 3 mm. Wenn die Höhe eines jeden Abstrahlelements als die Distanz von der unteren Öffnung des Schlitzes 112 zu der Apertur-Ebene des Horns 114 zu definieren ist, beträgt diese Höhe 3,50 mm. Eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von 76,5 GHz hat im freien Raum eine Wellenlänge λ0 von 3,92 mm, und somit ist die Höhe eines jeden Abstrahlelements kleiner als die Wellenlänge im freien Raum. Außerdem ist die Distanz zwischen den Mitten der Öffnungen der Hörner 114 ebenfalls kleiner als die Wellenlänge im freien Raum. In diesem Beispiel ist zwischen den Böden der zwei mittleren Hörner 114 ein Intervall von 4 mm gewährleistet, wodurch das Wellenleiterbauglied 122U in diesem Abschnitt gegenüber den anderen Regionen verlängert ist. Infolgedessen wird die Anpassung in einem Verzweigungsabschnitt verbessert, an dem der Wellenleiter sich von dem Port 145U nach rechts und links verzweigt, so dass die Reflexion reduziert wird.
33C ist ein Graph, der Ergebnisse der Simulation für dieses Beispiel zeigt. Der Graph aus 33C zeigt eine Winkelverteilung der elektrischen Feldstärke der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen. Die horizontale Achse repräsentiert den Winkel θ aus der Frontalrichtung innerhalb der E-Ebene, und die vertikale Achse repräsentiert die elektrische Feldstärke (Einheit: dBi). Wie in der Figur gezeigt, wurde das Niveau von Seitenkeulen in Bezug auf das Niveau der Hauptkeule um circa 22,8 dBi gesenkt.
Zum Vergleich haben die Erfinder unter den gleichen Bedingungen auch eine Simulation für eine Konstruktion durchgeführt, bei der die sechs Hörner 114 alle symmetrische Formen haben, wie in 33D gezeigt. Die Form eines jeden Horns 114 in dieser Konstruktion ist identisch mit der Form eines jeden der zwei Hörner 114 an beiden Enden, die in 33A gezeigt sind.
33E ist ein Graph, der Ergebnisse der Simulation für das in 33D gezeigte Beispiel zeigt. In diesem Beispiel beträgt die Reduzierung des Niveaus von Seitenkeulen im Verhältnis zu dem Niveau der Hauptkeule nur circa 13,3 dBi. Dieses Beispiel zeigt also die Überlegenheit der vorliegenden Ausführungsform.
Obwohl das Antennen-Array gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit sechs Schlitzen 112 und Hörnern 114 in jeder Zeile illustriert ist, kann die Anzahl der Schlitze 112 und Hörner 114 in jeder Zeile jede Zahl mit einem Wert von zwei oder mehr sein. Die Anzahl der Zeilen betreffend, kann ohne Beschränkung auf fünf Zeilen jede Zahl mit einem Wert von eins oder mehr verwendet werden.
Die erste Richtung, d.h. die Richtung, in der die Vielzahl von Schlitzen 112 in einer Zeile arrayartig angeordnet ist, braucht keine Richtung zu sein, die zu der E-Ebene eines jeden Schlitzes 112 parallel ist. 34A und 34B sind Draufsichten, die jeweils ein Beispiel zeigen, bei dem die Richtung, in der die Vielzahl von Schlitzen 112 in einer Zeile arrayartig angeordnet ist, eine Richtung ist, welche die E-Ebene schneidet. Solche Konstruktionen funktionieren ebenfalls als Schlitz Antennen-Arrays.
34C ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für ein Antennen-Array zeigt. In diesem Beispiel ist das leitende Bauglied 110 von Horn zu Horn getrennt. Wie in diesem Beispiel kann das leitende Bauglied 110 aus einer Vielzahl separater Abschnitte zusammengesetzt sein. In diesem Fall kann jedes Horn in der Position oderAusrichtung angepasst sein, um gewünschte Antenneneigenschaften zu erreichen.
(Variante 2 zu Ausführungsform 2)
Das oben genannte Antennen-Array mit asymmetrischen Hörnern ist nicht nur auf eine Antennenvorrichtung anwendbar, bei der Rippenwellenleiter verwendet werden, sondern auch auf eine Antennenvorrichtung, bei der Hohlwellenleiter verwendet werden. Im Folgenden werden Beispiele für solche Konstruktionen beschrieben.
35A ist eine Draufsicht, die eine Beispielkonstruktion für ein Antennen-Array zeigt, bei dem ein Hohlwellenleiter verwendet wird. 35B ist ein Diagramm, das einen Querschnitt entlang der Linie B-B in 35A zeigt. 35C ist ein Diagramm, das einen Querschnitt entlang der Linie C-C in 35A zeigt.
Das leitende Bauglied 110 des Antennen-Arrays in diesem Beispiel hat vier Schlitze 112 und vier Hörner 114. Von den vier Hörnern 114 haben die zwei Hörner 114 an beiden Enden symmetrische Formen, während die inneren zwei Hörner 114 asymmetrische Formen haben. Jedes Horn 114 hat eine Pyramidenform.
Wie in 35B gezeigt, weist das Antennen-Array ferner ein leitendes Bauglied 190 mit einem Hohlwellenleiter 192 auf. Die Vielzahl der Schlitze 112 ist mit dem Hohlwellenleiter 192 verbunden. Der Hohlwellenleiter 192 weist einen Stamm 192a und eine Vielzahl von Zweigen 192b auf, die sich von dem Stamm über mindestens einen Verzweigungsabschnitt verzweigen. In dem Beispiel aus 35B weist der Hohlwellenleiter 192 vier Zweige 192b auf, die sich von dem einzelnen Stamm 192a über zwei Verzweigungsabschnitte verzweigen. Anschluss-Enden der Vielzahl von Zweigen 192b sind jeweils mit der Vielzahl von Schlitzen 112 verbunden. Der Stamm 192a des Hohlwellenleiters 192 ist mit einer elektronischen Schaltung wie etwa einer MMIC verbunden. Beim Senden wird eine Signalwelle aus der elektronischen Schaltung dem Stamm 192a zugeführt. Diese Signalwelle breitet sich separat in die Vielzahl von Zweigen 192b aus, wodurch die Vielzahl von Schlitzen 112 angeregt wird.
Beispielabmessungen für 35B können folgende sein. Die zu sendende oderzu empfangende elektromagnetische Welle kann eine Frequenz von 76,5 GHz und eine Wellenlänge λ0 im freien Raum von 3,92 mm haben. Die Distanz Hd zwischen den Mitten der Öffnungen von zwei benachbarten Hörnern 114 kann zum Beispiel 3,0 mm (ungefähr 0,77λ0) betragen. In einem Querschnitt der E-Ebene eines jeden der zwei inneren asymmetrischen Hörner 114 kann eine Differenz S1 von z.B. 0,39 mm (ungefähr 0,10λ0) bestehen zwischen einer Länge von einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und der Kante des Schlitzes 112 zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des Horns 114, entlang der inneren Wandoberfläche genommen, und einer Länge von der anderen Überschneidungzwischen der E-Ebene und der Kante des Schlitzes 112 zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des Horns 114, entlang der inneren Wandoberfläche genommen. Die Breite A der Apertur-Ebene eines jeden Horns 114 entlang der ersten Richtung kann beispielsweise 2,5 mm (ungefähr 0,64λ0) betragen. Die Distanz L von dem Boden eines jeden Horns 114 zu der Apertur-Ebene kann beispielsweise 3,0 mm (ungefähr 0,77λ0) betragen. Es können auch andere als diese Abmessungen verwendet werden.
Die leitenden Bauglieder 110 und 190 sind durch eine Vielzahl von Schrauben 116 aneinander fixiert. Auch in dem Fall, dass die Schrauben 116 beispielsweise die Struktur des Hohlwellenleiters 192 einschränken, wird es durch die Verwendung asymmetrischer Formen für mindestens einige von der Vielzahl von Hörnern 114 erleichtert, gewünschte Abstrahleigenschaften oder Empfangseigenschaften zu erzielen.
35D ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Variante zeigt. In diesem Beispiel funktioniert mindestens ein Abschnitt des leitenden Bauglieds 110 als eine Längswand des Hohlwellenleiters 192. Die Vielzahl von Hörnern 114 ist auf der Längswand des Hohlwellenleiters 192 vorgesehen. Der Hohlwellenleiter 192 in diesem Beispiel erstreckt sich entlang der Richtung, in der die Schlitze 112 arrayartig angeordnet sind. Eine Signalwelle, die einem Ende des Hohlwellenleiters 192 zugeführt wird, breitet sich in dem Hohlwellenleiter 192 aus, um die Vielzahl von Schlitzen 112 anzuregen. Wegen der uneinheitlichen Intervalle unter derVielzahl von Schlitzen 112 wird die Vielzahl von Schlitzen 112 in diesem Fall unter nichtphasengleichen Bedingungen angeregt. Die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform können auch mit einem solchen Antennen-Array erzielt werden.
36A ist eine Draufsicht, die wiederum eine weitere Variante zeigt. 36B ist ein Diagramm, das einen Querschnitt entlang der Linie B-B in 36A zeigt. Jedes Horn 114 in diesem Beispiel ist ein Kastenhorn mit einem inneren Hohlraum, der als rechteckiger Körper oder als Würfel geformt ist. Die innere Wandoberfläche eines jeden Horns 114 hat eine untere Fläche, die mit dem Schlitz 112 kommuniziert, und Seitenflächen, die zu der unteren Fläche senkrecht stehen. In einem Querschnitt der E-Ebene eines jeden Horns 114 ist die Mitte des Schlitzes 112 einwärts oder auswärts von der Mitte der Apertur-Ebene des Horns 114 verschoben.
Die Vielzahl der Schlitze 112 ist mit einem Hohlwellenleiter 192 verbunden, der aus leitenden Baugliedern 110 und 190 zusammengesetzt ist. Die untere Fläche des leitenden Bauglieds 110 funktioniert auch als Teil der Längswand des Hohlwellenleiters 192.
Beispielabmessungen in diesem Beispiel können folgende sein. Die Distanz Hd zwischen den Mitten der Öffnungen von zwei benachbarten Hörnern 114 kann beispielsweise 3,0 mm (ungefähr 0,77λ0) betragen. In einem Querschnitt der E-Ebene eines jeden Horns 114 kann eine Differenz S2 von z.B. 0,39 mm (ungefähr 0,10λ0) bestehen zwischen der kürzesten Distanz von einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und der Kante des Schlitzes 112 zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des Horns 114 und der Distanz von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des Schlitzes 112 zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des Horns 114. Die Breite A der Apertur-Ebene eines jeden Horns 114 entlang der ersten Richtung kann beispielsweise 2,5 mm (ungefähr 0,64λ0) betragen. Die Distanz L von dem Boden eines jeden Horns 114 zu der Apertur-Ebene kann beispielsweise 3,0 mm (ungefähr 0,77λ0) betragen. Es können auch andere als diese Abmessungen verwendet werden.
In dem obigen Beispiel für die Verwendung eines Hohlwellenleiters ist es nicht notwendig, dass alle Schlitze mit demselben Hohlwellenleiter verbunden sind. Einige von der Vielzahl von Schlitzen können mit einem Hohlwellenleiter verbunden sein, während andere mit einem anderen Hohlwellenleiter verbunden sein können.
(Ausführungsform 3)
Ausführungsform 3 betrifft eine Technik zur Unterdrückung von Signalwellenreflexion an dem Port durch Anpassung der Drosselstruktur in der Nähe des Ports.
Eine herkömmliche Drosselstruktur, wie sie z.B. in Patentdokument 1 offenbart ist, würde eine zusätzliche Rippe mit einer Länge von ungefähr λr/4 aufweisen (die nachfolgend als „Drosselrippe“ bezeichnet sein kann). Bislang glaubte man, dass die Länge der Drosselrippe nicht von λr/4 abweichen sollte und sonst die Funktion der Drosselstruktur gestört würde.
Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass auch dann, wenn die Länge der Drosselrippe kürzer als λr/4 ist, die Drosselstruktur noch adäquat funktionieren kann und dass eine Länge der Drosselrippe von weniger als λr/4 in vielen Fällen sogar vorzuziehen sein kann. Weiter bevorzugt beträgt Länge der Drosselrippe nicht mehr als λ0/4. Da λ0 häufig um circa 10% kleiner als λr ist, ist λ0/4 ebenfalls um circa 10% kleiner als λr/4. Mit diesem Wissen ist die Länge der Drosselrippe in der Wellenleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform so gewählt, dass sie nicht mehr als λ0/4 beträgt.
Die Drosselstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine elektrisch leitende Rippe (Drosselrippe) an einer zu einem Port benachbarten Position und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe, die auf der leitenden Oberfläche mit einem Abstand von einem weiter von dem Port entfernt gelegenen Ende der Rippe vorgesehen sind. Die Drosselrippe kann auch als Teil des Wellenleiterbauglieds mit Teilung durch den Port angesehen werden. Die Länge der Drosselrippe kann beispielsweise auf nicht weniger als λ0/16 und nicht mehr als λ0/4 eingestellt sein.
In der vorliegenden Ausführungsform kann ein Abschnitt der Rippe oder des Ports in der Nähe der Drosselstruktur ausgespart oder verjüngt sein, wodurch sie fähig ist, Signalwellenreflexion zu unterdrücken. Nachfolgend wird zum Beispiel in Bezug auf die Konstruktion aus 27 ein Beispiel für eine Wellenleitervorrichtung mit der oben genannten Drosselstruktur beschrieben.
37A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für eine Impedanzanpassungsstruktur an einem Port 145L des dritten leitenden Bauglieds 140 zeigt, wie in 27 gezeigt.
Das dritte leitende Bauglied 140 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat einen Port 145L an einer zu einem Ende des zweiten Wellenleiterbauglieds 122L benachbarten Position. Eine Drosselstruktur 150 ist an einer Position vorgesehen, die dem einen Ende des zweiten Wellenleiterbauglieds 122L über den Port 145L gegenüberliegt.
37B ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt des Ports 145L und der Drosselstruktur 150 zeigt, die in 37A gezeigt sind. Wie in 37B gezeigt, erstreckt sich der Port 145L von der fünften leitenden Oberfläche 140a des dritten leitenden Bauglieds 140 auf der Vorderseite bis hindurch zu der sechsten leitenden Oberfläche 140b auf der Rückseite.
Die Drosselstruktur 150 in der vorliegenden Ausführungsform weist einen zu dem Port 145L benachbarten ersten Abschnitt 150a und einen zu dem ersten Abschnitt 150a benachbarten zweiten Abschnitt 150b auf. Der erste Abschnitt 150a ist aus einer Aussparung in einem Ende der Drosselstruktur 150 gebildet. Diese Aussparung verlängert das Intervall (die Distanz) von dem ersten Abschnitt 150a zu der vierten leitenden Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120 um circa λ/4 gegenüber dem Intervall (der Distanz) von dem zweiten Abschnitt 150b zu der vierten leitenden Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120, wodurch eine Impedanzanpassungsstruktur realisiert ist. In diesem Beispiel ist das Intervall (die Distanz) von dem ersten Abschnitt 150a zu der vierten leitenden Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120 gleich dem Intervall (der Distanz) von der fünften leitenden Oberfläche 140a des dritten leitenden Bauglieds 140 zu der vierten leitenden Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120.
Da eine solche Impedanzanpassungsstruktur auf der Seite der Drosselstruktur 150 vorgesehen ist, wird unerwünschte Reflexion an dem Port 145L unterdrückt, wenn eine Signalwelle durch den Port 145L passiert. Infolgedessen ist die Signalwelle fähig zum wirksamen Koppeln an den Wellenleiter, der sich zwischen der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122L und der vierten leitenden Oberfläche 120b erstreckt.
In dem in 37B gezeigten Beispiel weist die Drosselstruktur 150 eine Drosselrippe 152, die an einer zu dem Port 145L benachbarten Position vorgesehen ist, und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe 154, die auf der leitenden Oberfläche 140a vorgesehen sind, mit einem Abstand von einem weiter von dem Port 145L entfernt gelegenen Ende der Drosselrippe 152 auf. Die Drosselrippe 152 weist den ersten Abschnitt 150a und den zweiten Abschnitt 150b. In dem Beispiel aus 37B ist die obere Fläche des ersten Abschnitts 150a, die auf der gleichen Höhe wie die leitende Oberfläche 140a liegt, ebenfalls Teil der Drosselrippe 152. Die Länge Lr der Drosselrippe 152 kann beispielsweise auf nicht mehr als λ0/4 eingestellt sein. Der Stab beziehungsweise die Stäbe 154 können die gleichen Abmessungen oder andere Abmessungen haben als diejenigen der leitenden Stäbe 124, aus denen sich der künstliche magnetische Leiter zusammensetzt, welcher sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds 122L erstreckt.
(Varianten zu Ausführungsform 3)
38A und 38B sind eine perspektivische Ansicht beziehungsweise eine Querschnittsansicht, die eine Impedanzanpassungsstruktur gemäß einer Variante der Ausführungsform 3 zeigen. Bei dieser Variante unterscheidet sich die Form der Struktur, die die Drosselstruktur 150 bestimmt, von der Form in der Implementierung aus 37A und 37B. Außerdem ist das Intervall (die Distanz) von dem ersten Abschnitt 150a zu der vierten leitenden Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120 kürzer als das Intervall (die Distanz) von der fünften leitenden Oberfläche 140a des dritten leitenden Bauglieds 140 zu der vierten leitenden Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120. Wenn der erste Abschnitt 150a von dem Wellenleiterbauglied 122L aus gesehen wird, hat außerdem der erste Abschnitt 150a vergrößerte Tiefe, und der zweite Abschnitt 150b ist dementsprechend kürzer.
39A und 39B sind eine perspektivische Ansicht beziehungsweise eine Querschnittsansicht, die eine Impedanzanpassungsstruktur gemäß einer weiteren Variante der Ausführungsform 3 zeigen. Diese Variante unterscheidet sich darin von der Beispielkonstruktion in 38A und 38B, dass bei dieser Variante das Intervall (die Distanz) von dem ersten Abschnitt 150a zu der vierten leitenden Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120 gleich dem Intervall (der Distanz) von der fünften leitenden Oberfläche 140a des dritten leitenden Bauglieds 140 zu der vierten leitenden Oberfläche 120b des zweiten leitenden Bauglieds 120 ist.
40A und 40B sind eine perspektivische Ansicht beziehungsweise eine Querschnittsansicht, die eine Impedanzanpassungsstruktur gemäß wiederum einer weiteren Variante der Ausführungsform 3 zeigen. Bei dieser Variante ist zusätzlich zu einer auf der Seite der Drosselstruktur 150 vorgesehenen Impedanzanpassungsstruktur auch eine Vertiefung 123d zu Impedanzanpassungszwecken in dem Wellenleiterbauglied 122L vorgesehen.
41 und 42 sind perspektivische Ansichten, die jeweils eine spezifische Beispielkonstruktion mit der oben genannten Impedanzanpassungsstruktur zeigen. Eine unerwünschte Reflexion, wenn eine Signalwelle durch den Port 145L passiert, kann auch durch Verwendung der in 38A bis 42 gezeigten Impedanzanpassungsstrukturen unterdrückt werden.
Die obigen Beispiele illustrieren jeweils eine Impedanzanpassungsstruktur, die an einem Port 145L vorgesehen ist, der sich von der fünften leitenden Oberfläche 140a des dritten leitenden Bauglieds 140 auf der Vorderseite bis hindurch zu dersechsten leitenden Oberfläche 140b auf der Rückseite erstreckt. Ähnliche Strukturen gelten auch für einen anderen Port oder Schlitz als den Port 145L. Die Drosselstruktur 150 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in der Nähe jeder Art von Durchgangsloch, wie etwa einem Port oder einem Schlitz, vorgesehen sein. Beispielsweise kann der in 42 gezeigte Port 145L oder dergleichen als Schlitz (Antennenelement) funktionieren gelassen werden.
43A bis 43I sind schematische Querschnittsansichten zur Beschreibung von Varianten der vorliegenden Offenbarung. In diesen Beispielen existiert die Drosselstruktur 150 zwischen dem ersten leitenden Bauglied 110 und dem zweiten leitenden Bauglied 120. Der Port 145 erstreckt sich durch das zweite leitende Bauglied 120.
43A zeigt ein Beispiel, bei dem die Länge der Drosselrippe auf ungefähr λ0/8 verkürzt ist. Herkömmlicherweise wird angenommen, dass eine solche Konstruktion das Lecken elektromagnetischer Wellen nicht ausreichend unterdrücken kann; jedoch wurde von den Erfindern in Analysen festgestellt, dass das Lecken tatsächlich auf ein praktisch zufriedenstellendes Niveau unterdrückt werden kann. Wenn die Länge der Drosselrippe λ0/8 ist, wie in 43B gezeigt, ist häufig die Länge und Breite eines jeden leitenden Stabs, der um die Rippe vorgesehen ist, ebenfalls λ0/8, so dass die Drosselrippe und jeder leitende Stab hinsichtlich ihrer Abmessungen und Formen identisch sein können. Eine solche Struktur ist ebenfalls eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
43B bis 43D zeigen Beispiele, bei denen die Drosselrippe eine Aussparung hat. Tiefe und Ausmaß dieser Aussparung können verschieden sein, wie in diesen Figuren illustriert. In dem Beispiel aus 43B beträgt die Länge des nicht ausgesparten Abschnitts der Drosselrippe (d.h. des zweiten Abschnitts) das 1,5-fache von λ0/8. In dem Beispiel aus 43D ist eine Aussparung auch an einer Stelle des Wellenleiterbauglieds 122 vorgesehen, die zu dem Port 145 benachbart ist. Die Stelle der Aussparung ist eine Abstandsvergrößerung; das bedeutet, an dieser Stelle ist die Distanz zwischen der leitenden Oberfläche 110a des leitenden Bauglieds 110 und der Wellenleiterfläche 122a des Wellenleiterbauglieds 122 länger als an einer Stelle, die zu der Ausnehmung auf der entgegengesetzten Seite von dem Port 145 benachbart ist.
43E bis 43I zeigen Beispiele, bei denen ein Ende der Drosselrippe oder des Wellenleiterbauglieds 122 nicht ausgespart, sondern verjüngt ist. In diesen Beispielen hat mindestens entweder die Drosselrippe oder das Wellenleiterbauglied 122 an der Abstandsvergrößerung eine Neigung. Solche Strukturen stellen ebenfalls ähnliche Wirkungen der Reflexionsunterdrückung bereit. Wie in 43B und 43I gezeigt, kann die Länge der gesamten Drosselrippe, am Boden gemessen, in einigen Fällen λ0/4 überschreiten, wenn die Aussparung oder Verjüngung groß ist.
Wie in diesen Beispielen kann eine Abstandsvergrößerung für die Drosselstruktur vorgesehen sein, indem eine Aussparung oder eine Verjüngung an der Drosselrippe vorgesehen ist, wodurch die Reflexion einer Signalwelle, die durch den Port 145 passiert, in der Nähe des Ports 145 eingeschränkt werden kann.
Obwohl die obigen Beispiele illustrieren, dass der Port 145 in dem zweiten leitenden Bauglied 120 vorgesehen ist, kann der Port 145 stattdessen in dem ersten leitenden Bauglied 110 vorgesehen sein. Der Port 145 kann als Schlitz (Antennenelement) funktionieren gelassen werden.
44A bis 44G illustrieren Beispiele, bei denen der Port 145 in dem ersten leitenden Bauglied 110 vorgesehen ist. Das erste leitende Bauglied 110 in jedem dieser Beispiele weist einen Port 145 auf, der an einer Position gegenüber einem Abschnitt der Wellenleiterfläche 122a in der Nähe eines Endes des Wellenleiterbauglieds 122 vorgesehen ist. Der Port 145 kommuniziert von der ersten leitenden Oberfläche 110b zu der zweiten leitenden Oberfläche 110a. Das zweite leitende Bauglied 120 weist eine Drosselstruktur 150 in einer Region auf, die ein Ende des Wellenleiterbauglieds 122 enthält. Die Drosselstruktur 150 weist auf: einen Wellenleiterbauglied-Endabschnitt 156, der von der Kante der Öffnung des Ports 145 zu der Kante eines Endes des Wellenleiterbauglieds 122, auf die Wellenleiterfläche 122a projiziert, reicht; und einen oder mehrere leitende Stäbe 154, die auf der dritten leitenden Oberfläche 120a mit einem Abstand von dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds 122 vorgesehen sind. In dem Beispiel aus 44A beträgt die Länge des Wellenleiterbauglied-Endabschnitts 156 das 1,13-fache von λ0/8. Wenn gegeben ist, dass eine elektromagnetische Welle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, eine Zentralwellenlänge von λ0 im freien Raum hat, kann die Länge des Wellenleiterbauglied-Endabschnitts 156 entlang der Richtung des Wellenleiters beispielsweise gleich oder größer als λ0/16 und kleiner als λ0/4 eingestellt sein.
Bei den in 44B bis 44G gezeigten Beispielen weist die zweite leitende Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds 110 an einer Stelle gegenüber dem Wellenleiterbauglied-Endabschnitt 156 einen ersten Abschnitt 117 angrenzend an den Port 145 und einen zweiten Abschnitt 118 angrenzend an den ersten Abschnitt 117 auf. Die Distanz zwischen dem ersten Abschnitt 117 und der Wellenleiterfläche 122a ist länger als die Distanz zwischen dem zweiten Abschnitt 118 und der Wellenleiterfläche 122a. Der erste Abschnitt 117 hat in den Beispielen in 44B bis 44E ein Gefälle. In dem Beispiel aus 44B beträgt die Länge des zweiten Abschnitts das 1,5-fache von λ0/8. In den Beispielen aus 44F und 44G ist der erste Abschnitt 117 eine ausgesparte Stelle. Die Aussparung oder das Gefälle ist eine Abstandsvergrößerung, wobei die Distanz von der Wellenleiterfläche 122a länger als an jeder angrenzenden Stelle ist. Die Abstandsvergrößerung kann auf beiden Seiten vorgesehen sein, die zu dem Port 145 entlang der Richtung, in dersich das Wellenleiterbauglied 122 erstreckt, benachbart sind. 44C, 44E, und 44G zeigen solche Beispiele.
Durch das Vorsehen einer Abstandsvergrößerung, wie in 44B bis 44G gezeigt, wird die Reflexion einer Signalwelle, die durch den Port 145 passiert, in der Nähe des Ports 145 eingeschränkt.
45A bis 45D sind Diagramme weiterer Varianten. In diesen Beispielen hat das erste leitende Bauglied 110 oder das Wellenleiterbauglied 122 anstelle einer Abstandsvergrößerung eine Abstandsreduzierung in der Nähe des Ports 145. An der Abstandsreduzierung ist die Distanz zwischen der leitenden Oberfläche 110a und der Wellenleiterfläche 122a relativ zu jeder angrenzenden Stelle reduziert. Eine solche Struktur kann je nach Zweck gewählt werden. Diese Strukturen sind ebenfalls fähig, die Reflexion einer Signalwelle, die durch den Port 145 passiert, in der Nähe des Ports 145 einzuschränken.
(Ausführungsform 4)
46A ist eine Draufsicht, die schematisch die Struktur eines dritten leitenden Bauglieds 140 (Verteilungsschicht) gemäß Ausführungsform 4 zeigt. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich darin von den oben beschriebenen Ausführungsformen, dass das Wellenleiterbauglied 122L auf dem dritten leitenden Bauglied 140 eine 8-Port-Teiler-Struktur hat.
Wie in 46A gezeigt, weist das Wellenleiterbauglied 122L gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten 122t1, 122t2 und 122t3 auf (die nachfolgend gemeinsam als die „T-Verzweigungsabschnitte 122t“ bezeichnet werden können). Über Kombinationen aus der Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten 122t verzweigt sich ein einzelner Wellenleiterabschnitt 122L0 (nachfolgend auch als der „Stamm 122L0“ bezeichnet), der sich von dem Port 145L erstreckt, in acht Wellenleiter-Anschlussabschnitte 122L3. Das Wellenleiterbauglied 122L ist so gestaltet, dass die Ausbreitungsdistanzen von dem Port 145L zu den jeweiligen äußersten Enden der acht Wellenleiter-Anschlussabschnitte 122L3 ungeachtet des Wegs alle gleich sind.
Die Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten 122t weist auf: einen ersten Verzweigungsabschnitt 122t1, an dem der Stamm 122L0 des Wellenleiterbauglieds 122L sich in zwei erste Zweige 122L1 verzweigt; zwei zweite Verzweigungsabschnitte 122t2, an denen sich jeweils ein entsprechender erster Zweig 122L1 in zwei zweite Zweige 122L2 verzweigt; und vier dritte Verzweigungsabschnitte 122t3, an denen sich jeweils ein entsprechender zweiter Zweig 122L2 in zwei dritte Zweige b122L3 verzweigt. Die acht dritten Zweige 122L3 funktionieren als die Wellenleiter-Anschlussabschnitte.
46B ist eine Draufsicht, welche die Struktur des zweiten leitenden Bauglieds 120 (Anregungsschicht) gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die äußersten Enden der acht Wellenleiter-Anschlussabschnitte 122L3 entsprechen acht Ports 145U auf dem zweiten leitenden Bauglied 120. Signalwellen aus den acht Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3, die durch die acht Ports 145U passiert sind, breiten sich auf den acht Wellenleiterbaugliedern 122U auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 aus, um die Vielzahl von Schlitzen 112 des ersten leitenden Bauglieds 110 darüber anzuregen.
46C ist eine Draufsicht, die die Struktur des ersten leitenden Bauglieds 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das erste leitende Bauglied 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat 48 Schlitze 112. Es gibt acht Zeilen, die entlang der X-Richtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die einzelnen Schlitzzeilen, die aus acht Schlitzen 112 bestehen, einander entlang der Y-Richtung flankieren. Die acht Schlitzzeilen sind jeweils zu den acht Wellenleiterbaugliedern 122U auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 entgegengesetzt. Eine Signalwelle, die sich entlang eines jeden der acht Wellenleiterbauglieder 122U auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 ausbreitet, regt die Schlitze 112 in der gegenüberliegenden Schlitzzeile auf dem ersten leitenden Bauglied 110 an. Infolgedessen wird eine elektromagnetische Welle abgestrahlt.
Es wird wieder auf 46A Bezug genommen. Das dritte leitende Bauglied 140 hat einen Port 145L an einer zu dem äußersten Ende des Stamms 122L0 des Wellenleiterbauglieds 122L benachbarten Position. Die Seitenfläche (Endfläche) des äußersten Endes des Stamms 122L0 ist mit der inneren Wand des Ports 145L verbunden. Der Port 145L ist zu dem äußersten Ende des Wellenleiterbauglieds 122X entgegengesetzt, das auf dem vierten leitenden Bauglied 160 liegt, wie in 28 illustriert.
Eine Signalwelle, die durch den in 28 gezeigten Port (rechteckigen Hohlwellenleiter) 165 passiert ist und sich auf dem Wellenleiterbauglied 122X ausbreitet, passiert durch den Port 145L und erreicht den Stamm 122L0 des Wellenleiterbauglieds 122L. Ausgehend von dem Stamm 122L0, durchläuft diese Signalwelle eine Verzweigung an der Vielzahl von Verzweigungsabschnitten 122t, und die so entstandenen Signalwellen erreichen die äußersten Enden der acht Wellenleiter-Anschlussabschnitte 122L3. Sodann passieren sie durch die in 46B gezeigten acht Ports 145U in dem zweiten leitenden Bauglied 120 und breiten sich durch Wellenleiter aus, die sich jeweils oberhalb der acht Wellenleiterbauglieder 122U auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 erstrecken. Infolgedessen werden die in 46C gezeigten Schlitze 112 angeregt, wodurch elektromagnetische Wellen in den äußeren Raum abgestrahlt werden.
Das in 46A gezeigte Wellenleiterbauglied 122L hat 14 Biegungen (die in 46A schraffiert dargestellt sind). An jeder dieser Biegungen ist eine Vertiefung oder eine Erhebung gebildet. Die vorliegende Ausführungsform ist so angeordnet, dass unter den acht Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 vier Wellenleiter-Anschlussabschnitte 122L3, die zentral (innen) angeordnet sind, sich in der Form von den äußeren vier Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 unterscheiden. Spezifischer haben die Biegungen der vier Wellenleiter-Anschlussabschnitte 122L3, die eine Verbindung mit den zentralen (inneren) vier Ports 145U herstellen (46B), Vertiefungen. Die Biegungen der vier Wellenleiter-Anschlussabschnitte 122L3, die eine Verbindung mit den äußeren vier Ports herstellen, haben dagegen Erhebungen. Somit ist die Biegungsstruktur je nach Wellenleiter-Anschlussabschnitt 122L3 verschieden. Auf Basis dieser Struktur haben die Antennenelemente, die eine Verbindung mit den äußeren vier Ports 145U herstellen, kleinere Anregungsamplituden als die Antennenelemente, die eine Verbindung mit den inneren vier Ports 145U herstellen. Infolgedessen können Seitenkeulen unterdrückt werden, wenn diese Struktur als Array-Antenne verwendet wird.
Die oben genannte Wirkung basiert auf der Feststellung der Erfinder, dass, wenn in einer Biegung eine Vertiefung vorgesehen ist, eine Signalwellenreflexion an der Biegung unterdrückt wird, wenn jedoch eine Erhebung an einer Biegung vorgesehen ist, die Signalwellenreflexion an der Biegung sich umgekehrt erhöht. Um den Abstrahlungs-Wirkungsgrad einer Array-Antenne, ist es vorzuziehen, die Reflexion an den Biegungen zu unterdrücken. Wenn jedoch die Unterdrückung von Seitenkeulen Vorrang hat, ist es wirksam, gezielt eine Reflexion an den äußeren Biegungen des Wellenleiterbauglieds 122L in der Verteilungsschicht zu verursachen, wodurch die Amplitude elektromagnetischer Wellen, die aus den äußeren Schlitzen abzustrahlen sind, unterdrückt wird, wie beispielsweise in der vorliegenden Ausführungsform.
47 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Variante der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Bei dem in 47 gezeigten Wellenleiterbauglied 122L ist die äußere Ecke einer jeden Biegung abgeschrägt, und in den Seitenflächen eines jeden Verzweigungsabschnitts befinden sich drei halbzylindrische Höhlungen (Vertiefungen), wobei diese halbzylindrischen Höhlungen (Vertiefungen) die Wellenleiterfläche erreichen. Des Weiteren weist das Wellenleiterbauglied 122L solche Strukturen auf, dass die Wellenleiterfläche der Stammseite eines jeden T-Verzweigungsabschnitts in Richtung des Verzweigungsabschnitts an Höhe zunimmt (Impedanzwandlungsabschnitte). Mit diesen Strukturen kann eine unerwünschte Reflexion an den Biegungen oder Verzweigungsabschnitten unterdrückt werden.
48A ist ein Diagramm, das vergrößert einen (von einer durchbrochenen Linie umgebenen) Abschnitt des in 47 gezeigten Wellenleiterbauglieds 122L zeigt. 48A zeigt nur eine Hälfte (4-Port-Teiler) des Wellenleiterbauglieds 122L mit acht Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3. Von den vier in der Figur gezeigten Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 haben die Biegungen 122Lb der zwei äußeren (d.h. unten in 48A gezeigten) Wellenleiter-Anschlussabschnitte 122L3 Erhebungen. Dagegen haben die Biegungen 122Lb der inneren (d.h. oben in der Figur gezeigten) zwei Wellenleiter-Anschlussabschnitte 122L3 Vertiefungen. Die Biegungen 122Lb der anderen vier Wellenleiter-Anschlussabschnitte 122L3 betreffend, die in 48A nicht gezeigt sind, haben ebenso die äußeren Biegungen 122Lb Erhebungen, während die inneren Biegungen 122Lb Vertiefungen haben. Mit dieser Struktur kann eine Signalwellenreflexion an den äußeren Biegungen 122Lb gezielt erhöht werden, wodurch die Amplitude von Signalwellen, die sich von den äußeren Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 zu der Anregungsschicht bewegen, reduziert wird. Somit können Seitenkeulen reduziert werden.
Ohne auf die obigen Strukturen beschränkt zu sein, können verschiedene Strukturen zur Reduzierung von Seitenkeulen verwendet werden. Beispielsweise können ohne Veränderung der Höhe der Biegungen 122Lb von mindestens zwei äußeren Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 gegenüber der Referenzhöhe (d.h. der Höhe jeder Stelle ohne eine Vertiefung oder eine Erhebung) Vertiefungen an den Biegungen 122Lb von mindestens zwei inneren Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 vorgesehen sein. Alternativ können ohne Veränderung der Höhe der Biegungen 122Lb von mindestens zwei inneren Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 gegenüber der Referenzhöhe Erhebungen an den Biegungen 122Lb von mindestens zwei äußeren Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 vorgesehen sein. Die Tiefe der Vertiefung oder die Höhe der Erhebung kann sich in allen Biegungen 122Lb unterscheiden oder kann bei einigen der Biegungen 122Lb gleich sein.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Amplituden von Signalwellen, die an die äußeren Ports 145U gekoppelt sind (siehe 36B), unterdrückt, indem die Höhe der äußeren Biegungen 122Lb höher als die Höhe der inneren Biegungen 122Lb gestaltet ist; jedoch ist diese Struktur nicht einschränkend. Beispielsweise kann eine Konstruktion möglich sein, bei der eine Eckenabschrägungfürdie in 48A illustrierten Biegungen 122Lb nur auf die inneren Biegungen 122Lb und nicht auf die äußeren Biegungen 122Lb angewandt ist. Da die Eckenabschrägung die Signalwellenreflexion unterdrückt, ist es möglich, die Amplituden der aus den inneren Schlitzen 112 abzustrahlenden Signalwellen selektiv zu erhöhen, indem nur die inneren Biegungen 122Lb abgeschrägt sind. Alternativ kann durch Formanpassungen an anderen Stellen als den Biegungen 122Lb eine Reflexion an der inneren Seite unterdrückt werden, während sie an der äußeren Seite erhöht wird. Beispielsweise kann eine mögliche Struktur eine solche sein, bei der die drei Höhlungen in den Seitenflächen eines jeden in 48A gezeigten Verzweigungsabschnitts 122t3 nur in einigen der inneren Verzweigungsabschnitte 122t3 vorgesehen sind. Ähnliche Wirkungen sind auch durch eine Struktur erzielbar, bei der der Weg der Signalwellenausbreitung in der Länge oder der Impedanz zwischen innen und außen variiert.
Zu anderen Zwecken als der Reduzierung von Seitenkeulen kann mindestens einer von der Vielzahl von Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 eine Form haben, die sich von der Form einer anderen unterscheidet. Die Form eines jeden Wellenleiter-Anschlussabschnitts kann entsprechend der erforderlichen Leistungsfähigkeit der Array-Antenne geeignet gestaltet sein.
In der vorliegenden Ausführungsform kann das Wellenleiterbauglied 122L in der Verteilungsschicht eine 8-Port-Teiler-Konstruktion oder jede andere Konstruktion wie etwa die eines 4-Port-Teilers, eines 16-Port-Teilers oder eines 32-Port-Teilers haben. Mit anderen Worten, um die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform zu erzielen, kann das Wellenleiterbauglied 122L eine solche Konstruktion haben, dass ein Stamm sich über Kombinationen aus einer Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten in 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitte verzweigt (wobei N eine ganze Zahl mit dem Wert 2 oder höher ist). Bei einer solchen Konstruktion hat das Wellenleiterbauglied mit einer leitenden Oberfläche, die dem Wellenleiterbauglied 122L gegenüberliegt, mindestens 2^N Ports gegenüber 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitten. Durch Sicherstellung dessen, dass mindestens einer der 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitte eine Form hat, die sich von der Form einer anderen unterscheidet, können gewünschte Abstrahleigenschaften entsprechend dem Zweck realisiert werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist zwar N=3; alternativ kann jedoch N=2 oder N≥4 sein.
Wenn N≥4 ist, können vier Wellenleiter-Anschlussabschnitte, die von den 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitten zentral (innen) angeordnet sind, eine andere Form als die Form von mindestens vier Wellenleiter-Anschlussabschnitten haben, die auswärts von den vier Wellenleiter-Anschlussabschnitten angeordnet sind. Beispielsweise können die Biegungsformen der vier Wellenleiter-Anschlussabschnitte, die zentral angeordnet sind, vertieft sein, während die Biegungsformen von mindestens vier Wellenleiter-Anschlussabschnitten, die auswärts von den vier Wellenleiter-Anschlussabschnitten angeordnet sind, Erhebungen sein können, wodurch eine Wirkung der Reduzierung von Seitenkeulen ähnlich derjenigen der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden kann.
Wenn dagegen N=2 ist, können zwei mittlere Wellenleiter-Anschlussabschnitte von den vier Wellenleiter-Anschlussabschnitten eine andere Form als die Form der zwei Wellenleiter-Anschlussabschnitte haben, die auswärts von den zwei Wellenleiter-Anschlussabschnitten angeordnet sind. Beispielsweise können die Biegungsformen der zwei mittleren Wellenleiter-Anschlussabschnitte vertieft sein, während die Biegungsformen der zwei Wellenleiter-Anschlussabschnitte, die auswärts von den zwei Wellenleiter-Anschlussabschnitten angeordnet sind, Erhebungen sein können, wodurch bei einer Array-Antenne mit vier Schlitzzeilen eine Wirkung der Reduzierung von Seitenkeulen erzielbar ist.
Als Nächstes werden Struktur und Wirkungen der Impedanzwandlungsabschnitte gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung können die Impedanzwandlungsabschnitte 122i1 und 122i2 gemeinsam als die „Impedanzwandlungsabschnitte 122i“ bezeichnet sein.
Wie in 48A gezeigt, weist das Wellenleiterbauglied 122L in der Verteilungsschicht eine Vielzahl von Impedanzwandlungsabschnitten 122i zur Erhöhung der Kapazitanz des Wellenleiters, jeweils auf der Seite des Stamms 122L0 eines entsprechenden der Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten 122t, auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist jeder Impedanzwandlungsabschnitt 122i dazu strukturiert, die Distanz zwischen einer Wellenleiterfläche und der leitenden Oberfläche eines gegenüberliegenden leitenden Bauglieds zu verringern. Mit anderen Worten, jeder Impedanzwandlungsabschnitt 122i hat eine Erhebung mit einer größeren Höhe als derjenigen eines benachbarten Abschnitts. Jeder Impedanzwandlungsabschnitt 122i kann einen breiten Abschnitt aufweisen, in dem die Breite der Wellenleiterfläche (d.h. die Abmessung entlang einer Richtung, die zu der Richtung, in welcher sich die Wellenleiterfläche erstreckt, senkrecht steht) breiter als diejenige eines benachbarten Abschnitts ist. Eine Vergrößerung der Breite anstelle der Verringerung der Distanz zwischen der Wellenleiterfläche und der leitenden Oberfläche des leitenden Bauglieds stellt ebenfalls eine ähnliche Wirkung Kapazitanzerhöhung bereit. Durch geeignete Einstellung Höhe (oder der Distanz zwischen der Wellenleiterfläche und der leitenden Oberfläche) oder der Breite eines jeden Impedanzwandlungsabschnitts 122i kann der Grad der Impedanzanpassung in dem Verzweigungsabschnitt 122t erhöht werden.
In dem in 48A gezeigten Beispiel weist jeder Impedanzwandlungsabschnitt 122i einen ersten Wandlungs-Teilabschnitt, der zu einem Verzweigungsabschnitt 122t benachbart ist und eine konstante Höhe hat, und einen zweiten Wandlungs-Teilabschnitt auf, der an den ersten Wandlungs-Teilabschnitt auf der entgegengesetzten Seite von dem Verzweigungsabschnitt 122t angrenzt und eine konstante Höhe hat. Die Höhe des ersten Wandlungs-Teilabschnitts ist größer als die Höhe des zweiten Wandlungs-Teilabschnitts. Im Fall einer Veränderung der Breite anstelle der Höhe ist die Breite des ersten Wandlungs-Teilabschnitts breiter als die Breite des zweiten Wandlungs-Teilabschnitts. Ohne auf eine Konstruktion beschränkt zu sein, bei der die Höhe oder Breite in zwei Schritten verändert ist, kann jeder Impedanzwandlungsabschnitt 122i so angeordnet sein, dass die Höhe oder Breite in einem Schritt, oder in drei oder mehr Schritten, verändert ist.
Bei dem Wellenleiterbauglied 122L wäre die Länge eines Abschnitts mit der gleichen Höhe entlang des Wellenleiters typischerweise auf circa 1/4 der Wellenlänge einer Signalwelle innerhalb des Wellenleiters eingestellt; im Gegensatz hierzu verwendet die vorliegende Ausführungsform jedoch einen Wert, der von solchen Werten entfernt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist unter der Vielzahl von Impedanzwandlungsabschnitten 122i die Länge eines ersten Impedanzwandlungsabschnitts 122i1, der, entlang des Wellenleiters genommen, relativ weit von dem Wellenleiter-Anschlussabschnitt 122L3 entfernt liegt, kürzer als die Länge eines zweiten Impedanzwandlungsabschnitts 122i2, der, entlang des Wellenleiters genommen, relativ nah an dem Wellenleiter-Anschlussabschnitt 122L3 liegt. In dem Beispiel aus 48A liegt ein erster Impedanzwandlungsabschnitt 122i1 an dem ersten Zweig 122L1, während ein zweiter Impedanzwandlungsabschnitt 122i2 jeweils an dem zweiten Zweig 122L2 liegt.
48B ist ein Diagramm zur Beschreibung von Abmessungen der Impedanzwandlungsabschnitte 122i1 und 122i2. Bei dem ersten Impedanzwandlungsabschnitt 122i1 sei angenommen, dass der näher an dem Verzweigungsabschnitt gelegene erste Wandlungs-Teilabschnitt eine Länge y1 entlang des Wellenleiters hat und dass der weiter von dem Verzweigungsabschnitt gelegene zweite Wandlungs-Teilabschnitt eine Länge y2 entlang des Wellenleiters hat. Ebenso sei bei dem zweiten Impedanzwandlungsabschnitt 122i2 angenommen, dass der näher an dem Verzweigungsabschnitt gelegene erste Wandlungs-Teilabschnitt eine Länge y3 entlang des Wellenleiters hat und dass der weiter von dem Verzweigungsabschnitt entfernt gelegene zweite Wandlungs-Teilabschnitt eine Länge y4 entlang des Wellenleiters hat. In der vorliegenden Ausführungsform sind y1<y2, y3>y4 und y3>y1 erfüllt. Beispielwerte für y1, y2, y3 und y4 können sein: y1=1,0 mm; y2=1,15 mm; y3=1,4 mm und y4=0,9 mm.
Somit ist in der vorliegenden Ausführungsform in einer Richtung entlang des Wellenleiters der erste Wandlungs-Teilabschnitt des ersten Impedanzwandlungsabschnitts 122i1 kürzer als der erste Wandlungs-Teilabschnitt eines jeden zweiten Impedanzwandlungsabschnitts 122i2. Zudem ist in einer Richtung entlang des Wellenleiters der erste Wandlungs-Teilabschnitt (Länge y1) des ersten Impedanzwandlungsabschnitts 122i1 kürzer als der zweite Wandlungs-Teilabschnitt (Länge y2) des ersten Impedanzwandlungsabschnitts 122i1, und der erste Wandlungs-Teilabschnitt (Länge y3) eines jeden zweiten Impedanzwandlungsabschnitts 122i2 ist länger als der zweite Wandlungs-Teilabschnitt (Länge y4) des zweiten Impedanzwandlungsabschnitts 122i2. Außerdem erreicht von dem ersten Wandlungs-Teilabschnitt des ersten Impedanzwandlungsabschnitts 122i1 das Ende, das näher an den Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 liegt, den Verzweigungsabschnitt 122t, welcher der weiter von den Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 entfernt liegt; dagegen erreicht von dem ersten Wandlungs-Teilabschnitt eines jeden zweiten Impedanzwandlungsabschnitts 122i2 das Ende, das näher an den Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 liegt, nicht den Verzweigungsabschnitt 122t, welcher der näher an dem Wellenleiter-Anschlussabschnitt 122L3 gelegene ist. Diese Konstruktion erhöht erfolgreich den Grad der Impedanzanpassung in dem Verzweigungsabschnitt 122t im Vergleich zu einem generischen Impedanzwandler, bei dem die Längen aller Wandlungs-Teilabschnitte auf 1/4 der Ausbreitungswellenlänge eingestellt sind.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform illustriert, dass das dritte leitende Bauglied 140 (die Verteilungsschicht) eine 8-Port-Teiler-Konstruktion hat, kann auch das zweite leitende Bauglied 120 (die Anregungsschicht) eine ähnliche Konstruktion haben. Mit anderen Worten, die Vielzahl von Wellenleiter-Anschlussabschnitten 122L3 kann zu der Vielzahl von Schlitzen 112 in dem ersten leitenden Bauglied 110 entgegengesetzt sein. Eine solche Konstruktion steuert eine Verteilung der Anregungsamplitude der Array-Antenne in der Ebene, wodurch Ausbreitungsverluste an den Verzweigungsabschnitten 122t reduziert werden.
(Ausführungsform 5)
49 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Teilstruktur eines vierten leitenden Bauglieds 160 gemäß Ausführungsform 5 zeigt. Das vierte leitende Bauglied 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist auf: einen rechteckigen Hohlwellenleiter 165L an einer zu einem Ende eines Wellenleiterbauglieds 122X benachbarten Position und eine Drosselstruktur 150 an einer Position, die dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds 122X über den rechteckigen Hohlwellenleiter 165L gegenüberliegt. Der rechteckige Hohlwellenleiter 165L kommuniziert von der leitenden Oberfläche des vierten leitenden Bauglieds 160 auf der Rückseite zu dem Wellenleiter, der sich oberhalb des Wellenleiterbauglieds 122X erstreckt. Der rechteckige Hohlwellenleiter 165L koppelt eine elektronische Schaltung (z.B. eine MMIC), die eine Signalwelle (ein Hochfrequenzsignal) generiert oder empfängt, an das vierte leitende Bauglied 160. Das bedeutet, eine Signalwelle, die durch die elektronische Schaltung generiert wird, passiert durch den rechteckigen Hohlwellenleiter 165L, um sich von einem Ende zu dem anderen Ende in dem Wellenleiterbauglied 122X auszubreiten, und wird von diesem anderen Ende über einen Port an eine obere Schicht geschickt (d.h. an die Verteilungsschicht oder die Anregungsschicht). Dagegen breitet sich eine Signalwelle, die aus einem Antennenelement zu dem anderen Ende des Wellenleiterbauglieds 122X geschickt wird, durch das Wellenleiterbauglied 122X zu dem einen Ende aus und passiert durch den rechteckigen Hohlwellenleiter 165L, um zu der elektronischen Schaltung geschickt zu werden.
Aus der Normalrichtung der leitenden Oberfläche 160a des vierten leitenden Bauglieds 160 gesehen, hat der rechteckige Hohlwellenleiter 165L eine rechteckige Form, die durch ein Paar längerer Seiten und ein Paar kürzerer Seiten, die zu den längeren Seiten orthogonal sind, bestimmt ist. Eine „rechteckige Form“ ist hier nicht auf ein exaktes Rechteck beschränkt. Beispielsweise umfassen „rechteckige Formen“ auch Formen mit runden Ecken und Formen, bei denen mindestens entweder das längere Seitenpaar oder das kürzere Seitenpaar um einen kleinen Winkel von der Parallelen abweicht.
Eine aus dem Paar längerer Seiten des rechteckigen Hohlwellenleiters 165L steht mit einem Ende des Wellenleiterbauglieds 122X in Kontakt. Die andere aus dem Paar längerer Seiten steht mit einer Seitenfläche einer Drosselrippe 122X' in Kontakt, die ein Bestandteil der Drosselstruktur 150 ist. Die Drosselrippe 122X' könnte auch als ein Abschnitt des Wellenleiterbauglieds 122X, durch den rechteckigen Hohlwellenleiter 165L geteilt, angesehen werden. Die Abmessung der Drosselrippe 122X' entlang der Richtung, in der sich das Wellenleiterbauglied 122X erstreckt, ist etwas größer als diejenige eines jeden Stabs 124X. Die Drosselstruktur 150 ist durch die Drosselrippe 122X' und mehrere Stäbe 124X entlang ihrer Ausdehnung gebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass alternativ Stäbe 124X als die Drosselrippe 122X' dienen können.
Die Vielzahl von Stäben 124X auf dem vierten leitenden Bauglied 160 weist zwei oder mehr Zeilen Stäbe 124X auf, die auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds 122X in einer Richtung entlang des Wellenleiterbauglieds 122X arrayartig angeordnet sind. Auch auf beiden Seiten der Drosselrippe 122X' sind zwei oder mehr Zeilen Stäbe 124X vorgesehen. In 49 sind als Referenz zwei Zeilen Stäbe, die zu dem Wellenleiterbauglied 122X und der Drosselrippe 122X' benachbart sind, mit durchbrochenen Linien angezeigt. Von den Zeilen der Stäbe, die sich entlang des Wellenleiterbauglieds 122X erstrecken, so dass sie zu dem Wellenleiterbauglied 122X auf beiden Seiten benachbart sind, teilt der rechteckige Hohlwellenleiter 165L die ersten Stabzeilen 124X1, erreicht jedoch nicht die zweiten Stabzeilen. Spezifischer ist die Länge einer jeden längeren Seite des rechteckigen Hohlwellenleiters 165L mindestens länger als das Doppelte der kürzesten Distanz zwischen den Mitten von zwei Zeilen der Stäbe sowie kürzer als das 3,5-fache der kürzesten Distanz zwischen den Mitten derselben. Die Länge einer jeden kürzeren Seite des rechteckigen Hohlwellenleiters 165L ist kürzer als das 1,5-fache der oben genannten kürzesten Distanz zwischen den Mitten.
Bei einem solchen rechteckigen Hohlwellenleiter 165L wird ein Lecken der Signalwellenenergie, wenn eine elektronische Schaltung wie etwa eine MMIC und ein Wellenleiter verbunden sind, eingeschränkt, wodurch die Leistungsfähigkeit der Array-Antennenvorrichtung verbessert werden kann.
(Ausführungsform 6)
Diese Ausführungsform 6 und die nächste Ausführungsform 7 betreffen die Größe der leitenden Stäbe und die Periode, in der sie angeordnet sind.
Die Ausführungsformen 6 und 7 ähneln sich darin, dass jeder leitende Stab eine Prismenform hat und dass die Periode, mit der die leitenden Stäbe angeordnet sind, durch Änderung der Länge ihrer „Polygonseiten“ verändert wird. Wie hier verwendet, ist eine „Polygonseite“ eine Polygonseite entlang der X-Richtung oder der Y Richtung in 3, wie sie zu sehen ist, wenn ein Stab mit einer Prismenform aus der Normalrichtung der leitenden Oberfläche betrachtet wird. Nachfolgend wird das Verhältnis zwischen der Länge einer Polygonseite eines leitenden Stabs in der X-Richtung und der Länge einer Polygonseite in der Y-Richtung als „Seitenverhältnis“ des leitenden Stabs bezeichnet.
In den vorangegangenen Ausführungsformen ist das führende Ende 124a eines jeden in den Figuren illustrierten leitenden Stabs mit einer im Wesentlichen quadratischen planen Form gezeigt. Mit anderen Worten, ihr Seitenverhältnis ist im Wesentlichen 1 (siehe beispielsweise 17).
In der vorliegenden Ausführungsform und der nächsten Ausführungsform 7 ist ein künstlicher magnetischer Leiter aus leitenden Stäben zusammengesetzt, die jeweils eine nichtquadratische plane Form mit einem Seitenverhältnis haben, das nicht 1 beträgt. Ein Unterschied zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der nächsten Ausführungsform 7 besteht darin, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Polygonseite eines jeden leitenden Stabs entlang einer Richtung, die zu der Richtung parallel ist, in der sich ein benachbartes Wellenleiterbauglied erstreckt (derY-Richtung), in der Größe reduziert ist; in der nächsten Ausführungsform 7 ist die Polygonseite eines jeden leitenden Stabs entlang einer Richtung, die zu der Richtung senkrecht steht, in welcher sich ein benachbartes Wellenleiterbauglied erstreckt (der X Richtung), in der Größe reduziert. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die Polygonseite eines jeden leitenden Stabs in der X-Richtung vergrößert ist, ist der Grund hierfür ihr Lageverhältnis mit dem benachbarten Wellenleiterbauglied.
Wie oben beschrieben, ist es durch Bilden von Anstiegen und Senkungen auf der Wellenleiterfläche des Wellenleiterbauglieds und Variieren der Distanz zwischen der Wellenleiterfläche und der leitenden Oberfläche des entgegengesetzten leitenden Bauglieds entlang des Wellenleiters möglich, die Wellenlänge einer Signalwelle zu reduzieren, die sich auf dem Wellenleiter ausbreitet. Zusätzlich oder alternativ kann die Wellenlänge einer Signalwelle, die sich auf dem Wellenleiter ausbreitet, auch durch Variieren der Breite der Wellenleiterfläche entlang des Wellenleiters reduziert werden. Die Erfinder haben dies in Bezug auf ein bestimmtes Beispiel untersucht, das zeigte, dass bei einer Zentralwellenlänge λr einer Signalwelle, die sich auf einer Wellenleiterfläche ohne Anstiege und Senkungen ausbreitete, beispielsweise die Wellenlänge λg einer Signalwelle, die sich auf einer Wellenleiterfläche mit Anstiegen und Senkungen ausbreitete, λg=0,61λr betrug. Wenn beispielsweise λr=4,5 mm, war sie auf λg=2,75 mm reduziert.
Somit haben die Erfinder beschlossen, anstelle einer Bestimmung des Intervalls zwischen den leitenden Stäben auf Basis der Wellenlänge λr, die Größe leitender Stäbe auf eine Weise zu ändern, welche die reduzierte Wellenlänge λg berücksichtigt. Dies ermöglicht für den künstlichen magnetischen Leiter eine verbesserte Wirkung der Unterdrückung des Leckens elektromagnetischer Wellen (Signalwellen).
Nachfolgend wird die Konstruktion der leitenden Stäbe gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform betrifft zwar wiederum die Konstruktion einer Array-Antennenvorrichtung, jedoch wird nachfolgend hauptsächlich in Bezug auf das zweite leitende Bauglied 120 einer Array-Antennenvorrichtung (auf dem leitende Stäbe und Wellenleiterbauglieder vorgesehen sind) die Struktur und Anordnung der leitenden Stäbe beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die folgende Beschreibung nicht nur für das zweite leitende Bauglied 120, sondern auch für das dritte leitende Bauglied 140 und/oder das vierte leitende Bauglied 160 gilt. Hinsichtlich der Bestandteile der Array-Antennenvorrichtung, die hier nicht beschrieben werden, ist auf die vorangegangene Beschreibung bezüglich der Array-Antennenvorrichtung zurückzugreifen, da ihre Beschreibung nicht wiederholt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Vielzahl leitender Stäbe statt auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 auf der leitenden Oberfläche des ersten leitenden Bauglieds vorgesehen sein kann, die einem jeden Wellenleiterbauglied gegenüberliegt.
50A zeigt ein zweites leitendes Bauglied 120 mit leitenden Stäben 170a1 und 170a2, deren Seitenverhältnis nicht 1 ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das zweite leitende Bauglied 120 weist auch leitende Stäbe 170b1 und 170b2 mit einem Seitenverhältnis von 1 auf. Wie aus 50A hervorgeht, sind bezüglich derY-Richtung leitende Stäbe mit identischen Formen arrayartig in gleichen Intervallen angeordnet. Dies wird in der vorliegenden Ausführungsform als „leitende Stäbe in einem periodischen Array“ ausgedrückt. Im Folgenden wird eine Vielzahl leitender Stäbe, die in einem periodischen Array entlang derY-Richtung angeordnet sind, wobei jeder leitende Stab ein Seitenverhältnis von 1 hat, als „Gruppe standardmäßiger leitender Stäbe“ oder als „standardmäßige leitende Stäbe“ bezeichnet. Dagegen wird eine Vielzahl leitender Stäbe, die in einem periodischen Array entlang der Y-Richtung angeordnet sind, wobei jeder leitende Stab ein Seitenverhältnis ungleich 1 hat, als eine „Gruppe leitender Stäbe mit hoher Dichte“ oder als „leitende Stäbe mit hoher Dichte“ beschrieben. Die „Gruppe leitender Stäbe mit hoher Dichte“ kann auch als die „erste Stabgruppe“ und die „Gruppe standardmäßiger leitender Stäbe“ als die „zweite Stabgruppe“ bezeichnet werden. Aus Sicht der Normalrichtung der leitenden Oberfläche des leitenden Bauglieds, das diese Stabgruppen stützt, hat jeder von der Vielzahl leitender Stäbe (erste Stäbe) in der ersten Stabgruppe eine solche nichtquadratische Form, dass seine Polygonseiten, die sich in einer Richtung entlang des Wellenleiters erstrecken, länger als die anderen Polygonseiten sind. Dagegen hat aus Sicht der Normalrichtung der oben genannten leitenden Oberfläche jeder von der Vielzahl leitender Stäbe (zweite Stäbe) in der zweiten Stabgruppe eine quadratische Form.
50B ist eine Draufsicht von oben, welche die Gruppen leitender Stäbe mit hoher Dichte 170a, 171a und 172a sowie die Standardgruppen leitender Stäbe 170b und 171b schematisch zeigt.
Wie oben beschrieben, sind in der vorliegenden Ausführungsform die leitenden Stäbe mit hoher Dichte in Reaktion auf die Verwendung einer Wellenleiterfläche vorgesehen, die eine wellenlängenreduzierende Wirkung bereitstellt. Dahersind die leitenden Stäbe mit hoher Dichte benachbart zu einem Wellenleiterbauglied vorzusehen, das eine wellenlängenreduzierende Wirkung auf mindestens einem vorbestimmten Niveau oder darüber bereitstellt. Dagegen sind an jeder Position, die nicht zu einem solchen Wellenleiterbauglied benachbart ist, standardmäßige leitende Stäbe und keine leitenden Stäbe mit hoher Dichte vorgesehen.
50B zeigt Wellenleiterbauglieder 122L-a1 und 122L-a2, die eine wellenlängenreduzierende Wirkung bereitstellen. An Positionen, die zu diesen Wellenleiterbaugliedern benachbart sind, sind die Gruppen leitender Stäbe mit hoher Dichte 170a, 171a und 172a vorgesehen. Dagegen ist an einer Position, die nicht zu diesen Wellenleiterbaugliedern benachbart ist, die Gruppe standardmäßiger leitender Stäbe 171b vorgesehen. Die Gruppe standardmäßiger leitender Stäbe 170b ist benachbart zu einem Wellenleiterbauglied 122L-b vorgesehen, das keine wellenlängenreduzierende Wirkung auf einem vorbestimmten Niveau oder darüber bereitstellt.
Zunächst werden die Standardgruppen leitender Stäbe 170b und 171b beschrieben. Als Beispiel werden die leitenden Stäbe 170b1 und 170b2 beschrieben, die in der Gruppe standardmäßiger leitender Stäbe 170b enthalten sind. Die führenden Enden der leitenden Stäbe 170b1 und 170b2 haben quadratische plane Formen, mit einem Seitenverhältnis von 1. Das Intervall zwischen den leitenden Stäben 170b1 und 170b2 (d.h. die Distanz ihres Abstands entlang derY-Richtung) ist im Wesentlichen gleich der Länge einer Seite dieses Quadrats gestaltet.
Um ein spezifisches Beispiel zu nennen, kann jede Polygonseite der leitenden Stäbe 170b1 und 170b2 0,5 mm lang sein, und das Intervall zwischen den leitenden Stäben kann ebenfalls 0,5 mm betragen. Mit anderen Worten, bezüglich derY-Richtung ist die Gruppe leitender Stäbe 170b so angeordnet, dass leitende Stäbe mit Polygonseiten von 0,5 mm in einem periodischen Array in Intervallen von 0,5 mm angeordnet sind.
Als Nächstes werden die Gruppen leitender Stäbe mit hoher Dichte 170a, 171a und 172a beschrieben. Als Beispiel werden die leitenden Stäbe 170a1 und 170a2 beschrieben, die in der Gruppe leitender Stäbe mit hoher Dichte 170a enthalten sind. Die führenden Enden 124a der leitenden Stäbe 170a1 und 170a2 haben rechteckige plane Formen, mit einem Seitenverhältnis ungleich 1. Die Länge ihrer Polygonseiten in derY-Richtung ist kürzer als die Länge der Polygonseiten der leitenden Stäbe 170b1 und 170b2. Dagegen ist das Intervall zwischen den leitenden Stäben 170a1 und 170a2 (d.h. die Distanz ihres Abstands entlang der Y-Richtung) in der vorliegenden Ausführungsform gleich dem Intervall zwischen den leitenden Stäben 170b1 und 170b2.
Um ein spezifisches Beispiel zu nennen, kann jede Polygonseite der leitenden Stäbe 170a1 und 170a2 entlang der Y-Richtung 0,325 mm lang sein, und das Intervall zwischen den leitenden Stäben kann 0,5 mm betragen. Mit anderen Worten, bezüglich derY-Richtung ist die Gruppe leitender Stäbe mit hoher Dichte 170a so angeordnet, dass leitende Stäbe mit Polygonseiten von 0,325 mm in einem periodischen Array in Intervallen von 0,5 mm angeordnet sind.
In einem Vergleich zwischen der Periode, mit der die leitenden Stäbe in den Gruppen leitender Stäbe mit hoher Dichte 170a, 171a und 172a arrayartig angeordnet sind, und der Periode, mit der die leitenden Stäbe in den Standardgruppen leitender Stäbe 170b und 171b arrayartig angeordnet sind, ist letztere länger. Bei dem obigen spezifischen Beispiel, ist letztere pro Periode um 0,175 mm länger. Wenn ein Bereich mit gleicher Länge gegeben ist, kann daher in jeder Gruppe leitender Stäbe mit hoher Dichte eine größere Zahl leitender Stäbe vorgesehen sein. Somit kann das Lecken einer Signalwelle, die sich in dem Wellenleiterbauglied ausbreitet, wirksamer unterdrückt werden.
Nachfolgend werden auch die Abmessung und Anordnung der leitenden Stäbe, aus welchen sich die jeweiligen Gruppen leitender Stäbe mit hoher Dichte zusammensetzen, entlang der X-Richtung beschrieben. Besonders wird hier ein leitender Stab 171a1 in der Gruppe leitender Stäbe mit hoher Dichte 171a in 50B betrachtet.
Wie oben unter „(1) Breite des leitenden Stabs“ beschrieben, kann die Breite eines leitenden Stabs (d.h. die Größe entlang der X-Richtung und entlang derY-Richtung) kleiner als λm/2 und weiter bevorzugt kleiner als λ0/4 eingestellt sein.
Die Erfinder haben daher die Größe des leitenden Stabs 171a1 entlang der X-Richtung kleiner als λ0/4 eingestellt. Zusätzlich ist sichergestellt, dass die Distanz zwischen dem leitenden Stab 171a1 und dem Wellenleiterbauglied 122L-a1 (d.h. die Größe des Abstands; dieselbe Definition gilt auch unten) sowie die Distanz zwischen dem leitenden Stab 171a1 und dem Wellenleiterbauglied 122L-a2 größer als in den Standardgruppen leitender Stäbe sind.
Um ein spezifisches Beispiel zu nennen, beträgt die Breite des leitenden Stabs 171a1 entlang der X-Richtung 0,75 mm (=0,19λ0), was 0,25 mm länger ist als diejenige des leitenden Stabs 170b1. Die Distanz zwischen dem leitenden Stab 171a1 und dem Wellenleiterbauglied 122L-a1 sowie die Distanz zwischen dem leitenden Stab 171a1 und dem Wellenleiterbauglied 122L-a2 betragen beide 0,625 mm (=0,16·λ0)), was 0,125 mm länger ist als die Distanz zwischen dem leitenden Stab 170b1 und dem Wellenleiterbauglied 122L-b.
In 50A hat nicht nur das Wellenleiterbauglied 122L-a, sondern auch das Wellenleiterbauglied 122L-b auf seiner Wellenleiterfläche gebildete Anstiege und Senkungen. Daher können Gruppen leitender Stäbe mit hoher Dichte auch auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds 122L-b vorgesehen sein. In der vorliegenden Ausführungsform sind auf dem Wellenleiterbauglied 122L-a mehr Anstiege und Senkungen als auf dem Wellenleiterbauglied 122L-b gebildet, so dass sich eine größere wellenlängenreduzierende Wirkung ergibt. Dementsprechend sind Gruppen leitender Stäbe mit hoher Dichte 170a, 171a und 172a als Gruppen leitender Stäbe auf beiden Seiten der Wellenleiterbauglieder 122L-a1 und 122L-a2 gebildet. Das Kriterium dafür, ob eine Gruppe leitender Stäbe mit hoher Dichte oder eine Gruppe standardmäßiger leitender Stäbe vorzusehen ist, kann in geeigneter Weise bestimmt werden. Beispielsweise kann bei einer gegebenen Zentralwellenlänge λr einer Signalwelle, die sich auf einer Wellenleiterfläche ohne wellenlängenreduzierende Wirkung ausbreitet, und einer Wellenlänge λg einer Signalwelle, die sich auf einer Wellenleiterfläche mit wellenlängenreduzierender Wirkung ausbreitet, eine Gruppe leitender Stäbe mit hoher Dichte vorgesehen sein, wenn λg<0,80λr, während eine Gruppe standardmäßiger leitender Stäbe vorgesehen sein kann, wenn λg≥0,80λr.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Periode, mit der die Gruppen leitender Stäbe 170a, 171a und 172a entlang der Y-Richtung angeordnet sind (d.h. die Distanz zwischen den Mitten benachbarter Stäbe) gleich 1/2 der Distanz zwischen einem Port 145a1 in dem Wellenleiterbauglied 122L-a1 und einem Port 145a2 in dem Wellenleiterbauglied 122L-a2, entlang der Y-Richtung genommen. Durch die Wahl einer solchen Periode sind, obwohl die Ports 145a1 und 145a2 an unterschiedlichen Positionen entlang derY-Richtung liegen, die horizontalen Abschnitte (lateralen Abschnitte) der H-förmigen Ports 145a1 und 145a2 entlang der Y-Richtung geradlinig mit den Positionen der jeweils benachbarten leitenden Stäbe 171a entlang der Y-Richtung ausgerichtet. Durch die Wahl einer solchen relativen Positionierung können die Zustände elektrischer Felder in der Nähe der Ports 145a1 und 145a2 identisch gestaltet werden. Die Periode, mit der die leitenden Stäbe 170a, 171a und 172a entlang der Y-Richtung angeordnet sein können, damit diese Wirkung erzielt wird, ist nicht auf 1/2 der Periode begrenzt, mit welcher der Port 145a1 und der Port 145a2 entlang der Y-Richtung angeordnet sind. Allgemeiner ausgedrückt, kann eine Abmessung ausgewählt sein, die ein ganzzahliger Bruchteil von 1 ist (wobei die ganze Zahl 1 einschließt). In dem Fall, dass der Zweck die Aufrechterhaltung identischer Zustände von elektrischen Feldern ist, ist keine Verwendung einer Wellenleiterfläche nötig, die eine wellenlängenreduzierende Wirkung bereitstellt.
(Ausführungsform 7)
In den vorangehenden Ausführungsformen wurden, wie z.B. in 26 oder 31 gezeigt, Strukturen illustriert, bei denen ein leitendes Bauglied eine Vielzahl von darauf angeordneten Wellenleiterbaugliedern hat, so dass eine Signalwelle zum Senden und/oder eine Signalwelle für den Empfang sich in einerVielzahl von Wellenleitern ausbreitet, die durch das leitende Bauglied, das zu der Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern entgegengesetzt ist, die Wellenleiterbauglieder selbst und einen künstlichen magnetischen Leiter erzeugt sind.
Wenn eine Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern vorgesehen ist, wirkt sich ihr Intervall auf die Empfangsqualität und/oder die Sendequalität des Antennen-Arrays aus. Beispielsweise bestimmt das Intervall zwischen der Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern, die in der Anregungsschicht vorgesehen sind, das Array-Anordnungsintervall von Antennenelementen (d.h. das Intervall zwischen den Mitten von zwei benachbarten Antennenelementen). Wenn das Intervall zwischen den Mitten von zwei benachbarten Antennenelementen größer als die Wellenlänge einer verwendeten elektromagnetischen Welle wird, treten, wie bereits beschrieben, Gitterkeulen im sichtbaren Bereich der Antenne auf. Wenn das Array-Anordnungsintervall zwischen den Antennenelementen sich weiter vergrößert, nähern sich die Richtungen der Gitterkeulen der Richtung der Hauptkeule. Hierdurch wird es notwendig, das Array-Anordnungsintervall der Antennenelemente, d.h. das Intervall zwischen den Wellenleiterbaugliedern, zu reduzieren. Zudem müssen die Wellenleiterbauglieder in der Anregungsschicht in kleineren Intervallen vorgesehen werden, um den Winkelbereich zu erweitern, in dem das Antennen-Array empfangsfähig ist.
Wenn das Intervall zwischen den Wellenleiterbaugliedern reduziert ist, kann die Anzahl der Zeilen leitender Stäbe, die dazwischen vorzusehen sind, eingeschränkt werden. Beispielsweise kann abhängig von dem Intervall zwischen zwei benachbarten Wellenleiterbaugliedern nur das Vorsehen einer Zeile leitender Stäbe möglich sein, mit der möglicherweise keine adäquate elektromagnetische Isolierung zwischen den Wellenleiterflächen erreicht wird. Die führt zu der Möglichkeit, dass eine elektromagnetische Welle, die sich innerhalb eines gegebenen Wellenleiters ausbreitet, zu einer benachbarten Wellenleiterfläche leckt.
In Bezug auf einen Stab, der zu einem Wellenleiterbauglied benachbart ist, entschieden sich die Erfinder dementsprechend für eine Größenverringerung seiner Polygonseite in einer Richtung senkrecht zu dem Wellenleiterbauglied (d.h. derX-Richtung), innerhalb einer Ebene, die zu dem Wellenleiterbauglied parallel ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass jedes Wellenleiterbauglied von mindestens zwei Zeilen leitender Stäbe umgeben ist, wodurch ausreichende elektromagnetische Isolierung zwischen den Wellenleiterflächen erreicht werden kann.
Nachfolgend wird die Konstruktion gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform betrifft zwar wiederum die Konstruktion einer Array-Antennenvorrichtung, jedoch wird nachfolgend hauptsächlich in Bezug auf das zweite leitende Bauglied 120 einer Array-Antennenvorrichtung (auf dem leitende Stäbe und Wellenleiterbauglieder vorgesehen sind) die Struktur und Anordnung der leitenden Stäbe beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die folgende Beschreibung nicht nur für das zweite leitende Bauglied 120, sondern auch für das dritte leitende Bauglied 140 und/oder das vierte leitende Bauglied 160 gilt. Hinsichtlich der Bestandteile der Array-Antennenvorrichtung, die hier nicht beschrieben werden, ist auf die vorangegangene Beschreibung bezüglich der Array-Antennenvorrichtung zurückzugreifen, da ihre Beschreibung nicht wiederholt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Vielzahl leitender Stäbe statt auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 auf der leitenden Oberfläche des ersten leitenden Bauglieds vorgesehen sein kann, die einem jeden Wellenleiterbauglied gegenüberliegt.
51A zeigtzwei Wellenleiterbauglieder 122L-c und 122L-d, die jeweils von zwei Zeilen leitender Stäbe auf beiden Seiten umgeben sind. Das Wellenleiterbauglied 122L-c ist umgeben von einer zweizeiligen Gruppe leitender Stäbe 180 und einer zweizeiligen Gruppe leitender Stäbe 181. Das Wellenleiterbauglied 122L-d ist umgeben von einer zweizeiligen Gruppe leitender Stäbe 181 und einer zweizeiligen Gruppe leitender Stäbe 182. Die Abmessung eines jeden leitenden Stabs in der Y-Richtung in den zweizeiligen Gruppen leitender Stäbe 180 bis 182 ist länger als seine Abmessung in der X-Richtung. Zum Vergleich zeigt 51A auch ein Wellenleiterbauglied 122L-e und zwei Standardgruppen leitender Stäbe 184, die arrayartig auf dessen beiden Seiten angeordnet sind.
Nachfolgend wird jeder leitende Stab in den Gruppen leitender Stäbe 180 bis 182 als „leitender Stab gemäß der vorliegenden Ausführungsform“ bezeichnet, während jeder leitende Stab in jeder Gruppe standardmäßiger leitender Stäbe 184 als „standardmäßiger leitender Stab“ bezeichnet wird. Es wird darauf hingewiesen, dass der leitende Stab gemäß der vorliegenden Ausführungsform kleiner als der standardmäßige leitende Stab ist.
51B ist eine Draufsicht von oben, die Abmessungen und Anordnung leitender Stäbe gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt. Als leitende Stäbe gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden zwei benachbarte leitende Stäbe 180a und 180b entlang der Y-Richtung erläutert.
Die Spanne von dem Wellenleiterbauglied 122L-c zu dem Wellenleiterbauglied 122L-d kann folgendermaßen unterteilt sein.

w1: Distanz von dem Wellenleiterbauglied 122L-c zu dem leitenden Stab 180a
w2: Breite des leitenden Stabs 180a entlang der X-Richtung
w3: Distanz von dem leitenden Stab 180a zu dem leitenden Stab 180b
w4: Breite des leitenden Stabs 180b entlang der X-Richtung
w5: Distanz von dem leitenden Stab 180b zu dem Wellenleiterbauglied 122L-d

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird aus praktischen Gründen angenommen, dass w2=w4, w1=w5. Dies ist jedoch keine wesentliche Bedingung.
Wie oben beschrieben, sind w2 und w4 in der vorliegenden Ausführungsform kürzer als die Breite eines standardmäßigen leitenden Stabs entlang der X-Richtung. Wenn die Breite eines standardmäßigen leitenden Stabs entlang der X-Richtung λ0/8 beträgt, können w2 und w4 beispielsweise λ0/16 betragen. Hierdurch wird ermöglicht, dass w3 circa λ0/8 ist. Wenn w1 und w5 λ0/8 sein gelassen werden, beträgt das Intervall von dem Wellenleiterbauglied 122L-c zu dem Wellenleiterbauglied 122L-d circa λ0/2.
Dagegen beträgt auf der XY-Ebene, wenn ein standardmäßiger leitender Stab ein Quadrat mit Polygonseiten mit einer Länge von λ0/8 ist und das Intervall zwischen zwei Zeilen der Stäbe ebenfalls λ0/8 ist, das Intervall zwischen den zwei Wellenleiterbaugliedern λ0·5/8. Daher ist das Intervall zwischen den zwei Wellenleiterbaugliedern in der Konstruktion der vorliegenden Ausführungsform kürzer.
Die Abmessung eines leitenden Stabs gemäß der vorliegenden Ausführungsform entlang der Y-Richtung ist länger als seine Abmessung entlang der X-Richtung eingestellt. Auf diese Weise wird die Festigkeit eines jeden leitenden Stabs sichergestellt. Jedoch kann auch entlang der Y-Richtung die Abmessung eines leitenden Stabs gemäß der vorliegenden Ausführungsform kürzer als die Abmessung eines standardmäßigen leitenden Stabs gestaltet sein. Dies ermöglicht die Bereitstellung der Leitfähigkeit mit hoher Dichte, wie in Ausführungsform 6 beschrieben.
Die obigen Ausführungsformen 6 und 7 illustrieren, dass leitende Stäbe Prismenformen haben. Alternativ können die leitenden Stäbe zylindrische Formen haben. In diesem Fall kann der Radius eines jeden Zylinders verringert sein, um so beispielsweise die Dichte zu verbessern, mit der die leitenden Stäbe in einer Richtung entlang des Wellenleiterbauglieds angeordnet sind, oder um die Anzahl der Zeilen leitender Stäbe zu erhöhen, die zwischen zueinander benachbarten Wellenleiterbauglieder vorzusehen sind. Alternativ können die leitenden Stäbe aus elliptischen Zylindern anstelle von Zylindern zusammengesetzt sein, wobei die längere Seite und die kürzere Seite, wie sie in der Beschreibung für ein Rechteck bezeichnet sind, als die große Achse beziehungsweise die kleine Achse einer Ellipse zu verstehen sind.
(Spezifisches Beispiel für eine Array-Antennenvorrichtung)
Oben wurden somit illustrative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Nachfolgend wird mit Bezug auf 52, 53 und 54A bis 54D eine spezifische Beispielkonstruktion für eine Array-Antennenvorrichtung mit der Konstruktion gemäß jeder obigen Ausführungsform beschrieben.
52 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Array-Antennenvorrichtung 1000. 53 ist eine Seitenansicht der Array-Antennenvorrichtung 1000.
Die Array-Antennenvorrichtung 1000 setzt sich aus vier leitenden Baugliedern zusammen, die schichtartig aufeinander angeordnet sind. Spezifisch sind in der +Z Richtung ein viertes leitendes Bauglied 160, ein drittes leitendes Bauglied 140, ein zweites leitendes Bauglied 120 und ein erstes leitendes Bauglied 110 in dieser Reihenfolge schichtartig angeordnet. Die Beabstandung zwischen zwei gegenüberliegenden leitenden Baugliedern ist die oben beschriebene.
Der jeweilige Port, der in jedem leitenden Bauglied und dem jeweiligen Wellenleiter in der Schicht auf seiner Rückseite (d.h. der Seite der -Z-Richtung) sind zueinander entgegengesetzt angeordnet. Als Beispiel wird das leitende Bauglied 140 erläutert. Zwischen der Wellenleiterfläche eines Wellenleiterbauglieds, das auf dem leitenden Bauglied 140 vorgesehen ist, und der leitenden Oberfläche des leitenden Bauglieds 120, das zu dem leitenden Bauglied 140 entgegengesetzt ist, ist ein Wellenleiter erzeugt. Der Wellenleiter ist mit einem Port verbunden, der in dem leitenden Bauglied 140 vorgesehen ist. Auf dem leitenden Bauglied 160 unmittelbar unter dem Port ist ein auf dieser Schicht zugeordneter Wellenleiter an einer Position erzeugt, die zu dem Port entgegengesetzt ist. Dies ermöglicht die Ausbreitung einer Signalwelle durch den Port zu der unteren Schicht. Eine Signalwelle, die durch eine elektronische Schaltung 310, z.B. MMIC, erzeugt wird (13D), ist umgekehrt fähig, sich zu der oberen Schicht auszubreiten.
Wie in 52 gezeigt, weist die Array-Antennenvorrichtung 1000 drei Arten von Antennen A1 bis A3 auf. Beispielsweise können die Antennen A1 und A3 Sendeantennen zur Verwendung beim Senden einer Signalwelle sein, und die Antenne A2 kann eine Empfangsantenne zur Verwendung beim Empfang einer Signalwelle sein. In der Array-Antennenvorrichtung 1000 sind unabhängige Wellenleiter erzeugt, die jeweils den Antennen A1 bis A3 entsprechen.
54A bis 54D sind Vorderansichten und zeigen spezifische Konstruktionen für das erste leitende Bauglied 110, das zweite leitende Bauglied 120, das dritte leitende Bauglied 140 beziehungsweise das vierte leitende Bauglied 160, gesehen aus der +Z-Richtung (von der Vorderseite aus) in der-Z-Richtung (in Richtung der Rückseite). 54A zeigt das erste leitende Bauglied 110, das eine Abstrahlungsschicht ist. 54B zeigt ein zweites leitendes Bauglied 120, das eine Anregungsschicht ist. 54C zeigt das dritte leitende Bauglied 140, das eine Verteilungsschicht ist. 54D zeigt das vierte leitende Bauglied 160, das eine Verbindungsschicht ist.
Es wird auf 54A Bezug genommen. In der Array-Antennenvorrichtung 1000 wird beispielsweise die in 14A gezeigte Array-Antenne als die Antenne A1 verwendet. Die Antenne A1 ist so angepasst, dass abgestrahlte elektromagnetische Wellen eine einheitliche Verteilung haben, wodurch eine hohe Verstärkung realisiert wird.
Als die Antenne A2 wird die in 29 gezeigte Array-Antenne verwendet. Infolgedessen wird eine Wirkung der Reduzierung des Feldabstands der Antennenelemente entlang der Richtung der Y-Achse in der Figur auf die Hälfte erzielt.
Als die Antenne A3 wird eine Array-Antenne verwendet, die eine Vielzahl von Hörnern 114 aufweist, welche in jeder Zeile nebeneinander angeordnet sind, wie bei der in 12 gezeigten Konstruktion. Auch bei der Antenne A3 ist der Feldabstand der Antennenelemente entlang der Richtung der Y-Achse Richtung in der Figur reduzierbar.
Es wird darauf hingewiesen, dass der von einem durchbrochenen Kreis umgebene Abschnitt C in 54D eine Verbindungsstruktur anzeigt, wie sie mit Bezug auf 49 beschrieben wurde. Jeder rechteckige Hohlwellenleiter und jedes Wellenleiterbauglied, die an jeder anderen Position vorgesehen sind, sind ebenfalls durch dieselbe Struktur verbunden. Mit anderen Worten, bevorzugt sind alle Verbindungsstrukturen in dem vierten leitenden Bauglied 160 identisch mit der in 49 gezeigten Verbindungsstruktur; jedoch ist dies ein Beispiel. Es ist nicht notwendig, dass alle Verbindungsstrukturen allgemein die in 49 gezeigte Verbindungsstruktur sind.
<Varianten>
Als Nächstes werden weitere Varianten des Wellenleiterbauglieds 122, der leitenden Bauglieder 110 und 120 sowie des leitenden Stabs 124 beschrieben.
55A ist eine Querschnittsansicht, die eine Beispielstruktur zeigt, bei der nur die Wellenleiterfläche 122a, die eine obere Fläche des Wellenleiterbauglieds 122 bestimmt, elektrisch leitend ist, während jeder andere Abschnitt des Wellenleiterbauglieds 122 außer der Wellenleiterfläche 122a nicht elektrisch leitend ist. Das erste leitende Bauglied 110 und das zweite leitende Bauglied 120 sind beide gleichermaßen nur an ihrer Oberfläche, auf der das Wellenleiterbauglied 122 vorgesehen ist (d.h. der leitenden Oberfläche 110a, 120a) elektrisch leitend, während sie an allen anderen Abschnitten nicht elektrisch leitend sind. Somit braucht nicht jedes von dem Wellenleiterbauglied 122, dem ersten leitenden Bauglied 110 und dem zweiten leitenden Bauglied 120 elektrisch leitend zu sein.
55B ist ein Diagramm, das eine Variante zeigt, bei der das Wellenleiterbauglied 122 nicht auf dem zweiten leitenden Bauglied 120 gebildet ist. In diesem Beispiel ist das Wellenleiterbauglied 122 an einem stützenden Bauglied (z.B. der Wand des Gehäuse-Außenumfangs) fixiert, welches das erste leitende Bauglied 110 und das zweite leitende Bauglied 120 stützt. Zwischen dem Wellenleiterbauglied 122 und dem zweiten leitenden Bauglied 120 existiert ein Abstand. Somit braucht das Wellenleiterbauglied 122 nicht mit dem zweiten leitenden Bauglied 120 verbunden zu sein.
55C ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur zeigt, bei der das zweite leitende Bauglied 120, das Wellenleiterbauglied 122 und jeder von der Vielzahl leitender Stäbe 124 aus einer dielektrischen Oberfläche zusammengesetzt sind, die mit einem elektrisch leitenden Material wie etwa einem Metall beschichtet ist. Das zweite leitende Bauglied 120, das Wellenleiterbauglied 122 und die Vielzahl von leitenden Stäben 124 sind über den elektrischen Leiter miteinander verbunden. Dagegen ist das erste leitende Bauglied 110 aus einem elektrisch leitenden Material wie etwa einem Metall hergestellt.
23D und 23E sind Diagramme, die jeweils eine Beispielstruktur zeigen, bei der dielektrische Schichten 110c und 120c jeweils auf den äußersten Oberflächen von leitenden Baugliedern 110 und 120, einem Wellenleiterbauglied 122 und leitenden Stäben 124 vorgesehen sind. 55D zeigt eine Beispielstruktur, bei der die Oberfläche leitender Metallbauglieder, die Leiter sind, mit einer dielektrischen Schicht bedeckt ist. 55E zeigt ein Beispiel, bei dem das leitende Bauglied 120 so strukturiert ist, dass die Oberfläche von Baugliedern, die aus einem Dielektrikum, z.B. Harz, gebildet sind, mit einem Leiter wie etwa einem Metall bedeckt ist, wobei diese Metallschicht ferner mit einer dielektrischen Schicht beschichtet ist. Die dielektrische Schicht, die die Metalloberfläche bedeckt, kann eine Beschichtung aus Harz oder dergleichen oder ein Oxidfilm einer Passivierungsbeschichtung oder dergleichen sein, die mit der Oxidation des Metalls erzeugt wird.
Die dielektrische Schicht auf der äußersten Oberfläche lässt eine Erhöhung von Verlusten in der elektromagnetischen Welle zu, die sich durch den WRG-Wellenleiter ausbreitet, ist jedoch fähig zum Schutz der leitenden Oberflächen 110a und 120a (die elektrisch leitend sind) vor Korrosion. Sie verhindert auch Einflüsse einer Gleichspannung oder einer Wechselspannung von so niedriger Frequenz, dass sie nicht zur Ausbreitung auf bestimmten WRG-Wellenleitern fähig ist.
55F ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem die Höhe des Wellenleiterbauglieds 122 niedriger als die Höhe der leitenden Stäbe 124 ist und die leitende Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds 110 in Richtung des Wellenleiterbauglieds 122 absteht. Auch eine solche Struktur funktioniert ähnlich wie die oben beschriebene Ausführungsform, solange die in 4 abgebildeten Abmessungsbereiche eingehalten sind.
55G ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem weiterhin in der Struktur aus 55F Abschnitte der leitenden Oberfläche 110a, die zu den leitenden Stäben 124 entgegengesetzt sind, in Richtung der leitenden Stäbe 124 abstehen. Auch eine solche Struktur funktioniert ähnlich wie die oben beschriebene Ausführungsform, solange die in 4 abgebildeten Abmessungsbereiche eingehalten sind. Anstelle einer Struktur, bei der die leitende Oberfläche 110a teilweise absteht, kann eine Struktur verwendet werden, bei der die leitende Oberfläche 110a teilweise vertieft ist.
56A ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem eine leitende Oberfläche 110a des ersten leitenden Bauglieds 110 als gekrümmte Oberfläche geformt ist. 56B ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem auch eine leitende Oberfläche 120a des zweiten leitenden Bauglieds 120 als gekrümmte Oberfläche geformt ist. Wie durch diese Beispiele gezeigt, ist mindestens eine der leitenden Oberflächen 110a und 120a möglicherweise nicht als Ebene geformt, sondern kann als gekrümmte Oberflächen geformt sein. Insbesondere kann das zweite leitende Bauglied 120 eine leitende Oberfläche 120a haben, die makroskopisch keine planen Abschnitte aufweist, wie mit Bezug auf 2B beschrieben.
Die Wellenleitervorrichtung und Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eignen sich beispielsweise zur Verwendung in einer Radarvorrichtung zum Einbau in bewegten Objekten wie etwa Fahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Luftfahrzeugen, Robotern oder dergleichen (nachfolgend einfach als ein „Radar“ bezeichnet) oder einem Radarsystem. Ein Radar würde eine Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und eine integrierte Mikrowellenschaltung aufweisen, die mit der Antennenvorrichtung verbunden ist. Ein Radarsystem würde die Radarvorrichtung und eine Signalverarbeitungsschaltung aufweisen, die mit der integrierten Mikrowellenschaltung der Radarvorrichtung verbunden ist. Eine Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine WRG-Struktur auf, die eine Größenverringerung erlaubt und somit gegenüber einer Konstruktion, bei der ein herkömmlicher Hohlwellenleiter verwendet wird, eine Reduzierung des Bereiches der Fläche zulässt, auf der Antennenelemente arrayartig angeordnet sind. Daher ist ein Radarsystem, das die Antennenvorrichtung enthält, leicht in einen engen Raum montierbar, etwa auf eine Fläche eines Rückspiegels in einem Fahrzeug, die zu seiner Spiegeloberfläche entgegengesetzt ist, oder in einem bewegten Objekt geringer Größe wie etwa einem UAV (einem unbemannten Luftfahrzeug, einer sogenannten Drohne). Es wird darauf hingewiesen, dass ein Radarsystem, ohne auf die Implementierung in einem Fahrzeug begrenzt zu sein, beispielsweise an der Straße oder einem Gebäude fixiert verwendet werden kann.
Eine Schlitz-Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann auch in einem Drahtlos-Kommunikationssystem verwendet werden. Ein solches Drahtlos-Kommunikationssystem würde eine Schlitz-Array-Antenne gemäß einer der obigen Ausführungsformen und eine Kommunikationsschaltung (eine Sendeschaltung oder eine Empfangsschaltung) aufweisen. Details zu Anwendungsbeispielen für Drahtlos-Kommunikationssysteme werden noch beschrieben.
Eine Schlitz-Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ferner als Antenne in einem Innenpositionierungssystem (IPS) verwendet werden. Ein Innenpositionierungssystem ist fähig zum Identifizieren der Position eines bewegten Objekts wie etwa einer Person oder eines fahrerlosen Transportfahrzeugs (FTF), das sich in einem Gebäude befindet. Eine Array-Antenne kann auch als Funkwellensender (Funkbake) für ein System verwendet werden, das Informationen einem Informations-Endgerät (z.B. einem Smartphone) zuführt, welches von einer Person mitgeführt wird, die ein Geschäft oder eine andere Einrichtung besucht hat. In einem solchen System kann eine Funkbake einmal alle paar Sekunden eine elektromagnetische Welle abstrahlen, die beispielsweise eine Kennung oder andere darauf aufgebrachte Informationen trägt. Wenn das Informations-Endgerät diese elektromagnetische Welle empfängt, sendet das Informations-Endgerät die empfangenen Informationen über Telekommunikationsverbindungen an einen entfernten Server-Computer. Auf Basis der Informationen, die aus dem Informations-Endgerät empfangen wurden, identifiziert der Server-Computer die Position dieses Informations-Endgerätes und führt Informationen, die dieser Position zugeordnet sind (z.B. Produktinformationen oder einen Gutschein) dem Informations-Endgerätzu.
In der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck „künstlicher magnetischer Leiter“ zur Beschreibung der Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet, in Übereinstimmung mit der Darstellung in einer Arbeit eines der Erfinder, Kirino (Nichtpatentdokument 1), sowie einer Arbeit von Kildal u.a., die etwa um dieselbe Zeit eine Untersuchung zu einem verwandten Gegenstand veröffentlichten. Jedoch wurde in einer Untersuchung durch die Erfinder festgestellt, dass für die Erfindung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht unbedingt ein „künstlicher magnetischer Leiter“ nach der herkömmlichen Definition erforderlich ist. Das bedeutet: Bisher wird zwar angenommen, dass eine periodische Struktureine Voraussetzungfüreinen künstlichen magnetischen Leiter sei, jedoch ist zur Ausübung der Erfindung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht unbedingt eine periodische Struktur erforderlich.
Der künstliche magnetische Leiter, der in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist, besteht beispielsweise aus Zeilen leitender Stäbe. Um ein Lecken von elektromagnetischen Wellen von der Wellenleiterfläche weg zu verhindern, hielt man es bisher für entscheidend, dass mindestens zwei Zeilen leitender Stäbe auf einer Seite des Wellenleiterbauglieds bzw. der Wellenleiterbauglieder existieren, wobei sich diese Zeilen leitender Stäbe entlang des Wellenleiterbauglieds bzw. der Wellenleiterbauglieder (Rippe(n)) erstrecken. Der Grund hierfür ist, dass mindestens zwei Zeilen leitender Stäbe erforderlich sind, damit dieselben eine „Periode“ aufweisen. Nach einer Untersuchung durch die Erfinder kann jedoch auch dann, wenn zwischen zwei sich parallel zueinander erstreckenden Wellenleiterbaugliedern nur eine Zeile leitender Stäbe oder nur ein leitender Stab existiert, die Intensität eines Signals, das von einem Wellenleiterbauglied in das andere Wellenleiterbauglied übertritt, auf-10 dB oder weniger unterdrückt werden, was in vielen Anwendungen ein praktisch ausreichender Wert ist. Der Grund, weshalb ein solches ausreichendes Trennungsniveau mit einer nur unvollkommenen periodischen Struktur erreicht wird, ist bislang unklar. Jedoch wird angesichts dieser Tatsache in der vorliegenden Offenbarung die herkömmliche Vorstellung eines „künstlichen magnetischen Leiters“ dahingehend erweitert, dass der Ausdruck auch eine Struktur einschließt, die nur eine Zeile leitender Stäbe oder nur einen leitenden Stab aufweist.
<Anwendungsbeispiel 1: Bordradarsystem>
Als Anwendungsbeispiel für die Nutzung der oben beschriebenen Array-Antennenvorrichtung wird als Nächstes ein Fall eines Bordradarsystems mit einer Array-Antennenvorrichtung beschrieben. Eine in einem Bordradarsystem verwendete Sendewelle kann eine Frequenz z.B. eines 76-Gigahertz- (GHz) -Bands haben, die eine Wellenlänge λ0 von circa 4 mm im freien Raum hat.
In Sicherheitstechnik für Automobile, z.B. in Kollisionsverhütungssystemen oder beim automatischen Fahren, kommt es insbesondere darauf an, ein oder mehr Fahrzeuge (Ziele) zu identifizieren, die dem Eigenfahrzeug vorausfahren. Als Verfahren zum Identifizieren von Fahrzeugen sind Techniken zum Schätzen der Richtungen eintreffender Wellen durch Verwendung eines Radarsystems in Entwicklung.
57 zeigt ein Eigenfahrzeug 500 und ein voraus befindliches Fahrzeug 502, das auf derselben Fahrspur wie das Eigenfahrzeug 500 fährt. Das Eigenfahrzeug 500 weist ein Bordradarsystem auf, das eine Array-Antennenvorrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform enthält. Wenn das Bordradarsystem des Eigenfahrzeugs 500 ein Hochfrequenz-Sendesignal abstrahlt, erreicht das Sendesignal das voraus befindliche Fahrzeug 502 und wird von demselben reflektiert, so dass ein Teil des Signals zu dem Eigenfahrzeug 500 zurückkehrt. Das Bordradarsystem empfängt dieses Signal, um eine Position des voraus befindlichen Fahrzeugs 502, eine Distanz („Entfernung“) zu dem voraus befindlichen Fahrzeug 502, eine Geschwindigkeit usw. zu berechnen.
58 zeigt das Bordradarsystem 510 des Eigenfahrzeugs 500. Das Bordradarsystem 510 ist innerhalb des Fahrzeugs vorgesehen. Spezifischer ist das Bordradarsystem 510 auf einer Fläche des Rückspiegels angeordnet, die zu dessen Spiegelfläche entgegengesetzt ist. Aus dem Fahrzeug heraus strahlt das Bordradarsystem 510 ein Hochfrequenz-Sendesignal in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 500 ab und empfängt (ein) Signal(e), das aus der Fahrtrichtung eintrifft.
Das Bordradarsystem 510 aus diesem Anwendungsbeispiel weist eine Schlitz-Array-Antennenvorrichtung gemäß einer der obigen Ausführungsformen auf. Dieses Anwendungsbeispiel ist so angeordnet, dass die Richtung, in der jedes von der Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern sich erstreckt, mit der vertikalen Richtung zusammenfällt und dass die Richtung, in der die Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern (relativ zueinander) arrayartig angeordnet sind, mit der horizontalen Richtung zusammenfällt. Infolgedessen kann die laterale Abmessung der Vielzahl von Schlitzen, von vorne gesehen, reduziert werden. Beispielabmessungen für eine Antennenvorrichtung mit der obigen Array-Antennenvorrichtung können 60 mm (Breite) MAL 30 mm (Länge) MAL 10 mm (Tiefe) sein. Es sei darauf hingewiesen, dass dies für ein Millimeterwellenradarsystem des 76-GHz-Bands eine sehr geringe Größe ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass viele herkömmliche Bordradarsysteme außen am Fahrzeug vorgesehen sind, z.B. ganz vorne an der Frontpartie. Der Grund hierfür ist, dass das Bordradarsystem relativ groß ist und somit nur schwer innerhalb des Fahrzeugs vorgesehen sein kann, wie in der vorliegenden Offenbarung. Das Bordradarsystem 510 aus diesem Anwendungsbeispiel kann innerhalb des Fahrzeugs installiert sein, wie oben beschrieben, ist aber stattdessen auch ganz vorne an die Frontpartie montierbar. Da der Platzbedarf des Bordradarsystems an der Frontpartie reduziert ist, wird die Anordnung andererTeile erleichtert.
Das Anwendungsbeispiel ermöglicht ein schmales Intervall zwischen einer Vielzahl von Wellenleiterbaugliedern (Rippen), die in der Sendeantenne verwendet werden, wodurch sich auch das Intervall zwischen einer Vielzahl von Schlitzen verschmälert, die entgegengesetzt zu einer Anzahl von benachbarten Wellenleiterbaugliedern vorzusehen sind. Dies reduziert die Einflüsse von Gitterkeulen. Beispielsweise treten keine Gitterkeulen in Vorwärtsrichtung auf, wenn das Intervall zwischen den Mitten von zwei lateral benachbarten Schlitzen kürzer als die Wellenlänge im freien Raum λ0 der Sendewelle (d.h. kleiner als circa 4 mm) ist. Daher werden die Einflüsse von Gitterkeulen reduziert. Es wird darauf hingewiesen, dass Gitterkeulen dann auftreten, wenn das Intervall, in dem die Antennenelemente arrayartig angeordnet sind, größer als eine Hälfte der Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle ist. Wenn das Intervall, in dem die Antennenelemente arrayartig angeordnet sind, kleiner als die Wellenlänge ist, treten keine Gitterkeulen in Vorwärtsrichtung auf. In dem Fall, dass keine Strahllenkung durchgeführt wird, um Phasendifferenzen zwischen den Funkwellen zu übermitteln, die aus den jeweiligen Antennenelementen abgestrahlt werden, welche eine Array-Antenne bilden, haben Gitterkeulen daher im Wesentlichen keinen Einfluss, solange das Intervall, in dem die Antennenelemente arrayartig angeordnet sind, kleiner als die Wellenlänge ist. Durch Einstellen des Array-Faktors der Sendeantenne kann die Direktivität der Sendeantenne eingestellt werden. Es kann ein Phasenschieber vorgesehen sein, damit die Phasen elektromagnetischer Wellen, die auf mehreren Wellenleiterbaugliedern übertragen werden, individuell anpassbarsind. Zur Vermeidung der Einflüsse von Gitterkeulen ist es in diesem Fall vorzuziehen, dass das Intervall zwischen den Antennenelementen weniger als eine Hälfte der Wellenlänge im freien Raum λο der Sendewelle beträgt. Durch Vorsehen eines Phasenschiebers kann die Richtwirkung der Sendeantenne in jede gewünschte Richtung geändert werden. Da die Konstruktion eines Phasenschiebers bekannt ist, wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Eine Empfangsantenne gemäß dem Anwendungsbeispiel ist fähig, den Empfang reflektierter Wellen, die Gitterkeulen zugeordnet sind, zu verringern, so dass die Genauigkeit der unten beschriebenen Verarbeitung verbessert werden kann. Im Folgenden wird ein Beispiel für einen Empfangsprozess beschrieben.
59A zeigt ein Verhältnis zwischen einer Array-Antennenvorrichtung AAdes Bordradarsystems 510 und mehreren eintreffenden Wellen k (k: eine ganze Zahl von 1 bis K; das gleiche gilt nachfolgend durchgängig. K ist die Anzahl der Ziele, die in verschiedenen Azimuten vorhanden sind). Die Array-Antennenvorrichtung AA weist M Antennenelemente in einem linearen Array auf. Eine Antenne ist prinzipiell sowohl zum Senden als auch zum Empfang verwendbar, und daher kann die Array-Antennenvorrichtung AA sowohl für eine Sendeantenne als auch für eine Empfangsantenne verwendet werden. Im Folgenden wird ein Beispielverfahren für die Verarbeitung einer eintreffenden Welle beschrieben, die durch die Empfangsantenne empfangen wird.
Die Array-Antennenvorrichtung AA empfängt mehrere eintreffende Wellen, die gleichzeitig in verschiedenen Winkeln auftreffen. Einige von den mehreren eintreffenden Wellen können eintreffende Wellen sein, die aus der Sendeantenne desselben Bordradarsystems 510 abgestrahlt und durch ein oder mehrere Ziele reflektiert wurden. Außerdem können einige der mehreren eintreffenden Wellen direkte oder indirekte eintreffende Wellen sein, die von anderen Fahrzeugen abgestrahlt wurden.
Der Einfallswinkel einer jeden eintreffenden Welle (d.h. ein Winkel, der die Richtung ihres Eintreffens repräsentiert) ist ein auf die breite Seite B der Array-Antennenvorrichtung AA bezogener Winkel. Der Einfallswinkel einer eintreffenden Welle repräsentiert einen Winkel mit Bezug auf eine Richtung, die zu der Richtung der Linie, entlang derer Antennenelemente arrayartig angeordnet sind, senkrecht steht.
Es werde nun eine k-te eintreffende Welle betrachtet. wenn auf der Array-Antennenvorrichtung von K Zielen aus, die bei unterschiedlichen Azimuten vorhanden sind, K eintreffende Wellen auftreffen, bedeutet eine „k-te eintreffende Welle“ eine eintreffende Welle, die durch einen Einfallswinkel θ_κ identifiziert ist.
59B zeigt die Array-Antennenvorrichtung AA zeigt, welche die k-te eintreffende Welle empfängt. Die durch die Array-Antennenvorrichtung AA empfangenen Signale können durch Gleichung 1 als ein „Vektor“ mit M Elementen ausgedrückt werden. $S = {[s_{1}, s_{2}, \dots, s_{M}]}^{T}$
In der obigen Gleichung ist s_m (wobei m eine ganze Zahl von 1 bis M ist; dies gilt auch im Folgenden) der Wert eines Signals, das durch ein m-tes Antennenelement empfangen wird. Das hochgestellte ^T bedeutet Transposition. S ist ein Spaltenvektor. Der Spaltenvektor S ist definiert durch ein Produkt einer Multiplikation aus einem durch die Konstruktion der Array-Antennenvorrichtung bestimmten Richtungsvektor (als Lenkvektor oder Modenvektor bezeichnet) und einem komplexen Vektor, der ein Signal von dem jeweiligen Ziel repräsentiert (auch als Wellenquelle oder Signalquelle bezeichnet). Wenn die Anzahl der Wellenquellen K ist, sind die Wellen von Signalen, die aus den jeweiligen K Wellenquellen an jedem einzelnen Antennenelement eintreffen, linear überlagert. In diesem Zustand kann s_m durch Gleichung 2 ausgedrückt werden. $s_{m} = \sum_{k = 1}^{K} a_{k} exp {j (\frac{2 π}{λ} d_{m} sin θ_{k} + φ_{k})}$
In Gleichung 2 bezeichnen α_k, θ_κ und φ_k die Amplitude, den Einfallswinkel beziehungsweise die Anfangsphase der k-ten eintreffenden Welle. Außerdem bezeichnet λ die Wellenlänge einer eintreffenden Welle, und j ist eine imaginäre Einheit.
Wie aus Gleichung 2 ersichtlich, ist s_m als komplexe Zahl ausgedrückt, die aus einem realen Teil (Re) und einem imaginären Teil (Im) besteht.
Wenn dies durch Berücksichtigungvon Rauschen (Eigenrauschen oder Wärmerauschen) weiter verallgemeinert wird, lässt sich das Array-Empfangssignal X als Gleichung 3 ausdrücken. $X = S + N$
N ist ein Vektorausdruck für das Rauschen.
Die Signalverarbeitungsschaltung erzeugt mithilfe des Array-Empfangssignals X, ausgedrückt durch Gleichung 3, eine räumliche Kovarianzmatrix Rxx (Gleichung4) eintreffender Wellen und bestimmt des Weiteren Eigenwerte der räumlichen Kovarianzmatrix Rxx. $\begin{matrix} R_{x x} = X X^{H} \\ = [\begin{matrix} R x x_{11} & \dots & R x x_{1 M} \\ ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ R x x_{M 1} & \dots & R x x_{M M} \end{matrix}] \end{matrix}$
In der obigen Gleichung bedeutet das das hochgestellte ^H konjugiert-komplexe Transposition (hermitesche Konjugierte).
Bei den Eigenwerten entspricht die Anzahl der Eigenwerte mit Werten, die gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert sind, der auf Basis von Wärmerauschen definiert ist (Signalraumeigenwerte), der Anzahl eintreffender Wellen. Es werden dann Winkel berechnet, die die höchste Wahrscheinlichkeit hinsichtlich der Einfallsrichtungen reflektierter Wellen (d.h. die maximale Wahrscheinlichkeit) ergeben, wodurch die Anzahl der Ziele und die Winkel, in denen sich die jeweiligen Ziele befinden, identifizierbar sind. Dieser Prozess ist als eine Schätztechnik für die maximale Wahrscheinlichkeit bekannt.
Siehe als Nächstes 60. 60 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispiel-Grundkonstruktion einer Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die in 60 gezeigte Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 weist ein Radarsystem 510, das in einem Fahrzeug montiert ist, und eine mit dem Radarsystem 510 verbundene elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 auf. Das Radarsystem 510 weist eine Array-Antennenvorrichtung AA und eine Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 auf.
Die Array-Antenne AA weist eine Vielzahl von Antennenelementen auf, von denen jedes in Antwort auf eine oder mehrere eintreffende Wellen ein Empfangssignal ausgibt. Wie bereits erwähnt, ist die Array-Antennenvorrichtung AA zum Abstrahlen einer Millimeterwelle mit einer hohen Frequenz fähig. Es wird darauf hingewiesen, dass die Array-Antennenvorrichtung AA, ohne auf die Array-Antennenvorrichtung gemäß einer der obigen Ausführungsformen beschränkt zu sein, jede andere Array-Antennenvorrichtung sein kann, die in geeigneter Weise Empfang durchführt.
In dem Radarsystem 510 muss die Array-Antennenvorrichtung AA am Fahrzeug angebracht sein, während zumindest einige der Funktionen der Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 durch einen Computer 550 und eine Datenbank 552 implementiert sein können, die extern zu der Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 (z.B. außerhalb des Eigenfahrzeugs) vorgesehen sind. In diesem Fall können die Abschnitte der Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530, die sich im Fahrzeug befinden, dauerhaft oder gelegentlich mit dem Computer 550 und der Datenbank 552 verbunden sein, die zum Fahrzeug extern sind, so dass bidirektionale Übermittlungen von Signalen oder Daten möglich sind. Die Übermittlungen sind über eine Kommunikationsvorrichtung 540 des Fahrzeugs und ein üblicherweise verfügbares Kommunikationsnetz durchführbar.
Die Datenbank 552 kann ein Programm speichern, das verschiedene Signalverarbeitungsalgorithmen definiert. Der Inhalt der Daten und des Programms, die für den Betrieb des Radarsystems 510 benötigt werden, können über die Kommunikationsvorrichtung 540 extern aktualisiert werden. Somit sind zumindest einige der Funktionen des Radarsystems 510 durch eine Cloud-Computing-Technik extern zum Eigenfahrzeug realisierbar (was das Innere eines anderen Fahrzeugs einschließt). Für ein „Bord“-Radarsystem in der Bedeutung der vorliegenden Offenbarung ist es daher nicht erforderlich, dass alle Bestandteile innerhalb des (Eigen-) Fahrzeugs montiert sind. Jedoch beschreibt die vorliegende Anmeldung der Einfachheit halber eine Implementierung, bei der alle Bestandteile gemäß der vorliegenden Offenbarung in einem einzigen Fahrzeug (d.h. dem Eigenfahrzeug) montiert sind, sofern nicht anders angegeben.
Die Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 weist eine Signalverarbeitungsschaltung 560 auf. Die Signalverarbeitungsschaltung 560 empfängt direkt oder indirekt Empfangssignale von der Array-Antennenvorrichtung AA und gibt die Empfangssignale oder (ein) sekundäre(s) Signal(e), die aus den Empfangssignalen generiert wurden, in eine Einfallswellen-Schätzeinheit AU ein. Ein Teil der Schaltung oder die gesamte Schaltung (nicht gezeigt), die aus den Empfangssignalen (ein) sekundäre(s) Signal(e) generiert, braucht nicht innerhalb der Signalverarbeitungsschaltung 560 vorgesehen zu sein. Ein Teil einer oder eine gesamte solche Schaltung (Vorverarbeitungsschaltung) kann zwischen der Array-AntennenvorrichtungAA und der Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 vorgesehen sein.
Die Signalverarbeitungsschaltung 560 ist dazu konfiguriert, durch Verwendung der Empfangssignale oder sekundären Signal(e) Berechnungen durchzuführen und ein Signal auszugeben, das die Anzahl der eintreffenden Wellen anzeigt. Gemäß der vorliegenden Verwendung kann als „Signal, das die Anzahl der eintreffenden Wellen anzeigt“, ein Signal bezeichnet werden, das die Anzahl voraus befindlicher Fahrzeuge vor dem Eigenfahrzeug anzeigt (die ein voraus befindliches Fahrzeug oder mehrere voraus befindliche Fahrzeuge sein können).
Die Signalverarbeitungsschaltung 560 kann zum Durchführen vielfältiger Signalverarbeitung konfiguriert sein, die durch bekannte Radarsignal-Verarbeitungseinrichtungen ausführbar ist. Beispielsweise kann die Signalverarbeitungsschaltung 560 dazu konfiguriert sein, „Überauflösungs-Algorithmen“ auszuführen wie etwa das MUSIC-Verfahren, das ESPRIT-Verfahren oder das SAGE-Verfahren, oder andere Algorithmen zur Einfallsrichtungsschätzung mit relativ niedriger Auflösung.
Die in 60 gezeigte Einfallswellen-Schätzeinheit AU schätzt einen Winkel, der das Azimut einer jeden eintreffenden Welle repräsentiert, durch einen beliebigen Algorithmus zur Einfallsrichtungsschätzung, und gibt ein Signal aus, das das Schätzungsergebnis anzeigt. Die Signalverarbeitungsschaltung 560 schätzt die Distanz zu jedem Ziel als Wellenquelle einer eintreffenden Welle, die relative Geschwindigkeit des Ziels und das Azimut des Ziels mit einem bekannten Algorithmus, der durch die Einfallswellen-Schätzeinheit AU ausgeführt wird, und gibt ein Signal aus, das das Schätzungsergebnis anzeigt.
In der vorliegenden Offenbarung ist der Ausdruck „Signalverarbeitungsschaltung“ nicht auf eine einzelne Schaltung beschränkt, sondern schließt jede Implementierung ein, bei der eine Kombination aus mehreren Schaltungen konzeptionell als ein einziges funktionelles Teil betrachtet wird. Die Signalverarbeitungsschaltung 560 kann durch ein oder mehr Ein-Chip-Systeme (SoCs) realisiert sein. Beispielsweise kann ein Teil der oder die gesamte Signalverarbeitungsschaltung560 ein FPGA (feldprogrammierbares Array) sein, das eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD) ist. In diesem Fall weist die Signalverarbeitungsschaltung 560 eine Vielzahl von Berechnungselementen (z.B. Universallogiken und Multiplizierer) und eine Vielzahl von Speicherelementen (z.B. Verweistabellen oder Speicherblöcke) auf. Alternativ kann die Signalverarbeitungsschaltung 560 ein Satz aus (einem) Universalprozessor(en) und (einer) Hauptspeichervorrichtung(en) sein. Die Signalverarbeitungsschaltung 560 kann eine Schaltung sein, die einen beziehungsweise mehrere Prozessorkern(e) und eine beziehungsweise mehrere Speichervorrichtung(en) aufweist. Diese können als die Signalverarbeitungsschaltung560 funktionieren.
Die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 ist dazu konfiguriert, Fahrassistenz für das Fahrzeug auf Basis verschiedener Signale bereitzustellen, die aus der Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 ausgegeben werden. Die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 weist verschiedene elektronische Steuereinheiten dazu an, vorbestimmte Funktionen zu erfüllen, z.B. eine Funktion zur Alarmausgabe, um den Fahrer zu einem Bremsvorgang aufzufordern, wenn die Distanz zu einem voraus befindlichen Fahrzeug (Fahrzeugabstand) kürzer als ein vordefinierter Wert geworden ist; eine Funktion zur Steuerung der Bremsen und eine Funktion zur Beschleunigungssteuerung. Beispielsweise schickt im Fall eines Betriebsmodus, der eine adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung des Eigenfahrzeugs durchführt, die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 vorbestimmte Signale an verschiedene elektronische Steuereinheiten (nicht gezeigt) und Aktoren, um die Distanz des Eigenfahrzeugs zu einem voraus befindlichen Fahrzeug auf einem vordefinierten Wert zu halten oder die Fahrgeschwindigkeit des Eigenfahrzeugs auf einem vordefinierten Wert zu halten.
Im Fall des MUSIC-Verfahrens bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 560 Eigenwerte der räumlichen Kovarianzmatrix und gibt als Signal, das die Anzahl eintreffender Wellen anzeigt, ein Signal aus, das die Anzahl derjenigen Eigenwerte („Signalraum-Eigenwerte“) anzeigt, die größer als ein vorbestimmter Wert sind, der auf Basis von Wärmerauschen definiert ist (thermische Rauschleistung).
Siehe als Nächstes 61. 61 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Beispielkonstruktion für die Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 zeigt. Das Radarsystem 510 in der Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 aus 61 weist eine Array-Antennenvorrichtung AA, die eine nur für den Empfang bestimmte Array-Antennenvorrichtung Rx (auch als Empfangsantenne bezeichnet) und eine nur zum Senden bestimmte Array-Antennenvorrichtung Tx (auch als Sendeantenne bezeichnet) aufweist; und eine Objektdetektionseinrichtung 570 auf.
Mindestens entweder die Sendeantenne Tx oder die Empfangsantenne Rx hat die oben genannte Wellenleiterstruktur. Die Sendeantenne Tx strahlt eine Sendewelle ab, die beispielsweise eine Millimeterwelle sein kann. Die Empfangsantenne Rx, die nur für den Empfang bestimmt ist, gibt ein Empfangssignal in Antwort auf eine oder mehrere eintreffende Wellen (z.B. eine Millimeterwelle(n)) aus.
Eine Sende-/Empfangsschaltung 580 schickt ein Sendesignal für eine Sendewelle an die Sendeantenne Tx und führt „Vorverarbeitung“ für Empfangssignale von Empfangswellen durch, die an der Empfangsantenne Rx empfangen werden. Ein Teil der oder die gesamte Vorverarbeitung kann durch die Signalverarbeitungsschaltung560 in der Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 erfolgen. Ein typisches Beispiel für eine durch die Sende-/Empfangsschaltung 580 durchzuführende Vorverarbeitung kann es sein, aus einem Empfangssignal ein Schwebungssignal zu generieren und ein Empfangssignal mit analogem Format in ein Empfangssignal mit digitalem Format umzuwandeln.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Radarsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung, ohne auf die Implementierung beschränkt zu sein, bei der es in dem Eigenfahrzeug montiert ist, an der Straße oder einem Gebäude angebracht verwendet werden kann.
Als Nächstes wird ein Beispiel für eine spezifischere Konstruktion der Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 beschrieben.
62 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine spezifischere Konstruktion der Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 zeigt. Die in 62 gezeigte Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 weist ein Radarsystem 510 und ein Bordkamerasystem 700 auf. Das Radarsystem 510 weist eine Array-AntennenvorrichtungAA, eine Sende-/Empfangsschaltung 580, die mit der Array-AntennenvorrichtungAA verbunden ist, und eine Signalverarbeitungsschaltung 560 auf.
Das Bordkamerasystem 700 weist eine Bordkamera 710, die in einem Fahrzeug montiert ist, und eine Bildverarbeitungsschaltung 720 auf, die ein durch die Bordkamera 710 erfasstes Bild oder Video verarbeitet.
Die Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung 600 aus diesem Anwendungsbeispiel weist eine Objektdetektionseinrichtung 570, die mit der Array-Antenne AA und der Bordkamera 710 verbunden ist, und eine elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 auf, die mit der Objektdetektionseinrichtung 570 verbunden ist. Zusätzlich zu der oben beschriebenen Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung 530 (einschließlich der Signalverarbeitungsschaltung 560) weist die Objektdetektionseinrichtung 570 eine Sende-/Empfangsschaltung 580 und eine Bildverarbeitungsschaltung 720 auf. Die Objektdetektionseinrichtung 570 detektiert ein Ziel auf der Straße oder in der Nähe der Straße mithilfe nicht nur der durch das Radarsystem 510 gewonnenen Informationen, sondern auch der durch die Bildverarbeitungsschaltung 720 gewonnenen Informationen. Beispielsweise kann die Bildverarbeitungsschaltung 720, während das Eigenfahrzeug auf einer von zwei oder mehr Fahrspuren derselben Richtung fährt, unterscheiden, auf welcher Fahrspur das Eigenfahrzeug fährt, und dieses Unterscheidungsergebnis der Signalverarbeitungsschaltung 560 zuführen. Wenn Anzahl und Azimut(e) von voraus befindlichen Fahrzeugen mithilfe eines vorbestimmten Algorithmus zur Einfallsrichtungsschätzung (z.B. das MUSIC-Verfahren) erkannt werden sollen, kann die Signalverarbeitungsschaltung560 zuverlässigere Informationen zu einer räumlichen Verteilung voraus befindlicher Fahrzeuge liefern, indem auf die Informationen aus der Bildverarbeitungsschaltung 720 zurückgegriffen wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Bordkamerasystem 700 ein Beispiel für ein Mittel zum Identifizieren dessen ist, auf welcher Fahrspur das Eigenfahrzeug fährt. Die Fahrspurposition des Eigenfahrzeugs kann auch durch jedes andere Mittel identifiziert werden. Beispielsweise ist es durch Nutzung einer Ultrabreitband- (UWB-) Technik möglich, zu identifizieren, auf welcher von einer Vielzahl von Fahrspuren das Eigenfahrzeug fährt. Es ist allgemein bekannt, dass die Ultrabreitbandtechnik auf Positionsmessung und/oder Radar anwendbar ist. Die Verwendung der Ultrabreitbandtechnik erhöht die Entfernungsauflösung des Radars, so dass auch dann, wenn sich eine große Anzahl von Fahrzeugen voraus befindet, jedes einzelne Ziel auf Distanzbasis deutlich detektiert werden kann. Dies ermöglicht es, eine Distanz aus einer Leitplanke am Seitenstreifen oder aus dem Mittelstreifen zu identifizieren. Die Breite einer jeden Fahrspur ist anhand der Gesetze des jeweiligen Landes oder dergleichen vordefiniert. Durch Verwendung solcher Informationen wird es möglich, zu identifizieren, wo sich die Fahrspur befindet, in der das Eigenfahrzeug gerade fährt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Ultrabreitbandtechnik ein Beispiel ist. Es kann auch eine Funkwelle auf Basis jeder anderen drahtlosen Technik verwendet werden. Zudem kann zusammen mit einem Radar LIDAR (Lichtdetektion und Abstandsmessung) verwendet werden. LIDAR wird manchmal als „Laserradar“ bezeichnet.
Die Array-AntennenvorrichtungAA kann eine generische Millimeterwellen-Array-Antennenvorrichtung zur bordeigenen Verwendungsein. Die Sendeantenne Tx in diesem Anwendungsbeispiel strahlt eine Millimeterwelle als Sendewelle vor dem Fahrzeug ab. Ein Abschnitt der Sendewelle wird von einem Ziel reflektiert, das typischerweise ein voraus befindliches Fahrzeug ist, so dass von dem Ziel als Wellenquelle eine reflektierte Welle ausgeht. Ein Abschnitt der reflektierten Welle erreicht die Array-Antenne (Empfangsantenne) AA als eintreffende Welle. Jedes von der Vielzahl von Antennenelementen der Array-Antennenvorrichtung AA gibt in Antwort auf eine oder mehrere eintreffende Wellen ein Empfangssignal aus. In dem Fall, in dem die Anzahl der Ziele, die als Wellenquellen reflektierter Wellen funktionieren, K ist (wobei K eine ganze Zahl mit dem Wert 1 oder mehr ist), ist die Anzahl eintreffender Wellen K, jedoch ist diese Zahl K eintreffender Wellen nicht im Voraus bekannt.
In dem Beispiel aus 60 wird vorausgesetzt, dass das Radarsystem 510 als integrales Stück, einschließlich der Array-AntennenvorrichtungAA, am Rückspiegel vorgesehen ist. Jedoch sind Anzahl und Positionen der Array-Antennenvorrichtungen AA nicht auf eine spezifische Anzahl oder spezifische Positionen beschränkt. Eine Array-AntennenvorrichtungAA kann an der hinteren Oberfläche des Fahrzeugs angeordnet sein, um Ziele detektieren zu können, die sich hinter dem Fahrzeug befinden. Außerdem kann eine Vielzahl von Array-Antennenvorrichtungen AA an der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Array-Antennenvorrichtung(en) AA können im Inneren des Fahrzeugs angeordnet sein. Auch in dem Fall, in dem eine Hornantenne, deren jeweilige Antennenelemente, wie oben erwähnt, Hörner aufweisen, als Array-Antennenvorrichtung(en) AA verwendet werden soll, können die Array-Antennenvorrichtung(en) mit solchen Antennenelementen sich im Inneren des Fahrzeugs befinden.
Die Signalverarbeitungsschaltung 560 empfängt und verarbeitet die Empfangssignale, die durch die Empfangsantenne Rx empfangen wurden und einer Vorverarbeitung durch die Sende-/Empfangsschaltung 580 unterzogen wurden. Dieser Prozess umfasst das Eingeben der Empfangssignale in die Einfallswellen-Schätzeinheit AU oder alternativ das Generieren eines bzw. mehrerer sekundärer Signale aus den Empfangssignalen und Eingeben des bzw. der sekundäre(n) Signal(e) in die Einfallswellen-Schätzeinheit AU.
In dem Beispiel aus 62 ist in der Objektdetektionseinrichtung570 eine Auswahlschaltung 596 vorgesehen, die das aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 ausgegebene Signal und das aus der Bildverarbeitungsschaltung 720 ausgegebene Signal empfängt. Die Auswahlschaltung 596 ermöglicht das Einspeisen des aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 ausgegebenen Signals oder des aus der Bildverarbeitungsschaltung 720 ausgegebenen Signals, oder beider Signale, in die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520.
63 ist ein Blockdiagramm, das eine detailliertere Beispielkonstruktion des Radarsystems 510 gemäß diesem Anwendungsbeispiel zeigt.
Wie in 63 gezeigt, weist die Array-AntennenvorrichtungAA eine Sendeantenne Tx, die eine Millimeterwelle sendet, und Empfangsantennen Rx auf, die eintreffende, von Zielen reflektierte Wellen empfangen. Obwohl in der Figur nur eine Sendeantenne Tx dargestellt ist, können zwei oder mehr Arten von Sendeantennen mit unterschiedlichen Charakteristiken vorgesehen sein. Die Array-Antenne AA weist M Antennenelemente 11₁ , 11₂ , ..., 11_M auf (wobei M eine ganze Zahl gleich oder größer als 3 ist). In Antwort auf die eintreffenden Wellen geben die Vielzahl von Antennenelementen 11₁ , 11₂ , ..., 11_M jeweils Empfangssignale s₁ , s₂ , ..., s_M aus ( 27B).
In der Array-Antennenvorrichtung AA sind die Antennenelemente 11₁ bis 11_M beispielsweise in einem linearen Array oder einem zweidimensionalen Array in festen Intervallen angeordnet. Jede eintreffende Welle trifft auf die Array-Antennenvorrichtung AA aus einer Richtung in einem Winkel θ mit Bezug auf die Normale der Ebene auf, in der die Antennenelemente 11₁ bis 11_M arrayartig angeordnet sind. Somit ist die Einfallsrichtung einer eintreffenden Welle durch diesen Winkel θ definiert.
Wenn eine eintreffende Welle von einem Ziel aus auf der Array-Antenne AA auftrifft, nähert sich dies einer ebenen Welle, die auf die Antennenelemente 11₁ bis 11_M aus Azimuten desselben Winkels θ auftrifft. Wenn K eintreffende Wellen auf der Array-Antennenvorrichtung AA von K Zielen mit unterschiedlichen Azimuten auftreffen, können die einzelnen eintreffenden Wellen in Bezug auf jeweils unterschiedliche Winkel φ₁ bis φ_K identifiziert werden.
Wie in 63 gezeigt, weist die Objektdetektionseinrichtung 570 die Sende-/Empfangsschaltung 580 und die Signalverarbeitungsschaltung 560 auf.
Die Sende-/Empfangsschaltung 580 weist eine Dreieckswellen-Generierungsschaltung 581, einen VCO (spannungsgesteuerten Oszillator) 582, einen Distributor 583, Mischer 584, Filter 585, einen Schalter 586, einen A/D-Wandler 587 und eine Steuerung 588 auf. Obwohl das Radarsystem in diesem Anwendungsbeispiel dazu konfiguriert ist, Senden und Empfang von Millimeterwellen im FMCW-Verfahren durchzuführen, ist das Radarsystem der vorliegenden Offenbarung nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Die Sende-/Empfangsschaltung 580 ist dazu konfiguriert, auf Basis eines Empfangssignals von der Array-Antennenvorrichtung AA und eines Sendesignals von der Sendeantenne Tx ein Schwebungssignal zu generieren.
Die Signalverarbeitungsschaltung 560 weist einen Distanzdetektionsabschnitt533, einen Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt534 und einen Azimut-Detektionsabschnitt536 auf. Die Signalverarbeitungsschaltung 560 ist dazu konfiguriert, ein Signal aus dem A/D-Wandler 587 in der Sende-/Empfangsschaltung580 zu verarbeiten und Signale auszugeben, die jeweils die detektierte Distanz zum Ziel, die relative Geschwindigkeit des Ziels und das Azimut des Ziels anzeigen.
Zunächst werden Konstruktion und Funktionsweise der Sende-/Empfangsschaltung 580 im Detail beschrieben.
Die Dreieckswellen-Generierungsschaltung 581 generiert ein Dreieckswellensignal und führt es dem VCO 582 zu. DerVCO 582 gibt ein Sendesignal mit einer Frequenz aus, die auf Basis des Dreieckswellensignals moduliert ist. 64 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Frequenz eines Sendesignals zeigt, das auf Basis des Signals moduliert ist, welches durch eine Dreieckswellen-Generierungsschaltung 581 generiert ist. Diese Wellenform hat eine Modulationsbreite f und eine Mittelfrequenz von f0. Das Sendesignal mit einerso modulierten Frequenz wird dem Verteiler 583 zugeführt. Der Verteiler 583 lässt eine Verteilung des aus dem VCO 582 gewonnenen Sendesignals zwischen den Mischern 584 und der Sendeantenne Tx zu. Somit strahlt die Sendeantenne eine Millimeterwelle mit einer Frequenz ab, die in Dreieckswellen moduliert ist, wie in 64 gezeigt.
Zusätzlich zu dem Sendesignal zeigt 64 auch ein Beispiel für ein Empfangssignal aus einer eintreffenden Welle, die von einem einzelnen voraus befindlichen Fahrzeug reflektiert ist. Das Empfangssignal ist gegenüber dem Sendesignal verzögert. Diese Verzögerung steht in Proportion zu der Distanz zwischen dem Eigenfahrzeug und dem voraus befindlichen Fahrzeug. Zudem erhöht oder verringert sich die Frequenz des Empfangssignals aufgrund des Dopplereffekts entsprechend der relativen Geschwindigkeit des voraus befindlichen Fahrzeugs.
Wenn das Empfangssignal und das Sendesignal gemischt werden, wird auf Basis ihres Frequenzunterschieds ein Schwebungssignal generiert. Die Frequenz dieses Schwebungssignals (Schwebungsfrequenz) differiert zwischen einer Periode, in der das Sendesignal sich in der Frequenz erhöht (Anstieg) und einer Periode, in der das Sendesignal sich in der Frequenz verringert (Abfall). Sobald eine Schwebungsfrequenz für jede Periode auf Basis solcher Schwebungsfrequenzen bestimmt ist, werden die Distanz zum Ziel und die relative Geschwindigkeit des Ziels berechnet.
65 zeigt eine Schwebungsfrequenz fu in einer „Anstiegs“-Periode und eine Schwebungsfrequenz fd in einer „Abfall“-Periode. In dem Graphen aus 65 stellt die horizontale Achse die Frequenz und die vertikale Achse die Signalintensität dar. Dieser Graph wird gewonnen, indem das Schwebungssignal einer Zeit-Frequenz-Umwandlung unterzogen wird. Sobald auf Basis einer bekannten Gleichung die Schwebungsfrequenzen fu und fd gewonnen sind, werden die Distanz zum Ziel und die relative Geschwindigkeit des Ziels berechnet. In diesem Anwendungsbeispiel mit der unten beschriebenen Konstruktion und Funktionsweise werden Schwebungsfrequenzen gewonnen, die dem jeweiligen Antennenelement der Array-Antennenvorrichtung AA entsprechen, was die Schätzung der Positionsinformationen eines Ziels ermöglicht.
In dem in 63 gezeigten Beispiel werden Empfangssignale aus Kanälen Ch₁ bis Ch_M, die den jeweiligen Antennenelementen 11₁ bis 11_M entsprechen, jeweils durch einen Verstärker verstärkt und in die entsprechenden Mischer 584 eingegeben. Jeder Mischer 584 mischt das Sendesignal in das verstärkte Empfangssignal. Durch dieses Mischen wird ein Schwebungssignal generiert, das dem Frequenzunterschied zwischen dem Empfangssignal und dem Sendesignal entspricht. Das generierte Schwebungssignal wird in das entsprechende Filter 585 gespeist. Die Filter 585 wenden Bandbreitensteuerung auf die Schwebungssignale auf den Kanälen Ch₁ bis Ch_M an und führen dem Schalter 586 bandbreitengesteuerte Schwebungssignale zu.
Der Schalter 586 führt ein Schalten in Antwort auf ein aus der Steuerung 588 eingegebenes Abtastsignal durch. Die Steuerung 588 kann beispielsweise durch einen Mikrocomputer gebildet sein. Auf Basis eines Computerprogramms, das in einem Speicher wie etwa einem ROM gespeichert ist, steuert die Steuerung 588 die gesamte Sende-/Empfangsschaltung 580. Die Steuerung 588 braucht nicht innerhalb der Sende-/Empfangsschaltung 580 vorgesehen zu sein, sondern kann innerhalb der Signalverarbeitungsschaltung 560 vorgesehen sein. Mit anderen Worten, die Sende-/Empfangsschaltung 580 kann entsprechend einem Steuersignal aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 arbeiten. Alternativ können einige oder alle Funktionen der Steuerung 588 durch eine zentrale Verarbeitungseinheit realisiert sein, die die gesamte Sende-/Empfangsschaltung 580 und Signalverarbeitungsschaltung 560 steuert.
Nachdem die Schwebungssignale auf den Kanälen Ch₁ bis Ch_M durch die jeweiligen Filter 585 passiert sind, werden sie über den Schalter 586 nacheinander dem A/D-Wandler 587 zugeführt. In Synchronisation mit dem Abtastsignal wandelt der A/D-Wandler 587 die Schwebungssignale auf den Kanälen Ch₁ bis Ch_M, die aus dem Schalter 586 eingegeben werden, in digitale Signale um.
Im Folgenden werden Konstruktion und Funktionsweise der Signalverarbeitungsschaltung 560 im Detail beschrieben. In diesem Anwendungsbeispiel werden die Distanz zum Ziel und die relative Geschwindigkeit des Ziels im FMCW-Verfahren geschätzt. Ohne auf das unten beschriebene FMCW-Verfahren beschränkt zu sein, kann das Radarsystem auch durch Verwendung anderer Verfahren implementiert sein, z.B. in 2-Frequenz-CW- und Spreizspektrum-Verfahren.
In dem in 63 gezeigten Beispiel weist die Signalverarbeitungsschaltung 560 auf: einen Speicher 531, einen Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt532, einen Distanzdetektionsabschnitt 533, einen Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534, einen DBF-(Digitale-Strahlformung-) Verarbeitungsabschnitt 535, einen Azimut-Detektionsabschnitt 536, einen Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537, einen Matrixgenerierungsabschnitt 538, einen Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 und eine Einfallswellen-Schätzeinheit AU. Wie bereits erwähnt, kann ein Teil der oder die gesamte Signalverarbeitungsschaltung 560 durch FPGA oder durch einen Satz aus (einem) Universalprozessor(en) und (einer) Hauptspeichervorrichtung(en) implementiert sein. Der Speicher 531, der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532, der DBF-Verarbeitungsabschnitt 535, der Distanzdetektionsabschnitt 533, der Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534, der Azimut-Detektionsabschnitt 536, der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 und die Einfallswellen-Schätzeinheit AU können einzelne Teile, die in eigenständigen Hardware-Teilen implementiert sind, oder Funktionsblöcke einer einzigen Signalverarbeitungsschaltung sein.
66 zeigt eine Beispielimplementierung, bei der die Signalverarbeitungsschaltung 560 in Hardware einschließlich eines Prozessors PR und einer Speichervorrichtung MD implementiert ist. Auch bei der Signalverarbeitungsschaltung 560 mit dieser Konstruktion kann ein in der Speichervorrichtung MD gespeichertes Computerprogramm die Funktionen des Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitts 532, des DBF-Verarbeitungsabschnitts 535, des Distanzdetektionsabschnitts 533, des Geschwindigkeitsdetektionsabschnitts 534, des Azimut-Detektionsabschnitts 536, des Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitts 537, des Matrixgenerierungsabschnitts 538 und der Einfallswellen-Schätzeinheit AU erfüllen, die in 63 gezeigt sind.
Die Signalverarbeitungsschaltung560 in diesem Anwendungsbeispiel ist konfiguriert zum Schätzen der Positionsinformationen eines voraus befindlichen Fahrzeugs durch Verwendung eines jeden Schwebungssignals, das in ein digitales Signal umgewandelt ist, als sekundäres Signal des Empfangssignals sowie zum Ausgeben eines Signals, das das Schätzungsergebnis anzeigt. Im Folgenden werden Konstruktion und Funktionsweise der Signalverarbeitungsschaltung 560 in diesem Anwendungsbeispiel im Detail beschrieben.
Fürjeden der Kanäle Ch₁ bis Ch_M speichert der Speicher 531 in der Signalverarbeitungsschaltung 560 ein digitales Signal, das aus dem A/D-Wandler 587 ausgegeben wird. Der Speicher 531 kann durch ein generisches Speichermedium wie etwa einen Halbleiterspeicher oder eine Festplatte und/oder eine optische Platte gebildet sein.
Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 wendet Fourier-Transformation auf die jeweiligen Schwebungssignale für die Kanäle Ch₁ bis Ch_M an (in dem unteren Graphen aus 64 gezeigt), die in dem Speicher 531 gespeichert sind. In der vorliegenden Beschreibung wird die Amplitude eines Komplexe-Zahl-Datums nach der Fourier-Transformation als „Signalintensität“ bezeichnet. Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 wandelt die Komplexe-Zahl-Daten eines Empfangssignals aus einem von der Vielzahl von Antennenelementen oder eine Summe der Komplexe-Zahl-Daten aller Empfangssignale aus der Vielzahl von Antennenelementen in ein Frequenzspektrum um. In dem so entstandenen Spektrum können Schwebungsfrequenzen detektiert werden, die jeweiligen Spitzenwerten entsprechen, welche Vorhandensein und Distanz von Zielen (voraus befindlichen Fahrzeugen) anzeigen. Das Errechnen einer Summe der Komplexe-Zahl-Daten der Empfangssignale aus allen Antennenelementen ermöglicht das Ausmitteln der Rauschanteile, wodurch das S/N-Verhältnis verbessert wird.
In dem Fall, in dem nur ein Ziel, d.h. ein voraus befindliches Fahrzeug, vorhanden ist, wie in 65 gezeigt, erzeugt die Fourier-Transformation ein Spektrum mit nur einem Spitzenwert in einer Periode mit steigender Frequenz (der „Anstiegs“-Periode) und nur einem Spitzenwert in einer Periode mit sich verringernder Frequenz (der „Abfall“-Periode). Die Schwebungsfrequenz des Spitzenwertes in der „Anstiegs“-Periode ist mit „fu“ bezeichnet, während die Schwebungsfrequenz des Spitzenwertes in der „Abfall“-Periode mit „fd“ bezeichnet ist.
Aus den Signalintensitäten von Schwebungsfrequenzen detektiert der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 jede Signalintensität, die einen vordefinierten Wert (Schwellenwert) überschreitet, wodurch das Vorhandensein eines Ziels bestimmt wird. Beim Detektieren einer Signalintensitätsspitze gibt der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 die Schwebungsfrequenzen (fu, fd) der Spitzenwerte als die Frequenzen des Objekts von Interesse an den Distanzdetektionsabschnitt 533 und den Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 aus. Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 gibt Informationen, welche die Frequenzmodulationsbreite f anzeigen, an den Distanzdetektionsabschnitt533 aus und gibt Informationen, welche die Mittelfrequenz f0 anzeigen, an den Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 aus.
In dem Fall, in dem Signalintensitätsspitzen entsprechend mehreren Zielen detektiert werden, findet der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 Verbindungen zwischen den Anstiegs-Spitzenwerten und den Abfall-Spitzenwerten auf Basis vordefinierter Bedingungen. Spitzen, die als zu Signalen von demselben Ziel gehörig bestimmt werden, erhalten dieselbe Nummer und werden somit in den Distanzdetektionsabschnitt 533 und den Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 gespeist.
Wenn es mehrere Ziele gibt, erscheinen nach der Fourier-Transformation so viele Spitzen, wie es Ziele gibt, in den Anstiegsteilen und den Abfallteilen des Schwebungssignals. In Proportion zu der Distanz zwischen dem Radar und einem Ziel wird das Empfangssignal weiter verzögert, und das Empfangssignal in 64 verschiebt sich mehr nach rechts. Daher erhält ein Schwebungssignal mit der Erhöhung der Distanz zwischen dem Ziel und dem Radar eine höhere Frequenz.
Auf Basis der aus dem Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 eingegebenen Schwebungsfrequenzen fu und fd berechnet der Distanzdetektionsabschnitt 533 durch die untenstehende Gleichung eine Distanz R und führt sie dem Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 zu. $R = {c \cdot T / (2 \cdot Δ f)} \cdot {(fu + fd) / 2}$
Außerdem berechnet der Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 durch die untenstehende Gleichung auf Basis der aus dem Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 eingegebenen Schwebungsfrequenzen fu und fd eine relative Geschwindigkeit V und führt sie dem Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 zu. $V = {c / (2 \cdot f0)} \cdot {(fu - fd) / 2}$
In der Gleichung, die die Distanz R und die relative Geschwindigkeit V berechnet, ist c die Lichtgeschwindigkeit, und T ist die Modulationsperiode.
Es wird darauf hingewiesen, dass die an der Untergrenze liegende Auflösung der Distanz R als c/(2Δf) ausgedrückt ist. Mit einer Erhöhung von Δf erhöht sich daher die Auflösung der Distanz R. In dem Fall, in dem sich die Frequenz f0 im 76-GHz-Band befindet, liegt bei einer Einstellung von Δf in der Größenordnung von 660 Megahertz (MHz) die Auflösung der Distanz R beispielsweise in der Größenordnung von 0,23 Metern (m). Wenn zwei voraus befindliche Fahrzeuge nebeneinander fahren, kann es mit dem FMCW-Verfahren daher schwer zu identifizieren sein, ob ein Fahrzeug oder zwei Fahrzeuge vorhanden sind. In einem solchen Fall könnte das Betreiben eines Algorithmus zur Einfallsrichtungsschätzung mit extrem hoher Winkelauflösung möglich sein, um zwischen den Azimuten der zwei voraus befindlichen Fahrzeuge zu separieren und die Detektion zu ermöglichen.
Durch Nutzung von Phasendifferenzen zwischen Signalen aus den Antennenelementen 11₁ , 11₂ , ..., 11_M erlaubt der DBF-Verarbeitungsabschnitt 535 die Durchführung einer Fourier-Transformation der eintreffenden, den jeweiligen Antennenelementen entsprechenden komplexen Daten, die mit Bezug auf die Zeitachse Fourier-transformiert wurden, mit Bezug auf die Richtung, in der die Antennenelemente arrayartig angeordnet sind. Der DBF-Verarbeitungsabschnitt 535 berechnet dann räumliche Komplexe-Zahl-Daten, die die Spektrumsintensität für jeden Winkelkanal, wie durch die Winkelauflösung bestimmt, anzeigen, und gibt sie für die jeweiligen Schwebungsfrequenzen an den Azimut-Detektionsabschnitt 536 aus.
Der Azimut-Detektionsabschnitt536 ist zu dem Zweck vorgesehen, den Azimut eines voraus befindlichen Fahrzeugs zu schätzen. Aus den Werten von räumlichen Komplexe-Zahl-Daten, die für diejeweiligen Schwebungsfrequenzen berechnet wurden, wählt der Azimut-Detektionsabschnitt 536 einen Winkel , der den größten Wert annimmt, und gibt ihn an den Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 als das Azimut aus, bei dem ein Objekt von Interesse existiert.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren zum Schätzen des Winkels θ, der die Einfallsrichtung einer eintreffenden Welle anzeigt, nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Es können verschiedene Algorithmen zur Einfallsrichtungsschätzung eingesetzt werden, die bereits erwähnt wurden.
Der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 berechnet absolute Werte der Differenzen zwischen den jeweiligen, im aktuellen Zyklus berechneten Werten der Distanz, der relativen Geschwindigkeit und des Azimuts des Objektes von Interesse und den 1 Zyklus zuvor berechneten jeweiligen Werten der Distanz, der relativen Geschwindigkeit und des Azimuts des Objektes von Interesse, die aus dem Speicher 531 ausgelesen werden. Wenn der absolute Wert einer jeden Differenz kleiner als ein Wert ist, der für den jeweiligen Wert definiert ist, bestimmt dann der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537, dass das Ziel, das 1 Zyklus zuvor detektiert wurde, und das in dem aktuellen Zyklus detektierte Ziel ein identisches Ziel sind. In diesem Fall erhöht der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 die Zählung der Zielverbindungsprozesse, die aus dem Speicher 531 gelesen werden, um eins.
Wenn der absolute Wert einer Differenz größer als vorbestimmt ist, bestimmt der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537, dass ein neues Objekt von Interesse detektiert wurde. Der Zielverbindungs-Verarbeitungsabschnitt 537 speichert die jeweiligen, im aktuellen Zyklus berechneten Werte der Distanz, der relativen Geschwindigkeit und des Azimuts des Objekts von Interesse und auch die Zählung der Zielverbindungsprozesse für dieses Objekt von Interesse in dem Speicher531.
In der Signalverarbeitungsschaltung560 können die Distanz zu dem Objekt von Interesse und seine relative Geschwindigkeit durch Verwendung eines Spektrums detektiert werden, das durch eine Frequenzanalyse von Schwebungssignalen gewonnen ist, die auf Basis von empfangenen reflektierten Wellen generierte Signale sind.
Der Matrixgenerierungsabschnitt 538 generiert eine räumliche Kovarianzmatrix mithilfe der jeweiligen Schwebungssignale für die Kanäle Ch₁ bis Ch_M (unterer Graph in 64), die in dem Speicher 531 gespeichert sind. In der räumlichen Kovarianzmatrix aus Gleichung 4 ist jede Komponente der Wert eines Schwebungssignals, der in Form von realen und imaginären Teilen ausgedrückt ist. Ferner bestimmt der Matrixgenerierungsabschnitt 538 Eigenwerte der räumlichen Kovarianzmatrix Rxx und gibt die so entstehenden Eigenwertinformationen in die Einfallswellen-Schätzeinheit AU ein.
Wenn eine Vielzahl von Signalintensitätsspitzen, die mehreren Objekten von Interesse entsprechen, detektiert wurden, nummeriert der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 die Spitzenwerte jeweils in dem Anstiegsteil und in dem Abfallteil, angefangen bei denjenigen mit kleineren Frequenzen, und gibt sie an den Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 aus. In den Anstiegs- und Abfallteilen entsprechen Spitzen mit identischer Nummer demselben Objekt von Interesse. Die Identifikationsnummern sind als die Nummern anzusehen, die den Objekten von Interesse zugewiesen sind. Zur einfacheren Illustration ist eine Bezugslinie von dem Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 zu dem Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 in 63 der Einfachheit halber weggelassen.
Wenn das Objekt von Interesse eine voraus befindliche Struktur ist, gibt der Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 die Identifikationsnummer dieses Objektes von Interesse als ein Ziel anzeigend aus. Beim Empfang von Bestimmungsergebnissen zu mehreren Objekten von Interesse in der Weise, dass es alles voraus befindliche Strukturen sind, gibt der Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 die Identifikationsnummer eines Objekts von Interesse, das sich auf der Fahrspur des Eigenfahrzeugs befindet, als die Objektpositionsinformationen aus, die anzeigen, wo sich ein Ziel befindet. Beim Empfang von Bestimmungsergebnissen zu mehreren Objekten von Interesse in der Weise, dass es alles voraus befindliche Strukturen sind und dass sich auf der Fahrspur des Eigenfahrzeugs zwei oder mehr Objekte von Interesse befinden, gibt der Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 außerdem die Identifikationsnummer eines Objekts von Interesse, das der höchsten aus dem Verbindungs-Verarbeitungsspeicher 531 gelesenen Zählung der Ziele zugeordnet ist, als die Objektpositionsinformationen aus, die anzeigen, wo sich ein Ziel befindet.
Wiederum mit Bezug auf 62 wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Bordradarsystem 510 in die in 62 gezeigte Beispielkonstruktion eingebaut ist. Die Bildverarbeitungsschaltung 720 erfasst Informationen eines Objekts aus dem Video und detektiert aus den Objektinformationen Zielpositionsinformationen. Beispielsweise ist die Bildverarbeitungsschaltung 720 dazu konfiguriert, durch Detektieren des Tiefenwertes eines Objekts in einem erfassten Video Distanzinformationen eines Objekts zu schätzen oder aus charakteristischen Beträgen in dem Video Größeninformationen und dergleichen zu einem Objekt zu detektieren und so Positionsinformationen des Objekts zu detektieren.
Die Auswahlschaltung 596 führt Positionsinformationen, die aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 oder der Bildverarbeitungsschaltung 720 empfangen werden, selektiv der elektronischen Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 zu. Beispielsweise vergleicht die Auswahlschaltung 596 eine erste Distanz, d.h. die Distanz von dem Eigenfahrzeug zu einem detektierten Objekt, wie in den Objektpositionsinformationen aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 enthalten, mit einer zweiten Distanz, d.h. der Distanz von dem Eigenfahrzeug zu dem detektierten Objekt, wie in den Objektpositionsinformationen aus der Bildverarbeitungsschaltung 720 enthalten, und bestimmt, welche näher am Eigenfahrzeug ist. Beispielsweise kann die Auswahlschaltung 596 auf Basis des Bestimmungsergebnisses die Objektpositionsinformationen auswählen, die eine nähere Distanz zum Eigenfahrzeug anzeigen, und dieselben an die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 ausgeben. Wenn das Bestimmungsergebnis anzeigt, dass die erste Distanz und die zweite Distanz denselben Wert haben, kann die Auswahlschaltung 596 entweder eine davon oder beide an die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 ausgeben.
Wenn aus dem Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 Informationen eingegeben werden, die anzeigen, dass kein potenzielles Ziel vorhanden ist, gibt der Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539 (63) als Objektpositionsinformationen null aus, was anzeigt, dass kein Ziel vorhanden ist. Die Auswahlschaltung 596 wählt dann, auf Basis der Objektpositionsinformationen aus dem Zielausgabe-Verarbeitungsabschnitt 539, durch Vergleich mit einem vordefinierten Schwellenwert, entweder die Objektpositionsinformationen aus der Signalverarbeitungsschaltung 560 oder die Objektpositionsinformationen aus der Bildverarbeitungsschaltung 720 zur Verwendung.
Auf Basis vordefinierter Bedingungen führt die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 nach Empfang der Positionsinformationen eines voraus befindlichen Objektes aus der Objektdetektionseinrichtung 570 eine Steuerung durch, um den Betrieb für den Fahrer des Eigenfahrzeugs sicherer oder einfacher zu machen, entsprechend der durch die Objektpositionsinformation angezeigten Distanz und Größe, der Geschwindigkeit des Eigenfahrzeugs, Straßenbedingungen wie etwa Regen, Schneefall oder klarem Wetter oder anderen Bedingungen. Beispielsweise kann die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520, wenn die Objektpositionsinformationen anzeigen, dass kein Objekt detektiert wurde, ein Steuersignal an eine Beschleunigungssteuerschaltung 526 schicken, um die Drehzahl bis zu einer vordefinierten Geschwindigkeit zu erhöhen, so dass die Beschleunigungssteuerschaltung 526 dazu gesteuert wird, eine Operation durchzuführen, die zu einem Herunterdrücken des Gaspedals äquivalent ist.
In dem Fall, in dem die Objektpositionsinformationen anzeigen, dass ein Objekt detektiert wurde, steuert die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520, wenn festgestellt wird, dass es sich in einer vorbestimmten Distanz zu dem Eigenfahrzeug befindet, die Bremsen über eine Bremssteuerschaltung 524 durch eine Brake-by-Wire-Konstruktion oder dergleichen. Mit anderen Worten, sie führt eine Operation der Geschwindigkeitsverringerung durch, um einen konstanten Fahrzeugabstand einzuhalten. Beim Empfang der Objektpositionsinformationen schickt die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520 ein Steuersignal an eine Alarmsteuerschaltung 522, um das Aufleuchten einer Lampe zu steuern oder Audio über einen im Fahrzeug vorgesehenen Lautsprecher zu steuern, so dass dem Fahrer die Annäherung eines voraus befindlichen Objekts mitgeteilt wird. Beim Empfang von Objektpositionsinformationen einschließlich einer räumlichen Verteilung von voraus befindlichen Fahrzeugen kann die elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung 520, wenn die Fahrgeschwindigkeit innerhalb eines vordefinierten Bereiches liegt, automatisch eine Betätigung des Lenkrads nach links oder rechts erleichtern oder den Hydraulikdruck auf der Lenkradseite dazu steuern, eine Richtungsänderung der Räder zu erzwingen, wodurch Assistenz bei der Kollisionsverhütung mit Bezug auf das voraus befindliche Objekt bereitgestellt wird.
Die Objektdetektionseinrichtung 570 kann so eingerichtet sein, dass kontinuierliche Nachverfolgung gewählt wird und Objektpositionsinformationen aus der Signalverarbeitungsschaltung560 mit Priorität ausgegeben werden, wenn eine Objektpositionsinformation, die im vorherigen Detektionszyklus durch die Auswahlschaltung 596 für einige Zeit kontinuierlich detektiert wurde, die jedoch im aktuellen Detektionszyklus nicht detektiert wird, einer Objektpositionsinformation aus einem kameradetektierten Video zugeordnet wird, die ein voraus befindliches Objekt anzeigt.
Eine spezifische Beispielkonstruktion und -funktionsweise, mit denen die Auswahlschaltung 596 eine Auswahl zwischen den Ausgaben aus der Signalverarbeitungsschaltung560 und der Bildverarbeitungsschaltung 720 vornehmen kann, sind in der Beschreibung des US-Patents Nr. 8446312 , der Beschreibung des US-Patents Nr. 8730096 und der Beschreibung des US-Patents Nr. 8730099 offenbart. Die gesamte Offenbarung derselben wird hier durch Verweis aufgenommen.
(Erste Variante)
In dem Radarsystem zur bordeigenen Verwendung aus dem obigen Anwendungsbeispiel beträgt die (Sweep-) Bedingung für eine einzelne Instanz von FMCW-Frequenzmodulation (frequenzmodulierte kontinuierliche Welle), d.h. eine Zeitspanne, die für eine solche Modulation erforderlich ist (Sweep-Zeit), z.B. 1 Millisekunde, obwohl die Sweep-Zeit auf circa 100 Mikrosekunden verkürzt sein könnte.
Jedoch müssen zur Realisierung einer solchen schnellen Sweep-Bedingung nicht nur diejenigen Bestandteile schnell arbeiten können, die an der Abstrahlung einer Sendewelle beteiligt sind, sondern auch diejenigen Bestandteile, die am Empfang unter dieser Sweep-Bedingung beteiligt sind. Beispielsweise wird ein A/D-Wandier 587 (63) benötigt, der unter dieser Sweep-Bedingung schnell arbeitet. Die Abtastfrequenz des A/D-Wandlers 587 kann beispielsweise 10 MHz betragen. Die Abtastfrequenz kann auch schneller als 10 MHz sein.
Bei der vorliegenden Variante wird eine relative Geschwindigkeit mit Bezug auf ein Ziel berechnet, ohne eine Frequenzkomponente auf Dopplerverschiebungs-Basis zu nutzen. Bei dieser Variante ist die Sweep-Zeit Tm = 100 Mikrosekunden, was sehr kurz ist. Die niedrigste Frequenz eines detektierbaren Schwebungssignals, die 1/Tm beträgt, ist in diesem Fall gleich 10 kHz. Dies würde einer Dopplerverschiebung einer reflektierten Welle von einem Ziel mit einer relativen Geschwindigkeit von circa 20 m/Sekunde entsprechen. Mit anderen Worten, solange man eine Dopplerverschiebung zu Grunde legt, wäre es unmöglich, relative Geschwindigkeiten zu detektieren, die gleich diesem Wert oder kleiner sind. Somit wird bevorzugt ein Berechnungsverfahren verwendet, das sich von einem Berechnungsverfahren auf Dopplerverschiebungs-Basis unterscheidet.
Als Beispiel illustriert diese Variante einen Prozess, der ein Signal (Aufwärts-Schwebungssignal) nutzt, das eine Differenz zwischen einer Sendewelle und einer Empfangswelle repräsentiert und in einem Aufwärts- (Anstiegs-) Abschnitt gewonnen ist, in dem die Sendewelle sich in der Frequenz erhöht. Eine einzelne Sweep-Zeit von FMCW beträgt 100 Mikrosekunden, und ihre Wellenform ist eine Sägezahnform, die nur aus einem Aufwärtsteil besteht. Mit anderen Worten, bei dieser Variante hat die durch die Signalwelle, die durch die Dreieckswellen-/CW-Wellen-Generierungsschaltung 581 erzeugt wird, Sägezahnform. Die Sweep-Breite in der Frequenz beträgt 500 MHz. Da keine Dopplerverschiebungen zugeordneten Spitzen zu nutzen sind, generiert der Prozess nicht ein Aufwärts-Schwebungssignal und ein Abwärts-Schwebungssignal, um die Spitzen aus beiden zu nutzen, sondern er beruht nur auf einem dieser Signale. Obwohl hier ein Fall der Nutzung eines Aufwärts-Schwebungssignals illustriert ist, kann ein ähnlicher Prozess auch durch Verwendung eines Abwärts-Schwebungssignals durchgeführt werden.
Der A/D-Wandler 587 (63) tastet jedes Aufwärts-Schwebungssignal mit einer Abtastfrequenz von 10 MHz ab und gibt mehrere hundert digitale Daten aus (nachfolgend als „Abtastdaten“ bezeichnet). Die Generierung der Abtastdaten erfolgt auf Basis von Aufwärts-Schwebungssignalen beispielsweise nach einem Zeitpunkt, an dem eine Empfangswelle erfasst wird, und bis zu einem Zeitpunkt, an dem eine Sendewelle die Übertragung beendet. Es wird darauf hingewiesen, dass der Prozess beendet sein kann, sobald eine bestimmte Anzahl von Abtastdaten gewonnen ist.
In dieser Variante werden 128 Aufwärts-Schwebungssignale in Serie gesendet/empfangen, für die jeweils mehrere hundert Abtastdaten gewonnen werden. Die Anzahl der Aufwärts-Schwebungssignale ist nicht auf 128 beschränkt. Sie kann 256 oder 8 betragen. Je nach Zweckbestimmung kann eine beliebige Anzahl ausgewählt werden.
Die so entstehenden Abtastdaten werden in dem Speicher 531 gespeichert. Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 wendet eine zweidimensionale schnelle Fourier-Transformation (FFT) auf die Abtastdaten an. Insbesondere wird zuerst für jedes der Abtastdaten, die durch einen einzelnen Sweep gewonnen wurden, ein erster FFT-Prozess (Frequenzanalyseprozess) durchgeführt, um ein Leistungsspektrum zu generieren. Als Nächstes führt der Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 einen zweiten FFT-Prozess für die Verarbeitungsergebnisse durch, die aus allen Sweeps gesammelt wurden.
Wenn die reflektierten Wellen von demselben Ziel stammen, haben Spitzenkomponenten in dem zu detektierenden Leistungsspektrum in jeder Sweep-Periode die gleiche Frequenz. Dagegen unterscheiden sich bei unterschiedlichen Zielen die Spitzenkomponenten in der Frequenz. Durch den ersten FFT-Prozess können mehrere Ziele separiert werden, die sich in unterschiedlichen Distanzen befinden.
In dem Fall, in dem eine relative Geschwindigkeit mit Bezug auf ein Ziel ungleich null ist, verändert sich die Phase des Aufwärts-Schwebungssignals von Sweep zu Sweep etwas. Mit anderen Worden, durch den zweiten FFT-Prozess wird ein Leistungsspektrum, dessen Elemente die Daten von Frequenzkomponenten sind, welche solchen Phasenveränderungen zugeordnet sind, für die jeweiligen Ergebnisse des ersten FFT-Prozesses gewonnen.
Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 extrahiert Spitzenwerte in dem obigen zweiten Leistungsspektrum und schickt sie an den Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534.
Der Geschwindigkeitsdetektionsabschnitt 534 bestimmt aus den Phasenveränderungen eine relative Geschwindigkeit. Beispielsweise sei angenommen, dass eine Reihe gewonnener Aufwärts-Schwebungssignale durch jede Phase θ [RXd] Phasenveränderungen durchläuft. Angenommen, dass die Sendewelle eine durchschnittliche Wellenlänge λ hat, bedeutet dies, dass jedes Mal, wenn ein Aufwärts-Schwebungssignal gewonnen wird, eine Veränderung der Distanz von λ/(4π/θ) besteht. Da diese Veränderung über ein Intervall der Aufwärts-Schwebungssignalübertragung Tm (=100 Mikrosekunden) aufgetreten ist, wird die relative Geschwindigkeit mit {λ/(4π/θ)]/Tm bestimmt.
Durch die obigen Prozesse können eine relative Geschwindigkeit mit Bezug auf ein Ziel und eine Distanz vom Ziel gewonnen werden.
(Zweite Variante)
Das Radarsystem 510 ist fähig zum Detektieren eines Ziels mithilfe von (einer) kontinuierlichen Welle(n) CW mit einer oder mehreren Frequenzen. Dieses Verfahren ist besonders sinnvoll in einem Umfeld, wo eine Vielzahl reflektierter Wellen von unbewegten Objekten in der Umgebung auf dem Radarsystem 510 auftrifft, z.B. wenn das Fahrzeug in einem Tunnel ist.
Das Radarsystem 510 hat ein Antennen-Array zu Empfangszwecken, das fünf Kanäle unabhängiger Empfangselemente aufweist. Bei einem solchen Radarsystem ist die Einfallsazimut-Schätzung für einfallende reflektierte Wellen nur dann möglich, wenn vier oder weniger reflektierte Wellen vorhanden sind, die gleichzeitig einfallen. Bei einem Radar des FMCW-Typs kann die Anzahl reflektierter Wellen, die gleichzeitig einer Einfallsazimut-Schätzung unterzogen werden, reduziert werden, indem ausschließlich reflektierte Wellen aus einer spezifischen Distanz ausgewählt werden. In einer Umgebung, wo eine große Anzahl unbewegter Objekte in der Umgebung existiert, z.B. in einem Tunnel, ist es jedoch so, als gäbe es ein Kontinuum von Objekten zum Reflektieren von Funkwellen; daher ist möglicherweise auch dann, wenn man die reflektierten Wellen auf Basis der Distanz eingrenzt, die Anzahl der reflektierten Wellen immer noch nicht gleich oder kleiner als vier. Jedoch hat jedes solche unbewegte Objekt in der Umgebung mit Bezug auf das Eigenfahrzeug identische relative Geschwindigkeit, und die relative Geschwindigkeit ist größer als diejenige, die jedem anderen Fahrzeug zugeordnet ist, das vorausfährt. Auf dieser Basis können solche unbewegten Objekte auf Basis der Größen der Dopplerverschiebungen von jedem anderen Fahrzeug unterschieden werden.
Daher führt das Radarsystem 510 folgenden Prozess durch: Abstrahlen kontinuierlicher Wellen CW mit mehreren Frequenzen; und Detektieren einer Distanz mithilfe von (einer) Dopplerverschiebungsspitze(n) mit kleinerem Verschiebungsbetrag beziehungsweise -beträgen, während Dopplerverschiebungsspitzen, die unbewegten Objekten entsprechen, in den Empfangssignalen außer Acht gelassen werden. Anders als beim FMCW-Verfahren ist beim CW-Verfahren ein Frequenzunterschied zwischen einer Sendewelle und einer Empfangswelle nur auf eine Dopplerverschiebung zurückführbar. Mit anderen Worten, jede Spitzenfrequenz, die in einem Schwebungssignal auftritt, ist nur auf eine Dopplerverschiebung zurückführbar.
Auch in der Beschreibung dieser Variante wird eine im CW-Verfahren zu verwendende kontinuierliche Welle als „kontinuierliche Welle CW“ bezeichnet. Wie oben beschrieben, hat eine kontinuierliche Welle CW eine konstante Frequenz; d.h. sie ist unmoduliert.
Angenommen, dass das Radarsystem 510 eine kontinuierliche Welle CW einer Frequenz fp abgestrahlt hat und eine reflektierte Welle einer Frequenz fq detektiert hat, die von einem Ziel reflektiert wurde. Die Differenz zwischen der Sendefrequenz fp und der Empfangsfrequenz fq wird als Dopplerfrequenz bezeichnet, die sich auf fp-fq=2·Vr·fp/c nähert. Dabei ist Vr eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Radarsystem und dem Ziel, und c ist die Lichtgeschwindigkeit. Die Sendefrequenz fp, die Dopplerfrequenz (fp-fq) und die Lichtgeschwindigkeit c sind bekannt. Daher kann aus dieser Gleichung die relative Geschwindigkeit Vr=(fp-fq)·c/2fp bestimmt werden. Die Distanz zum Ziel wird durch Nutzung von Phaseninformationen berechnet, wie noch beschrieben wird.
Zum Detektieren einer Distanz zu einem Ziel durch Verwendung kontinuierlicher Wellen CW wird ein 2-Frequenzen-CW-Verfahren verwendet. In dem 2-Frequenzen-CW-Verfahren werden kontinuierliche Wellen CW zweier Frequenzen, die etwas auseinander liegen, jeweils für eine bestimmte Periode abgestrahlt und ihre jeweiligen reflektierten Wellen erfasst. Beispielsweise würde im Fall der Verwendung von Frequenzen im 76-GHz-Band die Differenz zwischen den zwei Frequenzen mehrere hundert kHz betragen. Wie noch beschrieben wird, ist es vorzuziehen, die Differenz zwischen den zwei Frequenzen unter Berücksichtigung der Minimaldistanz zu bestimmen, bei welcher der verwendete Radar zum Detektieren eines Ziels fähig ist.
Angenommen, dass das Radarsystem 510 kontinuierliche Wellen CW der Frequenzen fp1 und fp2 (fp1<fp2) sequentiell abgestrahlt hat und dass die beiden kontinuierlichen Wellen CW von einem einzigen Ziel reflektiert wurden, so dass reflektierte Wellen der Frequenzen fq1 und fq2 durch das Radarsystem 510 empfangen werden.
Auf Basis der kontinuierlichen Welle CW der Frequenz fp1 und der reflektierten Welle (Frequenz fq1) derselben wird eine erste Dopplerfrequenz gewonnen. Auf Basis der kontinuierlichen Welle CW der Frequenz fp2 und der reflektierten Welle (Frequenz fq2) derselben wird eine zweite Dopplerfrequenz gewonnen. Die beiden Dopplerfrequenzen haben im Wesentlichen den gleichen Wert. Aufgrund der Differenz zwischen den Frequenzen fp1 und fp2 unterscheiden sich jedoch die komplexen Signale der jeweiligen Empfangswellen in der Phase. Durch Nutzung dieser Phaseninformationen kann eine Distanz (Entfernung) zum Ziel berechnet werden.
Spezifisch ist das Radarsystem 510 fähig zur Bestimmung der Distanz R als R=c·Δφ/4π(fp2-fp1). Dabei bezeichnet Δφ die Phasendifferenz zwischen zwei Schwebungssignalen, d.h. Schwebungssignal 1, das als Differenz zwischen der kontinuierlichen Welle CW der Frequenz fp1 und der reflektierten Welle (Frequenz fq1) derselben gewonnen ist, und Schwebungssignal 2, das als Differenz zwischen der kontinuierlichen Welle CW der Frequenz fp2 und der reflektierten Welle (Frequenz fq2) derselben gewonnen ist. Das Verfahren zum Identifizieren der Frequenz fb1 des Schwebungssignals 1 und der Frequenz fb2 des Schwebungssignals 2 ist identisch mit demjenigen im oben genannten Fall eines Schwebungssignals aus einer kontinuierlichen Welle CW einer einzigen Frequenz.
Es wird darauf hingewiesen, dass eine relative Geschwindigkeit Vr gemäß dem 2-Frequenzen-CW-Verfahren folgendermaßen bestimmt wird: $Vr = fb1 \cdot c / 2 \cdot fp1 oder Vr = fb2 \cdot c / 2 \cdot fp2$
Außerdem ist die Entfernung, innerhalb derer eine Distanz zu einem Ziel eindeutig identifiziert werden kann, auf die Entfernung begrenzt, die durch Rmax<c/2(fp2-fp1) definiert ist. Der Grund hierfür ist, dass aus einer reflektierten Welle von einem weiter entfernten Ziel resultierende Schwebungssignale ein Δφ erzeugen würden, das größer als 2π ist, so dass sie nicht von Schwebungssignalen unterscheidbar wären, die Zielen an näheren Positionen zugeordnet sind. Daher ist es vorzuziehen, die Differenz zwischen den Frequenzen der zwei kontinuierlichen Wellen CW so einzustellen, dass Rmax größer als die minimale detektierbare Distanz des Radars wird. Im Fall eines Radars, dessen minimale detektierbare Distanz 100 m beträgt, kann fp2-fp1 z.B. als 1,0 MHz vorgesehen sein. In diesem Fall ist Rmax = 150 m, so dass ein Signal von jedem Ziel aus einer Position jenseits von Rmax nicht detektiert wird. Im Fall der Einrichtung eines Radars, der zur Detektion bis zu 250 m fähig ist, kann fp2-fp1 z.B. als 500 kHz vorgesehen sein. In diesem Fall ist Rmax = 300 m, so dass ein Signal von jedem Ziel aus einer Position jenseits von Rmax ebenfalls nicht detektiert wird. In dem Fall, in dem der Radar sowohl einen Betriebsmodus hat, in dem die minimale detektierbare Distanz 100 m und der horizontal Sichtwinkel 120 Grad beträgt, als auch einen Betriebsmodus hat, in dem die minimale detektierbare Distanz 250 m und der horizontale Sichtwinkel 5 Grad beträgt, ist es vorzuziehen, für den Betrieb in dem jeweiligen Betriebsmodus den Wert von fp2-fp1 zwischen 1,0 MHz und 500 kHz umzuschalten.
Es ist ein Detektionsansatz bekannt, bei dem durch Übertragung kontinuierlicher Wellen CW bei N unterschiedlichen Frequenzen (wobei N eine ganze Zahl gleich oder größer als 3 ist) und durch Nutzung von Phaseninformationen der jeweiligen reflektierten Wellen eine Distanz zu jedem Ziel detektiert wird. Gemäß diesem Detektionsansatz kann die Distanz für bis zu N-1 Ziele korrekt erkannt werden. Als Verarbeitung, die dies ermöglicht, wird beispielsweise eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) verwendet. Bei gegebenem N = 64 oder 128 wird eine FFT für Abtastdaten eines Schwebungssignals als Differenz zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal für jede Frequenz durchgeführt, wodurch ein Frequenzspektrum (relative Geschwindigkeit) gewonnen wird. Danach wird bei der Frequenz der CW-Welle eine weitere FFT für Spitzen derselben Frequenz durchgeführt, um so Distanzinformationen abzuleiten.
Im Folgenden wird dies spezifischer beschrieben.
Zur einfacheren Erläuterung wird zunächst ein Fall beschrieben, in dem Signale mit drei Frequenzen f1, f2 und f3 gesendet werden, während sie im Zeitverlauf geschaltet werden. Es wird angenommen, dass fl>f2>f3 und f1-f2=f2-f3=Δf. Für die Signalwelle jeder Frequenz wird eine Übertragungszeit von Δt angenommen. 67 zeigt ein Verhältnis zwischen drei Frequenzen f1, f2 und f3.
Über die Sendeantenne Tx überträgt die Dreieckswellen-/CW-Wellen-Generierungsschaltung 581 (63) kontinuierliche Wellen CW der Frequenzen f1, f2 und f3, die jeweils für die Zeit Δt andauern. Die Empfangsantennen Rx empfangen reflektierte Wellen, die sich aus der Reflexion der jeweiligen kontinuierlichen Wellen CW von einem oder mehreren Zielen ergeben.
Jeder Mischer584 mischt eine Sendewelle und eine Empfangswelle, um ein Schwebungssignal zu generieren. Der A/D-Wandler 587 wandelt das Schwebungssignal, das ein analoges Signal ist, beispielsweise in mehrere hundert digitale Daten (Abtastdaten) um.
Unter Verwendung der Abtastdaten führt der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt532 FFT-Berechnung durch. Durch die FFT-Berechnung werden Frequenzspektrumsinformationen von Empfangssignalen für die jeweiligen Sendefrequenzen f1, f2 und f3 gewonnen.
Danach separiert der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 Spitzenwerte aus den Frequenzspektrumsinformationen der Empfangssignale. Die Frequenz eines jeden Spitzenwertes, der vorbestimmt oder größer ist, steht in Proportion zu einer relativen Geschwindigkeit mit Bezug auf ein Ziel. Das Separieren von einem Spitzenwert(en) aus den Frequenzspektrumsinformationen von Empfangssignalen ist gleichbedeutend mit dem Separieren eines oder mehrerer Ziele mit unterschiedlichen relativen Geschwindigkeiten.
Als Nächstes misst der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 mit Bezug auf jede der Sendefrequenzen f1 bis f3 Spektrumsinformationen von Spitzenwerten derselben relativen Geschwindigkeit oder relativen Geschwindigkeiten innerhalb eines vordefinierten Bereiches.
Es werde nun ein Szenario betrachtet, in dem zwei Ziele A und B existieren, die ungefähr dieselbe relative Geschwindigkeit haben, sich jedoch in jeweils unterschiedlichen Distanzen befinden. Ein Sendesignal der Frequenz f1 wird von beiden Zielen A und B reflektiert, so dass Empfangssignale gewonnen werden. Die reflektierten Wellen von den Zielen A und B ergeben im Wesentlichen dieselbe Schwebungssignalfrequenz. Daher werden die Leistungsspektren bei den Dopplerfrequenzen der Empfangssignale, entsprechend ihren relativen Geschwindigkeiten, als synthetisches Spektrum F1 gewonnen, zu dem die Leistungsspektren von zwei Zielen A und B verschmolzen wurden.
Ebenso werden für jede der Frequenzen f2 und f3 die Leistungsspektren bei den Dopplerfrequenzen der Empfangssignale entsprechend ihren relativen Geschwindigkeiten als synthetisches Spektrum F1 gewonnen, in dem die Leistungsspektren von zwei Zielen A und B verschmolzen wurden.
68 zeigt ein Verhältnis zwischen synthetischen Spektren F1 bis F3 auf einer komplexen Ebene. In den Richtungen der zwei Vektoren, die jedes der synthetischen Spektren F1 bis F3 bilden, entspricht der rechte Vektor dem Leistungsspektrum einer reflektierten Welle von Ziel A; d.h. in 68 die Vektoren f1A, f2A und f3A. Dagegen entspricht in den Richtungen der zwei Vektoren, die jedes der synthetischen Spektren F1 bis F3 bilden, der linke Vektor dem Leistungsspektrum einer reflektierten Welle von Ziel B; d.h. in 68 die Vektoren f1B, f2B und f3B.
Bei einer konstanten Differenz Δf zwischen den Sendefrequenzen steht die Phasendifferenz zwischen den Empfangssignalen, die den jeweiligen Sendesignalen der Frequenzen f1 und f2 entsprechen, in Proportion zu der Distanz zu einem Ziel. Daher haben die Phasendifferenz zwischen den Vektoren f1A und f2A und die Phasendifferenz zwischen den Vektoren f2A und f3A denselben Wert φA, wobei diese Phasendifferenz φA zu der Distanz zu Ziel A in Proportion steht. Ebenso haben die Phasendifferenz zwischen den Vektoren f1B und f2B und die Phasendifferenz zwischen den Vektoren f2B und f3B denselben Wert φB, wobei diese Phasendifferenz φB zu der Distanz zu Ziel B in Proportion steht.
Durch Verwendung eines bekannten Verfahrens können die jeweiligen Distanzen zu den Zielen A und B aus den synthetischen Spektren F1 bis F3 und der Differenz Δf zwischen den Sendefrequenzen bestimmt werden. Diese Technik ist beispielsweise im US-Patent Nr. 6703967 offenbart. Die gesamte Offenbarung dieser Veröffentlichung wird hier durch Verweis aufgenommen.
Eine ähnliche Verarbeitung ist auch anwendbar, wenn die übertragenen Signale vier oder mehr Frequenzen haben.
Es wird darauf hingewiesen, dass vor dem Übertragen kontinuierlicher Wellen CW bei N unterschiedlichen Frequenzen ein Prozess der Bestimmung der Distanz zu jedem Ziel und der relativen Geschwindigkeit desselben im 2-Frequenzen-CW-Verfahren durchgeführt werden kann. Von diesem Prozess kann dann unter vorbestimmten Bedingungen zu einem Prozess der Übertragung kontinuierlicher Wellen CW bei N unterschiedlichen Frequenzen umgeschaltet werden. Beispielsweise kann FFT-Berechnung durch Verwendung der jeweiligen Schwebungssignale bei den zwei Frequenzen durchgeführt werden, und wenn das Leistungsspektrum einerjeden Sendefrequenz im Zeitverlauf einer Veränderung von 30% oder mehr unterliegt, kann der Prozess umgeschaltet werden. Die Amplitude einer reflektierten Welle von jedem Ziel unterliegt im Zeitverlauf einer großen Veränderung durch Mehrwegeinflüsse und dergleichen. Wenn eine Veränderung von einer vorbestimmten Größenordnung oder mehr existiert, kann in Betracht gezogen werden, dass möglicherweise mehrere Ziele vorhanden sind.
Außerdem ist bekannt, dass das CW-Verfahren ein Ziel nicht detektieren kann, wenn die relative Geschwindigkeit zwischen dem Radarsystem und dem Ziel null beträgt, d.h. wenn die Dopplerfrequenz null beträgt. Wenn jedoch beispielsweise mit den folgenden Verfahren ein Pseudo-Dopplersignal bestimmt wird, ist es möglich, durch Verwendung dieser Frequenz ein Ziel zu detektieren.
(Verfahren 1) Es wird ein Mischer hinzugefügt, der eine bestimmte Frequenzverschiebung in der Ausgabe einer empfangenden Antenne bewirkt. Durch Verwendung eines Sendesignals und eines Empfangssignals mit einer verschobenen Frequenz kann ein Pseudo-Dopplersignal gewonnen werden.
(Verfahren 2) Zwischen dem Ausgang einer empfangenden Antenne und einem Mischer wird zum kontinuierlichen Einführen von Phasenveränderungen im Zeitverlauf ein variabler Phasenschieber eingefügt, so dass zu dem Empfangssignal eine Pseudo-Phasendifferenz hinzugefügt wird. Durch Verwendung eines Sendesignals und eines Empfangssignals mit einer hinzugefügten Phasendifferenz kann ein Pseudo-Dopplersignal gewonnen werden.
Ein Beispiel für eine spezifische Konstruktion und Funktionsweise zum Einführen eines variablen Phasenschiebers zum Generieren eines Pseudo-Dopplersignals gemäß Verfahren 2 ist in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 2004-257848 offenbart. Die gesamte Offenbarung dieser Veröffentlichung wird hier durch Verweis aufgenommen.
Wenn Ziele ohne oder mit sehr geringer relativer Geschwindigkeit detektiert werden müssen, können die oben genannten Prozesse der Generierung eines Pseudo-Dopplersignals verwendet werden, oder es kann zu einem Zieldetektionsprozess im FMCW-Verfahren umgeschaltet werden.
Als Nächstes wird mit Bezug auf 69 eine Verarbeitungsprozedur beschrieben, die durch die Objektdetektionseinrichtung 570 des Bordradarsystems 510 durchzuführen ist.
Das untenstehende Beispiel illustriert einen Fall, in dem kontinuierliche Wellen CW bei zwei unterschiedlichen Frequenzen fp1 und fp2 (fp1<fp2) übertragen werden und die Phaseninformationen einer jeden reflektierten Welle genutzt werden, um jeweils eine Distanz mit Bezug auf ein Ziel zu detektieren.
69 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozedur eines Bestimmungsprozesses für die relative Geschwindigkeit und Distanz gemäß dieser Variante zeigt.
Bei Schritt S41 generiert die Dreieckswellen-/CW-Wellen-Generierungsschaltung 581 zwei kontinuierliche Wellen CW mit Frequenzen, die etwas auseinander liegen, d.h. den Frequenzen fp1 und fp2.
Bei Schritt S42 führen die Sendeantenne Tx und die Empfangsantennen Rx ein Senden / einen Empfang der generierten Serie kontinuierlicher Wellen CW durch. Es wird darauf hingewiesen, dass der Prozess aus Schritt S41 und der Prozess aus Schritt S42 durch die Dreieckswellen-/CW-Wellen-Generierungsschaltung 581 und das Sendeantennenelement Tx / die Empfangsantenne Rx jeweils parallel durchführbar sind, anstelle einer Durchführung von Schritt S42 erst nach Beendigung von Schritt S41.
Bei Schritt S43 generiert jeder Mischer 584 durch Nutzung einer jeden Sendewelle und einer jeden Empfangswelle ein Differenzsignal, wodurch zwei Differenzsignale gewonnen werden. Jede Empfangswelle schließt eine von einem unbewegten Objekt ausgehende Empfangswelle und eine von einem Ziel ausgehende Empfangswelle ein. Daher wird als Nächstes ein Prozess der Identifikation von Frequenzen zur Nutzung als Schwebungssignale durchgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Prozess aus Schritt S41, der Prozess aus Schritt S42 und der Prozess aus Schritt S43 durch die Dreieckswellen-/CW-Wellen-Generierungsschaltung 581, die Sendeantenne Tx / Empfangsantenne Rx und die Mischer 584 parallel durchführbar sind, anstelle einer Durchführung von Schritt S42 erst nach Beendigung von Schritt S41 oder von Schritt S43 erst nach Beendigung von Schritt S42.
Bei Schritt S44 identifiziert die Objektdetektionseinrichtung 570 für jedes der zwei Differenzsignale bestimmte Spitzenfrequenzen als Frequenzen fb1 und fb2 von Schwebungssignalen in der Weise, dass diese Frequenzen gleich oder kleiner als eine Frequenz sind, die als Schwellenwert vordefiniert ist, dabei aber Amplitudenwerte haben, die gleich oder größer als ein vorbestimmter Amplitudenwert sind, und dass die Differenz zwischen den zwei Frequenzen gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Bei Schritt S45 detektiert der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 auf Basis von einer der zwei identifizierten Schwebungssignalfrequenzen eine relative Geschwindigkeit. Der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt532 berechnet die relative Geschwindigkeit beispielsweise gemäß Vr=fb1·c/2·fp1. Es wird darauf hingewiesen, dass eine relative Geschwindigkeit durch Nutzung einer jeden der zwei Schwebungssignalfrequenzen berechnet werden kann, was dem Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 eine Verifikation dessen erlaubt, ob sie übereinstimmen oder nicht, wodurch die Genauigkeit der Berechnung der relativen Geschwindigkeit erhöht wird.
Bei Schritt S46 bestimmt der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 eine Phasendifferenz Δφ zwischen zwei Schwebungssignalen 1 und 2 und bestimmt eine Distanz R=c·Δφ/4π(fp2-fp1) zu dem Ziel.
Durch die obigen Prozesse kann die relative Geschwindigkeit und Distanz zu einem Ziel detektiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass kontinuierliche Wellen CW bei N unterschiedlichen Frequenzen übertragen werden können (wobei N = 3 oder mehr ist) und dass durch Nutzung von Phaseninformationen der jeweiligen reflektierten Welle Distanzen zu mehreren Zielen mit derselben relativen Geschwindigkeit, jedoch an unterschiedlichen Positionen detektiert werden können.
Zusätzlich zu dem Radarsystem 510 kann das oben beschriebene Fahrzeug 500 ferner ein weiteres Radarsystem aufweisen. Beispielsweise kann das Fahrzeug 500 ferner ein Radarsystem mit einem Detektionsbereich in Richtung der Rückseite oder der Seiten der Fahrzeugkarosserie aufweisen. Im Fall des Einbaus eines Radarsystems mit einem Detektionsbereich in Richtung der Fahrzeugkarosserierückseite kann das Radarsystem die Rückseite überwachen, und wenn die Gefahr besteht, dass ein anderes Fahrzeug hinten auffährt, eine Reaktion durchführen, indem beispielsweise ein Alarm ausgelöst wird. Im Fall des Einbaus eines Radarsystems mit einem Detektionsbereich in Richtung der Seiten der Fahrzeugkarosserie kann das Radarsystem eine benachbarte Fahrspur überwachen, wenn das Eigenfahrzeug die Fahrspur wechselt usw., und gegebenenfalls eine Reaktion durchführen, indem ein Alarm ausgelöst wird oder dergleichen.
Die Anwendungen des oben beschriebenen Radarsystems 510 sind nicht ausschließlich auf die bordeigene Verwendung beschränkt. Vielmehr kann das Radarsystem 510 als Sensoren für verschiedene Zwecke verwendet werden. Beispielsweise kann es als Radar zur Überwachung der Umgebung eines Hauses oder jedes anderen Gebäudes verwendet werden. Alternativ ist es verwendbar als Sensor zum Detektieren der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Person an einer bestimmten Position in einem Innenraum, oder zum Detektieren dessen, ob eine solche Person sich bewegt usw., ohne Nutzung optischer Bilder.
(Zusätzliche Details der Verarbeitung)
Weitere Ausführungsformen werden in Verbindung mit den 2-Frequenz-CW- oder FMCW-Techniken für die oben beschriebenen Array-Antennen beschrieben. Wie bereits beschrieben, wendet der Empfangsintensitäts-Berechnungsabschnitt 532 in dem Beispiel aus 31 eine Fourier-Transformation auf die jeweiligen Schwebungssignale für die Kanäle Ch₁ bis Ch_M an (unterer Graph aus 32), die in dem Speicher 531 gespeichert sind. Diese Schwebungssignale sind komplexe Signale, damit die Phase des Signals identifiziert wird, das für die Berechnung von Interesse ist. Dies erlaubt eine korrekte Identifikation der Richtung einer eintreffenden Welle. In diesem Fall erhöht sich jedoch die Rechenlast für eine Fourier-Transformation, so dass es einer größeren Schaltung bedarf.
Zur Lösung dieses Problems kann ein skalares Signal als ein Schwebungssignal generiert werden. Fürjedes von einerVielzahl von Schwebungssignalen, die generiert wurden, können zwei komplexe Fourier-Transformationen in Bezug auf die Raumachsenrichtung, die dem Antennen-Array entspricht, und auf die Zeitachsenrichtung, die dem Verstreichen der Zeit entspricht, durchgeführt werden, um so Ergebnisse der Frequenzanalyse zu gewinnen. Infolgedessen kann mit geringem Rechenaufwand letztlich eine Strahlformung in der Weise erreicht werden, dass Richtungen des Eintreffens reflektierter Wellen identifizierbar sind, wodurch Frequenzanalyseergebnisse für die jeweiligen Strahlen gewonnen werden können. Als auf die vorliegende Offenbarung bezogenes Patentdokument wird die gesamte Offenbarung der Beschreibung des US-Patents Nr. 6339395 hier durch Verweis aufgenommen.
(Optischer Sensor, z.B. Kamera, und Millimeterwellenradar)
Als Nächstes werden ein Vergleich zwischen der oben beschriebenen Array-Antenne und herkömmlichen Antennen sowie ein Anwendungsbeispiel beschrieben, bei dem sowohl die vorliegende Array-Antenne als auch ein optischer Sensor (z.B. eine Kamera) genutzt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass LIDAR oder dergleichen als der optische Sensor einsetzbar ist.
Ein Millimeterwellenradar ist fähig zum direkten Detektieren einer Distanz (Entfernung) zu einem Ziel und einer relativen Geschwindigkeit desselben. Eine weitere Eigenschaft besteht darin, dass seine Detektionsleistung sich nachts (einschließlich der Dämmerung) oder bei schlechtem Wetter, z.B. Regen, Nebel oder Schneefall, nicht besonders verringert. Andererseits wird davon ausgegangen, dass eine zweidimensionale Erfassung eines Ziels mit einem Millimeterwellenradar nicht so einfach ist wie mit einer Kamera. Dagegen ist eine zweidimensionale Erfassung eines Ziels und Erkennung seiner Form mit einer Kamera relativ einfach. Jedoch kann eine Kamera ein Ziel möglicherweise nicht bei Nacht oder schlechtem Wetter abbilden, was ein erhebliches Problem darstellt. Dieses Problem ist besonders dann bedeutsam, wenn sich an dem Abschnitt, durch den die Belichtung sichergestellt werden soll, Wassertröpfchen angelagert haben oder die Sicht durch Nebel eingeschränkt ist. Dieses Problem besteht in ähnlicher Weise für LIDAR oder dergleichen, was ebenfalls das Gebiet optischer Sensoren betrifft.
In Reaktion auf eine steigende Nachfrage nach sichererem Fahrzeugbetrieb werden seit einigen Jahren Fahrerassistenzsysteme zur Verhinderung von Kollisionen oder dergleichen entwickelt. Ein Fahrerassistenzsystem erfasst ein Bild in Fahrtrichtung mit einem Sensor wie etwa einer Kamera oder einem Millimeterwellenradar, und wenn ein Hindernis erkannt wird, bei dem vorhergesagt wird, dass es die Fahrt des Fahrzeugs hemmt, werden Bremsen oder dergleichen automatisch betätigt, um Kollisionen oder dergleichen zu verhindern. Von einer solchen Funktion der Kollisionsvermeidung wird normales Funktionieren auch bei Nacht oder schlechtem Wetter erwartet.
Daher gewinnen Fahrerassistenzsysteme mit einer sogenannten zusammengeführten Konstruktion an Verbreitung, bei denen zusätzlich zu einem herkömmlichen optischen Sensor wie etwa einer Kamera ein Millimeterwellenradar als Sensor angebracht ist, wodurch ein Erkennungsprozess realisiert wird, der beides ausnutzt. Ein solches Fahrerassistenzsystem wird noch erläutert.
Andererseits werden an die Funktionen des Millimeterwellenradars selbst immer höhere Erwartungen gestellt. Ein Millimeterwellenradar zur bordeigenen Verwendung nutzt hauptsächlich elektromagnetische Wellen des 76-GHz-Bands. Die Antennenleistung seiner Antenne ist gemäß den jeweiligen Landesgesetzen oder dergleichen unter ein bestimmtes Niveau eingeschränkt. Beispielsweise ist sie in Japan auf 0,01 W oder weniger begrenzt. Gemäß solchen Einschränkungen wird von einem Millimeterwellenradarzur bordeigenen Verwendung die erforderliche Leistung erwartet, dass beispielsweise sein Detektionsbereich 200 m oder mehr beträgt; die Antennengröße 60 mm MAL 60 mm oder weniger beträgt; ihr horizontaler Erfassungswinkel 90 Grad oder mehr beträgt; ihre Entfernungsauflösung 20 cm oder weniger beträgt; dass sie zu Nahbereichsdetektion innerhalb von 10 m fähig ist und so weiter. Bei herkömmlichen Millimeterwellenradars wurden Mikrostreifenleitungen als Wellenleiter und Patch-Antennen als Antennen verwendet (im Folgenden werden beide als „Patch-Antennen“ bezeichnet). Jedoch war mit einer Patch-Antenne die oben genannte Leistungsfähigkeit nur schwer zu erzielen.
Mit einer Schlitz-Array-Antenne, auf welche die Technik der vorliegenden Offenbarung angewandt wird, haben die Erfinder die oben genannte Leistungsfähigkeit erzielt. Infolgedessen wurde ein Millimeterwellenradar realisiert, der kleinere Größe hat, effizienter ist und höhere Leistungsfähigkeit besitzt als herkömmliche Patch-Antennen und dergleichen. Daneben wurde durch Kombinieren dieses Millimeterwellenradars und eines optischen Sensors wie etwa einer Kamera eine klein bemessene, hocheffiziente und hochleistungsfähige zusammengeführte Einrichtung realisiert, die es zuvor nicht gab. Dies wird unten ausführlich beschrieben.
70 ist ein Diagramm zu einer zusammengeführten Einrichtung in einem Fahrzeug 500, wobei die zusammengeführte Einrichtung ein Bordkamerasystem 700 und ein Radarsystem 510 (nachfolgend als der Millimeterwellenradar 510 bezeichnet) mit einer Schlitz-Array-Antenne aufweist, auf weiche die Technik der vorliegenden Offenbarung angewandt ist. Mit Bezug auf diese Figur werden unten verschiedene Ausführungsformen beschrieben.
(Einbau des Millimeterwellenradars im Fahrzeugraum)
Eine herkömmlicher Millimeterwellenradar 510' auf Patch-Antennen-Basis ist hinter und einwärts von einem Grill 512 platziert, der sich an der Frontpartie eines Fahrzeugs befindet. Eine elektromagnetische Welle, die aus einer Antenne abgestrahlt wird, gelangt durch die Öffnungen in dem Grill 512 und wird vordem Fahrzeug 500 abgestrahlt. In der Region, durch welche die elektromagnetische Welle passiert, existiert in diesem Fall keine dielektrische Schicht, z.B. Glas, welche die Energie der elektromagnetischen Welle vermindert oder reflektiert. Infolgedessen reicht eine elektromagnetische Welle, die von dem Millimeterwellenradar 510' auf Patch-Antennen-Basis abgestrahlt wird, über einen langen Bereich, z.B. zu einem Ziel, das 150 m oder weiter entfernt ist. Durch Empfangen der davon reflektierten elektromagnetischen Welle mit der Antenne ist der Millimeterwellenradar 510' fähig, ein Ziel zu detektieren. Da die Antenne hinter und einwärts von dem Grill 512 des Fahrzeugs platziert ist, kann der Radar in diesem Fall jedoch beschädigt werden, wenn das Fahrzeug mit einem Hindernis kollidiert. Zudem kann er bei Regen usw. mit Schlamm oder dergleichen verschmutzt werden, und der an der Antenne anhaftende Schmutz kann Abstrahlung und Empfang elektromagnetischer Wellen hemmen.
Ähnlich wie auf herkömmliche Weise kann der Millimeterwellenradar 510, der eine Schlitz-Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält, hinter dem Grill 512 platziert sein, der an der Frontpartie des Fahrzeugs (nicht gezeigt) angeordnet ist. Dies erlaubt eine Ausnutzung der von der Antenne abzustrahlenden elektromagnetischen Welle zu 100%, wodurch eine Ferndetektion über das übliche Niveau hinaus ermöglicht wird, z.B. die Detektion eines Ziels, das sich in einer Distanz von 250 m oder mehr befindet.
Außerdem kann der Millimeterwellenradar 510 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auch im Fahrzeugraum, d.h. im Inneren des Fahrzeugs, platziert sein. In diesem Fall ist der Millimeterwellenradar 510 einwärts von der Windschutzscheibe 511 des Fahrzeugs platziert, um in einen Raum zwischen der Windschutzscheibe 511 und einer Fläche des Rückspiegels (nicht gezeigt) zu passen, die zu dessen Spiegeloberfläche entgegengesetzt ist. Der herkömmliche Millimeterwellenradar 510' auf Patch-Antennen-Basis kann dagegen hauptsächlich aus folgenden zwei Gründen nicht im Inneren des Fahrzeugraums platziert werden. Ein erster Grund ist seine große Größe, die eine Unterbringung in dem Raum zwischen der Windschutzscheibe 511 und dem Rückspiegel verhindert. Ein zweiter Grund besteht darin, dass eine nach vorn abgestrahlte elektromagnetische Welle von der Windschutzscheibe 511 reflektiert wird und sich aufgrund dielektrischer Verluste abschwächt, so dass sie die gewünschte Distanz nicht mehr überwinden kann. Daher können bei Platzierung eines herkömmlichen Millimeterwellenradars auf Patch-Antennen-Basis im Fahrzeugraum beispielsweise nur Ziele erfasst werden, die sich 100 m oder weniger voraus befinden. Dagegen vermag ein Millimeterwellenradar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Ziel in einer Distanz von 200 m oder mehrtrotz Reflexion oder Verminderung an der Windschutzscheibe 511 zu detektieren. Diese Leistungsfähigkeit ist äquivalent zu oder sogar größer als in dem Fall, in dem ein herkömmlicher Millimeterwellenradar auf Patch-Antennen-Basis außerhalb des Fahrzeugraums platziert ist.
(Zusammengeführte Konstruktion auf Basis von Millimeterwellenradar und Kamera usw., die im Fahrzeugraum platziert sind)
Gegenwärtig wird in vielen Fahrerassistenzsystemen eine optische Bildgebungsvorrichtung wie etwa eine CCD-Kamera als der Hauptsensor verwendet. Üblicherweise ist eine Kamera oder dergleichen im Fahrzeugraum, einwärts von der Windschutzscheibe 511 platziert, um ungünstigen Einflüssen der Außenumgebung usw. Rechnung zu tragen. Zur Minimierung der optischen Wirkung von Regentropfen und dergleichen wird dabei die Kamera oder dergleichen in einer Region platziert, die von den Scheibenwischern (nicht gezeigt) überstrichen wird, jedoch einwärts von der Windschutzscheibe 511 liegt.
Wegen des Bedarfs an erhöhter Leistungsfähigkeit eines Fahrzeugs, z.B. im Hinblick auf eine Bremsautomatik, besteht seit einigen Jahren der Wunsch nach einer Bremsautomatik oder dergleichen, deren Funktionieren unabhängig von derAußenumgebung gewährleistet ist. Wenn der einzige Sensor in dem Fahrerassistenzsystem eine optische Vorrichtung wie etwa eine Kamera ist, besteht in diesem Fall das Problem, dass ein zuverlässiges Funktionieren bei Nacht oder schlechtem Wetter nicht gewährleistet ist. Hierdurch entstand Bedarf an einem Fahrerassistenzsystem, das nicht nur einen optischen Sensor (wie etwa eine Kamera), sondern auch einen Millimeterwellenradar enthält, wobei diese für eine gemeinsame Verarbeitung verwendet werden, so dass ein zuverlässiger Betrieb auch bei Nacht oder schlechtem Wetter erreicht wird.
Wie bereits beschrieben, ist ein Millimeterwellenradar, der die vorliegende Schlitz-Array-Antenne enthält, aufgrund der Größenverringerung und merklichen Erhöhung des Wirkungsgrades der abgestrahlten elektromagnetischen Welle gegenüber einer herkömmlichen Patch-Antenne, im Fahrzeugraum platzierbar. Durch Nutzung dieser Eigenschaften erlaubt der Millimeterwellenradar 510, der nicht nur einen optischen Sensor (Bordkamerasystem) 700 wie etwa eine Kamera, sondern auch eine Schlitz-Array-Antenne gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält, wie in 70 gezeigt, eine Platzierung von beidem einwärts von der Windschutzscheibe 511 des Fahrzeugs 500. Hierdurch sind folgende neuartige Wirkungen entstanden.

(1) Das Fahrerassistenzsystem ist leichter an dem Fahrzeug 500 anzubringen. Bei dem herkömmlichen Millimeterwellenradar 510' auf Patch-Antennen-Basis war bisher zur Aufnahme des Radars ein Raum hinter dem Grill 512 an der Frontpartie erforderlich. Da dieser Raum einige Stellen aufweisen kann, die sich auf die strukturelle Gestaltung des Fahrzeugs auswirken, konnte es bei einer Größenänderung der Radarvorrichtung notwendig sein, die strukturelle Gestaltung zu überdenken. Diese Schwierigkeit wird durch Platzierung des Millimeterwellenradars im Fahrzeugraum vermieden.
(2) Ohne Einflüsse durch Regen, Nacht oder andere äußere Umgebungsfaktoren auf das Fahrzeug kann ein zuverlässigeres Funktionieren erreicht werden. Durch Platzierung des Millimeterwellenradars (Bordkamerasystems) 510 und der Kamera an im Wesentlichen derselben Position im Fahrzeugraum, wie in 71 gezeigt, können dieselben insbesondere ein identisches Sichtfeld und eine identische Sichtlinie erreichen, was den „Abgleichprozess“, der noch beschrieben wird, erleichtert, d.h. einen Prozess, mit dem festgestellt werden soll, dass jeweilige Zielinformationen, die durch dieselben erfasst werden, von einem identischen Objekt stammen. Wenn der Millimeterwellenradar 510' dagegen hinter dem Grill 512 platziert wäre, der sich an der Frontpartie außerhalb des Fahrzeugraums befindet, würde seine Radarsichtlinie L von einer Radarsichtlinie M des Falls abweichen, in dem derselbe im Fahrzeugraum platziert ist, woraus sich gegenüber dem durch das Bordkamerasystem 700 zu erfassenden Bild ein großer Versatz ergäbe.
(3) Die Zuverlässigkeit der Millimeterwellen-Radarvorrichtung wird verbessert. Da, wie oben beschrieben, der herkömmliche Millimeterwellenradar 510' auf Patch-Antennen-Basis hinter dem Grill 512 platziert ist, der sich an der Frontpartie befindet, setzt er leicht Schmutz an und kann schon bei einem kleinen Kollisionsunfall oder dergleichen beschädigt werden. Aus diesen Gründen sind Reinigung und Funktionalitätsprüfungen dauernd erforderlich. Wenn sich die Position oder Richtung der Anbringung des Millimeterwellenradars durch einen Unfall oder dergleichen verschiebt, ist zudem, wie unten beschrieben wird, eine Wiederherstellung der Ausrichtung bezüglich der Kamera notwendig. Die Wahrscheinlichkeit solcher Erscheinungen wird durch Platzierung des Millimeterwellenradars im Fahrzeugraum reduziert, so dass die oben genannten Schwierigkeiten vermieden werden.

In einem Fahrerassistenzsystem mit einer solchen zusammengeführten Konstruktion können der optische Sensor, z.B. eine Kamera, und der Millimeterwellenradar 510, der die vorliegende Schlitz-Array-Antenne enthält, eine integrierte Konstruktion haben, d.h. in Bezug zueinander an fester Position sein. In diesem Fall sollte eine bestimmte relative Positionierung zwischen der optischen Achse des optischen Sensors wie etwa einer Kamera und der Direktivität der Antenne des Millimeterwellenradars gewahrt bleiben, wie noch beschrieben wird. Wenn dieses Fahrerassistenzsystem mit einer integrierten Konstruktion im Fahrzeugraum des Fahrzeugs 500 fixiert ist, sollte die optische Achse der Kamera usw. so eingestellt sein, dass sie dem Fahrzeug voraus in einer bestimmten Richtung ausgerichtet ist. Siehe hierzu die Beschreibung der US-Patentanmeldung mit derVeröffentlichungsnr. 2016/0264065, die Beschreibung der US-Patentanmeldung mit derVeröffentlichungsnr. 2016/0264065, die US-Patentanmeldung Nr. 15/248141 , die US-Patentanmeldung Nr. 15/248149 und die US-Patentanmeldung Nr. 15/248156 , die durch Verweis hier aufgenommen werden. Verwandte Techniken bezüglich der Kamera sind in der Beschreibung des US-Patents Nr. 7355524 und der Beschreibung des US-Patents Nr. 7420159 beschrieben, deren gesamte Offenbarung hier jeweils durch Verweis aufgenommen wird.
Zur Platzierung eines optischen Sensors wie etwa einer Kamera und eines Millimeterwellenradars im Fahrzeugraum siehe beispielsweise die Beschreibung des US-Patents Nr. 8604968 , die Beschreibung des US-Patents Nr. 8614640 und die Beschreibung des US-Patents Nr. 7978122 , deren gesamte Offenbarung hier jeweils durch Verweis aufgenommen wird. Jedoch waren zum Anmeldezeitpunkt dieser Patente nur herkömmliche Antennen mit Patch-Antennen die bekannten Millimeterwellenradare, und somit war eine Observation nicht über ausreichende Distanzen möglich. Beispielsweise wird die mit einem herkömmlichen Millimeterwellenradar observierbare Distanz mit höchstens 100 m bis 150 m beziffert. Wenn ein Millimeterwellenradar einwärts von der Windschutzscheibe platziert ist, wird außerdem durch die Größe des Radars das Sichtfeld des Fahrers in unpraktischerWeise versperrt, was eine sichere Fahrt verhindert. Dagegen ist ein Millimeterwellenradar, der ein Schlitz-Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, wegen seiner geringen Größe und merklichen Erhöhung des Wirkungsgrades der abgestrahlten elektromagnetischen Welle gegenüber demjenigen einer herkömmlichen Patch-Antenne, im Fahrzeugraum platzierbar. Dies ermöglicht eine Fernobservation über 200 m, wobei das Sichtfeld des Fahrers nicht versperrt wird.
(Einstellen der Anbringungsposition zwischen Millimeterwellenradar und Kamera usw.)
Bei der Verarbeitung mit einer zusammengeführten Konstruktion (die im Folgenden als „zusammengeführter Prozess“ bezeichnet werden kann) ist es erwünscht, dass ein mit einer Kamera oder dergleichen gewonnenes Bild und die mit dem Millimeterwellenradar gewonnenen Radarinformationen auf dasselbe Koordinatensystem abgebildet werden, da ihre Abweichung hinsichtlich Position und Zielgröße eine gemeinsame Verarbeitung zwischen beiden behindert.
Hierzu gehört eine Einstellung unter folgenden drei Gesichtspunkten.
(1) Die optische Achse der Kamera oder dergleichen und die Antennendirektivität des Millimeterwellenradars müssen ein bestimmtes festes Verhältnis haben.
Es ist erforderlich, dass die optische Achse der Kamera oder dergleichen und die Antennendirektivität des Millimeterwellenradars abgeglichen sind. Alternativ kann ein Millimeterwellenradar zwei oder mehr Sendeantennen und zwei oder mehr Empfangsantennen aufweisen, wobei die Direktivitäten dieser Antennen gezielt unterschiedlich gestaltet sind. Es muss daher gewährleistet sein, dass mindestens ein bestimmtes, bekanntes Verhältnis zwischen der optischen Achse der Kamera oder dergleichen und den Direktivitäten dieser Antennen besteht.
In dem Fall, in dem die Kamera oder dergleichen und der Millimeterwellenradar die oben genannte integrierte Konstruktion haben, d.h. in fester Position zueinander stehen, bleibt die relative Positionierung zwischen der Kamera oder dergleichen und dem Millimeterwellenradarfest. Daher sind die oben genannten Anforderungen in Bezug auf eine solche integrierte Konstruktion erfüllt. Dagegen ist bei einer herkömmlichen Patch-Antenne oder dergleichen, bei welcher der Millimeterwellenradar hinter dem Grill 512 des Fahrzeugs 500 platziert ist, die relative Positionierung zwischen ihnen normalerweise gemäß (2) unten einzustellen.
(2) In einem Anfangszustand (z.B. bei Lieferung) nach Anbringung an dem Fahrzeug besteht zwischen einem mit der Kamera oder dergleichen erfassten Bild und Radarinformationen des Millimeterwellenradars ein bestimmtes festes Verhältnis.
Die Anbringungspositionen des optischen Sensors wie etwa einer Kamera und des Millimeterwellenradars 510 oder 510' an dem Fahrzeug 500 werden zuletzt auf folgende Weise bestimmt. An einer vorbestimmten Position 800 dem Fahrzeug 500 voraus wird ein als Referenz verwendbares Diagramm oder ein Ziel, das der Observation durch den Radar unterliegt, korrekt positioniert (im Folgenden als „Referenzdiagramm“ bzw. „Referenzziel“ und zusammen als „Vergleichspunkt“ bezeichnet). Dies wird mit einem optischen Sensor wie etwa einer Kamera oder mit dem Millimeterwellenradar 510 observiert. Die Observationsinformationen bezüglich des observierten Vergleichspunktes werden mit zuvor gespeicherten Forminformationen oder dergleichen des Vergleichspunktes verglichen, und die aktuellen Versatzinformationen werden quantifiziert. Auf Basis dieser Versatzinformationen werden durch mindestens eins der folgenden Mittel die Anbringungspositionen eines optischen Sensors wie etwa einer Kamera und des Millimeterwellenradars 510 oder 510' eingestellt oder korrigiert. Es kann auch jedes andere Mittel eingesetzt werden, das ähnliche Ergebnisse zu liefern vermag.

(i) Einstellen der Anbringungspositionen der Kamera und des Millimeterwellenradars in der Weise, dass der Vergleichspunkt an einen Mittelpunkt zwischen der Kamera und dem Millimeterwellenradar gelangt. Diese Einstellung kann mit einem Hilfsmittel oder Werkzeug usw. erfolgen, das separat vorgesehen ist.
(ii) Bestimmung eines Versatzbetrags der Kamera und der Achse/Direktivität des Millimeterwellenradars relativ zu dem Vergleichspunkt und Korrigieren dieser Versatzbeträge der Achse/Direktivität durch Bildverarbeitung des Kamerabildes und Radarverarbeitung.

Zu beachten ist, dass in dem Fall, in dem der optische Sensor wie etwa eine Kamera und der Millimeterwellenradar 510, der eine Schlitz-Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält, eine integrierte Konstruktion haben, d.h. in fester Position zueinander stehen, bei einer Einstellung eines Versatzes der Kamera oder des Radars mit Bezug auf den Vergleichspunkt der Versatzbetrag auch dem anderen bekannt wird, so dass sich eine Überprüfung des Versatzes des anderen mit Bezug auf den Vergleichspunkt erübrigt.
Spezifisch kann bezüglich des Bordkamerasystems 700 ein Referenzdiagramm an einer vorbestimmten Position 750 platziert sein, und ein durch die Kamera aufgenommenes Bild wird mit Vorausinformationen verglichen, die anzeigen, wo in dem Sichtfeld der Kamera das Referenzdiagrammbild sich befinden soll, wodurch ein Versatzbetrag detektiert wird. Auf dieser Basis wird die Kamera durch mindestens eins der obigen Mittel (i) und (ii) eingestellt. Als Nächstes wird der Versatzbetrag, der für die Kamera festgestellt wurde, in einen Versatzbetrag des Millimeterwellenradars übersetzt. Danach wird eine Einstellung des Versatzbetrags in Bezug auf die Radarinformationen durch mindestens eins der obigen Mittel (i) und (ii) vorgenommen.
Alternativ kann dies auf Basis des Millimeterwellenradars 510 erfolgen. Mit anderen Worten, in Bezug auf den Millimeterwellenradar 510 kann ein Referenzziel an einer vorbestimmten Position 800 platziert sein, und die Radarinformationen desselben werden mit Vorausinformationen verglichen, die anzeigen, wo in dem Sichtfeld des Millimeterwellenradars 510 das Referenzziel angeordnet sein soll, so dass ein Versatzbetrag detektiert wird. Auf dieser Basis wird der Millimeterwellenradar 510 durch mindestens eins der obigen Mittel (i) und (ii) eingestellt. Als Nächstes wird der Versatzbetrag, der für den Millimeterwellenradar festgestellt wurde, in einen Versatzbetrag der Kamera übersetzt. Danach wird eine Versatzbetragseinstellung in Bezug auf die durch die Kamera gewonnenen Bildinformationen durch mindestens eins der obigen Mittel (i) und (ii) vorgenommen.
(3) Auch nach einem Anfangszustand des Fahrzeugs wird ein bestimmtes Verhältnis zwischen einem mit der Kamera oder dergleichen erfassten Bild und Radarinformationen des Millimeterwellenradars beibehalten.
Üblicherweise wird angenommen, dass ein mit der Kamera oder dergleichen erfasstes Bild und Radarinformationen des Millimeterwellenradars im Anfangszustand fixiert sind und kaum schwanken, es sei denn bei einem Unfall des Fahrzeugs oder dergleichen. Wenn jedoch tatsächlich ein Versatz zwischen denselben auftritt, ist eine Einstellung mit den folgenden Mitteln möglich.
Die Kamera ist beispielsweise so angebracht, dass Abschnitte 513 und 514 (charakteristische Punkte), die für das Eigenfahrzeug charakteristisch sind, in ihr Sichtfeld passen. Die Positionen, an denen diese charakteristischen Punkte durch die Kamera tatsächlich abgebildet werden, werden mit den Information der Positionen verglichen, die diese charakteristischen Punkte einnehmen sollten, wenn die Kamera korrekt an ihrem Ort angebracht ist, und (ein) Versatzbetrag/-beträge werden dazwischen detektiert. Auf Basis dieses/dieser detektierten Versatzbetrags/-beträge kann die Position jedes danach aufgenommenen Bildes korrigiert werden, wodurch ein Versatz der physikalischen Anbringungsposition der Kamera ausgeglichen werden kann. Wenn diese Korrektur die von dem Fahrzeug erforderte Leistungsfähigkeit ausreichend ausbildet, erübrigt sich möglicherweise die Einstellung gemäß dem obigen Punkt (2). Durch regelmäßige Durchführung dieser Einstellung während des Startens oder Betriebs des Fahrzeugs 500 ist ein Ausgleich des Versatzbetrags auch bei erneutem Auftreten eines Versatzes der Kamera oder dergleichen möglich, was zur Fahrtsicherheit beiträgt.
Jedoch ergibt dieses Mittel nach allgemeiner Auffassung geringere Einstellgenauigkeit als bei dem oben genannten Mittel (2). Beim Vornehmen einer Einstellung auf Basis eines Bildes, das durch Abbilden eines Vergleichspunktes mit der Kamera gewonnen ist, kann das Azimut des Vergleichspunktes mit hoher Präzision bestimmt werden, so dass eine hohe Einstellungsgenauigkeit leicht erreichbar ist. Da dieses Mittel für die Einstellung jedoch einen Teil der Fahrzeugkarosserie anstelle eines Vergleichspunktes nutzt, ist die Genauigkeit der Azimutbestimmung relativ schwierig zu erhöhen. Die entstehende Einstellgenauigkeit ist also etwas geringer. Als Korrekturmittel kann dies aber wirksam sein, wenn die Anbringungsposition der Kamera oder dergleichen aus Gründen wie etwa einem Unfall oder einer großen äußeren Kraft, die auf die Kamera oder dergleichen im Fahrzeugraum wirkt, usw. erheblich verändert ist.
(Abbildung des durch Millimeterwellenradar und Kamera oder dergleichen detektierten Ziels: Abgleichprozess)
In einem zusammengeführten Prozess muss für ein gegebenes Ziel festgestellt werden, dass ein mit einer Kamera oder dergleichen erfasstes Bild desselben und mit dem Millimeterwellenradar erfasste Radarinformationen sich auf „dasselbe Ziel“ beziehen. Es sei beispielsweise angenommen, dass zwei Hindernisse (erste und zweite Hindernisse), z.B. zwei Fahrräder, dem Fahrzeug 500 voraus aufgetreten sind. Diese zwei Hindernisse werden als Kamerabilder erfasst und als Radarinformationen des Millimeterwellenradars detektiert. Zu diesem Zeitpunkt müssen das Kamerabild und die Radarinformationen mit Bezug auf das erste Hindernis so aufeinander abgebildet sein, dass sie beide auf dasselbe Ziel gerichtet sind. Ebenso müssen das Kamerabild und die Radarinformationen mit Bezug auf das zweite Hindernis so aufeinander abgebildet sein, dass sie beide auf dasselbe Ziel gerichtet sind. Wenn das Kamerabild des ersten Hindernisses und die Radarinformationen des zweiten Hindernisses fälschlicherweise als auf ein identisches Objekt bezogen erkannt werden, kann es zu einem schwerwiegenden Unfall kommen. Ein solcher Prozess der Bestimmung dessen, ob ein Ziel auf dem Kamerabild und ein Ziel auf dem Radarbild dasselbe Ziel betreffen, kann in der vorliegenden Beschreibung nachfolgend als „Abgleichprozess“ bezeichnet werden.
Dieser Abgleichprozess kann durch verschiedene Detektionsvorrichtungen (oder Verfahren) implementiert sein, die unten beschrieben sind. Nachfolgend werden diese spezifisch beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass jede der folgenden Detektionsvorrichtungen in dem Fahrzeug zu installieren ist und mindestens einen Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt, einen Bilddetektionsabschnitt (z.B. eine Kamera), der in einer Richtung ausgerichtet ist, welche die Richtung der Detektion durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt überlagert, und einen Abgleichsabschnitt aufweist. Dabei weist der Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt eine Schlitz-Array-Antenne gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf und erfasst mindestens Radarinformationen in seinem eigenen Sichtfeld. Der Bilderfassungsabschnitt erfasst mindestens Bildinformationen in seinem eigenen Sichtfeld. Der Abgleichsabschnitt weist eine Verarbeitungsschaltung auf, die ein Detektionsergebnis des Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitts mit einem Detektionsergebnis des Bilddetektionsabschnitts abgleicht, um zu bestimmen, ob durch die zwei Detektionsabschnitte dasselbe Ziel detektiert wird oder nicht. Hierbei kann der Bilddetektionsabschnitt aus einem ausgewählten von, oder zwei oder mehr ausgewählten von, einer optischen Kamera, LIDAR, einem Infrarotradar und einem Ultraschallradar gebildet sein. Die folgenden Detektionsvorrichtungen unterscheiden sich voneinander hinsichtlich des Detektionsprozesses an ihrem jeweiligen Abgleichsabschnitt.
Bei einer ersten Detektionsvorrichtung führt der Abgleichsabschnitt zwei Abgleiche wie folgt durch. Zu einem ersten Abgleich gehören für ein Ziel von Interesse, das durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert wurde, das Gewinnen von Distanzinformationen und Lateralpositionsinformationen desselben und auch das Finden eines Ziels, das sich am nächsten an dem Ziel von Interesse befindet, aus einem Ziel oder zwei oder mehr Zielen, die durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert wurden, und das Detektieren von (einer) Kombination(en) daraus. Zu einem zweiten Abgleich gehören für ein Ziel von Interesse, das durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert wurde, das Gewinnen von Distanzinformationen und Lateralpositionsinformationen desselben und auch das Finden eines Ziels, das sich am nächsten an dem Ziel von Interesse befindet, aus einem Ziel oder zwei oder mehr Zielen, die durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiertsind, und Detektieren von (einer) Kombination(en) daraus. Außerdem bestimmt dieser Abgleichsabschnitt, ob es eine übereinstimmende Kombination zwischen der bzw. den Kombination(en) solcher Ziele, wie durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert, und der bzw. den Kombination(en) solcher Ziele, wie durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert, gibt. Wenn es eine übereinstimmende Kombination gibt, wird sodann bestimmt, dass durch die zwei Detektionsabschnitte dasselbe Objekt detektiert wird. Auf diese Weise wird ein Abgleich zwischen den jeweiligen Zielen erreicht, die durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt und den Bilddetektionsabschnitt detektiert wurden.
Eine verwandte Technik ist in der Beschreibung des US-Patents Nr. 7358889 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird. In dieser Veröffentlichung ist der Bilddetektionsabschnitt durch eine sogenannte Stereokamera illustriert, die zwei Kameras aufweist. Jedoch ist diese Technik nicht darauf begrenzt. In dem Fall, in dem der Bilddetektionsabschnitt eine einzige Kamera aufweist, können detektierte Ziele gegebenenfalls einem Bilderkennungsprozess oder dergleichen unterzogen werden, um Distanzinformationen und Lateralpositionsinformationen der Ziele zu gewinnen. In ähnlicher Weise kann ein Laser-Sensor wie etwa ein Laser-Scanner als der Bilddetektionsabschnitt verwendet werden.
Bei einer zweiten Detektionsvorrichtunggleicht der Abgleichsabschnitt mit jeder vorbestimmten Zeitperiode ein Detektionsergebnis des Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitts und ein Detektionsergebnis des Bilddetektionsabschnitts ab. Wenn der Abgleichsabschnitt bestimmt, dass durch die zwei Detektionsabschnitte in dem vorherigen Abgleichsergebnis dasselbe Ziel detektiert wurde, führt er einen Abgleich mithilfe dieses vorherigen Abgleichsergebnisses durch. Spezifisch gleicht der Abgleichsabschnitt ein Ziel, das aktuell durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert wird, und ein Ziel, das aktuell durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert wird, mit dem Ziel ab, das in dem vorherigen Abgleichsergebnis als durch die zwei Detektionsabschnitte detektiert bestimmt wurde. Sodann bestimmt der Abgleichsabschnitt auf Basis des Abgleichsergebnisses für das Ziel, das aktuell durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert wird, und des Abgleichsergebnisses für das Ziel, das aktuell durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert wird, ob durch die zwei Detektionsabschnitte dasselbe Ziel detektiert wird oder nicht. Statt eines direkten Abgleichs der Ergebnisse der Detektion durch die zwei Detektionsabschnitte führt diese Detektionsvorrichtung somit einen chronologischen Abgleich zwischen den zwei Detektionsergebnissen und einem vorherigen Abgleichsergebnis durch. Daher wird die Genauigkeit der Detektion gegenüber dem Fall verbessert, in dem nur ein momentaner Abgleich erfolgt, so dass eine stabiler Abgleich realisiert wird. Insbesondere ist durch die Nutzung vergangener Abgleichsergebnisse ein Abgleich auch dann noch möglich, wenn die Genauigkeit des Detektionsabschnitts momentan nachlässt. Zudem ist diese Detektionsvorrichtung durch Nutzung des vorherigen Abgleichsergebnisses zur leichten Durchführung eines Abgleichs zwischen den zwei Detektionsabschnitten fähig.
Bei dem aktuellen Abgleich, der das vorherige Abgleichsergebnis nutzt, schließt der Abgleichsabschnitt dieser Detektionsvorrichtung, wenn er bestimmt, dass durch die zwei Detektionsabschnitte dasselbe Objekt detektiert wird, dieses bestimmte Objekt bei der Durchführung des Abgleichs zwischen aktuell durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektierten Objekten und aktuell durch den Bilddetektionsabschnitt detektierten Objekten aus. Sodann bestimmt dieser Abgleichsabschnitt, ob ein identisches Objekt existiert, das aktuell durch die zwei Detektionsabschnitte detektiert wird. Somit nimmt die Detektionsvorrichtung unter Berücksichtigung des Ergebnisses des chronologischen Abgleichs auch einen momentanen Abgleich auf Basis von zwei Detektionsergebnissen vor, die von Moment zu Moment gewonnen werden. Infolgedessen ist die Detektionsvorrichtung fähig zur sicheren Durchführung eines Abgleichs für jedes Objekt, das während der aktuellen Detektion detektiert wird.
Eine verwandte Technik ist in der Beschreibung des US-Patents Nr. 7417580 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird. In dieser Veröffentlichung ist der Bilddetektionsabschnitt durch eine sogenannte Stereokamera illustriert, die zwei Kameras aufweist. Jedoch ist diese Technik nicht darauf begrenzt. In dem Fall, in dem der Bilddetektionsabschnitt eine einzige Kamera aufweist, können detektierte Ziele gegebenenfalls einem Bilderkennungsprozess oder dergleichen unterzogen werden, um Distanzinformationen und Lateralpositionsinformationen der Ziele zu gewinnen. In ähnlicher Weise kann ein Laser-Sensor wie etwa ein Laser-Scanner als der Bilddetektionsabschnitt verwendet werden.
In einer dritten Detektionsvorrichtung führen die zwei Detektionsabschnitte und der Abgleichsabschnitt eine Detektion von Zielen und Abgleiche dazwischen in vorbestimmten Zeitintervallen durch, und die Ergebnisse einer solchen Detektion sowie die Ergebnisse eines solchen Abgleichs werden chronologisch in einem Speicherungsmedium, z.B. Speicher, abgelegt. Auf Basis einer Veränderungsrate der Größe eines Ziels auf dem Bild, wie durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert, und einer Distanz von dem Eigenfahrzeug zu einem Ziel und ihrer Veränderungsrate (relativen Geschwindigkeit in Bezug auf das Eigenfahrzeug), wie durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert, bestimmt dann der Abgleichsabschnitt, ob das durch den Bilddetektionsabschnitt detektierte Ziel und das durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektierte Ziel ein identisches Objekt sind.
Wenn auf Basis der Position des Ziels auf dem Bild, wie durch den Bilddetektionsabschnitt detektiert, und der Distanz von dem Eigenfahrzeug zu dem Ziel und/oder ihrer Veränderungsrate, wie durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektiert, bestimmt wird, dass diese Ziele ein identisches Objekt sind, sagt der Abgleichsabschnitt eine Möglichkeit der Kollision mit dem Fahrzeug voraus.
Eine verwandte Technik ist in der Beschreibung des US-Patents Nr. 6903677 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
Wie oben beschrieben, werden in einem zusammengeführten Prozess eines Millimeterwellenradars und einer Bildgebungsvorrichtung wie etwa einer Kamera ein Bild, das mit der Kamera oder dergleichen gewonnen ist, und Radarinformationen, die mit dem Millimeterwellenradar gewonnen sind, gegeneinander abgeglichen. Ein Millimeterwellenradar, der die oben genannte Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält, kann so konstruiert sein, dass er geringe Größe und hohe Leistungsfähigkeit hat. Daher können für den gesamten zusammengeführten Prozess einschließlich des oben genannten Abgleichprozesses hohe Leistungsfähigkeit und Größenverringerung usw. erreicht werden. Dies verbessert die Genauigkeit der Zielerkennung und ermöglicht eine sicherere Fahrtsteuerung für das Fahrzeug.
(Weitere zusammengeführte Prozesse)
In einem zusammengeführten Prozess sind unterschiedliche Funktionen auf Basis eines Abgleichprozesses zwischen einem Bild, das mit einer Kamera oder dergleichen gewonnen ist, und Radarinformationen realisiert, die mit dem Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt gewonnen sind. Beispiele für Verarbeitungseinrichtungen, die repräsentative Funktionen eines zusammengeführten Prozesses realisieren, werden unten beschrieben.
Jede der folgenden Verarbeitungseinrichtungen ist in einem Fahrzeug zu installieren und weist mindestens auf: einen Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt zum Senden oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen in einer vorbestimmten Richtung; einen Bilderfassungsabschnitt wie etwa eine monokulare Kamera mit einem Sichtfeld, welches das Sichtfeld des Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitts überlagert; und einen Verarbeitungsabschnitt, der Informationen daraus gewinnt, um Zieldetektion und dergleichen durchzuführen. Der Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt erfasst Radarinformationen in seinem eigenen Sichtfeld. Der Bilderfassungsabschnitt erfasst Bildinformationen in seinem eigenen Sichtfeld. Ein ausgewähltes oder zwei oder mehr ausgewählte von einer optischen Kamera, LIDAR, einem Infrarotradar und einem Ultraschallradar können als der Bilderfassungsabschnitt verwendet werden. DerVerarbeitungsabschnitt kann durch eine Verarbeitungsschaltung implementiert sein, die mit dem Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt und dem Bilderfassungsabschnitt verbunden ist. Die folgenden Verarbeitungseinrichtungen unterscheiden sich voneinander mit Bezug auf den Inhalt der Verarbeitung durch diesen Verarbeitungsabschnitt.
Bei einer ersten Verarbeitungseinrichtung extrahiert der Verarbeitungsabschnitt aus einem Bild, das durch den Bilderfassungsabschnitt erfasst ist, ein Ziel, das als dasselbe Ziel wie das durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt detektierte erkannt wird. Anders ausgedrückt: Es wird ein Abgleichprozess entsprechend der oben genannten Detektionsvorrichtung durchgeführt. Sodann erfasst sie Informationen eines rechten Randes und eines linken Randes des extrahierten Zielbildes und leitet Ortsnäherungslinien ab, die Geraden oder vorbestimmte gekrümmte Linien zum Annähern an Orte des erfassten rechten Randes und des linken Randes sind, die für beide Ränder erfasst werden. Der Rand, der eine größere Anzahl von Rändern hat, die auf der Ortsnäherungslinie liegen, wird als ein echter Rand des Ziels ausgewählt. Die laterale Position des Ziels wird auf Basis der Position des Randes abgeleitet, der als echter Rand ausgewählt wurde. Dies erlaubt eine weitere Verbesserung der Detektionsgenauigkeit für eine laterale Position des Ziels.
Eine verwandte Technik ist in der Beschreibung des US-Patents Nr. 8610620 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
Bei einer zweiten Verarbeitungseinrichtung verändert derVerarbeitungsabschnitt bei der Bestimmung des Vorhandenseins eines Ziels eine Bestimmungsschwelle zur Verwendung bei der Überprüfung hinsichtlich eines Zielvorhandenseins in Radarinformationen auf der Basis von Bildinformationen. Wenn ein Zielbild, das ein Hindernis für die Fahrt des Fahrzeugs sein kann, mit einer Kamera oder dergleichen bestätigt wurde, oder wenn das Vorhandensein eines Ziels geschätzt wurde usw., ist somit beispielsweise die Bestimmungsschwelle für die Zieldetektion durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt so optimierbar, dass korrektere Zielinformationen gewonnen werden können. Mit anderen Worten, wenn die Möglichkeit des Vorhandenseins eines Hindernisses groß ist, wird die Bestimmungsschwelle so verändert, dass diese Verarbeitungseinrichtung mit Sicherheit aktiviert wird. Ist die Möglichkeit des Vorhandenseins eines Hindernisses dagegen gering, wird die Bestimmungsschwelle so verändert, dass eine unerwünschte Aktivierung dieser Verarbeitungseinrichtung verhindert wird. Dies erlaubt eine angemessene Aktivierung des Systems.
Außerdem kann in diesem Fall auf Basis von Radarinformationen der Verarbeitungsabschnitt eine Detektionsregion für die Bildinformationen angeben und eine Möglichkeit des Vorhandenseins eines Hindernisses auf Basis von Bildinformationen innerhalb dieser Region schätzen. Hieraus ergibt sich ein effizienterer Detektionsprozess.
Eine verwandte Technik ist in der Beschreibung des US-Patents Nr. 7570198 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
Bei einer dritten Verarbeitungseinrichtung führt der Verarbeitungsabschnitt ein kombiniertes Anzeigen durch, bei dem Bilder, die aus einer Vielzahl unterschiedlicher Bildgebungsvorrichtungen und einem Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt gewonnen sind, und ein Bildsignal auf Basis von Radarinformationen auf mindestens einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden. In diesem Anzeigeprozess werden Horizontal- und Vertikal-Synchronisationssignale zwischen der Vielzahl von Bildgebungsvorrichtungen und dem Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt synchronisiert, und unter den Bildsignalen aus diesen Vorrichtungen kann selektiv zu einem gewünschten Bildsignal innerhalb einer Horizontal-Abtastungsperiode odereinerVertikal-Abtastungsperiode umgeschaltet werden. Dies erlaubt, auf Basis der Horizontal- und Vertikal-Synchronisationssignale, ein Anzeigen von Bildern einer Vielzahl von ausgewählten Bildsignalen nebeneinander; und aus der Anzeigevorrichtung wird ein Steuersignal zum Einstellen eines Steuerbetriebes in der gewünschten Bildgebungsvorrichtung und dem Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt geschickt.
Wenn eine Vielzahl unterschiedlicher Anzeigevorrichtungen jeweilige Bilder oder dergleichen anzeigen, ist ein Vergleich der jeweiligen Bilder miteinander schwierig. Wenn Anzeigevorrichtungen separat von der dritten Verarbeitungseinrichtung selbst vorgesehen sind, besteht zudem nur geringe Funktionsfähigkeit derVorrichtung. Mit der dritten Verarbeitungseinrichtung würden solche Nachteile behoben.
Eine verwandte Technik ist in der Beschreibung des US-Patents Nr. 6628299 und der Beschreibung des US-Patents Nr. 7161561 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier jeweils durch Verweis aufgenommen wird.
Bei einer vierten Verarbeitungseinrichtung weist der Verarbeitungsabschnitt mit Bezug auf ein Ziel, das sich einem Fahrzeug voraus befindet, einen Bilderfassungsabschnitt und einen Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt dazu an, ein Bild und Radarinformationen zu erfassen, die dieses Ziel enthalten. Aus solchen Bildinformationen bestimmt der Verarbeitungsabschnitt eine Region, in der das Ziel enthalten ist. Außerdem extrahiert der Verarbeitungsabschnitt Radarinformationen innerhalb dieser Region und detektiert eine Distanz von dem Fahrzeugzu dem Ziel und eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Ziel. Auf Basis solcher Informationen bestimmt der Verarbeitungsabschnitt eine Möglichkeit, dass eine Kollision zwischen Ziel und Fahrzeug erfolgt. Dies ermöglicht eine frühzeitige Detektion einer möglichen Kollision mit einem Ziel.
Eine verwandte Technik ist in der Beschreibung des US-Patents Nr. 8068134 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
Bei einer fünften Verarbeitungseinrichtung erkennt der Verarbeitungsabschnitt auf Basis von Radarinformationen oder durch einen zusammengeführten Prozess, der auf Radarinformationen und Bildinformationen basiert, ein Ziel oder zwei oder mehr Ziele, die sich dem Fahrzeug voraus befinden. Das „Ziel“ schließt jedes bewegte Objekt ein wie etwa andere Fahrzeuge oder Fußgänger, durch weiße Linien auf der Straße angezeigte Fahrspuren, Seitenstreifen und alle unbewegten Objekte (einschließlich Straßengräben, Hindernissen usw.), Ampeln, Fußgängerüberwege und dergleichen, die möglicherweise vorhanden sind. Der Verarbeitungsabschnitt kann eine GPS- Antenne (globales Positionierungssystem) einschließen. Durch Verwendung einer GPS-Antenne kann die Position des Eigenfahrzeugs detektiert werden, und auf Basis dieser Position kann eine Speicherungsvorrichtung (als Karteninformations-Datenbankvorrichtung bezeichnet), die Straßenkarteninformationen speichert, durchsucht werden, um eine aktuelle Position auf der Karte zu ermitteln. Diese aktuelle Position auf der Karte kann mit einem Ziel oder zwei oder mehr Zielen verglichen werden, die auf Basis von Radarinformationen oder dergleichen erkannt wurden, wodurch die Fahrtumgebung erkannt werden kann. Auf dieser Basis kann der Verarbeitungsabschnitt jedes Ziel extrahieren, das einer Einschätzung gemäß die Fahrt des Fahrzeugs behindert, sicherere Fahrtinformationen finden und diese gegebenenfalls auf einer Anzeigevorrichtung anzeigen, um den Fahrer zu informieren.
Eine verwandte Technik ist in der Beschreibung des US-Patents Nr. 6191704 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
Die fünfte Verarbeitungseinrichtung kann weiterhin eine Datenkommunikationsvorrichtung (mit Kommunikationsschaltungen) aufweisen, die mit einer Karteninformations-Datenbankvorrichtung kommuniziert, die zum Fahrzeug extern ist. Die Datenkommunikationsvorrichtung kann auf die Karteninformations-Datenbankvorrichtung mit einer Periode von z.B. einmal pro Woche oder einmal pro Monat zugreifen, um die neuesten Karteninformationen davon herunterzuladen. Dies erlaubt eine Durchführung der oben genannten Verarbeitung mit den neuesten Karteninformationen.
Außerdem kann die fünfte Verarbeitungseinrichtung zwischen den neuesten Karteninformationen, die während der oben genannten Fahrt des Fahrzeugs erfasst wurden, und Informationen, die auf Basis von Radarinformationen usw. über ein Ziel oder zwei oder mehr Ziele erkannt wurden, vergleichen, um Zielinformationen (im Folgenden als „Kartenaktualisierungsinformationen“ bezeichnet) zu extrahieren, die nicht in den Karteninformationen enthalten sind. Sodann können diese Kartenaktualisierungsinformationen über die Datenkommunikationsvorrichtung an die Karteninformations-Datenbankvorrichtung gesendet werden. Die Karteninformations-Datenbankvorrichtung kann diese Kartenaktualisierungsinformationen in Verknüpfung mit den Karteninformationen speichern, die in der Datenbank sind, und die aktuellen Karteninformationen nötigenfalls selbst aktualisieren. Bei der Durchführung der Aktualisierung können jeweilige einzelne Kartenaktualisierungsinformationen, die aus einer Vielzahl von Fahrzeugen gewonnen sind, miteinander verglichen werden, um die Sicherheit der Aktualisierung zu überprüfen.
Es wird darauf hingewiesen, dass diese Kartenaktualisierungsinformationen möglicherweise detailliertere Informationen enthalten als die Karteninformationen, die durch jede aktuell verfügbare Karteninformations-Datenbankvorrichtung geführt werden. Beispielsweise sind aus üblicherweise verfügbaren Karteninformationen möglicherweise schematische Formen von Straßen bekannt, sie enthalten jedoch typischerweise nicht Informationen wie etwa die Breite des Seitenstreifens, die Breite des möglicherweise vorhandenen Straßengrabens, neu aufgetretene Erhebungen oder Senken, Gebäudeformen und so weiter. Sie enthalten auch nicht die Höhen der Fahrbahn und des Bürgersteigs, die mögliche Verbindung einer Schräge mit dem Bürgersteig usw. Auf Basis von Bedingungen, die separat eingestellt sind, kann die Karteninformationen-Datenbankvorrichtung solche detaillierten Informationen (nachfolgend als „Kartenaktualisierungs-Detailinformationen“ bezeichnet) in Verbindung mit den Karteninformationen speichern. Solche Kartenaktualisierungs-Detailinformationen liefern einem Fahrzeug (einschließlich des Eigenfahrzeugs) Informationen, die detaillierter sind als die ursprünglichen Karteninformationen, wodurch sie nicht nur zur Sicherstellung einer sicheren Fahrt, sondern auch für andere Zwecke verfügbar werden. Wie hier verwendet, kann ein „Fahrzeug (einschließlich des Eigenfahrzeugs)“ z.B. ein Kraftfahrzeug, ein Motorrad, ein Fahrrad oder jedes autonome Fahrzeug sein, das in Zukunft erhältlich wird, z.B. ein elektrischer Rollstuhl. Die Kartenaktualisierungs-Detailinformationen sind für die Fahrt eines jeden solchen Fahrzeugs verwendbar.
(Erkennung über neuronales Netz)
Jede der ersten bis fünften Verarbeitungseinrichtungen kann weiterhin eine komplexe Erkennungseinrichtung aufweisen. Die komplexe Erkennungseinrichtung kann extern zu dem Fahrzeug vorgesehen sein. In diesem Fall kann das Fahrzeug eine Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationsvorrichtung aufweisen, die mit der komplexen Erkennungseinrichtung kommuniziert. Die komplexe Erkennungseinrichtung kann aus einem neuronalen Netz gebildet sein, das sogenanntes tiefes Lernen und dergleichen einschließen kann. Dieses neuronale Netz kann beispielsweise ein neuronales Konvolutionsnetz aufweisen (im Folgenden als „CNN“ bezeichnet). Ein CNN, ein neuronales Netz, das sich bei der Bilderkennung als erfolgreich erwiesen hat, ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein oder mehr Sätze aus zwei Schichten besitzt, und zwar eine Konvolutionsschicht und eine Pooling-Schicht.
Es existieren mindestens folgende drei Arten von Informationen, die jeweils in eine Konvolutionsschicht in der Verarbeitungseinrichtung eingebbar sind:

(1) Informationen, die auf Radarinformationen basieren, welche durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt erfasst sind;
(2) Informationen, die auf spezifischen Bildinformationen basieren, welche auf Basis von Radarinformationen durch den Bilderfassungsabschnitt erfasstsind; oder
(3) zusammengeführte Informationen, die auf Radarinformationen und Bildinformationen, die durch den Bilderfassungsabschnitt erfasstsind, basieren, oder Informationen, die auf Basis solcher zusammengeführter Informationen gewonnen sind.

Auf Basis von Informationen jeder der oben genannten Arten oder Informationen auf Basis einer Kombination daraus werden Produkt-Summen-Operationen durchgeführt, die einer Konvolutionsschicht entsprechen. Die Ergebnisse werden in die nachfolgende Pooling-Schicht eingegeben, wo Daten gemäß einer vorbestimmten Regel ausgewählt werden. Im Fall eines Maximal-Poolings, bei dem ein Maximalwert unter Pixelwerten gewählt wird, kann die Regel beispielsweise vorschreiben, dass ein Maximalwert für jede Teilungsregion in der Konvolutionsschicht gewählt wird, wobei dieser Maximalwert als der Wert der entsprechenden Position in der Pooling-Schicht angesehen wird.
Eine komplexe Erkennungseinrichtung, die aus einem CNN gebildet ist, kann einen einzelnen Satz aus einer Konvolutionsschicht und einer Pooling-Schicht oder eine Vielzahl solcher Sätze aufweisen, die in Serie kaskadiert sind. Dies ermöglicht eine korrekte Erkennung eines Ziels, das in den Radarinformationen und den Bildinformationen enthalten ist, die um ein Fahrzeug vorhanden sein können.
Verwandte Techniken sind beschrieben in US-Patent Nr. 8861842 , in der Beschreibung des US-Patents Nr. 9286524 und der Beschreibung der US-Patentanmeldung mit derVeröffentlichungsnr. 2016/0140424, deren gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
Bei einer sechsten Verarbeitungseinrichtung führt derVerarbeitungsabschnitt Verarbeitung bezüglich der Frontscheinwerfersteuerung eines Fahrzeugs durch. Wenn ein Fahrzeug nachts unterwegs ist, kann der Fahrer überprüfen, ob sich dem Eigenfahrzeug voraus ein anderes Fahrzeug oder ein Fußgänger befindet, und (einen) Lichtstrahl(en) aus dem/den Frontscheinwerfer(n) des Eigenfahrzeugs steuern, um zu verhindern, dass der Fahrer des anderen Fahrzeugs oder der Fußgänger durch den/die Frontscheinwerfer des Eigenfahrzeugs geblendet wird. Diese sechste Verarbeitungseinrichtung steuert automatisch den/die Frontscheinwerfer des Eigenfahrzeugs mithilfe von Radarinformationen oder einer Kombination aus Radarinformationen und einem Bild, das von einer Kamera oder dergleichen aufgenommen ist.
Auf Basis von Radarinformationen, oder durch einen zusammengeführten Prozess auf Basis von Radarinformationen und Bildinformationen, detektiert der Verarbeitungsabschnitt ein Ziel, das einem dem Fahrzeug voraus befindlichen Fahrzeug oder Fußgänger entspricht. In diesem Fall kann ein einem Fahrzeug voraus befindliches Fahrzeug ein voranfahrendes Fahrzeug, ein Fahrzeug oder ein Motorrad auf der Gegenfahrbahn und so weiter einschließen. Beim Detektieren eines solchen Ziels gibt der Verarbeitungsabschnitt einen Befehl aus, den/die Strahl(en) des Frontscheinwerfers beziehungsweise der Frontscheinwerfer abzublenden. Beim Empfang dieses Befehls kann der Steuerabschnitt (die Steuerschaltung), der sich im Fahrzeug befindet, den/die Frontscheinwerfer dazu steuern, den/die daraus ausgesandten Strahl(en) abzublenden.
Verwandte Techniken sind beschrieben in der Beschreibung des US-Patents Nr. 6403942 , der Beschreibung des US-Patents Nr. 6611610 , der Beschreibung des US-Patents Nr. 8543277 , der Beschreibung des US-Patents Nr. 8593521 und der Beschreibung des US-Patents Nr. 8636393 , deren gesamte Offenbarung hier jeweils durch Verweis aufgenommen wird.
Gemäß der oben beschriebenen Verarbeitung durch den Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt und dem oben beschriebenen zusammengeführten Prozess des Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitts und einer Bildgebungsvorrichtungwie etwa einer Kamera kann der Millimeterwellenradar mit geringer Größe und hoher Leistungsfähigkeit konstruiert sein, so dass hohe Leistungsfähigkeit und Größenverringerung usw. für die Radarverarbeitung oder den gesamten zusammengeführten Prozess erreicht werden können. Dies verbessert die Genauigkeit der Zielerkennung und ermöglicht eine sicherere Fahrtsteuerung für das Fahrzeug.
<Anwendungsbeispiel 2: Verschiedene Überwachungssysteme (Naturelemente, Gebäude, Straßen, Bewachung, Sicherheit)>
Ein Millimeterwellenradar (Radarsystem), der eine Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält, hat auch einen breiten Anwendungsbereich auf den Gebieten der Überwachung, was Naturelemente, das Wetter, Gebäude, Sicherheit, Pflege und dergleichen einschließen kann. Bei einem Überwachungssystem in diesem Zusammenhang kann eine Überwachungseinrichtung, die den Millimeterwellenradar aufweist, z.B. an einer festen Position installiert sein, um (einen) Überwachungsgegenstand/-gegenstände ständig zu überwachen. Die Detektionsauflösung an dem Millimeterwellenradar ist im Hinblick auf den/die Überwachungsgegenstand/-gegenstände eingestellt und auf einen optimalen Wert gesetzt.
Ein Millimeterwellenradar, der eine Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält, ist fähig zur Detektion mit einer elektromagnetischen Welle mit einer Hochfrequenz von z.B. mehr als 100 GHz. Hinsichtlich des Modulationsbands in den Schemata, die bei der Radarerkennung verwendet werden, z.B. dem FMCW-Verfahren, erzielt der Millimeterwellenradar aktuell ein breites Band von mehr als 4 GHz, wodurch das oben genannte Ultrabreitband (UWB) unterstützt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass das Modulationsband mit der Entfernungsauflösung zusammenhängt. Bei einer herkömmlichen Patch-Antenne betrug das Modulationsband bis zu circa 600 MHz, was eine Entfernungsauflösung von 25 cm ergab. Dagegen hat ein Millimeterwellenradar, welcher der vorliegenden Array-Antenne zugeordnet ist, eine Entfernungsauflösung von 3,75 cm, was auf eine Leistungsfähigkeit hinweist, die mit der Entfernungsauflösung eines herkömmlichen LIDAR konkurrieren kann. Während ein optischer Sensor wie etwa LIDAR zum Detektieren eines Ziels bei Nacht oder schlechtem Wetter nicht fähig ist, wie oben erwähnt, ist ein Millimeterwellenradar immer zur Detektion fähig, gleichgültig ob bei Tag oder Nacht und ungeachtet des Wetters. Infolgedessen ist ein der vorliegenden Array-Antenne zugeordneter Millimeterwellenradar für vielfältige Anwendungen verfügbar, die mit einem Millimeterwellenradar, der eine herkömmliche Patch-Antenne enthält, nicht möglich waren.
72 ist ein Diagramm, das eine Beispielkonstruktion für ein Überwachungssystem 1500 auf Basis von Millimeterwellenradar zeigt. Das Überwachungssystem 1500 auf Basis von Millimeterwellenradar weist mindestens einen Sensorabschnitt 1010 und einen Hauptabschnitt 1100 auf. Der Sensorabschnitt 1010 weist mindestens eine Antenne 1011, die auf den Überwachungsgegenstand 1015 gerichtet ist, einen Millimeterwellenradar-Detektionsabschnitt 1012, der auf Basis einer gesendeten oder empfangenen elektromagnetischen Welle ein Ziel detektiert, und einen Kommunikationsabschnitt (Kommunikationsschaltung) 1013 auf, der detektierte Radarinformationen sendet. Der Hauptabschnitt 1100 weist mindestens einen Kommunikationsabschnitt (Kommunikationsschaltung) 1103, der Radarinformationen empfängt, einen Verarbeitungsabschnitt (Verarbeitungsschaltung) 1101, der vorbestimmte Verarbeitung auf Basis der empfangenen Radarinformationen durchführt, und einen Datenspeicherungsabschnitt (Speicherungsmedium) 1102 auf, in dem ältere Radarinformationen und andere Informationen gespeichert sind, die für die vorbestimmte Verarbeitung usw. benötigt werden. Zwischen dem Sensorabschnitt 1010 und dem Hauptabschnitt 1100 existieren Telekommunikationsverbindungen 1300, über die Senden und Empfang von Informationen und Befehlen zwischen denselben stattfinden. Wie hier verwendet, können die Telekommunikationsverbindungen beispielsweise ein Allzweck-Kommunikationsnetz wie etwa das Internet, ein Mobilkommunikationsnetz, dedizierte Telekommunikationsverbindungen und so weiter einschließen. Es wird darauf hingewiesen, dass das vorliegende Überwachungssystem 1500 so angeordnet sein kann, dass der Sensorabschnitt 1010 und der Hauptabschnitt 1100 statt über Telekommunikationsverbindungen direkt verbunden sind. Zusätzlich zu dem Millimeterwellenradar kann der Sensorabschnitt 1010 auch einen optischen Sensor wie etwa eine Kamera aufweisen. Dies erlaubt eine Zielerkennung durch einen zusammengeführten Prozess, der auf Radarinformationen und Bildinformationen aus der Kamera oder dergleichen basiert, wodurch eine komplexere Detektion des Überwachungsgegenstandes 1015 oder dergleichen ermöglicht wird.
Nachfolgend werden Beispiele für Überwachungssysteme, die diese Anwendungen verkörpern, spezifisch beschrieben.
(Naturelement-Überwachungssystem)
Ein erstes Überwachungssystem ist ein System, das Naturelemente überwacht (im Folgenden als „Naturelement-Überwachungssystem“ bezeichnet). Mit Bezug auf 72 wird dieses Naturelement-Überwachungssystem beschrieben. Überwachungsgegenstände 1015 des Naturelement-Überwachungssystems 1500 können beispielsweise ein Fluss, die Meeresoberfläche, ein Berg, ein Vulkan, die Bodenoberfläche oder dergleichen sein. Wenn der Überwachungsgegenstand 1015 beispielsweise ein Fluss ist, überwacht der an einer fixen Position befestigte Sensorabschnitt 1010 ständig die Wasseroberfläche des Flusses 1015. Diese Wasseroberflächeninformationen werden ständig an einen Verarbeitungsabschnitt 1101 in dem Hauptabschnitt 1100 gesendet. Erreicht oder überschreitet die Wasseroberfläche dann eine bestimmte Höhe, benachrichtigt der Verarbeitungsabschnitt 1101 ein getrenntes System 1200, das separat von dem Überwachungssystem existiert (z.B. ein Wetterbeobachtungs-Überwachungssystem), über die Telekommunikationsverbindungen 1300. Alternativ kann der Verarbeitungsabschnitt 1101 Informationen an ein System (nicht gezeigt) schicken, das die Schleuse verwaltet, wodurch das System auf Anweisung eine an dem Fluss 1015 vorgesehene Schleuse usw. (nicht gezeigt) automatisch schließt.
Das Naturelement-Überwachungssystem 1500 ist fähig zum Überwachen einer Vielzahl von Sensorabschnitten 1010, 1020, usw. mit dem einzelnen Hauptabschnitt 1100. Wenn die Vielzahl von Sensorabschnitten über einen bestimmten Bereich verteilt sind können die Pegelstände von Flüssen in diesem Bereich gleichzeitig erfasst werden. Dies erlaubt eine Einschätzung dessen, wie der Niederschlag in diesem Bereich die Pegelstände der Flüsse beeinflussen kann, mit möglicherweise katastrophalen Folgen wie etwa Überschwemmungen. Informationen hierzu können über die Telekommunikationsverbindungen 1300 an das getrennte System 1200 (z.B. ein Wetterbeobachtungs-Überwachungssystem) übermittelt werden. So ist das getrennte System 1200 (z.B. ein Wetterbeobachtungs-Überwachungssystem) fähig, die übermittelten Informationen zur Wetterbeobachtung oder Katastrophenvorhersage in einem weiteren Bereich zu nutzen.
Das Naturelement-Überwachungssystem 1500 ist in ähnlicher Weise auch auf jedes andere Naturelement als einen Fluss anwendbar. Beispielsweise ist bei einem Überwachungssystem, das Tsunamis oder Sturmfluten überwacht, der Meeresspiegel der Überwachungsgegenstand. Es ist auch möglich, in Antwort auf einen Anstieg des Meeresspiegels automatisch eine Seedeichschleuse zu öffnen oder zu schließen. Alternativ kann der Überwachungsgegenstand eines Überwachungssystems, das Erdrutsche infolge von Niederschlag, Erdbeben oder dergleichen überwacht, die Bodenoberfläche einer Berggegend usw. sein.
(Verkehrsüberwachungssystem)
Ein zweites Überwachungssystem ist ein System, das den Verkehr überwacht (im Folgenden als „Verkehrsüberwachungssystem“ bezeichnet). Überwachungsgegenstand dieses Verkehrsüberwachungssystems kann beispielsweise ein Bahnübergang, eine spezifische Bahnlinie, eine Flughafen-Start- und -Landebahn, eine Straßenkreuzung, eine spezifische Straße, ein Parkplatz usw. sein.
Wenn der Überwachungsgegenstand beispielsweise ein Bahnübergang ist, ist der Sensorabschnitt 1010 an einer Position platziert, wo das Innere des Bahnübergangs überwacht werden kann. In diesem Fall kann der Sensorabschnitt 1010 zusätzlich zu dem Millimeterwellenradar auch einen optischen Sensor wie etwa eine Kamera aufweisen, der eine Detektion eines Ziels (Überwachungsgegenstandes) aus mehr Perspektiven durch einen zusammengeführten Prozess auf Basis von Radarinformationen und Bildinformationen zulässt. Die mit dem Sensorabschnitt 1010 gewonnenen Zielinformationen werden über die Telekommunikationsverbindungen 1300 an den Hauptabschnitt 1100 geschickt. Der Hauptabschnitt 1100 sammelt andere Informationen (z.B. Fahrplaninformationen), die bei einem komplexeren Erkennungsprozess oder komplexerer Steuerung notwendig sein können, und gibt auf dessen Basis notwendige Steueranweisungen oder dergleichen aus. Wie hier verwendet, kann eine notwendige Steueranweisung beispielsweise eine Anweisung sein, einen Zug anzuhalten, wenn bei geschlossenem Bahnübergang eine Person, ein Fahrzeug usw. in dem Bahnübergang aufgefunden wird.
Wenn der Überwachungsgegenstand eine Start- und Landebahn auf einem Flughafen ist, kann beispielsweise eine Vielzahl von Sensorabschnitten 1010, 1020 usw. entlang der Start- und Landebahn platziert sein, um die Start- und Landebahn auf eine vorbestimmte Auflösung einzustellen, z.B. eine Auflösung, die das Detektieren eines Fremdkörpers mit einer Größe von 5 cm mal 5 cm auf der Start- und Landebahn zulässt. Das Überwachungssystem 1500 überwacht die Start- und Landebahn ständig, gleichgültig, ob bei Tag oder Nacht, und ungeachtet des Wetters. Ermöglicht wird diese Funktion gerade durch die Fähigkeit des Millimeterwellenradars gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, UWB zu unterstützen. Da die vorliegende Millimeterwellenradarvorrichtung mit geringer Größe, hoher Auflösung und niedrigen Kosten ausgebildet sein kann, stellt sie zudem eine realistische Lösung dafür dar, die gesamte Start- und Landebahnoberfläche von einem Ende zum anderen abzudecken. In diesem Fall hält der Hauptabschnitt 1100 die Vielzahl von Sensorabschnitten 1010, 1020 usw. unter integrierter Verwaltung. Wenn ein Fremdkörper auf der Start- und Landebahn gefunden wird, sendet der Hauptabschnitt 1100 Informationen bezüglich Position und Größe des Fremdkörpers an ein Flugsicherungssystem (nicht gezeigt). Beim Empfang derselben verbietet das Flugsicherungssystem vorübergehend das Starten und Landen auf dieser Bahn. In der Zwischenzeit sendet der Hauptabschnitt 1100 Informationen bezüglich Position und Größe des Fremdkörpers an ein separat vorgesehenes Fahrzeug, das beispielsweise automatisch die Oberfläche der Start- und Landebahn reinigt usw. Beim Empfang hiervon kann das Reinigungsfahrzeugsich autonom an die Position bewegen, an der sich der Fremdkörper befindet, und den Fremdkörper automatisch beseitigen. Sobald die Beseitigung des Fremdkörpers beendet ist, sendet das Reinigungsfahrzeug Informationen über die Beendigung an den Hauptabschnitt 1100. Der Hauptabschnitt 1100 bestätigt dann wiederum, dass der Sensorabschnitt 1010 oder dergleichen, der den Fremdkörper detektiert hat, nun meldet, dass „kein Fremdkörper vorhanden ist“ und dass es nun sicher ist, und benachrichtigt das Flugsicherungssystem darüber. Beim Empfang hiervon kann das Flugsicherungssystem die Unterbindung von Starten und Landen auf der Start- und Landebahn aufheben.
In dem Fall, in dem der Überwachungsgegenstand ein Parkplatz ist, kann es außerdem beispielsweise möglich sein, automatisch zu erkennen, welche Position auf dem Parkplatz aktuell frei ist. Eine verwandte Technik ist in der Beschreibung des US-Patents Nr. 6943726 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
(Sicherheitsüberwachungssystem)
Ein drittes Überwachungssystem ist ein System, das einen Eindringling auf einem privaten Grundstück oder in einem Haus überwacht (im Folgenden als „Sicherheitsüberwachungssystem“ bezeichnet). Überwachungsgegenstand dieses Sicherheitsüberwachungssystems kann beispielsweise eine spezifische Region innerhalb eines privaten Grundstücks oder eines Hauses usw. sein.
Wenn der Überwachungsgegenstand ein privates Grundstück ist, kann/können der/die Sensorabschnitt(e) 1010 beispielsweise an einer Position oder zwei oder mehr Positionen platziert sein, an denen der/die Sensorabschnitt(e) 1010 dasselbe überwachen können. In diesem Fall können der beziehungsweise die Sensorabschnitt(e) zusätzlich zu dem Millimeterwellenradar 1010 auch einen optischen Sensor wie etwa eine Kamera aufweisen, der eine Detektion eines Ziels (Überwachungsgegenstandes) aus mehr Perspektiven durch einen zusammengeführten Prozess auf Basis von Radarinformationen und Bildinformationen zulässt. Die mit dem beziehungsweise den Sensorabschnitt(en) 1010 gewonnenen Zielinformationen werden über die Telekommunikationsverbindungen 1300 an den Hauptabschnitt 1100 geschickt. Der Hauptabschnitt 1100 sammelt andere Informationen (z.B. Referenzdaten oder dergleichen, die zur korrekten Erkennung dessen notwendig sind, ob der Eindringling eine Person oder ein Tier wie etwa ein Hund oder eine Vogel ist), die bei einem komplexeren Erkennungsprozess oder komplexerer Steuerung notwendig sein können, und gibt auf Basis dessen notwendige Steueranweisungen oder dergleichen aus. Wie hier verwendet, kann eine notwendige Steueranweisung beispielsweise eine Anweisung sein, einen Alarm auszulösen oder Beleuchtung zu aktivieren, die auf dem Gelände installiert ist, und auch eine Anweisung, über Mobil-Telekommunikationsverbindungen oder dergleichen einen für das Gelände Verantwortlichen direkt zu verständigen usw. Der Verarbeitungsabschnitt 1101 in dem Hauptabschnitt 1100 kann eine Erkennung des detektierten Ziels durch eine intern enthaltene, komplexe Erkennungseinrichtung zulassen (die tiefes Lernen oder eine ähnliche Technik verwendet). Alternativ kann eine solche komplexe Erkennungseinrichtung extern vorgesehen sein, wobei die komplexe Erkennungseinrichtung dann über die Telekommunikationsverbindungen 1300 angeschlossen sein kann.
Eine verwandte Technik ist in der Beschreibung des US-Patents Nr. 7425983 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
Eine weitere Ausführungsform eines solchen Sicherheitsüberwachungssystems kann ein Personenüberwachungssystem sein, das an einem Gate auf einem Flughafen, einer Sperre am Bahnhof, einem Eingang eines Gebäudes oder dergleichen zu installieren ist. Der Überwachungsgegenstand eines solchen Personenüberwachungssystems kann beispielsweise ein Gate auf einem Flughafen, eine Sperre am Bahnhof, ein Eingang eines Gebäudes oder dergleichen sein.
Wenn der Überwachungsgegenstand ein Gate auf einem Flughafen ist, können der beziehungsweise die Sensorabschnitt(e) 1010 zum Beispiel in einer Anlage zur Überprüfung persönlicher Gegenstände an dem Gate installiert sein. In diesem Fall kann es folgende zwei Überprüfungsverfahren geben. In einem ersten Verfahren sendet der Millimeterwellenradar eine elektromagnetische Welle und empfängt die von einem Passagier (der der Überwachungsgegenstand ist) reflektierte elektromagnetische Welle, wodurch persönliche Gegenstände oder dergleichen des Passagiers überprüft werden. In einem zweiten Verfahren wird durch die Antenne eine vom Körper des Passagiers abgestrahlte schwache Millimeterwelle empfangen, wodurch eine Überprüfung auf etwaige Fremdkörper erfolgt, die der Passagier möglicherweise versteckt. In letzterem Verfahren hat der Millimeterwellenradar bevorzugt die Funktion, die empfangene Millimeterwelle abzutasten. Diese Abtastfunktion ist durch Verwendung digitaler Strahlformung oder durch einen mechanischen Abtastvorgang implementierbar. Es wird darauf hingewiesen, dass die Verarbeitung durch den Hauptabschnitt 1100 einen Kommunikationsprozess und einen Erkennungsprozess ähnlich denen in den oben beschriebenen Beispielen nutzen kann.
(Gebäudeuntersuchungssystem (zerstörungsfreie Untersuchung))
Ein viertes Überwachungssystem ist ein System, das das Betonmaterial einer Straße, einer Eisenbahnüberführung, eines Gebäudes usw. oder das Innere einer Straße oder des Bodens usw. überwacht oder überprüft (im Folgenden als „Gebäudeuntersuchungssystem“ bezeichnet). Überwachungsgegenstand dieses Gebäudeuntersuchungssystems kann beispielsweise das Innere des Betonmaterials einer Überführung oder eines Gebäudes usw. oder das Innere einer Straße oder des Bodens usw. sein.
Wenn der Überwachungsgegenstand das Innere eines Betongebäudes ist, ist der Sensorabschnitt 1010 beispielsweise so strukturiert, dass die Antenne 1011 Abtastbewegungen entlang der Oberfläche eines Betongebäudes durchführen kann. Wie hier verwendet, können „Abtastbewegungen“ manuell implementiert sein, oder es kann separat eine ortsfeste Schiene für die Abtastbewegung vorgesehen sein, auf der die Bewegung durch Verwendung der Antriebskraft aus einem Elektromotor oder dergleichen bewirkt werden kann. In dem Fall, dass der Überwachungsgegenstand eine Straße oder der Boden ist, kann die Antenne 1011 mit der Fläche nach unten an einem Fahrzeug oder dergleichen installiert sein, und das Fahrzeug kann mit einer konstanten Geschwindigkeit fahren gelassen werden, wodurch eine „Abtastbewegung“ erzeugt wird. Die durch den Sensorabschnitt 1010 zu verwendende elektromagnetische Welle kann eine Millimeterwelle z.B. in der sogenannten Terahertz-Region sein, die 100 GHz überschreitet. Wie bereits beschrieben, ist auch bei einer elektromagnetischen Welle von mehr als z.B. 100 GHz eine Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dazu anpassbar, geringere Verluste aufzuweisen, als dies bei herkömmlichen Patch-Antennen oder dergleichen der Fall ist. Eine elektromagnetische Welle einer höheren Frequenz vermag tiefer in den überprüften Gegenstand, wie etwa Beton, einzudringen, wodurch eine korrektere zerstörungsfreie Untersuchung realisiert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Verarbeitung durch den Hauptabschnitt 1100 auch einen Kommunikationsprozess und einen Erkennungsprozess ähnlich denen in den oben beschriebenen anderen Überwachungssystemen nutzen kann.
Eine verwandte Technik ist in der Beschreibung des US-Patents Nr. 6661367 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen wird.
(Personenüberwachungssystem)
Ein fünftes Überwachungssystem ist ein System, das eine Pflege erhaltende Person bewacht (im Folgenden als „Personenbewachungssystem“ bezeichnet). Überwachungsgegenstand dieses Personenbewachungssystems kann beispielsweise eine Pflege erhaltende Person oder ein Patient in einem Krankenhaus usw. sein.
Wenn der Überwachungsgegenstand eine Pflege erhaltende Person in einem Zimmer einer Pflegeeinrichtung ist, ist/sind der/die Sensorabschnitt(e) 1010 beispielsweise an einer Position oder zwei oder mehr Positionen in dem Zimmer platziert, an denen der/die Sensorabschnitt(e) 1010 zum Überwachen des gesamten Innenraums des Zimmers fähig ist/sind. In diesem Fall kann der Sensorabschnitt 1010 zusätzlich zu dem Millimeterwellenradar auch einen optischen Sensor wie etwa eine Kamera aufweisen. In diesem Fall kann der Überwachungsgegenstand durch einen zusammengeführten Prozess auf Basis von Radarinformationen und Bildinformationen aus mehr Perspektiven überwacht werden. Wenn der Überwachungsgegenstand eine Person ist, kann andererseits eine Überwachung mit einer Kamera oder dergleichen aus Datenschutzsicht unangebracht sein. Daher muss die Auswahl der Sensoren unter Berücksichtigung dieses Aspektes erfolgen. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Zieldetektion durch den Millimeterwellenradar es erlaubt, eine Person, die der Überwachungsgegenstand ist, nicht durch ihr Bild, sondern durch ein Signal zu erfassen (das gewissermaßen ein Schatten der Person ist). Daher kann der Millimeterwellenradar als aus Datenschutzsicht vorteilhafter Sensor angesehen werden.
Informationen über die Pflege erhaltende Person, die durch den/die Sensorabschnitt(e) 1010 gewonnen wurden, werden über die Telekommunikationsverbindungen 1300 an den Hauptabschnitt 1100 geschickt. Der Hauptabschnitt 1100 sammelt andere Informationen (z.B. Referenzdaten oder dergleichen, die zum korrekten Erkennen von Zielinformationen der Pflege erhaltenden Person benötigt werden), die in einem komplexeren Erkennungsprozess oder komplexerer Steuerung möglicherweise benötigt werden, und gibt auf dieser Basis notwendige Steueranweisungen oder dergleichen aus. Wie hier verwendet, kann eine notwendige Steueranweisung beispielsweise eine Anweisung sein, auf Basis des Detektionsergebnisses einen Verantwortlichen direkt zu verständigen usw. Der Verarbeitungsabschnitt 1101 in dem Hauptabschnitt 1100 kann eine Erkennung des detektierten Ziels durch eine intern enthaltene, komplexe Erkennungseinrichtung zulassen (die tiefes Lernen oder eine ähnliche Technik verwendet). Alternativ kann eine solche komplexe Erkennungseinrichtung extern vorgesehen sein, wobei die komplexe Erkennungseinrichtung dann über die Telekommunikationsverbindungen 1300 angeschlossen sein kann.
In dem Fall, in dem der Überwachungsgegenstand des Millimeterwellenradars eine Person ist, können mindestens die folgenden zwei Funktionen hinzugefügt sein.
Eine erste Funktion ist eine Funktion der Überwachung der Herzfrequenz und/oder der Atemfrequenz. Bei einem Millimeterwellenradar ist eine elektromagnetische Welle fähig zum Hindurchsehen durch die Kleidung, um die Position und die Bewegungen der Hautoberfläche des Körpers einer Person zu detektieren. Zuerst detektiert der Verarbeitungsabschnitt 1101 eine Person, die der Überwachungsgegenstand ist, und eine äußere Form derselben. Als Nächstes kann im Fall der Detektion einer Herzfrequenz beispielsweise eine Position auf der Körperoberfläche identifiziert werden, an der die Herzschlagbewegungen leicht detektierbar sind, und die Bewegungen dort können chronologisch detektiert werden. Dies erlaubt beispielsweise das Detektieren einer Herzfrequenz pro Minute. Das gleiche gilt beim Detektieren einer Atemfrequenz. Durch Verwendung dieser Funktion kann der Gesundheitszustand einer Pflege erhaltenden Person ständig überprüft werden, was eine höherwertige Bewachung einer Pflege erhaltenden Person ermöglicht.
Eine zweite Funktion ist eine Funktion der Sturzdetektion. Eine Pflege erhaltende Person wie etwa eine ältere Person kann aufgrund einer Schwächung der Beine und Füße von Zeit zu Zeit stürzen. Wenn eine Person stürzt, gelangt die Geschwindigkeit oder Beschleunigung einer spezifischen Stelle des Körpers der Person, z.B. des Kopfes, auf ein bestimmtes Niveau oder darüber. Wenn der Überwachungsgegenstand des Millimeterwellenradars eine Person ist, kann die relative Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Ziels von Interesse ständig detektiert werden. Daher kann beispielsweise durch Identifizieren des Kopfes als des Überwachungsgegenstandes und chronologisches Detektieren seiner relativen Geschwindigkeit oder Beschleunigung ein Sturz erkannt werden, wenn eine Geschwindigkeit mit einem bestimmten Wert oder darüber detektiert wird. Beim Erkennen eines Sturzes kann der Verarbeitungsabschnitt 1101 eine Anweisung oder dergleichen ausgeben, die beispielsweise relevanter Pflegeassistenz entspricht.
Es wird darauf hingewiesen, dass der/die Sensorabschnitt(e) 1010 in dem oben beschriebenen Überwachungssystem oder dergleichen an (einer) festen Position(en) befestigt sind. Jedoch können der beziehungsweise die Sensorabschnitt(e) 1010 auch an einem bewegten Objekt installiert sein, z.B. einem Roboter, einem Fahrzeug, einem fliegenden Objekt wie etwa einer Drohne. Wie hier verwendet, kann das Fahrzeug oder dergleichen nicht nur ein Kraftfahrzeug einschließen, sondern beispielsweise auch ein kleineres bewegtes Objekt wie etwa einen elektrischen Rollstuhl. In diesem Fall kann dieses bewegte Objekt eine interne GPS-Einheit aufweisen, mit der seine aktuelle Position jederzeit bestätigt werden kann. Zusätzlich kann dieses bewegte Objekt auch die Funktion haben, die Genauigkeit seiner eigenen aktuellen Position durch Verwendung von Karteninformationen und den Kartenaktualisierungsinformationen, die mit Bezug auf die oben genannte fünfte Verarbeitungseinrichtung beschrieben wurden, weiter zu verbessern.
Außerdem kann bei jeder Vorrichtung oder jedem System, das den oben beschriebenen ersten bis dritten Detektionsvorrichtungen, ersten bis sechsten Verarbeitungseinrichtungen, ersten bis fünften Überwachungssystemen usw. ähnlich ist, die gleiche Konstruktion verwendet werden, um eine Array-Antenne oder einen Millimeterwellenradar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu nutzen.
<Anwendungsbeispiel3: Kommunikationssystem>
(Erstes Beispiel für ein Kommunikationssystem)
Die Wellenleitervorrichtung und Antennenvorrichtung (Array-Antenne) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für den Sender und/oder Empfänger verwendet werden, mit dem ein Kommunikationssystem (Telekommunikationssystem) konstruiert ist. Die Wellenleitervorrichtung und Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung sind aus schichtartig angeordneten leitenden Baugliedern gebildet und sind deshalb fähig, die Größe des Senders und/oder Empfängers kleiner zu halten als bei Verwendung eines Hohlwellenleiters. Zudem ist ein Dielektrikum nicht notwendig, und somit kann der dielektrische Verlust von elektromagnetischen Wellen kleiner gehalten werden als bei Verwendung einer Mikrostreifenleitung. Daher kann ein Kommunikationssystem konstruiert werden, das einen kleinen und hocheffizienten Sender und/oder Empfänger enthält.
Ein solches Kommunikationssystem kann ein Kommunikationssystem analoger Art sein, das ein analoges Signal sendet oder empfängt, welches direkt moduliert wird. Jedoch kann zur Konstruktion eines flexibleren und leistungsfähigeren Kommunikationssystems ein digitales Kommunikationssystem verwendet werden.
Nachfolgend wird mit Bezug auf 73 ein digitales Kommunikationssystem 800A beschrieben, bei dem eine Wellenleitervorrichtung und eine Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
73 ist ein Blockdiagramm, das eine Konstruktion für das digitale Kommunikationssystem 800A zeigt. Das Kommunikationssystem 800A weist einen Sender 810A und einen Empfänger 820A auf. Der Sender 810A weist einen Analog-Digital- (A/D-) Wandler 812, einen Codierer 813, einen Modulator 814 und eine Sendeantenne 815 auf. Der Empfänger 820A weist eine Empfangsantenne 825, einen Demodulator 824, einen Decodierer 823 und einen Digital-Analog- (D/A-) Wandler 822 auf. Mindestens entweder die Sendeantenne 815 oder die Empfangsantenne 825 können mithilfe einer Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung implementiert sein. In diesem Anwendungsbeispiel werden die Schaltkreise, die den Modulator 814, den Codierer 813, den A/D-Wandler 812 und so weiter aufweisen, welche mit der Sendeantenne 815 verbunden sind, als die Sendeschaltung bezeichnet. Die Schaltkreise, die den Demodulator 824, den Decodierer 823, den D/A-Wandler 822 und so weiter aufweisen, welche mit der Empfangsantenne 825 verbunden sind, werden als die Empfangsschaltung bezeichnet. Die Sendeschaltung und die Empfangsschaltung können zusammen als die Kommunikationsschaltung bezeichnet werden.
Mit dem Analog-Digital- (A/D-) Wandler 812 wandelt der Sender 810A ein analoges Signal, das aus der Signalquelle 811 empfangen wird, in ein digitales Signal um. Als Nächstes wird das digitale Signal durch den Codierer 813 codiert. Wie hier verwendet, bedeutet „Codieren“ ein Verändern des zu sendenden digitalen Signals in ein Format, das für die Kommunikation geeignet ist. Beispiele für eine solche Codierung sind unter anderem CDM (Code-Multiplexen) und dergleichen. Außerdem ist auch jede Wandlung zum Bewirken von TDM (Zeitmultiplexen) oder FDM (Frequenz-Multiplexen) oder OFDM (orthogonalem Frequenz-Multiplexen) ein Beispiel für die Codierung. Das codierte Signal wird durch den Modulator 814 in ein Hochfrequenzsignal gewandelt, um aus der Sendeantenne 815 gesendet zu werden.
Auf dem Gebiet der Kommunikation kann eine Welle, die ein auf eine Trägerwelle zu überlagerndes Signal repräsentiert, als eine „Signalwelle“ bezeichnet werden; jedoch hat der Ausdruck „Signalwelle“, wie er in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, nicht diese Definition. Eine „Signalwelle“ gemäß der vorliegenden Beschreibung bedeutet im breiten Sinne jede elektromagnetische Welle, die sich in einem Wellenleiter ausbreiten soll, oder jede elektromagnetische Welle zum Senden/Empfang über ein Antennenelement.
Der Empfänger 820A stellt das Hochfrequenzsignal, das durch die Empfangsantenne 825 empfangen wurde, an dem Demodulator 824 zu einem Niederfrequenzsignal und an dem Decodierer 823 zu einem digitalen Signal wieder her. Das decodierte digitale Signal wird durch den Digital-Analog- (D/A-) Wandler 822 zu einem analogen Signal wiederhergestellt und wird an eine Datensenke (einen Datenempfänger) 821 geschickt. Durch die oben genannten Prozesse wird eine Sequenz aus Sende- und Empfangsprozessen beendet.
Wenn die kommunizierende Einheit ein digitales Gerät wie etwa ein Computer ist, sind die Analog-Digital-Wandlung des Sendesignals und Digital-Analog-Wandlung des Empfangssignals in den oben genannten Prozessen nicht nötig. Somit können der Analog-Digital-Wandler 812 und der Digital-Analog-Wandler 822 in 73 weggelassen werden. Ein System mit einer solchen Konstruktion ist ebenfalls im digitalen Kommunikationssystem eingeschlossen.
In einem digitalen Kommunikationssystem können zur Sicherstellung der Signalintensität oder zur Erweiterung der Kanalkapazität verschiedene Verfahren verwendet werden. Viele dieser Verfahren sind auch in einem Kommunikationssystem wirksam, das Funkwellen des Millimeterwellenbands oder des Terahertz-Bands nutzt.
Funkwellen im Millimeterwellenband oder im Terahertz-Band haben höhere Geradlinigkeit als Funkwellen niedrigerer Frequenzen und unterliegen geringerer Beugung, d.h. geringerem Umlenken auf die Schattenseite eines Hindernisses. Daher ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Empfänger eine aus einem Sender gesendete Funkwelle nicht direkt empfängt. Auch in solchen Situationen können reflektierte Wellen oft empfangen werden, jedoch ist eine reflektierte Welle eines Funkwellensignals häufig von schlechterer Qualität als die direkte Welle, was einen stabilen Empfang schwieriger macht. Außerdem kann eine Vielzahl reflektierter Wellen auf unterschiedlichen Wegen eintreffen. In diesem Fall könnten die Empfangswellen mit unterschiedlichen Weglängen sich in der Phase voneinander unterscheiden und so Mehrwegeschwund verursachen.
Als eine Technik zur Verbesserung solcher Situationen kann eine sogenannte Antennendiversitätstechnik verwendet werden. Bei dieser Technik weist mindestens entweder der Sender oder der Empfänger eine Vielzahl von Antennen auf. Wenn die Vielzahl von Antennen voneinander um Distanzen getrennt sind, die sich mindestens um circa die Wellenlänge unterscheiden, sind die so entstehenden Zustände der Empfangswellen unterschiedlich. Dementsprechend wird selektiv die Antenne verwendet, die von allen zum Senden/Empfang mit der höchsten Qualität fähig ist, was die Zuverlässigkeit der Kommunikation verbessert. Alternativ können Signale, die aus mehr als einer Antenne gewonnen sind, zur Verbesserung der Signalqualität verschmolzen werden.
Bei dem in 73 gezeigten Kommunikationssystem 800A kann beispielsweise der Empfänger 820A eine Vielzahl von Empfangsantennen 825 aufweisen. In diesem Fall existiert zwischen der Vielzahl von Empfangsantennen 825 und dem Demodulator 824 eine Umschalteinrichtung. Durch die Umschalteinrichtung verbindet der Empfänger 820A die Antenne, die von der Vielzahl von Empfangsantennen 825 das Signal mit der höchsten Qualität bereitstellt, mit dem Demodulator 824. In diesem Fall kann der Sender 810A auch eine Vielzahl von Sendeantennen 815 aufweisen.
(Zweites Beispiel für ein Kommunikationssystem)
74 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein Kommunikationssystem 800B zeigt, welches einen Sender 810B aufweist, der zum Variieren des Strahlungsmusters von Funkwellen fähig ist. In diesem Anwendungsbeispiel ist der Empfänger identisch mit dem in 73 gezeigten Empfänger 820A; deshalb ist der Empfänger in der Illustration in 74 weggelassen. Zusätzlich zu der Konstruktion des Senders 810A weist der Sender 810B auch ein Antennen-Array 815b auf, das eine Vielzahl von Antennenelementen 8151 aufweist. Das Antennen-Array 815b kann eine Array-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sein. Der Sender 810B weist ferner eine Vielzahl von Phasenschiebern (PS) 816 auf, die jeweils zwischen dem Modulator 814 und der Vielzahl von Antennenelementen 8151 verbunden sind. In dem Sender 810B wird ein Ausgang des Modulators 814 an die Vielzahl von Phasenschiebern 816 geschickt, wo Phasendifferenzen eingebracht werden und die so entstehenden Signale zu der Vielzahl von Antennenelementen 8151 geführt werden. In dem Fall, in dem die Vielzahl von Antennenelementen 8151 in gleichen Intervallen angeordnet sind, ist eine Hauptkeule 817 des Antennen-Arrays 815b, wenn ein Hochfrequenzsignal, dessen Phase in Bezug auf ein benachbartes Antennenelement um einen bestimmten Betrag abweicht, in jedes Antennenelement 8151 gespeist wird, in einem Azimut ausgerichtet, das von vorne aus geneigt ist, wobei diese Neigung mit der Phasendifferenz übereinstimmt. Dieses Verfahren kann als Strahlformung bezeichnet werden.
Das Azimut der Hauptkeule 817 kann verändert werden, indem zugelassen wird, dass die jeweiligen Phasenschieber 816 variierende Phasendifferenzen einbringen. Dieses Verfahren kann als Strahllenkung bezeichnet werden. Durch Finden von Phasendifferenzen, die für den besten Sende-/Empfangszustand förderlich sind, kann die Zuverlässigkeit der Kommunikation erhöht werden. Obwohl das vorliegende Beispiel einen Fall illustriert, in dem die Phasendifferenz, die durch die Phasenschieber 816 einzubringen ist, zwischen jeweils benachbarten Antennenelementen 8151 konstant ist, ist dies nicht einschränkend. Zudem können Phasendifferenzen in der Weise eingebracht werden, dass die Funkwelle in einem Azimut abgestrahlt wird, welches ermöglicht, dass nicht nur die direkte Welle, sondern auch reflektierte Wellen den Empfänger erreichen.
Ein als Nullsteuerung bezeichnetes Verfahren kann in dem Sender 810B ebenfalls verwendet werden. Dies ist ein Verfahren, bei dem Phasendifferenzen dazu eingestellt werden, einen Zustand zu erzeugen, in dem die Funkwelle in keiner spezifischen Richtung abgestrahlt wird. Mit Durchführung von Nullsteuerung wird es möglich, ein Abstrahlen von Funkwellen in Richtung jedes anderen Empfängers, an den die Funkwelle nicht gesendet werden soll, einzuschränken. Hierdurch können Interferenzen vermieden werden. Obwohl für die digitale Kommunikation unter Nutzung von Millimeterwellen oder Terahertz-Wellen ein sehr breites Frequenzband zur Verfügung steht, ist es dennoch vorzuziehen, die Bandbreite möglichst effizient zu nutzen. Durch Verwendung von Nullsteuerung können mehrere Instanzen eines Sendens/Empfangs innerhalb desselben Bands durchgeführt werden, wodurch der Nutzungsgrad der Bandbreite erhöht werden kann. Ein Verfahren, das den Nutzungsgrad der Bandbreite durch Verwendung von Techniken wie etwa Strahlformung, Strahllenkung und Nullsteuerung erhöht, kann manchmal als SDMA (Mehrfachzugriff mit räumlicher Teilung) bezeichnet werden.
(Drittes Beispiel für ein Kommunikationssystem)
Zur Erhöhung der Kanalkapazität in einem spezifischen Frequenzband kann ein Verfahren namens MIMO (Mehrfach-Eingang und Mehrfach-Ausgang) verwendet werden. Gemäß MIMO wird eine Vielzahl von Sendeantennen und eine Vielzahl von Empfangsantennen verwendet. Aus jeder von der Vielzahl von Sendeantennen wird eine Funkwelle abgestrahlt. In einem Beispiel können jeweils unterschiedliche Signale auf die abzustrahlenden Funkwellen überlagert sein. Jede von der Vielzahl von Empfangsantennen empfängt sämtliche aus der gesendeten Vielzahl von Funkwellen. Da jedoch unterschiedliche Empfangsantennen Funkwellen empfangen, die auf unterschiedlichen Wegen eintreffen, treten unter den Phasen der empfangenen Funkwellen Differenzen auf. Durch Nutzung dieser Differenzen ist es möglich, auf der Empfängerseite die Vielzahl von Signalen, die in der Vielzahl von Funkwellen enthalten waren, zu separieren.
Die Wellenleitervorrichtung und Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auch in einem Kommunikationssystem verwendet werden, das MIMO nutzt. Nachfolgend wird ein Beispiel für ein solches Kommunikationssystem beschrieben.
75 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein Kommunikationssystem 800C zeigt, welches eine MIMO-Funktion implementiert. In dem Kommunikationssystem 800C weist ein Sender 830 einen Codierer 832, einen TX-MIMO-Prozessor 833 sowie zwei Sendeantennen 8351 und 8352 auf. Ein Empfänger 840 weist zwei Empfangsantennen 8451 und 8452, einen RX-MIMO-Prozessor 843 sowie einen Decodierer 842 auf. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Sendeantennen und die Anzahl der Empfangsantennen jeweils größer als zwei sein kann. Hier wird zur einfacheren Erläuterung ein Beispiel illustriert, bei dem es von jeder Sorte zwei Antennen gibt. Allgemein erhöht sich die Kanalkapazität eines MIMO-Kommunikationssystems proportional zu der Anzahl der Sendeantennen oder der Empfangsantennen; je nachdem, welche geringer ist.
Nach dem Empfang eines Signals aus der Datensignalquelle 831 codiert der Sender 830 das Signal an dem Codierer 832 in der Weise, dass das Signal zum Senden bereit ist. Das codierte Signal wird durch den TX-MIMO-Prozessor 833 zwischen den zwei Sendeantennen 8351 und 8352 verteilt.
In einem Verarbeitungsverfahren gemäß einem Beispiel des MIMO-Verfahrens teilt der TX-MIMO-Prozessor 833 eine Sequenz codierter Signale in zwei, d.h. so viele, wie es Sendeantennen 8352 gibt, und schickt sie parallel an die Sendeantennen 8351 und 8352. Die Sendeantennen 8351 und 8352 strahlen jeweils Funkwellen ab, die Informationen der geteilten Signalsequenzen enthalten. Wenn N Sendeantennen vorhanden sind, wird die Signalsequenz in N geteilt. Die abgestrahlten Funkwellen werden durch die zwei Empfangsantennen 8451 und 8452 gleichzeitig empfangen. Mit anderen Worten, in den Funkwellen, die durch jede der Empfangsantennen 8451 und 8452 empfangen werden, sind die zwei Signale, die zur Zeit des Sendens geteilt wurden, gemischt enthalten. Die Separierung zwischen diesen gemischten Signalen wird durch den RX-MIMO-Prozessor 843 erreicht.
Die zwei gemischten Signale können separiert werden, indem beispielsweise die Phasendifferenzen zwischen den Funkwellen beachtet werden. Eine Phasendifferenz zwischen zwei Funkwellen bei einem Empfang der aus der Sendeantenne 8351 eingetroffenen Funkwellen durch die Empfangsantennen 8451 und 8452 unterscheidet sich von einer Phasendifferenz zwischen zwei Funkwellen bei einem Empfang der aus der Sendeantenne 8352 eingetroffenen Funkwellen durch die Empfangsantennen 8451 und 8452. Das bedeutet: Die Phasendifferenz zwischen Empfangsantennen differiert abhängig von dem Sende-/Empfangsweg. Sofern das räumliche Verhältnis zwischen einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne nicht verändert wird, bleibt zudem die Phasendifferenz dazwischen unverändert. Auf Basis einer Korrelation zwischen Empfangssignalen, die durch die zwei Empfangsantennen empfangen werden, verschoben um eine Phasendifferenz, die durch den Sende-/Empfangsweg bestimmt ist, ist es daher möglich, jedes Signal zu extrahieren, das auf diesem Sende-/Empfangsweg empfangen wird. Der RX-MIMO-Prozessor 843 kann die zwei Signalsequenzen aus dem Empfangssignal z.B. durch dieses Verfahren separieren, wodurch die Signalsequenz vor der Teilung wiederhergestellt wird. Die wiederhergestellte Signalsequenz ist noch codiert und wird daher an den Decodierer 842 geschickt, um dort zu dem ursprünglichen Signal wiederhergestellt zu werden. Das wiederhergestellte Signal wird an die Datensenke 841 geschickt.
Obwohl das MIMO-Kommunikationssystem 800C in diesem Beispiel ein digitales Signal sendet oder empfängt, kann auch ein MIMO-Kommunikationssystem realisiert werden, das ein analoges Signal sendet oder empfängt. In diesem Fall sind zusätzlich zu der Konstruktion aus 75 ein Analog-Digital-Wandler und ein Digital-Analog-Wandler vorgesehen, wie sie mit Bezug auf 73 beschrieben wurden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Informationen, die zum Unterscheiden zwischen Signalen aus unterschiedlichen Sendeantennen verwendbar sind, nicht auf Phasendifferenzinformationen begrenzt sind. Allgemein ausgedrückt, kann für eine andere Kombination aus Sendeantenne und Empfangsantenne die empfangene Funkwelle nicht nur bezüglich der Phase, sondern auch bezüglich Streuung, Schwund und anderer Bedingungen differieren. Diese werden gemeinsam als CSI (Kanalzustandsinformationen) bezeichnet. CSI sind in einem System, das MIMO nutzt, zur Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Sende-/Empfangswegen nutzbar.
Es wird darauf hingewiesen, dass es keine wesentliche Bedingung ist, dass die Vielzahl von Sendeantennen Sendewellen abstrahlt, die jeweils unabhängige Signale enthalten. Solange ein Separieren auf der Seite der Empfangsantenne möglich ist, kann jede Sendeantenne eine Funkwelle abstrahlen, die eine Vielzahl von Signalen enthält. Zudem kann auf der Seite der Sendeantenne Strahlformung durchgeführt werden, während eine Sendewelle, die ein einzelnes Signal enthält, als eine synthetische Welle der Funkwellen aus den jeweiligen Sendeantennen an der Empfangsantenne geformt werden kann. Auch in diesem Fall ist jede Sendeantenne zum Abstrahlen einer Funkwelle angepasst, die eine Vielzahl von Signalen enthält.
Wie im ersten und zweiten Beispiel können auch in diesem dritten Beispiel verschiedene Verfahren wie etwa CDM, FDM, TDM und OFDM als Verfahren zur Signalcodierung verwendet werden.
In einem Kommunikationssystem kann eine Leiterplatte, die einen integrierten Schaltkreis implementiert (als Signalverarbeitungsschaltung oder Kommunikationsschaltung bezeichnet), zum Verarbeiten von Signalen als eine Schicht auf die Wellenleitervorrichtung und Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gestapelt sein. Da die Wellenleitervorrichtung und Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung so strukturiert ist, dass plattenartige leitende Bauglieder darin schichtartig angeordnet sind, ist es einfach, außerdem eine Leiterplatte auf dieselben zu stapeln. Durch Verwendung einer solchen Anordnung können ein Sender und ein Empfänger mit kleinerem Volumen als in dem Fall realisiert werden, in dem ein Hohlwellenleiter oder dergleichen eingesetzt wird.
Im ersten bis dritten Beispiel des Kommunikationssystems, wie oben beschrieben, ist jedes Element eines Senders oder eines Empfängers, z.B. ein Analog-Digital-Wandler, ein Digital-Analog-Wandler, ein Codierer, ein Decodierer, ein Modulator, ein Demodulator, ein TX-MIMO-Prozessor oder ein RX-MIMO-Prozessor in 73, 74 und 75 als ein unabhängiges Element illustriert; jedoch brauchen dieselben nicht getrennt zu sein. Beispielsweise können diese Elemente alle durch einen einzigen integrierten Schaltkreis implementiert sein. Alternativ können einige dieser Elemente kombiniert sein, um durch einen einzigen integrierten Schaltkreis implementiert zu sein. Beide Fälle gelten als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, solange die Funktionen, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, dadurch realisiert werden.
Wie oben beschrieben, schließt die vorliegende Offenbarung Wellenleitervorrichtungen, Antennenvorrichtungen, Radarsysteme und Drahtlos-Kommunikationssysteme ein, wie in den folgenden Punkten aufgeführt.
(Punkt 1)

Ein Antennen-Array, umfassend ein elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat, die eine Zeile entlang einer ersten Richtung bilden;
die erste elektrisch leitende Oberfläche des elektrisch leitenden Bauglieds so geformt ist, dass eine Vielzahl von Hörnern bestimmt ist, die jeweils mit einem entsprechenden von der Vielzahl von Schlitzen kommunizieren;
E-Ebenen der Vielzahl von Schlitzen auf einer gleichen Ebene oder auf einer Vielzahl von Ebenen liegen, die zueinander im Wesentlichen parallel sind;
die Vielzahl von Schlitzen einen ersten Schlitz und einen zweiten Schlitz aufweist, die zueinander benachbart sind;
die Vielzahl von Hörnern ein erstes Horn, das mit dem ersten Schlitz kommuniziert, und ein zweites Horn, das mit dem zweiten Schlitz kommuniziert, aufweist;
in einem Querschnitt der E-Ebene des ersten Horns eine Länge von einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante des ersten Schlitzes zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns länger als eine Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des ersten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns ist, wobei die Längen sich entlang einer inneren Wandoberfläche des ersten Horns erstrecken;
in einem Querschnitt der E-Ebene des zweiten Horns eine Länge von einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante des zweiten Schlitzes zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante der Apertur-Ebene des zweiten Horns gleich oder kleiner ist als eine Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des zweiten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des zweiten Horns, wobei die Längen sich entlang einer inneren Wandoberfläche des zweiten Horns erstrecken; und
eine Achse, die durch eine Mitte des ersten Schlitzes und durch eine Mitte der Apertur-Ebene des ersten Horns verläuft, und eine Achse, die durch eine Mitte des zweiten Schlitzes und durch eine Mitte der Apertur-Ebene des zweiten Horns verläuft, in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sind.

(Punkt 2)
Das Antennen-Array nach Punkt 1, wobei eine Distanz zwischen den Mitten der Apertur-Ebenen der ersten und zweiten Hörner kürzer als eine Distanz zwischen Mitten der ersten und zweiten Schlitze ist.
(Punkt 3)
Das Antennen-Array nach Punkt 1 oder 2, wobei jedes von derVielzahl von Hörnern eine Form hat, die in Bezug auf die E-Ebene davon symmetrisch ist, wobei die E-Ebene durch eine Mitte des Horns verläuft.
(Punkt 4)
Das Antennen-Array nach einem der Punkte 1 bis 3, wobei
die Vielzahl von Schlitzen einen dritten Schlitz aufweist;
die Vielzahl von Hörnern ein drittes Horn aufweist, das mit dem dritten Schlitz kommuniziert;
das erste Horn eine Form hat, die in Bezug auf eine Ebene asymmetrisch ist, die durch die Mitte des ersten Schlitzes verläuft und die sowohl zu der E-Ebene des ersten Schlitzes als auch zu der Apertur-Ebene des ersten Horns senkrecht steht;
das zweite Horn eine Form hat, die in Bezug auf eine Ebene asymmetrisch ist, die durch die Mitte des zweiten Schlitzes verläuft und die sowohl zu der E-Ebene des zweiten Schlitzes als auch zu der Apertur-Ebene des zweiten Horns senkrecht steht; und
das dritte Horn eine Form hat, die in Bezug auf eine Ebene symmetrisch ist, die durch eine Mitte des dritten Schlitzes verläuft, der mit dem dritten Horn kommuniziert, und die sowohl zu der E-Ebene des dritten Schlitzes als auch zu der Apertur-Ebene des dritten Horns senkrecht steht.
(Punkt 5)
Das Antennen-Array nach Punkt 4, wobei
der dritte Schlitz zu dem zweiten Schlitz benachbart ist;
die Vielzahl von Schlitzen einen vierten Schlitz, der zu dem ersten Schlitz benachbart ist, einen fünften Schlitz, der zu dem vierten Schlitz benachbart ist, und einen sechsten Schlitz, der zu dem fünften Schlitz benachbart ist, aufweist;
die Vielzahl von Hörnern vierte bis sechste Hörner aufweist, die jeweils mit dem vierten bis sechsten Schlitz kommunizieren; und
die vierten bis sechsten Hörner Formen haben, die durch jeweiliges Umkehren der ersten bis dritten Hörner in Bezug auf eine Ebene gewonnen sind, welche sich durch einen Mittelpunkt zwischen dem ersten Horn und dem vierten Horn erstreckt und zu der E-Ebene davon senkrecht steht.
(Punkt 6)
Das Antennen-Array nach Punkt 1 bis 5, wobei
das Antennen-Array mindestens entweder zum Senden oder zum Empfang einer elektromagnetischen Welle eines Frequenzbandes mit einer Mittelfrequenz f0 verwendet ist;
eine elektromagnetische Welle mit der Mittelfrequenz f0 eine Wellenlänge im freien Raum von λ0 hat;
in dem Querschnitt der E-Ebene des ersten Horns eine Differenz von nicht weniger als λ0/32 und nicht mehr als λ0/4 zwischen der Länge von der einen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des ersten Schlitzes zu der einen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns und der Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des ersten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns besteht, wobei die Längen sich entlang der inneren Wandoberfläche des ersten Horns erstrecken; und
in dem Querschnitt der E-Ebene des zweiten Horns eine Differenz von nicht weniger als λ0/32 und nicht mehr als λ0/4 zwischen der Länge von der einen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des zweiten Schlitzes zu der einen Überschneidung zwischen der E-Ebene
und der Kante der Apertur-Ebene des zweiten Horns und der Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des zweiten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des zweiten Horns besteht, wobei die Längen sich entlang der inneren Wandoberfläche des zweiten Horns erstrecken.
(Punkt 7)
Das Antennen-Array nach einem der Punkte 1 bis 6, wobei
das Antennen-Array mindestens entweder zum Senden oder zum Empfang einer elektromagnetischen Welle eines Frequenzbandes mit einer Mittelfrequenz f0 verwendet ist;
eine elektromagnetische Welle mit der Mittelfrequenz f0 eine Wellenlänge im freien Raum λ0 hat; und
die Apertur-Ebene eines jeden Horns eine Breite, die kleiner als λ0 ist, entlang der E-Ebene hat.
(Punkt 8)
Das Antennen-Array nach einem der Punkte 1 bis 7, wobei mindestens eine innere Wandoberfläche, die sich in einer Richtung erstreckt, welche die E-Ebene von mindestens einem von der Vielzahl von Hörnern schneidet, aus einer zu der Apertur-Ebene des Horns senkrechten Richtung gesehen einen Vorsprung hat, der in Richtung eines mittleren Abschnitts des Schlitzes vorsteht, welcher mit dem mindestens einen Horn kommuniziert.
(Punkt 9)
Das Antennen-Array nach einem der Punkte 1 bis 8, wobei die erste elektrisch leitende Oberfläche des elektrisch leitenden Bauglieds eine flache Fläche hat, die sich von der Kante der Apertur-Ebene oder Ebenen eines oder mehrerer Hörner an einem Ende oder beiden Enden einer Zeile fortsetzt, die durch die Vielzahl von Hörnern gebildet ist.
(Punkt 10)
Das Antennen-Array nach einem der Punkte 1 bis 9, ferner umfassend
ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt,
ein weiteres elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das weitere elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das weitere elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat, und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt; und die Vielzahl von Schlitzen jeweils zu der Wellenleiterfläche entgegengesetzt sind.
(Punkt 11)
Das Antennen-Array nach einem der Punkte 1 bis 9, das ferner einen Hohlwellenleiter umfasst, wobei
die Vielzahl von Schlitzen mit dem Hohlwellenleiter verbunden ist.
(Punkt 12)
Das Antennen-Array nach Punkt 11, wobei
mindestens ein Abschnitt des elektrisch leitenden Bauglieds eine Längswand des Hohlwellenleiters umfasst und
die Vielzahl von Schlitzen und die Vielzahl von Hörnern in oder an der Längswand des Hohlwellenleiters vorgesehen sind.
(Punkt 13)
Das Antennen-Array nach Punkt 11, wobei
der Hohlwellenleiter einen Stamm und eine Vielzahl von Zweigen, die über mindestens einen Verzweigungsabschnitt von dem Stamm ausgehen, aufweist und
Anschluss-Enden der Vielzahl von Zweigen jeweils mit der Vielzahl von Schlitzen verbunden sind.
(Punkt 14)
Das Antennen-Array nach einem der Punkte 1 bis 13, wobei jedes Horn eine Pyramidenform hat.
(Punkt 15)
Das Antennen-Array nach einem der Punkte 1 bis 13, wobei jedes Horn ein Kastenhorn mit einem inneren Hohlraum mit der Form eines rechtwinkligen Körpers oder einer Würfelform ist.
(Punkt 16)
Ein Antennen-Array, umfassend
ein elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei
das elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat, die eine Zeile entlang einer ersten Richtung bilden;
die erste elektrisch leitende Oberfläche des elektrisch leitenden Bauglieds so geformt ist, dass eine Vielzahl von Hörnern bestimmt ist, die jeweils mit einem entsprechenden von der Vielzahl von Schlitzen kommunizieren;
E-Ebenen der Vielzahl von Schlitzen auf einer gleichen Ebene oder auf einer Vielzahl von Ebenen liegen, die zueinander im Wesentlichen parallel sind;
die Vielzahl von Hörnern ein erstes Horn, ein zweites Horn und ein drittes Horn aufweist, die eine Zeile entlang der ersten Richtung bilden; und
wenn elektromagnetische Wellen ersten bis dritten Schlitzen zugeführt werden, die jeweils mit den ersten bis dritten Hörnern kommunizieren,
drei Hauptkeulen, die jeweils von den ersten bis dritten Hörnern abgestrahlt sind, einander überlappen,
Mittelachsen der drei Hauptkeulen in jeweils unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sind und
Differenzen zwischen den Richtungen der Mittelachsen der drei Hauptkeulen kleiner als eine Breite einer jeden der drei Hauptkeulen sind.
(Punkt 17)
Eine Wellenleitervorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite;
ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; und
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
das zweite elektrisch leitende Bauglied
einen Port an einer zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Position, wobei der Port von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert, und eine Drosselstruktur an einer zu dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds über den Port entgegengesetzten Position
aufweist,
die Drosselstruktur eine elektrisch leitende Rippe an einerzu dem Port benachbarten Position aufweist und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe aufweist, die auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von einem weiter von dem Port entfernt gelegenen Ende der Rippe vorgesehen sind; und
wenn eine elektromagnetische Welle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, eine Zentralwellenlänge λ0 im freien Raum hat,
die Rippe eine Länge gleich oder größer als λ0/16 und kleiner als λ0/4 in einer Richtung entlang des Wellenleiters hat.

(Punkt 18)
Eine Wellenleitervorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite;
ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist,
wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
das erste elektrisch leitende Bauglied einen Port aufweist, der an einer Position entgegengesetzt zu einem Abschnitt der Wellenleiterfläche benachbart zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds vorgesehen ist, wobei der Port von der ersten elektrisch leitenden Oberfläche zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche kommuniziert;
das zweite elektrisch leitende Bauglied eine Drosselstruktur in einer Region aufweist, die das eine Ende des Wellenleiterbauglieds enthält;
die Drosselstruktur einen Wellenleiterbauglied-Endabschnitt und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe umfasst, wobei der Wellenleiterbauglied-Endabschnitt von einer Kante einer Öffnung des Ports zu einer Kante des einen Endes des Wellenleiterbauglieds, auf die Wellenleiterfläche projiziert, reicht, wobei die ein oder mehreren elektrisch leitenden Stäbe auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds vorgesehen sind; und
wenn eine elektromagnetische Welle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, eine Zentralwellenlänge λ0 im freien Raum hat,
der Wellenleiterbauglied-Endabschnitt eine Länge gleich oder größer als λ0/16 und kleiner als λ0/4 in einer Richtung entlang des Wellenleiters hat.

(Punkt 19)
Eine Wellenleitervorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite;
ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
das zweite elektrisch leitende Bauglied
einen Port an einer zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Position, wobei der Port von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert, und
eine Drosselstruktur an einer zu dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds über den Port entgegengesetzten Position
aufweist;
die Drosselstruktur eine elektrisch leitende Rippe an einer zu dem Port benachbarten Position aufweist und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe aufweist, die auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von einem weiter von dem Port entfernt gelegenen Ende der Rippe vorgesehen sind;
die Rippe einen zu dem Port benachbarten ersten Abschnitt und einen zu dem ersten Abschnitt benachbarten zweiten Abschnitt aufweist und
eine Distanz zwischen dem ersten Abschnitt und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche länger als eine Distanz zwischen dem zweiten Abschnitt und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche ist.

(Punkt 20)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 19, wobei
das Wellenleiterbauglied eine Abstandsvergrößerung an einer zu dem Port benachbarten Stelle aufweist und
eine Distanz zwischen der Abstandsvergrößerung und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche größer als eine Distanz zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und einer an die Abstandsvergrößerung angrenzenden Stelle des Wellenleiterbauglieds auf der zu dem Port entgegengesetzten Seite ist.
(Punkt 21)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 20, wobei das Wellenleiterbauglied an der Abstandsvergrößerung eine Neigung hat.
(Punkt 22)
Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 19 bis 21, wobei die Rippe der Drosselstruktur eine Neigung an dem ersten Abschnitt hat.
(Punkt 23)
Eine Wellenleitervorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite;
ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
das erste elektrisch leitende Bauglied einen Port aufweist, der an einer Position entgegengesetzt zu einem Abschnitt der Wellenleiterfläche benachbart zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds vorgesehen ist, wobei der Port von der ersten elektrisch leitenden Oberfläche zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche kommuniziert;
das zweite elektrisch leitende Bauglied eine Drosselstruktur in einer Region aufweist, die das eine Ende des Wellenleiterbauglieds enthält;
die Drosselstruktur einen Wellenleiterbauglied-Endabschnitt und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe umfasst, wobei der Wellenleiterbauglied-Endabschnitt von einer Kante einer Öffnung des Ports zu einer Kante des einen Endes des Wellenleiterbauglieds, auf die Wellenleiterfläche projiziert, reicht, wobei die ein oder mehreren elektrisch leitenden Stäbe auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds vorgesehen sind;
an einer zu dem Wellenleiterbauglied-Endabschnitt entgegengesetzten Stelle die zweite elektrisch leitende Oberfläche des ersten elektrisch leitenden Bauglieds einen zu dem Port benachbarten ersten Abschnitt und einen zu dem ersten Abschnitt benachbarten zweiten Abschnitt aufweist und
Eine Distanz zwischen dem ersten Abschnitt und der Wellenleiterfläche länger als eine Distanz zwischen dem zweiten Abschnitt und der Wellenleiterfläche ist.

(Punkt 24)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 23, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche des ersten elektrisch leitenden Bauglieds eine Abstandsvergrößerung an einer zu dem Port benachbarten Stelle auf einer weiter von der Drosselstruktur entfernt gelegenen Seite aufweist und
eine Distanz zwischen der Abstandsvergrößerung und der Wellenleiterfläche länger als eine Distanz zwischen der Wellenleiterfläche und einer zu der Abstandsvergrößerung benachbarten Stelle der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer von dem Port entgegengesetzten Seite ist.
(Punkt 25)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 24, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied an der Abstandsvergrößerung eine Neigung hat.
(Punkt 26)
Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 23 bis 25, wobei das Wellenleiterbauglied an dem einen Ende eine Neigung hat.
(Punkt 27)
Eine Wellenleitervorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite;
ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
das zweite elektrisch leitende Bauglied einen Port aufweist, der von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert;
das Wellenleiterbauglied an dem Port räumlich in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt getrennt ist;
ein Abschnitt einer inneren Wand des Ports eine Verbindung mit einem Ende des ersten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds herstellt;
ein weiterer Abschnitt der inneren Wand des Ports eine Verbindung mit einem Ende des zweiten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds herstellt; und
ein innerer Abstand des Wellenleiterbauglieds, der zwischen zwei gegenüberliegenden Endflächen an dem einen Ende des ersten Abschnitts und dem einen Ende des zweiten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds bestimmt ist, einen schmalen Abschnitt aufweist, der geringere Größe hat als ein Abstand zwischen dem Abschnitt der inneren Wand des Ports, der eine Verbindung mit dem ersten Abschnitt des Wellenleiterbauglieds herstellt, und dem anderen Abschnitt der inneren Wand des Ports, der eine Verbindung mit dem zweiten Abschnitt des Wellenleiterbauglieds herstellt.

(Punkt 28)
Die Welleneitervorrichtung nach Punkt 27, wobei ein Querschnitt des Ports, der orthogonal zu einer Mittelachse des Ports genommen ist, eine H-Form hat.
(Punkt 29)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 27 oder 28, wobei der schmale Abschnitt die Wellenleiterfläche des Wellenleiterbauglieds erreicht.
(Punkt 30)
Die Wellenleitervorrichtung nach einem der Punkte 27 bis 29, wobei der schmale Abschnitt das Innere des Ports erreicht.
(Punkt 31)
Eine Array-Antennenvorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat;
ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist,
wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
das zweite elektrisch leitende Bauglied einen Port aufweist, der von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert;
sich auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche ein erster Schlitz und ein zweiter Schlitz, die zueinander benachbart sind, aus der Vielzahl von Schlitzen an symmetrischen Positionen in Bezug auf eine Mitte des Ports befinden;
Das Wellenleiterbauglied ein Paar Impedanzanpassungsstrukturen angrenzend an den Port aufweist, wobei jede aus dem Paar der Impedanzanpassungsstrukturen einen flachen Abschnitt angrenzend an den Port und eine Vertiefung angrenzend an den flachen Abschnitt hat und zu einem der ersten und zweiten Schlitze teilweise entgegengesetzt ist.

(Punkt 32)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 31, wobei, wenn eine Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, während der Ausbreitung in einem Vakuum eine Zentralwellenlänge λ0 hat, eine Länge des flachen Abschnitts entlang einer Richtung, in der sich das Wellenleiterbauglied erstreckt, länger als λ0/4 ist und eine Länge der Vertiefung entlang der Richtung, in der sich das Wellenleiterbauglied erstreckt, kürzer als λ0/4 ist.
(Punkt 33)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 32, wobei eine Distanz auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche von einer Mitte des ersten Schlitzes zu einer Mitte des zweiten Schlitzes kürzer als 2λ0 ist und länger als λ0 ist.
(Punkt 34)
Die Array-Antennenvorrichtung nach einem der Punkte 31 bis 33, wobei mindestens ein Abschnitt der Vertiefung einer jeden aus dem Paar der Impedanzanpassungsstrukturen zu einem der ersten und zweiten Schlitze entgegengesetzt ist.
(Punkt 35)
Die Array-Antennenvorrichtung nach einem der Punkte 31 bis 34, wobei die Vielzahl von Schlitzen einen dritten Schlitz, der zu dem ersten Schlitz benachbart ist, und einen vierten Schlitz, der zu dem zweiten Schlitz benachbart ist, aufweist und der dritte und der vierte Schlitz in Bezug auf die Mitte des Ports auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche an symmetrischen Positionen liegen.
(Punkt 36)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 35, wobei
mindestens entweder eine Distanz von der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche zu der Wellenleiterfläche oder eine Breite der Wellenleiterfläche entlang des Wellenleiters variiert und auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche eine Distanz von einer Mitte des ersten Schlitzes zu einer Mitte des dritten Schlitzes kürzer als eine Distanz von der Mitte des ersten Schlitzes zu einer Mitte des zweiten Schlitzes ist.
(Punkt 37)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 35 oder 36, wobei auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche eine Distanz von einer Mitte des ersten Schlitzes zu einer Mitte des dritten Schlitzes gleich einer Wellenlänge, innerhalb des Wellenleiters genommen, einer Signalwelle ist, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet.
(Punkt 38)
Eine Array-Antennenvorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite;
ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
das zweite elektrisch leitende Bauglied einen Port aufweist, der von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert;
das Wellenleiterbauglied an dem Port räumlich in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt getrennt ist;
ein Abschnitt einer inneren Wand des Ports eine Verbindung mit einem Ende des ersten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds herstellt;
ein weiterer Abschnitt der inneren Wand des Ports eine Verbindung mit einem Ende des zweiten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds herstellt;
eine Distanz zwischen zwei gegenüberliegenden Endflächen an dem einen Ende des ersten Abschnitts und dem einen Ende des zweiten Abschnitts des Wellenleiterbauglieds sich unterscheidet von einer Distanz zwischen dem Abschnitt der inneren Wand des Ports, der eine Verbindung mit dem ersten Abschnitt des Wellenleiterbauglieds herstellt, und dem anderen Abschnitt der inneren Wand des Ports, der eine Verbindung mit dem zweiten Abschnitt des Wellenleiterbauglieds herstellt.

(Punkt 39)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 38, wobei ein Querschnitt des Ports, der orthogonal zu einer Mittelachse des Ports genommen ist, eine H-Form hat.
(Punkt 40)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 38 oder 39, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Wellenleiterbauglieds jeweils eine an den Port angrenzende Impedanzanpassungsstruktur haben, wobei die Impedanzanpassungsstruktur einen an den Port angrenzenden flachen Abschnitt und eine an den flachen Abschnitt angrenzende Vertiefung hat.
(Punkt 41)
Eine Array-Antennenvorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat;
ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist,
wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
das zweite elektrisch leitende Bauglied einen Port aufweist, der von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert;
die Vielzahl von Schlitzen zu der Wellenleiterfläche entgegengesetzt ist;
sich auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche ein erster Schlitz und ein zweiter Schlitz, die zueinander benachbart sind, aus der Vielzahl von Schlitzen an symmetrischen Positionen in Bezug auf eine Mitte des Ports befinden;
die erste elektrisch leitende Oberfläche des ersten elektrisch leitenden Bauglieds so geformt ist, dass eine Vielzahl von Hörnern bestimmt ist, die jeweils mit der Vielzahl von Schlitzen kommunizieren; und
unter der Vielzahl von Hörnern eine Distanz zwischen Mitten der Öffnungen von zwei benachbarten Hörnern kürzer als eine Distanz auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche von einer Mitte des ersten Schlitzes zu einer Mitte des zweiten Schlitzes ist.

(Punkt 42)
Die Array-Antennenvorrichtung Punkt 41, wobei die Vielzahl von Schlitzen einen dritten Schlitz, der zu dem ersten Schlitz benachbart ist, und einen vierten Schlitz, der zu dem zweiten Schlitz benachbart ist, aufweist und der dritte und der vierte Schlitz in Bezug auf die Mitte des Ports auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche an symmetrischen Positionen liegen.
(Punkt 43)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 41 oder 42, wobei jedes von der Vielzahl von Hörnern eine Form hat, die in Bezug auf eine Ebene asymmetrisch ist, welche durch die Mitte eines Schlitzes verläuft, der mit dem Horn kommuniziert, und sowohl zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche als auch zu dem Wellenleiter orthogonal ist.
(Punkt 44)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 42, wobei auf der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche eine Distanz von einer Mitte des ersten Schlitzes zu einer Mitte des dritten Schlitzes gleich einer Wellenlänge, innerhalb des Wellenleiters genommen, einer Signalwelle ist, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet.
(Punkt 45)
Die Array-Antennenvorrichtung nach einem der Punkte 41 bis 44, wobei mindestens entweder eine Distanz von der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche zu der Wellenleiterfläche oder eine Breite der Wellenleiterfläche entlang des Wellenleiters variiert.
(Punkt 46)
Eine Array-Antennenvorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite;
ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
das zweite elektrisch leitende Bauglied
einen Port an einer zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Position, wobei der Port von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert, und
eine Drosselstruktur an einer zu dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds über den Port entgegengesetzten Position aufweist;
die Drosselstruktur einen zu dem Port benachbarten ersten Abschnitt und einen zu dem ersten Abschnitt benachbarten zweiten Abschnitt aufweist und
eine Distanz zwischen dem ersten Abschnitt und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche länger als eine Distanz zwischen dem zweiten Abschnitt und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche ist.

(Punkt 47)
Eine Array-Antennenvorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied 2^N Ports hat (wobei N eine ganze Zahl mit dem Wert 2 oder darüber ist);
ein Wellenleiterbauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche hat, die zu derzweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt und das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter in einem Abstand zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche bestimmen;
das Wellenleiterbauglied sich über Kombinationen aus einer Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten von einem Stamm in 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitte verzweigt, wobei die 2^N Ports jeweils zu den 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitten entgegengesetzt sind,
mindestens einer von den 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitten eine Form hat, die sich von der Form eines anderen unterscheidet.

(Punkt 48)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 47, wobei von den 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitten mindestens zwei Wellenleiter-Anschlussabschnitte, die zentral angeordnet sind, eine Form haben, die sich von einer Form von mindestens zwei Wellenleiter-Anschlussabschnitten unterscheidet, welche auswärts von den zwei Wellenleiter-Anschlussabschnitten angeordnet sind.
(Punkt 49)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 48, wobei

N≥3 erfüllt ist und
von den 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitten mindestens vier Wellenleiter-Anschlussabschnitte, die zentral angeordnet sind, eine Form haben, die sich von einer Form von mindestens vier Wellenleiter-Anschlussabschnitten unterscheidet, welche auswärts von den vier Wellenleiter-Anschlussabschnitten angeordnet sind.

(Punkt 50)
Die Array-Antennenvorrichtung nach einem der Punkte 47 bis 49, wobei

N=3 erfüllt ist und
die Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten einen ersten Verzweigungsabschnitt, an dem der Stamm des Wellenleiterbauglieds sich in zwei erste Zweige verzweigt, zwei zweite Verzweigungsabschnitte, an denen sich jeweils jeder erste Zweig in zwei zweite Zweige verzweigt, und vier dritte Verzweigungsabschnitte, an denen sich jeweils jeder zweite Zweig in zwei dritte Zweige verzweigt, aufweist, wobei die acht dritten Zweige als die Wellenleiter-Anschlussabschnitte funktionieren.

(Punkt 51)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 50, wobei von den acht Wellenleiter-Anschlussabschnitten vier zentral angeordnete Wellenleiter-Anschlussabschnitte eine Form haben, die sich von einer Form von vier Wellenleiter-Anschlussabschnitten unterscheidet, welche auswärts von den vier Wellenleiter-Anschlussabschnitten angeordnet sind.
(Punkt 52)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 51, wobei

jeder der acht Wellenleiter-Anschlussabschnitte eine Biegung hat, an welcher der Wellenleiter-Anschlussabschnitt mit dem zweiten Zweig verbunden ist; und
die Biegungen der vier zentral angeordneten Wellenleiter-Anschlussabschnitte vertieft sind.

(Punkt 53)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 51 oder 52, wobei die Biegungen der vier Wellenleiter-Anschlussabschnitte, welche auswärts von den vier zentral angeordneten Wellenleiter-Anschlussabschnitten angeordnet sind, jeweils eine Erhebung haben.
(Punkt 54)
Die Array-Antennenvorrichtung nach einem der Punkte 47 bis 53, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite und, an einer Position, die zu einem Ende des Stamms des Wellenleiterbauglieds benachbart ist, das zweite elektrisch leitende Bauglied einen Port hat, der von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert.
(Punkt 55)
Eine Array-Antennenvorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite;
ein Wellenleiterbauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche hat, die zu derzweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt und das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
das Wellenleiterbauglied sich über Kombinationen aus einer Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten von einem Stamm in 2^N Wellenleiter-Anschlussabschnitte verzweigt (wobei N eine ganze Zahl mit dem Wert 2 oder darüber ist);
das Wellenleiterbauglied auf einem zu jedem von der Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten benachbarten Stammabschnitt eine Vielzahl von Impedanzwandlungsabschnitten zur Erhöhung einer Kapazitanz des Wellenleiters aufweist und
in der Vielzahl von Impedanzwandlungsabschnitten eine Länge eines ersten Impedanzwandlungsabschnitts in einer Richtung entlang des Wellenleiters kürzer als eine Länge eines zweiten Impedanzwandlungsabschnitts in einer Richtung entlang des Wellenleiters ist, wobei der erste Impedanzwandlungsabschnitt relativ weit von dem Wellenleiter-Anschlussabschnitt entfernt ist und der zweite Impedanzwandlungsabschnitt relativ nah an dem Wellenleiter-Anschlussabschnitt liegt.

(Punkt 56)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 55, wobei

(Punkt 57)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 56, wobei der erste Impedanzwandlungsabschnitt an dem ersten Zweig angeordnet ist und der zweite Impedanzwandlungsabschnitt an dem zweiten Zweig angeordnet ist.
(Punkt 58)
Die Array-Antennenvorrichtung nach einem der Punkte 55 bis 57, wobei
der erste Impedanzwandlungsabschnitt und der zweite Impedanzwandlungsabschnitt jeweils
einen ersten Wandlungs-Teilabschnitt, der zu einem von der Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten benachbart ist und eine konstante Höhe oder Breite hat, und
einen zweiten Wandlungs-Teilabschnitt, der an den ersten Wandlungs-Teilabschnitt auf einer Seite gegenüber dem einen von der Vielzahl von T-Verzweigungsabschnitten angrenzt und eine konstante Höhe oder Breite hat; aufweisen und
eine Distanz zwischen der Wellenleiterfläche und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche an dem ersten Wandlungs-Teilabschnitt kleiner als eine Distanz zwischen der Wellenleiterfläche und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche an dem zweiten Wandlungs-Teilabschnitt ist oder eine Breite der Wellenleiterfläche an dem ersten Wandlungs-Teilabschnitt größer als eine Breite der Wellenleiterfläche an dem zweiten Wandlungs-Teilabschnitt ist.
(Punkt 59)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 58, wobei in einer Richtung entlang des Wellenleiters der erste Wandlungs-Teilabschnitt des ersten Impedanzwandlungsabschnitts kürzer als der erste Wandlungs-Teilabschnitt des zweiten Impedanzwandlungsabschnitts ist.
(Punkt 60)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 58 oder 59, wobei
in einer Richtung entlang des Wellenleiters der erste Wandlungs-Teilabschnitt des ersten Impedanzwandlungsabschnitts kürzer als der zweite Wandlungs-Teilabschnitt des ersten Impedanzwandlungsabschnitts ist und
in einer Richtung entlang des Wellenleiters der erste Wandlungs-Teilabschnitt des zweiten Impedanzwandlungsabschnitts länger als der zweite Wandlungs-Teilabschnitt des zweiten Impedanzwandlungsabschnitts ist.
(Punkt 61)
Eine Array-Antennenvorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite;
ein Wellenleiterbauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche hat, die zu derzweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter eine Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche hat, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
das zweite elektrisch leitende Bauglied
einen rechteckigen Hohlwellenleiter an einer zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Position, wobei der rechteckige Hohlwellenleiter von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert, und
eine Drosselstruktur an einer Position, die dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds über den rechteckigen Hohlwellenleiter gegenüberliegt, aufweist;
die Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben mindestens zwei Zeilen elektrisch leitender Stäbe aufweist, die arrayartig auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds angeordnet sind und sich entlang des Wellenleiterbauglieds erstrecken; und
aus einer Normalrichtung der dritten elektrisch leitenden Oberfläche gesehen,
der rechteckige Hohlwellenleiter eine rechteckige Form hat, die durch ein Paar längerer Seiten und ein Paar kürzerer Seiten, die zu den längeren Seien orthogonal sind, bestimmt ist, wobei eine von dem Paar längerer Seiten mit dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds in Kontakt steht, und
eine Länge einer jeden längeren Seite des rechteckigen Hohlwellenleiters länger als das Doppelte einer kürzesten Distanz zwischen Mitten der mindestens zwei Zeilen elektrisch leitender Stäbe und kürzer als das 3,5-fache der kürzesten Distanz zwischen den Mitten ist.

(Punkt 62)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 61, wobei eine Länge einer jeden kürzeren Seite des rechteckigen Hohlwellenleiters kürzer als das 1,5-fache der kürzesten Distanz zwischen den Mitten ist.
(Punkt 63)
Eine Array-Antennenvorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat;
ein Wellenleiterbauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, das eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche in einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und mindestens einem von der Vielzahl von Schlitzen entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; und
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt und das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt und auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei der künstliche magnetische Leiter eine Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche hat, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
mindestens entweder eine Distanz von der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche zu der Wellenleiterfläche oder eine Breite der Wellenleiterfläche entlang des Wellenleiters variiert;
von der Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben eine Vielzahl von ersten elektrisch leitenden Stäben, die zu dem Wellenleiterbauglied benachbart sind, sich in einem periodischen Array mit einer ersten Periode in einer Richtung entlang des Wellenleiters befinden und
von der Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben eine Vielzahl von zweiten elektrisch leitenden Stäben, die nicht zu dem Wellenleiterbauglied benachbart sind, sich in einem periodischen Array mit einer zweiten Periode in einer Richtung entlang des Wellenleiters befinden, wobei die zweite Periode länger als die erste Periode ist.

(Punkt 64)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 63, wobei in einer Richtung entlang des Wellenleiters eine Breite eines jeden ersten elektrisch leitenden Stabs kürzer als eine Breite eines jeden zweiten elektrisch leitenden Stabs ist.
(Punkt 65)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 64, wobei in einer Richtung entlang des Wellenleiters ein Intervall zwischen zwei benachbarten ersten elektrisch leitenden Stäben gleich einem Intervall zwischen zwei benachbarten zweiten elektrisch leitenden Stäben ist.
(Punkt 66)
Die Array-Antennenvorrichtung nach einem der Punkte 63 bis 65, wobei
wenn eine Signalwelle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, während der Ausbreitung in einem Vakuum eine Zentralwellenlänge λ0 hat,
auf einer Ebene, die zu dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied parallel ist, jeder von der Vielzahl von ersten elektrisch leitenden Stäben eine Breite kleiner als λ0/4, genommen entlang einer Richtung, die zu einer Richtung entlang des Wellenleiters senkrecht steht.
(Punkt 67)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 66, ferner umfassend
ein weiteres Wellenleiterbauglied, das zu der Vielzahl von zweiten elektrisch leitenden Stäben benachbart ist, wobei
eine Distanz zwischen einem jeden von der Vielzahl von ersten elektrisch leitenden Stäben und dem Wellenleiterbauglied länger als eine Distanz zwischen einem jeden von der Vielzahl von zweiten elektrisch leitenden Stäben und dem weiteren Wellenleiterbauglied ist.
(Punkt 68)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 63, wobei
jeder von der Vielzahl von ersten elektrisch leitenden Stäben und jeder von der Vielzahl von zweiten elektrisch leitenden Stäben Prismenform hat und
aus einer Normalrichtung der dritten elektrisch leitenden Oberfläche gesehen, jeder von der Vielzahl von ersten elektrisch leitenden Stäben ein Nicht-Quadrat ist, dessen Polygonseite in einer Richtung entlang des Wellenleiters länger als eine andere Polygonseite ist, und jeder von der Vielzahl von zweiten elektrisch leitenden Stäben ein Quadrat ist.
(Punkt 69)
Eine Array-Antennenvorrichtung, umfassend:

ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat;
ein Wellenleiterbauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, das eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche in einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und mindestens einem von der Vielzahl von Schlitzen entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt;
ein zweites elektrisch leitendes Bauglied an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt und das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, hat; und
einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt und auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei der künstliche magnetische Leiter eine Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche hat, wobei
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt;
in einer Ebene, die zu dem zweiten elektrisch leitenden Bauglied parallel ist, eine erste Richtung als eine Richtung bestimmt ist, die sich entlang des Wellenleiters erstreckt, und eine zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung bestimmt ist; und
von der Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben eine Gruppe von zu dem Wellenleiterbauglied benachbarten Stäben jeweils eine Abmessung entlang der ersten Richtung hat, die größer als eine Abmessung entlang der zweiten Richtung ist.

(Punkt 70)
Die Array-Antennenvorrichtung nach Punkt 69, wobei mindestens ein Abschnitt des Wellenleiterbauglieds von mehreren Zeilen von Stäben umgeben ist, die entlang der ersten Richtung vorgesehen sind, wobei die mehreren Zeilen von Stäben die Gruppe von zu dem Wellenleiterbauglied benachbarten Stäben aufweisen und elektrisch leitende Stäbe in den mehreren Zeilen von Stäben identische Abmessungen haben.
(Punkt 71)
Die Wellenleitervorrichtung nach Punkt 70, wobei
das zweite elektrisch leitende Bauglied ein darauf angeordnetes weiteres Wellenleiterbauglied hat, wobei das weitere Wellenleiterbauglied sich von dem Wellenleiterbauglied unterscheidet;
die zweite elektrisch leitende Oberfläche, eine Wellenleiterfläche des weiteren Wellenleiterbauglieds und der künstliche magnetische Leiter einen weiteren Wellenleiter in einem Abstand zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche des weiteren Wellenleiterbauglieds bestimmen;
die Vielzahl von elektrisch leitenden Stäben eine erste Stabgruppe und eine zweite Stabgruppe aufweisen, wobei die erste Stabgruppe die Gruppe von zu dem Wellenleiterbauglied benachbarten Stäben ist und die zweite Stabgruppe zu dem weiteren Wellenleiterbauglied benachbart ist;
mindestens ein Abschnitt des weiteren Wellenleiterbauglieds von mehreren Zeilen von Stäben umgeben ist, welche die zweite Stabgruppe aufweisen, wobei die mehreren Zeilen von Stäben entlang des weiteren Wellenleiters vorgesehen sind; und
ein Intervall zwischen zwei benachbarten elektrisch leitenden Stäben in der ersten Stabgruppe gleich einem Intervall zwischen zwei benachbarten elektrisch leitenden Stäbe in der zweiten Stabgruppe ist.
(Punkt 72)
Eine Antennenvorrichtung, umfassend:

die Wellenleitervorrichtung gemäß einem der Punkte 1 bis 30 und
mindestens ein mit der Wellenleitervorrichtung verbundenes Antennenelement.

(Punkt 73)
Ein Radar, umfassend:

ein Antennen-Array nach einem der Punkte 1 bis 16; und
eine mit dem Antennen-Array verbundene integrierte Mikrowellenschaltung.

(Punkt 74)
Ein Radar, umfassend:

die Antennenvorrichtung nach Punkt 72 und
eine mit der Antennenvorrichtung verbundene integrierte Mikrowellenschaltung.

(Punkt 75)
Ein Radar, umfassend:

die Array-Antennenvorrichtung nach einem der Punkte 31 bis 71 und
eine mit der Array-Antennenvorrichtung verbundene integrierte Mikrowellenschaltung.

(Punkt 76)
Ein Radarsystem, umfassend:

den Radar gemäß einem der Punkte 73 bis 75 und
eine Signalverarbeitungsschaltung, die mit der integrierten Mikrowellenschaltung des Radars verbunden ist.

(Punkt 77)
Ein Funkkommunikationssystem, umfassend:

das Antennen-Array nach einem der Punkte 1 bis 16 und
eine mit dem Antennen-Array verbundene Kommunikationsschaltung.

(Punkt 78)
Ein Funkkommunikationssystem, umfassend:

die Antennenvorrichtung nach Punkt 72 und
eine mit der Antennenvorrichtung verbundene Kommunikationsschaltung.

(Punkt 79)
Ein Funkkommunikationssystem, umfassend:

die Array-Antennenvorrichtung nach einem der Punkte 31 bis 71 und
eine mit der Array-Antennenvorrichtung verbundene Kommunikationsschaltung.

Die vorliegende Erfindung wurde zwar mit Bezug auf Ausführungsbeispiele derselben beschrieben, jedoch ist für den Fachmann erkennbar, dass die offenbarte Erfindung auf in vielfältiger Weise modifizierbar ist und viele andere Ausführungsformen als die oben spezifisch beschriebenen annehmen kann. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche alle Abwandlungen der Erfindung abdecken, die innerhalb des eigentlichen Gedankens und Umfangs der Erfindung fallen.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016 - 075684 , eingereicht am 5. April 2016, deren gesamter Inhalt hiermit durch Verweis aufgenommen wird.
[Gewerbliche Anwendbarkeit]
Eine Wellenleitervorrichtung und eine Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung sind auf jedem technischen Gebiet verwendbar, auf dem eine Antenne verwendet wird. Beispielsweise sind sie für verschiedene Anwendungen verfügbar, bei denen Senden/Empfang von elektromagnetischen Wellen des Gigahertz-Bands oder des Terahertz-Bands durchgeführt werden. Insbesondere werden sie geeigneterweise in Bordradarsystemen, Überwachungssystemen verschiedener Art, Innenpositionierungssystemen und Drahtlos-Kommunikationssystemen verwendet, wo eine Größenverringerung erwünscht ist.
Bezugszeichenliste

100: Wellenleitervorrichtung
110: elektrisch leitendes Bauglied
110a: elektrisch leitende Oberfläche
112: Schlitz
114: Seitenwand eines Horns
120: elektrisch leitendes Bauglied
120a: elektrisch leitende Oberfläche
122: Wellenleiterbauglied
122A: erster Abschnitt Wellenleitervorrichtung
122B: zweiter Abschnitt Wellenleitervorrichtung
122a: Wellenleiterfläche
124: elektrisch leitende Stäbe
124a: führendes Ende von elektrisch leitendem Stab
124b: Wurzel von elektrisch leitendem Stab
125: Oberfläche von künstlichem magnetischem Leiter
130: Hohlwellenleiter
132: Innenraum von Hohlwellenleiter
145U, 145L: Port
310: elektronische Schaltung
500: Eigenfahrzeug
502: voraus befindliches Fahrzeug
510: Bordradarsystem
520: elektronische Fahrassistenz-Steuereinrichtung
530: Radarsignal-Verarbeitungseinrichtung
540: Kommunikationsvorrichtung
550: Computer
552: Datenbank
560: Signalverarbeitungsschaltung
570: Objektdetektionseinrichtung
580: Sende-/Empfangsschaltung
596: Auswahlschaltung
600: Fahrzeug-Fahrsteuereinrichtung
700: Bordkamerasystem
710: Kamera
720: Bildverarbeitungsschaltung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9136605 [0006]
US 8803638 [0006]
EP 1331688 [0006]
JP 2015217657 [0115]
JP 2016083622 PCT [0115]
US 8446312 [0393]
US 8730096 [0393]
US 8730099 [0393]
US 6703967 [0428]
US 6339395 [0450]
US 15/248141 [0464]
US 15248149 [0464]
US 15248156 [0464]
US 7355524 [0464]
US 7420159 [0464]
US 8604968 [0465]
US 8614640 [0465]
US 7978122 [0465]
US 7358889 [0482]
US 7417580 [0485]
US 6903677 [0488]
US 8610620 [0493]
US 7570198 [0496]
US 6628299 [0499]
US 7161561 [0499]
US 8068134 [0501]
US 6191704 [0503]
US 8861842 [0511]
US 9286524 [0511]
US 6403942 [0514]
US 6611610 [0514]
US 8543277 [0514]
US 8593521 [0514]
US 8636393 [0514]
US 6943726 [0526]
US 7425983 [0529]
JP 2016 [0648]
JP 075684 [0648]

Claims

Antennen-Array, umfassend ein elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat, die eine Zeile entlang einer ersten Richtung bilden; die erste elektrisch leitende Oberfläche des elektrisch leitenden Bauglieds so geformt ist, dass eine Vielzahl von Hörnern bestimmt ist, die jeweils mit einem entsprechenden von der Vielzahl von Schlitzen kommunizieren; E-Ebenen der Vielzahl von Schlitzen auf einer gleichen Ebene, oder auf einer Vielzahl von Ebenen, die zueinander im Wesentlichen parallel sind, liegen; die Vielzahl von Schlitzen einen ersten Schlitz und einen zweiten Schlitz aufweist, die zueinander benachbart sind; die Vielzahl von Hörnern ein erstes Horn, das mit dem ersten Schlitz kommuniziert, und ein zweites Horn, das mit dem zweiten Schlitz kommuniziert, aufweist; in einem Querschnitt der E-Ebene des ersten Horns eine Länge von einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante des ersten Schlitzes zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns länger als eine Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des ersten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns ist, wobei die Längen sich entlang einer inneren Wandoberfläche des ersten Horns erstrecken; in einem Querschnitt der E-Ebene des zweiten Horns eine Länge von einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante des zweiten Schlitzes zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante der Apertur-Ebene des zweiten Horns gleich oder kleiner ist als eine Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des zweiten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des zweiten Horns, wobei die Längen sich entlang einer inneren Wandoberfläche des zweiten Horns erstrecken; und eine Achse, die durch eine Mitte des ersten Schlitzes und durch eine Mitte der Apertur-Ebene des ersten Horns verläuft, und eine Achse, die durch eine Mitte des zweiten Schlitzes und durch eine Mitte der Apertur-Ebene des zweiten Horns verläuft, in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sind.
Antennen-Array nach Anspruch 1, wobei eine Distanz zwischen den Mitten der Apertur-Ebenen der ersten und zweiten Hörner kürzer als eine Distanz zwischen Mitten der ersten und zweiten Schlitze ist.
Antennen-Array nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes von der Vielzahl von Hörnern eine Form hat, die in Bezug auf die E-Ebene davon symmetrisch ist, wobei die E-Ebene durch eine Mitte des Horns verläuft.
Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vielzahl von Schlitzen einen dritten Schlitz aufweist; die Vielzahl von Hörnern ein drittes Horn aufweist, das mit dem dritten Schlitz kommuniziert; das erste Horn eine Form hat, die in Bezug auf eine Ebene asymmetrisch ist, die durch die Mitte des ersten Schlitzes verläuft und die sowohl zu der E-Ebene des ersten Schlitzes als auch zu der Apertur-Ebene des ersten Horns senkrecht steht; das zweite Horn eine Form hat, die in Bezug auf eine Ebene asymmetrisch ist, die durch die Mitte des zweiten Schlitzes verläuft und die sowohl zu der E-Ebene des zweiten Schlitzes als auch zu der Apertur-Ebene des zweiten Horns senkrecht steht; und das dritte Horn eine Form hat, die in Bezug auf eine Ebene symmetrisch ist, die durch eine Mitte des dritten Schlitzes verläuft, der mit dem dritten Horn kommuniziert, und die sowohl zu der E-Ebene des dritten Schlitzes als auch zu der Apertur-Ebene des dritten Horns senkrecht steht.
Antennen-Array nach Anspruch 4, wobei der dritte Schlitz zu dem zweiten Schlitz benachbart ist; die Vielzahl von Schlitzen einen vierten Schlitz, der zu dem ersten Schlitz benachbart ist, einen fünften Schlitz, der zu dem vierten Schlitz benachbart ist, und einen sechsten Schlitz, der zu dem fünften Schlitz benachbart ist, aufweist; die Vielzahl von Hörnern vierte bis sechste Hörner aufweist, die jeweils mit dem vierten bis sechsten Schlitz kommunizieren; und die vierten bis sechsten Hörner Formen haben, die durch jeweiliges Umkehren der ersten bis dritten Hörner in Bezug auf eine Ebene gewonnen sind, welche sich durch einen Mittelpunkt zwischen dem ersten Horn und dem vierten Horn erstreckt und zu der E-Ebene davon senkrecht steht.
Antennen-Array nach Anspruch 1 bis 5, wobei das Antennen-Array mindestens entweder zum Senden oder zum Empfang einer elektromagnetischen Welle eines Frequenzbandes mit einer Mittelfrequenz f0 verwendet ist; eine elektromagnetische Welle mit der Mittelfrequenz f0 eine Wellenlänge im freien Raum von λ0 hat; in dem Querschnitt der E-Ebene des ersten Horns eine Differenz von nicht weniger als λ0/32 und nicht mehr als λ0/4 zwischen der Länge von der einen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des ersten Schlitzes zu der einen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns und der Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des ersten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns besteht, wobei die Längen sich entlang der inneren Wandoberfläche des ersten Horns erstrecken; und in dem Querschnitt der E-Ebene des zweiten Horns eine Differenz von nicht weniger als λ0/32 und nicht mehr als λ0/4 zwischen der Länge von der einen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des zweiten Schlitzes zu der einen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des zweiten Horns und der Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des zweiten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des zweiten Horns besteht, wobei die Längen sich entlang der inneren Wandoberfläche des zweiten Horns erstrecken.
Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Antennen-Array mindestens entweder zum Senden oder zum Empfang einer elektromagnetischen Welle eines Frequenzbandes mit einer Mittelfrequenz f0 verwendet ist; eine elektromagnetische Welle mit der Mittelfrequenz f0 eine Wellenlänge im freien Raum λ0 hat und die Apertur-Ebene eines jeden Horns eine Breite, die kleiner als λ0 ist, entlang der E-Ebene hat.
Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens eine innere Wandoberfläche, die sich in einer Richtung erstreckt, welche die E-Ebene von mindestens einem von der Vielzahl von Hörnern schneidet, aus einer zu der Apertur-Ebene des Horns senkrechten Richtung gesehen einen Vorsprung hat, der in Richtung eines mittleren Abschnitts des Schlitzes vorsteht, welcher mit dem mindestens einen Horn kommuniziert.
Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste elektrisch leitende Oberfläche des elektrisch leitenden Bauglieds eine flache Fläche hat, die sich von der Kante der Apertur-Ebene oder Ebenen eines oder mehrerer Hörner an einem Ende oder beiden Enden einer Zeile fortsetzt, die durch die Vielzahl von Hörnern gebildet ist.
Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt, ein weiteres elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das weitere elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das weitere elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat, und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt; und die Vielzahl von Schlitzen jeweils zu der Wellenleiterfläche entgegengesetzt sind.
Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner einen Hohlwellenleiter umfasst, wobei die Vielzahl von Schlitzen mit dem Hohlwellenleiter verbunden ist.
Antennen-Array nach Anspruch 11, wobei mindestens ein Abschnitt des elektrisch leitenden Bauglieds eine Längswand des Hohlwellenleiters umfasst und die Vielzahl von Schlitzen und die Vielzahl von Hörnern in oder an der Längswand des Hohlwellenleiters vorgesehen sind.
Antennen-Array nach Anspruch 11, wobei der Hohlwellenleiter einen Stamm und eine Vielzahl von Zweigen, die über mindestens einen Verzweigungsabschnitt von dem Stamm ausgehen, aufweist und Anschluss-Enden der Vielzahl von Zweigen jeweils mit der Vielzahl von Schlitzen verbunden sind.
Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei jedes Horn eine Pyramidenform hat.
Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei jedes Horn ein Kastenhorn mit einem inneren Hohlraum mit der Form eines rechtwinkligen Körpers oder einer Würfelform ist.
Antennen-Array, umfassend ein elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite, wobei das elektrisch leitende Bauglied eine Vielzahl von Schlitzen hat, die eine Zeile entlang einer ersten Richtung bilden; die erste elektrisch leitende Oberfläche des elektrisch leitenden Bauglieds so geformt ist, dass eine Vielzahl von Hörnern bestimmt ist, die jeweils mit einem entsprechenden von der Vielzahl von Schlitzen kommunizieren; E-Ebenen der Vielzahl von Schlitzen auf einer gleichen Ebene oder auf einer Vielzahl von Ebenen liegen, die zueinander im Wesentlichen parallel sind; die Vielzahl von Hörnern ein erstes Horn, ein zweites Horn und ein drittes Horn aufweist, die eine Zeile entlang der ersten Richtung bilden; und wenn elektromagnetische Wellen ersten bis dritten Schlitzen zugeführt werden, die jeweils mit den ersten bis dritten Hörnern kommunizieren, drei Hauptkeulen, die jeweils von den ersten bis dritten Hörnern abgestrahlt sind, einander überlappen, Mittelachsen der drei Hauptkeulen in jeweils unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sind und Differenzen zwischen den Richtungen der Mittelachsen der drei Hauptkeulen kleiner als eine Breite einerjeden derdrei Hauptkeulen sind.
Wellenleitervorrichtung, umfassend: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; und ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt; das zweite elektrisch leitende Bauglied einen Port an einer zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Position, wobei der Port von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert, und eine Drosselstruktur an einer zu dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds über den Port entgegengesetzten Position aufweist, die Drosselstruktur eine elektrisch leitende Rippe an einerzu dem Port benachbarten Position aufweist und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe aufweist, die auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von einem weiter von dem Port entfernt gelegenen Ende der Rippe vorgesehen sind; und wenn eine elektromagnetische Welle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, eine Zentralwellenlänge λ0 im freien Raum hat, die Rippe eine Länge gleich oder größer als λ0/16 und kleiner als λ0/4 in einer Richtung entlang des Wellenleiters hat.
Wellenleitervorrichtung, umfassend: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt; das erste elektrisch leitende Bauglied einen Port aufweist, der an einer Position entgegengesetzt zu einem Abschnitt der Wellenleiterfläche benachbart zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds vorgesehen ist, wobei der Port von der ersten elektrisch leitenden Oberfläche zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche kommuniziert; das zweite elektrisch leitende Bauglied eine Drosselstruktur in einer Region aufweist, die das eine Ende des Wellenleiterbauglieds enthält; die Drosselstruktur einen Wellenleiterbauglied-Endabschnitt und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe umfasst, wobei der Wellenleiterbauglied-Endabschnitt von einer Kante einer Öffnung des Ports zu einer Kante des einen Endes des Wellenleiterbauglieds, auf die Wellenleiterfläche projiziert, reicht, wobei die ein oder mehreren elektrisch leitenden Stäbe auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds vorgesehen sind; und wenn eine elektromagnetische Welle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet, eine Zentralwellenlänge λ0 im freien Raum hat, der Wellenleiterbauglied-Endabschnitt eine Länge gleich oder größer als λ0/16 und kleiner als λ0/4 in einer Richtung entlang des Wellenleiters hat.
Wellenleitervorrichtung, umfassend: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt; das zweite elektrisch leitende Bauglied einen Port an einer zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds benachbarten Position, wobei der Port von der vierten elektrisch leitenden Oberfläche zu dem Wellenleiter kommuniziert, und eine Drosselstruktur an einer zu dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds über den Port entgegengesetzten Position aufweist; die Drosselstruktur eine elektrisch leitende Rippe an einerzu dem Port benachbarten Position aufweist und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe aufweist, die auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von einem weiter von dem Port entfernt gelegenen Ende der Rippe vorgesehen sind; die Rippe einen zu dem Port benachbarten ersten Abschnitt und einen zu dem ersten Abschnitt benachbarten zweiten Abschnitt aufweist und eine Distanz zwischen dem ersten Abschnitt und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche länger als eine Distanz zwischen dem zweiten Abschnitt und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche ist.
Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Wellenleiterbauglied eine Abstandsvergrößerung an einer zu dem Port benachbarten Stelle aufweist und eine Distanz zwischen der Abstandsvergrößerung und der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche größer als eine Distanz zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und einer an die Abstandsvergrößerung angrenzenden Stelle des Wellenleiterbauglieds auf der zu dem Port entgegengesetzten Seite ist.
Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Wellenleiterbauglied an der Abstandsvergrößerung eine Neigung hat.
Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Rippe der Drosselstruktur eine Neigung an dem ersten Abschnitt hat.
Wellenleitervorrichtung, umfassend: ein erstes elektrisch leitendes Bauglied mit einer ersten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Vorderseite und einer zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer Rückseite; ein Wellenleiterbauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das Wellenleiterbauglied eine elektrisch leitende Wellenleiterfläche mit einer Streifenform hat, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei das Wellenleiterbauglied sich so erstreckt, dass dasselbe der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche folgt; ein zweites elektrisch leitendes Bauglied, das an der Rückseite des ersten elektrisch leitenden Bauglieds vorgesehen ist, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied das Wellenleiterbauglied stützt, wobei das zweite elektrisch leitende Bauglied eine dritte elektrisch leitende Oberfläche auf der Vorderseite, die zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine vierte elektrisch leitende Oberfläche auf der Rückseite hat; und einen künstlichen magnetischen Leiter, der sich auf beiden Seiten des Wellenleiterbauglieds erstreckt, wobei der künstliche magnetische Leiter auf mindestens entweder der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche oder der dritten elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei die zweite elektrisch leitende Oberfläche, die Wellenleiterfläche und der künstliche magnetische Leiter einen Wellenleiter bestimmen, der sich in einem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche und der Wellenleiterfläche befindlichen Abstand erstreckt; das erste elektrisch leitende Bauglied einen Port aufweist, der an einer Position entgegengesetzt zu einem Abschnitt der Wellenleiterfläche benachbart zu einem Ende des Wellenleiterbauglieds vorgesehen ist, wobei der Port von der ersten elektrisch leitenden Oberfläche zu der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche kommuniziert; das zweite elektrisch leitende Bauglied eine Drosselstruktur in einer Region aufweist, die das eine Ende des Wellenleiterbauglieds enthält; die Drosselstruktur einen Wellenleiterbauglied-Endabschnitt und einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe umfasst, wobei der Wellenleiterbauglied-Endabschnitt von einer Kante einer Öffnung des Ports zu einer Kante des einen Endes des Wellenleiterbauglieds, auf die Wellenleiterfläche projiziert, reicht, wobei die ein oder mehreren elektrisch leitenden Stäbe auf der dritten elektrisch leitenden Oberfläche mit einem Abstand von dem einen Ende des Wellenleiterbauglieds vorgesehen sind; an einer zu dem Wellenleiterbauglied-Endabschnitt entgegengesetzten Stelle die zweite elektrisch leitende Oberfläche des ersten elektrisch leitenden Bauglieds einen zu dem Port benachbarten ersten Abschnitt und einen zu dem ersten Abschnitt benachbarten zweiten Abschnitt aufweist und eine Distanz zwischen dem ersten Abschnitt und der Wellenleiterfläche länger als eine Distanz zwischen dem zweiten Abschnitt und der Wellenleiterfläche ist.
Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 23, wobei die zweite elektrisch leitende Oberfläche des ersten elektrisch leitenden Bauglieds eine Abstandsvergrößerung an einer zu dem Port benachbarten Stelle auf einer weiter von der Drosselstruktur entfernt gelegenen Seite aufweist und eine Distanz zwischen der Abstandsvergrößerung und der Wellenleiterfläche länger als eine Distanz zwischen der Wellenleiterfläche und einer zu der Abstandsvergrößerung benachbarten Stelle der zweiten elektrisch leitenden Oberfläche auf einer von dem Port entgegengesetzten Seite ist.
Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 24, wobei das erste elektrisch leitende Bauglied an der Abstandsvergrößerung eine Neigung hat.
Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei das Wellenleiterbauglied an dem einen Ende eine Neigung hat.