-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenneneinrichtung und eine Gruppenantenneneinrichtung aufweisend eine variable Richtwirkung.
-
HINTERGRUND ZUM STAND DER TECHNIK
-
Antenneneinrichtungen müssen eine hohe Verstärkung aufweisen, um Übertragung und Empfang auch mit einer schwachen Funkwelle zu ermöglichen. Außerdem sind große Reichweitencharakteristiken erforderlich, um die Übertragung und den Empfang innerhalb eines großen Winkelbereichs zu ermöglichen.
-
Als eines der Mittel zur Implementierung einer hohen Verstärkung und einer großen Reichweite einer Antenne gibt es Antennen mit variabler Richtwirkung, die Richtwirkung nur in eine bestimmte Richtung bereitstellen und gleichzeitig Verstärkung verbessern. Die Antennen mit variabler Richtwirkung ermöglichen es, dass die Richtwirkung der Antenne variabel ist, durch Bereitstellung eines parasitären Elements, das in der Lage ist, den Anregungskoeffizienten umgebend ein Antenneneinspeisungselement zu ändern. Darüber hinaus ist es durch Änderung des Anregungskoeffizienten des parasitären Elements möglich, Strahlungsmuster mit hoher Verstärkung in eine gewünschte Richtung zu schalten, um hohe Verstärkungseigenschaften über einen großen Winkelbereich zu erhalten.
-
Beispielsweise wird in Patentliteratur 1 eine Antenneneinrichtung unter Verwendung eines Schalters als ein Mittel zum Auswählen eines parasitären Elements mit einem gewünschten Anregungskoeffizienten aus einer Vielzahl von parasitären Elementen mit unterschiedlichen Anregungskoeffizienten offenbart.
-
Dahingegen wird in Patentliteratur 2 eine Antenneneinrichtung offenbart, die den Anregungskoeffizienten eines parasitären Elements durch Änderung der elektrischen Länge des parasitären Elements ändert.
-
Dokument
JP 2016 - 139 965 A offenbart eine Antenne, welche sich auf einem dielektrischen Substrat befindet. Die Rückseite des Substrats weist einen ersten Leiter auf, der eine Erdungsoberfläche bildet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats befinden sich zwei weitere Leiter, ein Strahlungselement mit Speisung und ein parasitäres Element, das einen Schlitz aufweist, welcher durch einen Schalter überbrückt werden kann.
-
Dokument
JP 2005 - 260 592 A offenbart eine Antennenanordnung aufweisend eine ersten Erdungsleiter, ein flaches Antennenelement, welches sich auf einem dielektrischen Substrat über dem ersten Erdungsleiter befindet, einen zweiten Erdungsleiter und einen Schalter zum Umschalten der Direktivität des Antennenelements.
-
LISTE ZITIERTER SCHRIFTEN
-
PATENTLITERATUR
-
- Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 3940955
- Patentliteratur 2: JP 2006-186851 A
-
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
-
TECHNISCHES PROBLEM
-
Bei herkömmlichen Erfindungen wird ein Strahlungsmuster in einer gewünschten Richtung gebildet durch Anpassung der Größe der Anregungsamplitude und der Phase, die infolge der Änderung der Größe eines parasitären Elements verändert werden, und des Abstands zu einem Einspeisungselement.
-
Da das parasitäre Element jedoch nur durch elektromagnetische Kopplung mit dem Einspeisungselement angeregt wird, ist die Größe der Anregungsamplitude, die das parasitäre Element bereitstellen kann, begrenzt. Aus diesem Grund besteht der Nachteil, dass ein Strahlungsmuster zwar in eine gewünschte Richtung gerichtet werden kann, das Niveau von Nebenkeulen aber nicht reduziert werden kann, sei es nur durch die Anpassung der Phase.
-
Darüber hinaus sind die Elementgröße und der Abstand zwischen einem Einspeisungselement und einem parasitären Element, die Parameter zum Bestimmen der Amplitude sind, schwer zu planen, da sie sowohl die Phase als auch die Anregungsamplitude beeinflussen. Ein Nachteil besteht darin, dass es schwierig ist, ein gewünschtes Strahlungsmuster von Anfang an zu bilden.
-
LÖSUNG DES PROBLEMS
-
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Nachteile zu lösen, und stellt eine Antenneneinrichtung bereit, die umfasst: ein dielektrisches Substrat; einen ersten Leiter, der auf einer ersten Oberfläche des dielektrischen Substrats vorgesehen ist; einen zweiten Leiter, der auf einer zweiten Oberfläche des dielektrischen Substrats vorgesehen ist, wobei die zweite Oberfläche gegenüberliegend zur ersten Oberfläche ist, auf der der erste Leiter vorgesehen ist, und der zweite Leiter einen Einspeisungspunkt aufweist; einen dritten Leiter, der auf derselben zweiten Oberfläche vorgesehen ist, auf der der zweite Leiter vorgesehen ist; und ein Paar von Übertragungsleitungen, die den zweiten Leiter und den dritten Leiter elektrisch verbinden. Der dritte Leiter weist einen Schlitz, der in einem Bereich, der einen Mittelpunkt des dritten Leiters aufweist, vorgesehen ist, zumindest ein Durchgangsloch, das den dritten Leiter und den ersten Leiter elektrisch verbindet und auf einem Liniensegment vorgesehen ist, das einen Mittelpunkt des zweiten Leiters und den Mittelpunkt des dritten Leiters verbindet, und ein Paar von Schaltern, die mit beiden entsprechenden Seiten im Schlitz verbunden sind in einer Richtung senkrecht zum Liniensegment, das den Mittelpunkt des zweiten Leiters und den Mittelpunkt des dritten Leiters verbindet, wobei das Paar von Schaltern an symmetrischen Positionen in Bezug auf das Liniensegment, das den Mittelpunkt des zweiten Leiters und den Mittelpunkt des dritten Leiters verbindet, vorgesehen ist, auf.
-
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Niveau von Nebenkeulen durch starkes Verändern der Anregungsamplitude abgesenkt werden, so dass infolge ein erweitertes Strahlungsmuster gebildet werden kann.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine Draufsicht auf eine Antenneneinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie a-a' der Antenneneinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
- 3 ist ein Diagramm, darstellend eine Anregungsphasenbeziehung zwischen einem Einspeisungselement und einem parasitärem Element gemäß der ersten Ausführungsform.
- 4 ist ein Diagramm, darstellend die Anregungsamplitude des parasitären Elements unter Bezugnahme auf das Einspeisungselement gemäß der ersten Ausführungsform.
- 5 ist ein Diagramm, darstellend ein zx-Ebene-Strahlungsmuster, wenn Schalter gemäß der ersten Ausführungsform leitend sind.
- 6 ist eine Draufsicht auf eine Antenneneinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 7 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie a-a' der Antenneneinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
- 8 ist eine Tabelle, darstellend ein Beispiel von leitenden/nicht-leitenden Zuständen von Schaltern gemäß der zweiten Ausführungsform.
- 9 ist ein Diagramm, darstellend die Anregungsphasenbeziehung zwischen einem Einspeisungselement und einem parasitärem Element gemäß der zweiten Ausführungsform.
- 10 ist eine Draufsicht auf eine Antenneneinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
- 11 ist eine Draufsicht auf eine Antenneneinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
- 12 ist ein konzeptionelles Diagramm, darstellend Zustände von Schaltern und Strahlrichtungen.
- 13 ist eine Draufsicht, darstellend eine Antenneneinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.
-
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Erste Ausführungsform
-
Eine Gruppenantenneneinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
-
1 ist eine Draufsicht auf die Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und 2 ist eine Schnittansicht der Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
-
In den 1 und 2 bezeichnet ein Symbol 1 ein dielektrisches Substrat, 2 bezeichnet eine Erdungsplatte (erster Leiter), die durch Bereitstellen eines Leiters auf einer unteren Oberfläche (einer Oberfläche) des dielektrischen Substrats 1 gebildet ist, 100 bezeichnet ein Einspeisungselement (zweiter Leiter), das auf einer oberen Oberfläche (gegenüberliegende Oberfläche) des dielektrischen Substrats 1 gebildet ist, 200a bezeichnet ein parasitäres Element (dritter Leiter), das auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 1 gebildet ist, 3a und 3b bezeichnen Übertragungsleitungen, die auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 1 gebildet sind, 300 bezeichnet eine Steuerungseinrichtung, die das parasitäre Element 200a mit Strom versorgt, 31a bezeichnet eine Steuerungsleitung und 32 bezeichnet eine Masseleitung (Englisch: „ground line“, GND-Leitung).
-
Obwohl die Form des Einspeisungselements 100 in der vorliegenden Ausführung ein Quadrat ist, kann irgendeine Form verwendet werden, vorausgesetzt, dass diese in Bezug auf eine x-Ache und eine y-Achse symmetrisch ist. Das heißt, das Einspeisungselement 100 kann zum Beispiel ein regelmäßiges Achteck, ein regelmäßiges Zwölfeck oder eine Ellipse außer einem Quadrat oder einem Rechteck sein.
-
In ähnlicher Weise kann, obwohl das parasitäre Element 200a in der vorliegenden Verkörperung ebenfalls ein Quadrat ist, jede beliebige Form verwendet werden, vorausgesetzt, dass diese in Bezug auf die x-Achse und die y-Achse symmetrisch ist.
-
Es ist zu beachten, dass ein Liniensegment a-a' in 1 parallel zur x-Achse verläuft, die durch die Mittelpunkte des Einspeisungselements 100 und des parasitären Elements 200a verläuft.
-
Die Antenneneinrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Einspeisungselement 100 und das parasitäre Element 200a, die auf dem dielektrischen Substrat 1 gebildet sind, die Übertragungsleitungen 3a und 3b sowie die Steuerungseinrichtung 300.
-
Das Einspeisungselement 100 umfasst ein Leiterelement 11 und einen Einspeisungspunkt 12.
-
Der Einspeisungspunkt 12 ist an einer vom Zentrum des Leiterelements 11 verschobenen Position angeordnet, und die Position wird aus der Polarisationsrichtung einer gewünschten Funkwelle und der Eingangsimpedanz bestimmt. In einem Fall, wo die Funkwelle in Richtung der y-Achse polarisiert ist, ist der Einspeisungspunkt 12 zum Beispiel an einer vom Zentrum auf der y-Achse verschobenen Position angeordnet. Die Eingangsimpedanz ist 0, wenn sich der Einspeisungspunkt 12 im Zentrum des Leiterelements 11 befindet, und wird maximiert, wenn sich der Einspeisungspunkt 12 an einem Ende befindet, und ist an einer Position angeordnet, wo eine Übereinstimmung mit der charakteristischen Impedanz einer Einspeisungsschaltung erzielt werden kann.
-
Die Größe des Leiterelements 11 ist so ausgelegt, dass die Frequenz eines vom Einspeisungspunkt 12 eingespeisten Hochfrequenzsignals Resonanz erreicht.
-
Das parasitäre Element 200a umfasst ein quadratisches Leiterelement 21 und Schalter 23a und 23b. Da in der vorliegenden Ausführungsform die Strahlungsrichtung die x-Achsen-Richtung ist, ist das parasitäre Element 200 in der +x-Achsen-Richtung in Bezug auf das Einspeisungselement 100 angeordnet.
-
Ein Schlitz 22 ist durch Entfernen eines Bereichs, aufweisend den Mittelpunkt des Leiterelements 21, gebildet. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform ein Beispiel beschrieben wird, bei dem der Schlitz 22 durch Entfernen eines Teils des Leiterelements 21 in einer rechteckigen Form gebildet wird, ist die Form des Schlitzes 22 nicht zwangsläufig die gleiche wie die Form des parasitären Elements 200a, vorausgesetzt, dass die Form des Schlitzes 22 größer ist als Durchgangslöcher und vorausgesetzt, dass das parasitäre Element 200a einen gewünschten Anregungskoeffizienten erfüllt.
-
Die Durchgangslöcher 24a und 24b sind an Positionen auf dem Liniensegment a-a' des Leiterelements 21 angeordnet und über die Erdungsplatte 2 mit der GND-Leitung 32 verbunden.
-
Das Durchgangsloch 25a ist auf dem Liniensegment a-a' des Schlitzes 22 angeordnet. Es ist zu beachten, dass der Leiter der Erdungsplatte 2, umgebend das Durchgangsloch 25a, entfernt wird, um Leiten zwischen dem Durchgangsloch 25a und der Erdungsplatte 2 zu verhindern, und das Durchgangsloch 25a mit der Steuerungsleitung 31a verbunden ist.
-
Der Schalter 23a und der Schalter 23b sind zwischen dem Durchgangsloch 25a und dem Leiterelement 21 verbunden und können sich in einem leitenden oder nicht-leitenden Zustand befinden. Es ist zu beachten, dass ein Beispiel, in dem PIN-Dioden (Englisch: „positive intrinsic negative diodes“) als der Schalter 23a und der Schalter 23b verwendet werden, in dieser Ausführungsform beschrieben wird. Im Übrigen werden der Schalter 23a und der Schalter 23b kollektiv als ein Paar von Schaltern bezeichnet.
-
Der Schalter 23a ist vom Liniensegment a-a' aus gesehen zwischen dem Durchgangsloch 25a und dem Leiterelement 21 auf der Seite der +y-Richtung verbunden, und der Schalter 23b ist vom Liniensegment a-a' aus gesehen zwischen dem Durchgangsloch 25a und dem Leiterelement 21 auf der Seite der -y-Richtung verbunden.
-
Der Schalter 23a ist mit dem Durchgangsloch 25a auf der Anodenseite verbunden und auf der Kathodenseite mit dem Leiterelement 21 auf der Seite der +y-Richtung verbunden, bei Betrachtung vom Liniensegment a-a'. In ähnlicher Weise ist der Schalter 23b mit dem Durchgangsloch 25a auf der Anodenseite verbunden und auf der Kathodenseite mit dem Leiterelement 21 auf der Seite der -y-Richtung verbunden, bei Betrachtung vom Liniensegment a-a'.
-
Das parasitäre Element 200a ist ausgelegt, eine Frequenz höher als die Resonanzfrequenz des Einspeisungselements 100 aufzuweisen, wenn die Schalter 23a und 23b leitend sind, und es ist ausgelegt, eine Frequenz ausreichend niedriger ist als die Resonanzfrequenz des Einspeisungselements 100 aufzuweisen, wenn die Schalter 23a und 23b nicht-leitend sind, und eine Anregungsamplitude unter der Nichtleitung der Schalter 23a und 23b niedriger als die unter der Leitung der Schalter 23a und 23b aufzuweisen.
-
Die Übertragungsleitung 3a und die Übertragungsleitung 3b verbinden das Einspeisungselement 100 und das parasitäre Element 200a an Positionen, die in Bezug auf das Liniensegment a-a' symmetrisch sind.
-
Die Steuerungseinrichtung 300 umfasst die Steuerungsleitung 31a, die GND-Leitung 32 und eine Energiequelle 33. Die Steuerungsleitung 31a ist mit dem Durchgangsloch 25a verbunden, und die GND-Leitung 32 ist mit der Erdungsplatte 2 verbunden. Die Steuerungseinrichtung 300 legt eine Vorwärtsvorspannung an die Steuerungsleitung 31a an, um den Schalter 23a und den Schalter 23b zu veranlassen, leitend zu sein, und legt eine Rückwärtsvorspannung oder keine Spannung an, um den Schalter 23a und den Schalter 23b zu veranlassen, nicht-leitend zu sein.
-
Als nächstes wird der Betrieb beschrieben.
-
Wenn ein Hochfrequenzsignal vom Einspeisungspunkt 12 eingespeist wird, ist eine Ebene mit einem Liniensegment, das den Mittelpunkt des Leiterelements 11 und den Einspeisungspunkt 12 verbindet, die Polarisationsebene der Antenne.
-
Das parasitäre Element 200a wird durch elektromagnetische Kopplung angeregt, die durch das durch das Einspeisungselement 100 fließende Hochfrequenzsignal erzeugt wird, und wird ebenfalls durch das durch das Einspeisungselement 100 fließende Hochfrequenzsignal angeregt, das über die Übertragungsleitungen 3a und 3b direkt einfließt.
-
Wenn die Steuerungseinrichtung 300 den Schalter 23a und den Schalter 23b veranlasst, leitend zu sein, und eine Vorwärtsvorspannung anlegt, arbeitet das parasitäre Element 200a als ein Wellenrichter, da das parasitäre Element 200a ausgelegt ist, eine höhere Resonanzfrequenz aufzuweisen als das Einspeisungselement 100.
-
Als nächstes wird die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 beschrieben.
-
3 ist ein Diagramm, das die Phasenbeziehung zwischen dem Einspeisungselement 100 und dem parasitären Element 200a darstellt, wenn eine Vorwärtsvorspannung angelegt wird, so dass der Schalter 23a und der Schalter 23b leitend sind.
-
Wie in 3 dargestellt, ist die Phase des parasitären Elementes 200a gegenüber der des Einspeisungselementes 100 verzögert, wodurch es möglich gemacht wird, ein Strahlungsmuster mit hoher Verstärkung in der +x-Richtung zu erhalten, in der die vom Einspeisungselement 100 und dem parasitären Element 200a abgestrahlten Funkwellen gleichphasig sind.
-
Darüber hinaus ist die Resonanzfrequenz des parasitären Elements 200a niedriger als die des Hochfrequenzsignals, wenn die Steuerungseinrichtung 300 bewirkt, dass die Schalter 23a und 23b nicht-leitend sind, und somit die Anregungsamplitude schwach ist und das Strahlungsmuster weniger beeinflusst wird. Daher liefert die Strahlung vom Einspeisungselement 100 ein hohes Vorwärtsverstärkungsmuster. Das heißt, es kann eine Antenne mit variabler Richtwirkung erhalten werden.
-
4 ist ein Diagramm, das die Anregungsamplitude des parasitären Elements 200a mit dem Einspeisungselement 100 als eine Referenz darstellt. Da bei der vorliegenden Erfindung das parasitäre Element 200a über die Übertragungsleitungen 3a und 3b angeregt wird, kann eine große Anregungsamplitude im Vergleich zu dem in 4 dargestellten Fall der ausschließlichen Verwendung von elektromagnetischer Kopplung erhalten werden. Da außerdem das elektrische Feld des Einspeisungselements 100 mit zunehmendem Abstand vom Liniensegment a-a' in Richtung der y-Achse zunimmt, kann die Anregungsamplitude des parasitären Elements 200a durch Vergrößerung des Abstands d zwischen den Übertragungsleitungen 3a und 3b erhöht werden. Außerdem kann die Anregungsamplitude des parasitären Elements 200a durch Verringerung des Abstands d reduziert werden. Auf diese Weise kann ein Konstrukteur die Anregungsamplitude des parasitären Elements einfach gestalten.
-
5 ist ein Diagramm, das ein Strahlungsmuster darstellt, wenn bewirkt wird, dass sich der Abstand d zwischen den Übertragungsleitungen 3a und 3b ändert. Im Beispiel von 5 sind Fälle dargestellt, in denen das Verhältnis des Abstands d zwischen den Übertragungsleitungen 3a und 3b zur Länge des Leiterelements 21 0,27 und 0,54 beträgt, und ein Vergleich zwischen diesen zeigt, dass Nebenkeulen im Fall von 0,54 niedriger gehalten werden.
-
Es ist zu erkennen, dass durch die Änderung des Abstandes d zwischen den Übertragungsleitungen 3a und 3b die Anregungsamplitude des parasitären Elements 200a verändert wird und dass sich dadurch die Form der Nebenkeulen ändert. Mit anderen Worten, nicht nur die Richtung der maximalen Verstärkung, sondern auch die Senkung des Niveaus von Nebenkeulen ermöglicht die Gestaltung eines erweiterten Strahlungsmusters.
-
Es ist zu beachten, dass in der obigen Konfiguration ein parasitäres Element 200a in der Richtung der +x-Achse angeordnet ist; ein parasitäres Element jedoch auch in der Richtung der -x-Achse angeordnet sein kann. In diesem Fall kann ein hohes Verstärkungsmuster auch in Richtung der -x-Achse erhalten werden.
-
Da außerdem die Steuerungsleitung 31a und die GND-Leitung 32 auf der dem Einspeisungselement 100 und dem parasitären Element 200a gegenüberliegenden Seite in Bezug auf die Erdungsplatte 2 angeordnet sind, kann die Einkopplung eines Hochfrequenzsignals im Vergleich zu einem Fall, in dem die Steuerungsleitung von der Erdungsplatte aus gesehen auf der Seite der Funkwellenabstrahlung liegt, unterdrückt werden. Darüber hinaus kann selbst dann, wenn das eingekoppelte Hochfrequenzsignal von der Steuerungsleitung 31a und der GND-Leitung 32 wieder abgestrahlt wird, der Einfluss auf die Richtwirkung der Antenne eliminiert werden.
-
Da die Durchgangslöcher 24a, 24b und 25a auf dem Liniensegment a-a' des parasitären Elements 200a angeordnet sind, wobei das elektrische Feld des Liniensegments a-a' bei Einspeisung eines Hochfrequenzsignals 0 ist, ist es möglich, den Fluss des Hochfrequenzsignals zu verhindern.
-
Es ist zu beachten, dass die Erdungsplatte die unterste Schicht in der ersten Ausführungsform ist; es kann jedoch eine Steuerungsleitungsschicht unter der Erdungsplatte 2 und eine Abschirmungsschicht unter der Steuerungsleitungsschicht vorgesehen sein. In diesem Fall ist es möglich, die Abstrahlung nach hinten vollständig zu eliminieren, wobei die Strahlung erzeugt wird, wenn ein leicht leckendes Hochfrequenzsignal die Steuerungsleitung 31a und die GND-Leitung 32 passiert.
-
Zweite Ausführungsform
-
In der ersten Ausführungsform enthält das parasitäre Element 200a eine Gruppe von Schaltern. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem drei Gruppen von Schaltern in einem parasitären Element 200a enthalten sind. Es ist zu beachten, dass die drei Gruppen von Schaltern getrennt gesteuert werden können.
-
6 und 7 sind Diagramme, die eine Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellen. In den 6 und 7 kennzeichnen die gleichen Symbole wie in den 1 und 2 die gleichen oder entsprechende Teile.
-
Ein Einspeisungselement 100 und die Übertragungsleitungen 3a und 3b in den 6 und 7 haben die gleiche Struktur wie in der ersten Ausführungsform; wobei das parasitäre Element 200a jedoch eine zum Teil andere Struktur aufweist.
-
In dieser Ausführungsform sind zusätzlich zu Durchgangslöchern 24a, 24b und 25a und Schaltern 23a und 23b Durchgangslöcher 25b und 25c auf einem Liniensegment a-a' eines Schlitzes 22 und die Schalter 23c, 23d, 23e und 23f neu hinzugefügt.
-
Darüber hinaus bezeichnet 31b eine Steuerungsleitung, die mit dem Durchgangsloch 25b verbunden ist, und 31c bezeichnet eine Steuerungsleitung, die mit dem Durchgangsloch 25c verbunden ist.
-
Die Schalter 23a und 23b sind mit dem Durchgangsloch 25a verbunden, die Schalter 23c und 23d mit dem Durchgangsloch 25b verbunden, und die Schalter 23e und 23f sind mit dem Durchgangsloch 25c auf ihren jeweiligen Anodenseiten verbunden.
-
Die Kathodenseiten der Schalter 23a, 23c und 23e sind, vom Liniensegment a-a' aus gesehen, auf der +y-Richtungsseite mit einem Leiterelement 21 verbunden, und die Kathodenseiten der Schalter 23b, 23d und 23f sind, vom Liniensegment a-a' aus gesehen, auf der -y-Richtungsseite mit dem Leiterelement 21 verbunden.
-
Als nächstes wird der Betrieb beschrieben.
-
Die Aspekte, dass das parasitäre Element 200a durch elektromagnetische Kopplung angeregt wird, die durch ein Hochfrequenzsignal erzeugt wird, das durch das Einspeisungselement 100 fließt, wenn das Hochfrequenzsignal vom Einspeisungspunkt 12 eingespeist wird, und dass darüber hinaus das parasitäre Element 200a auch durch das Hochfrequenzsignal angeregt wird, das durch das Einspeisungselement 100 fließt und über die Übertragungsleitungen 3a und 3b direkt hineinfließt, sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
-
In der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, zu bewirken, dass die Resonanzfrequenz des parasitären Elements 200 geändert wird, und zu bewirken, dass die durch das parasitäre Element angeregte Phase in Abhängigkeit von leitenden oder nicht-leitenden Zuständen der Schalter 23a, 23b, 23c, 23d, 23e und 23f verändert wird.
-
Ein Beispiel für leitende und nicht-leitende Zustände der Schalter ist in 8 dargestellt, und eine Anregungsphasenbeziehung zwischen dem Einspeisungselement 100 und dem parasitären Element 200a ist in 9 dargestellt.
-
Es ist zu beachten, dass in 8 der Zustand 1 einen Fall repräsentiert, wo alle Schalter 23a, 23b, 23c, 23d, 23e und 23f leitend sind, und der Zustand 2 einen Fall repräsentiert, in dem die Schalter 23a und 23b leitend sind, die Schalter 23c und 23d nicht-leitend sind und die Schalter 23e und 23f leitend sind.
-
Wie in 9 dargestellt, hat das parasitäre Element 200a in irgendeinem der Zustände 1 und 2 eine höhere Resonanzfrequenz als die des Einspeisungselements 100 und arbeitet somit als ein Wellenrichter.
-
Da alle Schalter 23a, 23b, 23c, 23d, 23e und 23f im Zustand 1 leitend sind, fließt der Strom durch das Leiterelement 21 und alle Schalter 23a, 23b, 23c, 23d, 23e und 23f ohne Überbrückung.
-
Da die Schalter 23c und 23d im Zustand 2 nicht-leitend sind, überbrückt der Strom die Schalter 23c und 23d, und der Strom fließt durch das Leiterelement 21 und die Schalter 23a, 23b, 23e und 23f.
-
Bei Vergleich der Resonanzfrequenzen von Zustand 1 und Zustand 2, hat Zustand 2 aufgrund der Überbrückung des Stroms eine niedrigere Resonanzfrequenz als die von Zustand 1, und als Folge davon hat Zustand 2 eine gegenüber dem Zustand 1 verzögerte Anregungsphase. Als ein Ergebnis können zwei Arten von Anregungsphasenmustern implementiert werden.
-
Wie oben beschrieben, können in der vorliegenden Ausführungsform durch die Aufnahme von drei Gruppen von Schaltern in den Schlitz des parasitären Elements verschiedene Anregungsphasen durch das einzelne parasitäre Element implementiert und der maximale Verstärkungswinkel des Strahlungsmusters unterschiedlich verändert werden.
-
Es ist zu beachten, dass, obwohl der Fall, wo eine PIN-Diode als jeder der Schalter für das parasitäre Element verwendet wird, in der ersten Ausführungsform und der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, eine Diode mit variabler Kapazität anstelle der PIN-Diode verwendet werden kann.
-
Wenn der Wert der Kapazität der Diode mit variabler Kapazität veranlasst wird, sich zu verändern, ändert sich die Resonanzfrequenz des parasitären Elements schrittweise, und als ein Ergebnis ändert sich auch die Anregungsphase.
-
Daher kann der maximale Verstärkungswinkel des Abstrahlungsmusters auch durch die Verwendung einer Diode mit variabler Kapazität anstelle der PIN-Diode verändert werden.
-
Dritte Ausführungsform
-
In der ersten und zweiten Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, wo es nur einen Pfad von Übertragungsleitungen gibt. In dieser Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, wo es eine Vielzahl von Pfaden von Übertragungsleitungen gibt.
-
10 ist eine Draufsicht auf eine Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 10 kennzeichnen die gleichen Symbole wie in 1 die gleichen oder entsprechende Teile.
-
Die Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die gleiche Grundkonfiguration wie die der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich aber dadurch, dass es zwei Muster von Übertragungsleitungen gibt.
-
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 10 dargestellt, umfasst eine Übertragungsleitung 3a Schalter 4a und 4b und Übertragungsleitungen 5a und 6a, und eine Übertragungsleitung 3b umfasst Schalter 4c und 4d und Übertragungsleitungen 5b und 6b.
-
Die Schalter 4a und 4b werden zum Schalten zwischen der Übertragungsleitung 5a und der Übertragungsleitung 6a für die Verbindung eingesetzt. Außerdem schalten die Schalter 4c und 4d zwischen der Übertragungsleitung 5b und der Übertragungsleitung 6b für die Verbindung. Es ist zu beachten, dass die Übertragungsleitungen 6a und 6b länger sind als die Übertragungsleitungen 5a und 5b in der vorliegenden Ausführungsform. Die Übertragungsleitungen 5a und 5b können irgendeine Form haben, vorausgesetzt, dass diese die gleiche Länge, die gleiche Dicke und die gleiche Form aufweisen. Dasselbe gilt für die Übertragungsleitungen 6a und 6b.
-
Als nächstes wird der Betrieb beschrieben.
-
Ein dem Einspeisungselement 100 zugeführtes Hochfrequenzsignal erregt das parasitäre Element über elektromagnetische Kopplung und die Übertragungsleitungen. An diesem Punkt wird die Übertragungsleitung 3a durch die Schalter 4a und 4b mit der Übertragungsleitung 5a oder der Übertragungsleitung 6a verbunden, und die Übertragungsleitung 3b wird durch die Schalter 4c und 4d mit der Übertragungsleitung 5b oder der Übertragungsleitung 6b verbunden.
-
Wenn beispielsweise die Schalter 4a, 4b, 4c und 4d so eingestellt sind, dass die Übertragungsleitungen 6a und 6b verbunden sind, da die Übertragungsleitungen 6a und 6b länger sind als die Übertragungsleitungen 5a und 5b, ist die Erregungsphase des parasitären Elements 200a gegenüber dem Fall, wo die Übertragungsleitungen 5a und 5b verbunden sind, verzögert. Als ein Ergebnis können zwei Arten von Anregungsphasenmustern implementiert werden.
-
Wie oben beschrieben, ist es möglich, die Anregungsphase des parasitären Elements zu ändern durch Aufnehmen einer Vielzahl von Pfaden von Übertragungsleitungen mit unterschiedlichen Längen und Schalten dieser Pfade. Als ein Ergebnis kann der maximale Verstärkungswinkel des Abstrahlungsmusters verändert werden.
-
Vierte Ausführungsform
-
In den obigen Ausführungsformen wurden die Antenneneinrichtungen beschrieben, in denen jeweils ein einziges parasitäres Element für ein einziges Einspeisungselement angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, wo eine Vielzahl von parasitären Elementen für ein einzelnes Einspeisungselement angeordnet ist.
-
11 ist eine Draufsicht auf eine Antenneneinrichtung 400a gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 11 kennzeichnen die gleichen Symbole wie in 1 die gleichen oder entsprechende Teile.
-
Die Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die gleiche Grundkonfiguration wie die der ersten Ausführungsform, jedoch sind ein Einspeisungselement 100 umgebend zusätzlich zu einem parasitären Element 200a ein parasitäres Element 200b, ein parasitäres Element 200c und ein parasitäres Element 200d angeordnet.
-
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Übertragungsleitungen 3c und 3d zwischen dem Einspeisungselement 100 und dem parasitären Element 200c vorgesehen sind und dadurch das Einspeisungselement 100 und das parasitäre Element 200c verbunden sind. Es ist zu beachten, dass das parasitäre Element 200b, das parasitäre Element 200c und das parasitäre Element 200d die gleiche Struktur aufweisen wie das in der ersten Ausführungsform beschriebene parasitäre Element 200a.
-
Das parasitäre Element 200b ist an einer Position angeordnet, wo das Zentrum des parasitären Elements 200b in Richtung der -y-Achse vom Zentrum des Einspeisungselements 100 bewegt wird. Der Abstand zwischen dem Zentrum des parasitären Elements 200b und dem Zentrum des Einspeisungselements 100 ist gleich dem Abstand zwischen dem Zentrum des parasitären Elements 200a und dem Zentrum des Einspeisungselements 100.
-
Das parasitäre Element 200c ist in der Richtung der -x-Achse des Einspeisungselements 100 so angeordnet, dass das Zentrum des parasitären Elements 200c auf dem Liniensegment a-a' liegt. Der Abstand zwischen dem Zentrum des parasitären Elements 200c und dem Zentrum des Einspeisungselements 100 ist gleich dem Abstand zwischen dem Zentrum des parasitären Elements 200a und dem Zentrum des Einspeisungselements 100.
-
Das parasitäre Element 200d ist an einer Position angeordnet, wo das Zentrum des parasitären Elements 200d in Richtung der +y-Achse vom Zentrum des Einspeisungselements 100 bewegt wird. Der Abstand zwischen dem Zentrum des parasitären Elements 200d und dem Zentrums des Einspeisungselements 100 ist gleich dem Abstand zwischen dem Zentrum des parasitären Elements 200a und dem Zentrum des Einspeisungselements 100.
-
Die parasitären Elemente 200b und 200d sind das Einspeisungselement 100 umgebend angeordnet, sind aber mit dem Einspeisungselement 100 nicht physisch verbunden und werden daher nur durch elektromagnetische Kopplung angeregt.
-
Als nächstes wird der Betrieb beschrieben.
-
Wenn ein Hochfrequenzsignal von einem Einspeisungspunkt 12 eingespeist wird, werden die parasitären Elemente 200a und 200c durch elektromagnetische Kopplung und über die Übertragungsleitungen 3a, 3b, 3c und 3d angeregt. Andererseits werden die parasitären Elemente 200b und 200d nur durch elektromagnetische Kopplung angeregt.
-
12 ist ein konzeptionelles Diagramm gemäß der vorliegenden Ausführungsform, das Zustände der Schalter in den parasitären Elementen 200a, 200b, 200c und 200d und Abstrahlrichtungen in Abhängigkeit von den Zuständen der Schalter darstellt. Wenn die Steuerungseinrichtung 300 zum Beispiel betrieben wird, um eine Vorwärtsvorspannung an die im parasitären Element 200a enthaltenen Schalter anzulegen und eine Rückwärtsvorspannung oder keine Spannung an die in den parasitären Elementen 200b, 200c und 200d enthaltenen Schalter anzulegen, wird das parasitäre Element 200a mit der großen Anregungsamplitude, wie durch 1201 angegeben, und mit der gegenüber der Phase des Einspeisungselements verzögerten Phase angeregt.
-
Andererseits sind die Anregungsamplituden der parasitären Elemente 200b, 200c und 200d schwach und haben daher wenig Einfluss auf das Abstrahlungsmuster. An diesem Punkt hat das Abstrahlungsmuster der Antenneneinrichtung 400a eine hohe Verstärkung in Richtung der +x-Achse.
-
Wenn die Steuerungseinrichtung 300 zum Beispiel betrieben wird, um eine Vorwärtsvorspannung an die im parasitären Element 200d enthaltenen Schalter anzulegen und eine Rückwärtsvorspannung oder keine Spannung an die in den parasitären Elementen 200a, 200b und 200c enthaltenen Schalter anzulegen, hat das Abstrahlungsmuster der Antenneneinrichtung 400a in Richtung der +y-Achse, wie durch 1202 angegeben, eine hohe Verstärkung.
-
Wie oben beschrieben, kann in der vorliegenden Ausführungsform durch Anordnen einer Vielzahl von parasitären Elementen das Einspeisungselement 100 umgebend die maximale Verstärkungsrichtung des Abstrahlungsmusters zweidimensional verändert werden.
-
Darüber hinaus kann durch die Kombination von parasitären Elementen, wie den parasitären Elementen 200a und 200c, die durch elektrische Verbindung mit dem Einspeisungselement 100 über Übertragungsleitungen eine starke Anregungsamplitude liefern, und parasitären Elementen ohne Übertragungsleitungen, wie parasitäre Elemente 200b und 200d, die durch Anregung nur durch elektromagnetische Kopplung eine schwache Anregungsamplitude liefern, die Anregungsamplitude in einem größeren Bereich gesteuert werden als im Falle der Verwendung nur der parasitären Elemente, die nur durch elektromagnetische Kopplung angeregt werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, eine erweiterte Musterbildung zweidimensional zu implementieren, die in einer bestimmten Richtung eine hohe Verstärkung aufweist, während eine Nebenkeule in einer bestimmten Richtung verringert wird.
-
Fünfte Ausführungsform
-
In der vierten Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, in dem die einzelne Antenneneinrichtung einschließlich der Vielzahl der parasitären Elemente angeordnet ist. In dieser Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, wo eine Vielzahl von Antenneneinrichtungen angeordnet ist, um eine Gruppenantenneneinrichtung zu bilden.
-
13 ist eine Draufsicht auf die Gruppenantenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 13 bezeichnen die Symbole 400a, 400b, 400c, 400d und 400e die in der vierten Ausführungsform beschriebenen Antenneneinrichtungen, und eine Gruppenantenne umfasst die Antenneneinrichtungen 400a, 400b, 400c, 400d und 400e, die auf einer Ebene angeordnet sind.
-
Wie oben beschrieben, ist es durch die Anordnung einer Vielzahl von Antenneneinrichtungen auf einer Ebene zur Bildung einer Gruppenantenne möglich, eine höhere Verstärkung zu erzielen als in einem Fall, wo nur ein Antenneneinrichtung vorhanden ist.
-
Es ist zu beachten, dass, obwohl die Anordnung in der vorliegenden Ausführungsform eine dreieckige Gruppe ist, die Anordnung eine lineare Gruppe, eine quadratische Gruppe, eine Gruppe mit unregelmäßigen Abständen oder eine dreidimensionale Gruppe sein kann.
-
Darüber hinaus ist es in einem Fall, wo eine aktive phasengesteuerte Gruppenantenne konfiguriert ist, durch Anordnen einer Übertragungs- und Empfangseinrichtung mit einem Verstärker, einem Phasenschieber usw. an einem Einspeisungspunkt 12 jeder Elementantenne möglich, mit einem Strahl abzutasten, indem Einstellungsphasen der Phasenschieber derart ausgewählt werden, dass die Abstrahlungsphasen der jeweiligen Antenneneinrichtungen in einer gewünschten Richtung gleichphasig sind.
-
Durch Änderung der Richtwirkung der Antenneneinrichtungen 400a, 400b, 400c, 400d und 400e auf ein Abstrahlungsmuster mit hoher Verstärkung in einer gewünschten Richtung in Verbindung mit dieser Strahlabtastrichtung kann das Abstrahlungsmuster der Gruppenantenneneinrichtung eine höhere Verstärkung aufweisen als im verwandten Stand der Technik.
-
Indem die Abstrahlungsmuster der Antenneneinrichtungen 400a, 400b, 400c, 400d und 400e in einer bestimmten Richtung eine geringe Verstärkung aufweisen, kann außerdem eine Nebenkeule in der bestimmten Richtung im Abstrahlungsmuster der Gruppenantenneneinrichtung reduziert werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- dielektrisches Substrat,
- 2
- Erdungsplatte,
- 3a, 3b, 3c, 3d, 5a, 5b, 6a, 6b
- Übertragungsleitung,
- 4a, 4b, 4c, 4d
- Schalter,
- 11, 21
- Leiterelement,
- 12
- Einspeisungspunkt,
- 22
- Schlitz,
- 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f
- Schalter,
- 24a, 24b, 25a, 25b, 25f
- Durchgangsloch,
- 31a, 31b, 31c
- Steuerungsleitung,
- 32
- GND-Leitung,
- 33
- Energieversorgung,
- 100
- Einspeisungselement,
- 200a, 200b, 200c, 200d
- parasitäres Element,
- 300
- Steuerungseinrichtung,
- 400a, 400b, 400c, 400d, 400e
- Antenneneinrichtung.
