DE112018001933T5

DE112018001933T5 - Antenne, Gruppenantenne, Radarvorrichtung und fahrzeuginternes System

Info

Publication number: DE112018001933T5
Application number: DE112018001933.0T
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Nagaishi; Akira Kuriyama; Akira Kityama; Hiroshi Koruda
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-06-05
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2020-01-02
Also published as: CN110637393A; US20210143533A1; US11387547B2; CN110637393B; JP6838250B2; WO2018225378A1; JP2018207301A

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Antenne, die Folgendes umfasst: eine Strahlungseinheit, die auf einem Substrat ausgebildet ist; einen Wellenleiter, der darin von der Strahlungseinheit abgestrahlte Radiowellen leitet und die Radiowellen als Strahl abstrahlt; und eine dielektrische Linse, die in einer Öffnung des Wellenleiters angeordnet ist und eine Einfallsebene, die der Strahlungseinheit zugewandt ist, und eine Strahlungsebene, die Radiowellen abstrahlt, die von der Einfallsebene eintreten, aufweist. Die Strahlungsebene der dielektrischen Linse weist eine Ebenenorientierung auf, die sich von einer flachen Ebene, die senkrecht zu der Strahlungsrichtung des Strahls liegt, unterscheidet.

Description

Hintergrund
Diese Anmeldung beansprucht das Prioritätsrecht der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-110927 , die am 5. Juni 2017 eingereicht wurde und die hier durch Bezugnahme vollständig aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antenne, die einen flachen Strahl erzeugt, und eine Radarsensorvorrichtung.
Stand der Technik
Als Umgebungsbedingungsdetektionssensor zum sicheren Fahren und Betreiben von Kraftfahrzeugen, Zügen und Infrastrukturvorrichtungen ist ein Doppler-Sensor oder ein Radarsensor, der Radiowellen verwendet, bekannt. Zur Vereinfachung der folgenden Erläuterung wird ein Radarsensor für Kraftfahrzeuge beschrieben.
Um eine sichere Fahrunterstützung und sicheres automatisiertes Fahren zu verwirklichen, werden für einen Radarsensor für Kraftfahrzeuge mehrere Sensoren mit unterschiedlichen Detektionsabständen und Detektionswinkelbereichen verwendet, um den gesamten Umkreis eines Kraftfahrzeugs abzudecken. Insbesondere sollte ein Vorwärtsfernradarsensor eine maximale Detektionsentfernung von 250 m oder mehr aufweisen, um während einer Fahrt mit 200 km/h auf der Autobahn in Europa, für die keine Geschwindigkeitsbegrenzung festgelegt ist, sicher anhalten zu können. Darüber hinaus ist gewünscht worden, dass ein Radarsensor für Kraftfahrzeuge eine Detektionsentfernung von 100 m oder mehr und einen detektierbaren Winkelbereich von ±30° aufweist, um eine Redundanz von Zielinformationen beim Betrieb mit einer Kamera sicherstellen zu können.
Als Stand der Technik sind die Patentdokumente 1 bis 5 bekannt. Patentdokument 1 offenbart eine Antenne, die einen Primärstrahler mit einer Patchantenne und einem Metallhorn und eine dielektrischen Linse umfasst, wobei der Primärstrahler an der Fokusposition der dielektrischen Linse angeordnet ist.
Patentdokument 2 offenbart eine Antennenvorrichtung mit mehreren Richtantennen, bei der die Richtantennen entlang einer Richtung auf derselben Achse positioniert sind und die wechselseitigen Hauptabstrahlrichtungen entlang einer Richtung, die orthogonal zu der einen Richtung sind, verschoben sind.
Patentdokument 3 offenbart eine fahrzeuginterne Radarvorrichtung, bei der eine Sendeantenne Antenneneinheiten mit unterschiedlichen Strahlungsbereichen aufweist, eine Antenne mit einem weiten Strahlungsbereich in einem Nachbarschaftsüberwachungsmodus verwendet wird, bei dem die Orientierungsauflösung niedrig ist und ein effektiver Detektionsorientierungsbereich weit ist, eine Antenne mit einem engen Strahlungsbereich in einem Fernüberwachungsmodus verwendet wird, bei dem die Orientierungsauflösung hoch ist und ein effektiver Detektionsorientierungsbereich schmal ist, und zwei Überwachungsmodi bereitgestellt sind.
Patentdokument 4 und Patentdokument 5 offenbaren jeweils eine Linsenantenne, die eine dielektrische Linse und einen Basisteil, in dem ein mit der dielektrischen Linse verbundener Wellenleiter ausgebildet ist, umfasst. Die Linsenantenne ist derart ausgebildet, dass die Normalenrichtung einer Strahlungsebene der dielektrischen Linse schräg nach oben gerichtet ist, die Rückfläche der dielektrischen Linse S-förmig anschwillt und ihre Dicke von der oberen Seite in Richtung der unteren Seite allmählich zunimmt.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokumente

[Patentdokument 1] Ungeprüfte japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-228608
[Patentdokument 1] Ungeprüfte japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-036340
[Patentdokument 1] Ungeprüfte japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2016-70825
[Patentdokument 1] Ungeprüfte japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-274646
[Patentdokument 1] Ungeprüfte japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-274656

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wie im Stand der Technik beschrieben ist, wurde gewünscht, dass ein Radarsensor für Kraftfahrzeuge eine maximale Detektionsentfernung von 250 m oder mehr, eine Detektionsentfernung von 100 m oder mehr und einen detektierbaren Winkelbereich von ±30° oder mehr aufweist. Ein Radar, das unter Verwendung mehrerer Antennen mehrere Strahlen erzeugt, wurde aufgrund physikalischer Einschränkungen einer Radargleichung und von Antennenstrahlungseigenschaften entwickelt.
Für eine Antenne, die in einem Radarsensor für Kraftfahrzeuge verwendet wird, muss ein zu sendender oder zu empfangender Radiowellenstrahl in horizontaler Richtung weit und in senkrechter Richtung eng und flach sein. Der Grund besteht darin, dass ein entferntes Hindernis durch Verringern des durch unnötige Strahlung vom Boden verursachten Rauschens (Straßenstörungsrauschen) detektiert werden soll, um die Detektionsempfindlichkeit eines Empfangssignals in senkrechter Richtung zu verbessern und gleichzeitig einen Sichtwinkel für ein Objekt in horizontaler Richtung zu erweitern.
Bei der in Patentdokument 1 offenbarten Antenne werden von dem Primärstrahler in Kugelform abgestrahlte Radiowellen durch eine hyperbolisch gekrümmte Ebene einer Strahlungsebene oder einer Einfallsebene oder die Kugelformen beider Ebenen der Linse gebündelt oder als parallel Radiowellen so abgestrahlt, dass die Verstärkung des Linsenantenne verbessert wird.
Wenn die in Patentdokument 1 gezeigte dielektrische Linse für eine Antenne für ein Radar, das ein Wellenleiterhorn verwendet, eingesetzt wird, um die Detektionsentfernung zu vergrößern, kann die Antenne verkleinert werden und eine hohe Verstärkung kann erzielt werden. Die Halbwertsbreite wird jedoch aufgrund der hohen Verstärkung verschmälert. Die Vergrößerung des Detektionswinkelbereichs des Radars unter Beibehaltung der starken Verstärkungseigenschaften der Antenne kann realisiert werden, indem die mehreren Richtantennen so angeordnet werden, dass sie mehrere Strahlen bilden, wie es in Patentdokument 2 und Patentdokument 3 gezeigt ist.
In Patentdokument 2 kann die Antennenvorrichtung mit mehreren Strahlen realisiert werden, indem die mehreren Richtantennen (Wellenleiter-Hornantennen mit rechteckiger Öffnungsebene) schräg in einer spezifischen Orientierung angeordnet werden, während sie sich die Rotationsachse teilen. Um die starken Verstärkungseigenschaften der Antenne in einer gewünschten Orientierungsrichtung zu erhalten, muss die Normalenorientierung einer Öffnungsebene mit der Antennenabstrahlungsrichtung übereinstimmen. Daher muss die Richtantenne selbst in der gewünschten Orientierung geneigt sein. Daher können die Antennenöffnungsebenen nicht in derselben flachen Ebene ausgebildet sein, da sich die Orientierungen der Öffnungsebenen der Richtantennen voneinander unterscheiden, und es ist daher schwierig, die Antennenvorrichtung zu verkleinern.
In Patentdokument 3 sind die Richtantennen mit unterschiedlichen Strahlungsbereichen dazu ausgelegt, zwei Überwachungsmodi zu realisieren. In dem Fall, in dem die Wellenleiterhornöffnungsebenen regelmäßig in einem Array auf derselben flachen Ebene angeordnet sind, um mehrere Strahlen der fahrzeuginternen Radarvorrichtung zu erzeugen, kann die gesamte Antenne so klein wie möglich gemacht werden. Obwohl die Strahlungsbereiche geändert werden können, werden die Normalenrichtungen der Öffnungsebenen notwendigerweise gleich. Somit ist es schwierig, mehrere Strahlen mit unterschiedlichen Richtcharakteristiken auszubilden.
In Patentdokument 4 und Patentdokument 5 ist die Linsenantenne jeweils unter Verwendung des Basisteils, in dem der Wellenleiter ausgebildet ist, und der dielektrischen Linse ausgebildet. Eine Öffnungsebene des Basisteils und eine Strahlungsebene der dielektrischen Linse sind schräg nach oben gerichtet. In dem Fall, in dem Radiowellen, die von der Linsenantenne abgestrahlt werden, nicht als Nebenkeulen in Abwärtsrichtung abgestrahlt werden dürfen, sondern nur in horizontaler Richtung, ist es erforderlich, die Strahlungsebene der dielektrischen Linse schräg nach oben auszubilden, um den Strahlungswinkel der Linsenantenne unter Verwendung des Snellius-Gesetzes horizontal einzustellen. Da die Unterseite des Basisteils weiter vorsteht als seine Oberseite, fungiert die Linse als Störplatte.
Außerdem wird als Ergebnis davon, dass die Strahlungsebene schräg nach oben ausgebildet wird, die Radiowellenausbreitungsrichtung in der dielektrischen Linse durch die S-förmig gekrümmte Ebene der Rückfläche der dielektrischen Linse schräg nach unten gerichtet. Die Linsenstrahlungsebene und die Basisteilöffnungsebene werden jedoch gleich oder parallel zueinander, so dass sich von der Linsenstrahlungsebene abgestrahlte Radiowellen nur in horizontaler Richtung ausbreiten und es notwendig ist, auf der Strahlungsseite des Basisteils, in dem der Wellenleiter ausgebildet ist, eine geneigte Ebene bereitzustellen, so dass sich Radiowellen, die sich in Richtung der Linsenstrahlungsebene bewegen, nachdem sie an einem unteren Abschnitt des Basisteils von der Innenseite der dielektrischen Linse reflektiert wurden, nicht nach unten ausbreiten. In dem Fall, in dem die Linsenantennen in einem Array in vertikaler und horizontaler Richtung angeordnet sind, sind, da die Basisteilöffnungsebene schräg nach oben gerichtet ist, die Antennenöffnungsebenen in vertikaler Richtung in einer Sägeform angeordnet und somit kann die dielektrische Linse nicht einstückig ausgebildet werden. Außerdem werden die unteren Abschnitte der Basisteile der vertikal angeordneten Linsenantennen in einer Ebene vor der Strahlungsebene der Linse erzeugt und daher besteht die Gefahr von negativen Auswirkungen auf die Antennenstrahlungseigenschaften aufgrund der Beugung von Radiowellen an einem Ende des Basisteils.
Dementsprechend ist es erforderlich, dass ein Radar für Kraftfahrzeuge eine Antenne aufweist, die mehrere Strahlen mit unterschiedlichen Strahlungsorientierungen erzeugen kann, um die Spezifikationen der maximalen Detektionsentfernung und des Winkeldetektionsbereichs zu erweitern.
Lösung für das Problem
Die vorliegende Erfindung schafft eine Antenne, die Folgendes umfasst: eine Strahlungseinheit, die auf einem Substrat ausgebildet ist; einen Wellenleiter, der darin von der Strahlungseinheit abgestrahlte Radiowellen leitet und die Radiowellen als Strahl abstrahlt; und eine dielektrische Linse, die in einer Öffnung des Wellenleiters angeordnet ist und eine Einfallsebene, die der Strahlungseinheit zugewandt ist, und eine Strahlungsebene, die Radiowellen abstrahlt, die von der Einfallsebene eintreten, aufweist. Die Strahlungsebene der dielektrischen Linse weist eine Ebenenorientierung auf, die sich von einer flachen Ebene, die senkrecht zur Strahlungsrichtung des Strahls liegt, unterscheidet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Antenne zu schaffen, die einen Strahl in einer gewünschten Orientierung entsprechend der Ebenenorientierung einer Strahlungsebene abstrahlen kann und mehrere Strahlen erzeugen kann. Andere Aufgaben, Konfigurationen und Wirkungen als die oben beschriebenen werden in der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen ersichtlich.
Figurenliste

1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und besteht aus Diagrammen, die jeweils eine Struktur einer Flachstrahlerzeugungsantenne zeigen.
2A zeigt die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist eine Draufsicht auf ein dielektrisches Substrat.
2B zeigt die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist eine Draufsicht auf das dielektrische Substrat.
3A zeigt die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Graph zum Darstellen eines Analyseergebnisses von Strahlungseigenschaften der Flachstrahlerzeugungsantenne.
3B zeigt die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Graph zum Darstellen eines Analyseergebnisses der maximalen Verstärkung und des Strahlungswinkels in einer Prismenstruktur der Flachstrahlerzeugungsantenne.
4A zeigt die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Diagramm zum Darstellen einer Struktur der Flachstrahlerzeugungsantenne.
4B zeigt die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Diagramm zum Darstellen einer Struktur der Flachstrahlerzeugungsantenne.
5 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und besteht aus Diagrammen, die jeweils eine Struktur einer Flachstrahlerzeugungsantenne zeigen.
6A zeigt die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Diagramm zum Darstellen eines Analyseergebnisses von Strahlungseigenschaften der Flachstrahlerzeugungsantenne.
6B zeigt die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Diagramm zum Darstellen von Strahlungsrichtungen der Flachstrahlerzeugungsantenne.
7 zeigt ein abgewandeltes Beispiel der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Diagramm zum Darstellen einer Struktur einer Flachstrahlerzeugungsantenne.
8 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und besteht aus Diagrammen, die jeweils eine Struktur einer Flachstrahlerzeugungsantenne zeigen.
9 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer Flachstrahlerzeugungsantenne auf der Sendeseite.
10 zeigt die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Konfiguration der Flachstrahlerzeugungsantenne auf der Empfangsseite.
11 zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und besteht aus Diagrammen, die jeweils eine Struktur einer Flachstrahlerzeugungsantenne zeigen.
12 zeigt eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Blockdiagramm eines fahrzeuginternen Systems mit einem Radar, das eine Flachstrahlerzeugungsantenne umfasst.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird die beste Art zum Ausführen der vorliegenden Erfindung auf der Basis der Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Es ist zu beachten, dass in jeder Zeichnung zum Erläutern der besten Art zum Ausführen der vorliegenden Erfindung auf Elemente mit den gleichen Funktionen die gleichen Zeichen folgen und auf deren wiederholte Erklärung verzichtet wird.
Erste Ausführungsform
1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und besteht aus Diagrammen, die jeweils eine Struktur einer Flachstrahlerzeugungsantenne zeigen. Zudem ist 2A eine Draufsicht auf ein dielektrisches Substrat.
Bei der in 1 und 2A gezeigten Antenne ist eine erste Strahlungseinheit 110a in dem Mittelabschnitt einer ersten Ebene (einer Ebene auf der rechten Seite in der Zeichnung) eines dielektrischen Substrats 100 ausgebildet. Zusätzlich ist eine erste Leitereinheit 120a auf einer ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 ausgebildet und eine zweite Leitereinheit 130a auf einer zweiten Ebene auf der Seite, die der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 gegenüberliegt, ausgebildet. Zudem ist ein Verbindungselement 400a bereitgestellt, um einen Leiter der ersten Ebene und einen Leiter der zweiten Ebene des dielektrischen Substrats 100 zu verbinden.
Ein erstes Horn 200a, dessen innere Oberfläche zumindest unter Verwendung eines Leiters ausgebildet ist, ist an der ersten ebenen Seite des dielektrischen Substrats 100 angebracht, und eine erste dielektrische Linse 300a mit einer gekrümmten Linsenebene, deren Anzahl gleich derjenigen der Strahlungseinheiten ist, ist um eine strahlungsseitige Öffnung (die rechte Seite in der Zeichnung) des ersten Horns (Wellenleiters) 200a angeordnet.
Das erste Horn 200a ist ein Wellenleiter und ist in einer sich verjüngenden Form ausgebildet, um Radiowellen abzustrahlen. Der Querschnitt des ersten Horns 200a vergrößert sich monoton von dem proximalen Ende auf der Seite der ersten Strahlungseinheit 110a zu dem Öffnungsende hin, an dem die erste dielektrische Linse 300a angeordnet ist.
Die erste dielektrische Linse 300a bildet eine gekrümmte Ebene in einer konvexen Form auf der Seite (der Einfallsebenenseite), die der ersten Strahlungseinheit 110a zugewandt ist. Eine flache Ebene auf der Strahlungsebenenseite der ersten dielektrischen Linse 300a ist eine geneigte Ebene 310a mit einem vorbestimmten Winkel α in Bezug auf eine Öffnungsebene C1-C1' des Horns 200a. Mit anderen Worten weist die Strahlungsebene der ersten dielektrischen Linse 300a eine Ebenenorientierung auf, die sich von der flachen Ebene, die senkrecht zu der Strahlungsrichtung von Radiowellen (Strahlen) liegt, unterscheidet. Es ist zu beachten, dass die Ebenenorientierung die Normalenrichtung der Strahlungsebene ist. Ein Radar (eine Radarvorrichtung oder ein Radarsystem) für Kraftfahrzeuge weist eine geneigte Ebene auf, die in Bezug auf die vertikale Achse gedreht ist, um den Sichtwinkel in der horizontalen Richtung zu vergrößern.
Eine erste virtuelle Linie (eine vertikale Mittellinie) A1-A1' ist eine Linie, die durch die Mitte der strahlungsseitigen Öffnung des ersten Horns 200a verläuft und die kürzeste Länge hat, und eine zweite virtuelle Linie (eine horizontale Mittellinie). B1-B1' ist eine Linie, die durch die Mitte der ersten virtuellen Linie A1-A1' verläuft und orthogonal zu der ersten virtuellen Linie A1-A1' ist.
In der Antenne der ersten Ausführungsform ist eine Hälfte der ersten virtuellen Linie A1-A1' (nämlich die Länge einer strahlungsseitigen Öffnung in der A1-A1'-Richtung) länger als eine zweite virtuelle Linie B1-B1'. Das heißt, die strahlungsseitige Öffnung des ersten Horns 200a in der Ausführungsform hat eine rechteckige Form, bei der die Richtung (die vertikale Richtung) der ersten virtuellen Linie A1-A1' länger ist als die Richtung (die horizontale Richtung) der zweiten virtuellen Linie B1-B1' ist.
(A) von 1 zeigt die Form der Antenne der ersten Ausführungsform, wenn sie von der strahlungsseitigen Öffnungsseite des ersten Horns 200a betrachtet wird. Zudem zeigt (B) von 1 die Querschnittsform der Antenne der ersten Ausführungsform entlang der ersten virtuellen Linie A1-A1'. Weiterhin zeigt (C) von 1 die Querschnittsform der Antenne der ersten Ausführungsform entlang einer dritten virtuellen Linie B1-B1'. (D) von 1 zeigt eine Innenfläche des Horns 200a in einem Überblick von der strahlungsseitigen Öffnungsseite des ersten Horns 200a aus.
2A zeigt die Form des dielektrischen Substrats 100 bei Betrachtung von der Seite einer ersten Ebene (einer ersten Leitereinheit 120a) aus. In der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 weist die erste Leitereinheit 120a einen Durchdringungsteil auf, der so ausgebildet ist, dass er die erste Strahlungseinheit 110a umgibt, während er von der ersten Strahlungseinheit 110a durch einen festen Abstand getrennt ist.
Die erste Leitereinheit 120a ist über das Verbindungselement 400a elektrisch mit einer zweiten Leitereinheit 130a verbunden, die auf einer zweiten Ebene des dielektrischen Substrats 100 ausgebildet ist. Dementsprechend fungieren sowohl die erste Leitereinheit 120a als auch die zweite Leitereinheit 130a als Bezugspotentialebene der ersten Strahlungseinheit 110a. Die erste Strahlungseinheit 110a fungiert als Patchantenne und strahlt Radiowellen von der Seite der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 aus. Es ist zu beachten, dass jedes der Intervalle, in denen die Verbindungselemente 400a angeordnet sind, wünschenswerterweise kürzer als ein Viertel der Wellenlänge von Radiowellen, die in dem dielektrischen Substrat 100 verwendet werden, ist.
2B ist ein Diagramm zum Darstellen des dielektrischen Substrats 100 in dem Fall, in dem die erste Strahlungseinheit 110a mit einer Einspeisung versehen ist. Das Diagramm zeigt ähnlich wie 2A die Form der ersten Strahlungseinheit 110a bei Betrachtung von der Seite der ersten Ebene (der ersten Leitereinheit 120a).
Bei der in 2B gezeigten Antenne ist die erste Strahlungseinheit 110a mit einer ersten Speiseleitung 140a verbunden. Die erste Leitereinheit 120a weist einen Durchdringungsteil auf, der so ausgebildet ist, dass er die erste Strahlungseinheit 110a umgibt, während er von der ersten Strahlungseinheit 110a und der ersten Speiseleitung 140a durch einen festen Abstand getrennt ist. Bei einer solchen Struktur wird die Energie der abzustrahlenden Radiowellen über die erste Speiseleitung 140a an die erste Strahlungseinheit 110a geliefert.
Eine strahlungsquellenseitige Öffnung, die auf der Seite gegenüber der strahlungsseitigen Öffnung des ersten Horns 200a in der Radiowellenausbreitungsrichtung angeordnet ist, ist mit der Seite der ersten Ebene (der ersten Leitereinheit 120a) des dielektrischen Substrats 100 so verbunden, dass sie die erste Strahlungseinheit 110a enthält, und die erste Strahlungseinheit 110a ist an einer Position angeordnet, die beinahe mit der Fokusposition der gekrümmten Linsenebene der ersten dielektrischen Linse 300a übereinstimmt.
Wenn die erste dielektrische Linse 300a mit der gekrümmten Linsenebene in der Richtung (der Einfallsebene) der strahlungsquellenseitigen Öffnung konvex ausgebildet ist, kann die Länge von der strahlungsquellenseitigen Öffnung (Seite der ersten Leitereinheit 120a) des ersten Horns 200a zu der strahlungsseitigen Öffnung verkürzt werden, so dass die Radiowellenphasen in einem C1-C1'-Querschnitt (siehe 1), der der Öffnungsebene des ersten Horns 200a entspricht, ungefähr parallel zueinander liegen können und die Antenne verkleinert werden kann.
Die konvexe Ebene der ersten dielektrischen Linse 300a kann aus einer gekrümmten Ebene unter Verwendung einer Hyperbelfunktion in der Al-A1'-Richtung (siehe 1) so ausgebildet werden, dass die Radiowellenphasen in einem C1-C1'-Querschnitt, der der Öffnungsebene des ersten Horns 200a entspricht, parallel zueinander sein können. Die konvexe Ebene der ersten dielektrischen Linse 300a ist aus einer gekrümmten Ebene unter Verwendung der Hyperbelfunktion auch in der B1-B1'-Richtung so ausgebildet (siehe 1), dass die Radiowellenphasenebenen in einem C1-C1'-Querschnitt parallel zueinander sein können.
Da das erste Horn 200a einen flachen Strahl erzeugt, der sich in der horizontalen Richtung aufspreizt, ist der Neigungswinkel von der ersten Strahlungseinheit 110a zu der Öffnungsebene C1-C1' des ersten Horns 200a in der B1-B1'-Richtung aufgrund des Verhältnisses vertikalen/horizontalen Seiten der rechteckigen Öffnungsebene kleiner als der in der A1-A1'-Richtung.
Die konvexe Ebene der ersten dielektrischen Linse 300a kann eine gekrümmte Ebene sein, die eine Rotationshyperbelfunktion verwendet, wobei angenommen wird, dass eine Schnittpunkt zwischen A1-A1' und B1-B1', der die optische Achse der Linse ist, eine Achse ist Um die Dicke der Linse an dem Eckteil der Wellenleiteröffnungsebene sicherzustellen, können sich die Koeffizienten der Hyperbelfunktionen der gekrümmten Ebene jedoch in der A1-A1'-Richtung und der B1-B1'-Richtung voneinander unterscheiden.
Zusätzlich kann die konvexe Ebene der ersten dielektrischen Linse 300a in dem Fall, in dem eine Kugelwelle, die sich in dem ersten Horn 200a ausbreitet, in dem Neigungswinkel in der B1-B1'-Richtung schmal ist (beispielsweise 40 Grad oder weniger) und die Kugelwellenphasenebene in der B1-B1'-Richtung ungefähr flach ist, eine zylindrische gekrümmte Ebene sein, die eine gekrümmte Ebene ist, auf der die Hyperbelfunktion nur in der A1-A1'-Richtung erfüllt ist.
Es ist zu beachten, dass die Brechungswirkung in der ersten dielektrischen Linse 300a in der ersten Ausführungsform ähnlich wie bei Licht, das eine elektromagnetische Welle ist, deren Wellenlänge kurz ist, gehandhabt werden kann und somit die Achse in der Ausbreitungsrichtung der ersten dielektrischen Linse 300a als optische Achse behandelt wird.
Als Nächstes werden Funktionen der Antenne der ersten Ausführungsform beschrieben. Radiowellen, die von der ersten Strahlungseinheit 110a abgestrahlt werden, breiten sich in dem ersten Horn 200a aus und werden nach dem Durchlaufen der ersten dielektrischen Linse 300a in den Raum abgestrahlt.
Radiowellen in einer halbkugelartigen Ebenenform werden von der ersten Strahlungseinheit 110a, die in einer Patchantennenform ausgebildet ist, abgestrahlt, durchlaufen den sich verjüngenden Raum der Innenfläche des ersten Horns 200a, während sie die kugelartige Ebenenform beibehalten, und die Kugelwellen werden durch die konvexe Ebene auf der Einfallsebenenseite der ersten dielektrischen Linse 300a in flache ebene Wellen umgewandelt.
Die Radiowellen in der Öffnungsebene C1-C1' des ersten Horns 200a breiten sich senkrecht zur Öffnungsebene C1-C1' aus, weil die Radiowellen durch die konvexe ebene Form der Einfallsebene der ersten dielektrischen Linse 300a in flache ebene Wellen umgewandelt werden.
In dem Fall, in dem die Normalenrichtung der geneigten Ebene 310a als Strahlungsebene der dielektrischen Linse 300a dem Winkel α entspricht (siehe 1), werden die Radiowellen mit der (n-1) × α (n: Brechungsindex n = (er) 1/2, der auf der Grundlage der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Linse erhalten wird) entsprechenden Winkelorientierung der Radiowellenausbreitungsrichtung, die von der geneigten Ebene der dielektrischen Linse gemäß dem Snellius-Gesetz abgestrahlt wird, abgestrahlt.
Ein Graph der Strahlungseigenschaften, die durch Durchführen einer Analyse des elektromagnetischen Feldes für die Antenne der ersten Ausführungsform erhalten wurden, ist in 3A gezeigt, und ein Beispiel eines Orientierungswinkels, bei dem der maximale Antennenverstärkungswert und die maximale Verstärkung erhalten werden können, ist in 3B gezeigt. Ein Prisma mit einem dreieckigen Querschnitt, das von der Hornöffnungsebene C1-C1' und der Strahlungsebene D1-D1' der dielektrischen Linse 300a umgeben ist, wird durch den Winkel α der geneigten Ebene gebildet.
Die Höhe des Prismas entspricht einem Wert, der durch Multiplizieren der virtuellen Linie B1-B1' (siehe 1) mit tan (α) erhalten wird. Wenn die Höhe des Prismas 0 mm beträgt (Winkel α = 0 Grad), ist die Öffnungsebene gleich der Normalenrichtung der geneigten Ebene der Linsenstrahlung. Somit können solche Antennenstrahlungseigenschaften erhalten werden, dass der maximale Verstärkungswert um eine Strahlungswinkelorientierung von 0 Grad erhalten werden kann.
Wie es in 3B gezeigt ist, darf die geneigte Ebene D1-D1' den Winkel α haben, um die Höhe des Prismas zu erhöhen, so dass die Strahlungswinkelorientierung, bei der der maximale Verstärkungswert erhalten werden kann, in eine Weitwinkelrichtung verschoben wird. Wenn die Höhe des Prismas 3 mm beträgt, können solche Antenneneigenschaften erhalten werden, dass die Verstärkung bei einer Strahlungswinkelorientierung von 15 Grad maximiert wird. Wenn der maximale Antennenverstärkungswinkel in eine Weitwinkelrichtung verschoben wird, wird der maximale Antennenverstärkungswert verringert, aber die Antennenhalbwertsbreite wird vergrößert. Dies liegt daran, dass Radiowellen aus der C1-D1Seitenfläche der Prismenform entweichen und abgestrahlt werden. Wenn die Höhe des Prismas 2 mm beträgt, beträgt der maximale Antennenverstärkungswinkel 8 Grad und eine Verstärkungsverbesserung von ungefähr 8 dB kann bei einer Strahlungswinkelorientierung von 30 Grad erhalten werden.
Die Strahlungsebenen-Neigungsebene D1-D1' der dielektrischen Linse 300a kann so ausgelegt sein, dass sie den Winkel α in Bezug auf die Hornöffnungsebene C1-C1' aufweist, und eine Trapezform, bei der die Seite auf der C1-D1-Seite einen endlichen Wert aufweist, kann verwendet werden.
4A und 4B zeigen jeweils die Form des ersten Horns 200a bei Betrachtung von der strahlungsseitigen Öffnungsseite aus. Bei der in 1 gezeigten Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne ist die Form der strahlungsseitigen Öffnung des ersten Horns 200a unter Verwendung von vier linearen Seiten ausgebildet.
Bei der in 4A gezeigten Antenne ist die Form der strahlungsseitigen Öffnung des ersten Horns 200a so ausgebildet, dass die Richtung der ersten virtuellen Linie A1-A1' länger ist als die der dritten virtuellen Linie B1-B1' und vier Ecken in einer gekrümmten Form (einem Viereck mit runden Ecken) ausgebildet sind.
Zudem ist bei der in 4B gezeigten Antenne die Form der strahlungsseitigen Öffnung des ersten Horns 200a in einer elliptischen Form ausgebildet, bei der die langen Seiten in Richtung der ersten virtuellen Linie A1-A1' länger sind als die kurzen Seiten in Richtung der dritten virtuellen Linie B1-B1'.
Als die Form der strahlungsseitigen Öffnung des ersten Horns 200a der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung kann die in 1 und 2 gezeigte rechteckige Form oder die Form, die die gekrümmten Teile enthält, die jeweils in 4A und 4B gezeigt sind, gemäß der Einfachheit der Herstellung und den Strahlungsmustern des zu erzeugenden flachen Strahls ausgewählt werden.
Wie es oben beschrieben ist, weist die geneigte Ebene 310a als Strahlungsebene der dielektrischen Linse 300a in der ersten Ausführungsform eine Ebenenorientierung (die Normalenrichtung einer Ebene) auf, die sich von der der flachen Ebene, die orthogonal zur Strahlungsrichtung von Radiowellen (Strahlen) liegt, unterscheidet, so dass die Radiowellen in eine gewünschte Strahlungsrichtung abgestrahlt werden. Zudem ist die geneigte Ebene 310a als Strahlungsebene um einen vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht (orthogonal) zu der Strahlungsrichtung der Radiowellen liegt, an einer vorbestimmten Position auf der Strahlungsrichtungsseite der Radiowellen in Bezug auf die Öffnungsebene des ersten Horns 200a geneigt, so dass die Radiowellen in einem gewünschten Winkel abgestrahlt werden können. Mehrere Strahlen in verschiedenen Strahlungsrichtungen (Orientierungen) können erzeugt werden, indem mehrere Antennen der ersten Ausführungsform so angeordnet werden, dass sich die Richtung der schiefen Ebene 310a unterscheidet.
Zweite Ausführungsform
5 besteht aus Strukturdiagrammen einer Hornantenne zur Erzeugung eines flachen Strahls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der in 5 gezeigten Antenne sind eine erste Strahlungseinheit 110a, eine zweite Strahlungseinheit 110b und eine dritte Strahlungseinheit 110c auf einer ersten Ebene eines dielektrischen Substrats 100 ausgebildet.
Eine erste Leitereinheit 120a ist auf der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 ausgebildet und eine zweite Leitereinheit 130a ist auf einer zweiten Ebene auf der Seite gegenüber der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 ausgebildet. Zudem ist ein Verbindungselement 400a ausgebildet, um einen Leiter der ersten Ebene und einen Leiter der zweiten Ebene des dielektrischen Substrats 100 zu verbinden. Ein erstes Horn 200a, ein zweites Horn 200b und ein drittes Horn 200c, deren innere Oberflächen zumindest unter Verwendung eines Leiters ausgebildet sind, sind auf der Seite der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 ausgebildet. Eine erste dielektrische Linse 301a, eine zweite dielektrische Linse 301b und eine dritte dielektrische Linse 301c mit gekrümmten Linsenebenen, deren Anzahl derjenigen von Strahlungseinheiten entspricht, sind jeweils um die strahlungsseitigen Öffnungen der Hörner 200a bis 200c herum angeordnet.
Das erste Horn 200a ist ein Wellenleiter und ist in einer sich verjüngenden Form ausgebildet, um Radiowellen abzustrahlen. Das zweite Horn 200b und das dritte Horn 200c sind ebenso Wellenleiter, die in einer sich verjüngenden Form ausgebildet sind, um Radiowellen abzustrahlen.
Die erste dielektrische Linse 301a bildet eine konvexe ebene Form, die der Strahlungseinheit in der Richtung auf der Strahlungseinheitenseite (der Einfallsebenenseite) zugewandt ist. Auf der Strahlungsebenenseite der ersten dielektrischen Linse 301a ist eine geneigte Ebene 310a bereitgestellt, die einen vorbestimmten Winkel α aufweist, der sich von der Normalenrichtung einer Öffnungsebene C1-C1' des ersten Horns 200a unterscheidet. Es ist zu beachten, dass die konvexen Ebenenformen auf den Einfallsebenenseiten der ersten dielektrischen Linse 301a bis dritten dielektrischen Linse 301c die gleichen sind wie bei der ersten Ausführungsform.
Die zweite dielektrische Linse 301b bildet eine konvexe ebene Form, die der Strahlungseinheit in der Richtung auf der Strahlungseinheitenseite (der Einfallsebenenseite) zugewandt ist. Auf der Strahlungsebenenseite der zweiten dielektrischen Linse 301b ist eine geneigte Ebene 310b bereitgestellt, die einen vorbestimmten Winkel α aufweist, der sich von der Normalenrichtung einer Öffnungsebene C1-C1' des zweiten Horns 200b unterscheidet.
Die dritte dielektrische Linse 301c bildet eine konvexe ebene Form, die der Strahlungseinheit in der Richtung auf der Strahlungseinheitenseite (der Einfallsebenenseite) zugewandt ist. Auf der Strahlungsebenenseite der dritten dielektrischen Linse 301c ist eine flache Ebene 310c, die parallel zu einer Öffnungsebene C1-C1' des dritten Horns 200c ist, bereitgestellt.
Als Nächstes werden Funktionen der Antenne der zweiten Ausführungsform beschrieben. Radiowellen, die von der ersten Strahlungseinheit 110a abgestrahlt werden, breiten sich in dem ersten Horn 200a aus und werden von der geneigten Ebene 310a der dielektrischen Linse in den Raum abgestrahlt, nachdem sie die erste dielektrische Linse 301a durchlaufen haben.
Radiowellen, die von der zweiten Strahlungseinheit 110b abgestrahlt werden, breiten sich in dem zweiten Horn 200b aus und werden von der geneigten Ebene 310b der zweiten dielektrischen Linse 301b in den Raum abgestrahlt, nachdem sie die zweite dielektrische Linse 301b durchlaufen haben.
Radiowellen, die aus der dritten Strahlungseinheit 110c abgestrahlt werden, breiten sich in dem dritten Horn 200c aus und werden von einer Ebene, die parallel zu einer Öffnungsebene C1-C1' des dritten Horns 200c der dritten dielektrischen Linse 301c ist, in den Raum abgestrahlt, nachdem sie die dritte dielektrische Linse 301c durchlaufen haben. Die Phasen der Radiowellen in einer sphärischen Ebenenform, die von der ersten bis dritten Strahlungseinheit 110a, 110b und 110c ausgestrahlt werden, werden durch die dielektrischen Linsen in einer konvexen Form, die in den Öffnungsebenen des ersten Horns 200a, des zweiten Horns 200b und des dritten Horns 200c bereitgestellt ist, zu flachen ebenen Wellen angepasst und breiten sich senkrecht zu der flachen Ebene C1-C1' der Öffnungsebene des Horns 200 aus.
Wie es in 6B gezeigt ist, werden die Radiowellen aus der ersten Strahlungseinheit 110a, die die geneigte Ebene 310a durchlaufen, die in der Zeichnung nach rechts oben geneigt ist, in die rechte Richtung gebrochen, die Radiowellen aus der zweiten Strahlungseinheit 110b, die die geneigte Ebene 310b durchlaufen, die nach links oben geneigt ist, nach links gebrochen, und die Radiowellen aus der dritten Strahlungseinheit 110c werden senkrecht aus einer Ebene, die parallel zu der flachen Ebene C1-C1' der Öffnungsebene der dielektrischen Linse ist, abgestrahlt.
Ein Graph der Strahlungseigenschaften, die durch Durchführen einer Analyse des elektromagnetischen Feldes für die Antenne der in 5 gezeigten zweiten Ausführungsform erhalten wird, ist in 6A gezeigt. Die von der ersten Strahlungseinheit 110a abgestrahlten Radiowellen zeigen eine Antennenstrahlungscharakteristik mit einem Orientierungswinkel der maximalen Verstärkung von +8 Grad, die Radiowellen aus der zweiten Strahlungseinheit 110b zeigen eine Antennenstrahlungscharakteristik mit einem Orientierungswinkel der maximalen Verstärkung von -8 Grad und die Radiowellen aus der dritten Strahlungseinheit 110c zeigen eine Antennenstrahlungscharakteristik mit einem Orientierungswinkel der maximalen Verstärkung von 0 Grad.
Insbesondere kann die Größe der Öffnungsebene des dritten Horns 200c größer als die des ersten Horns 200a und des zweiten Horns 200b gemacht werden, um eine maximale Detektionsentfernung von 250 m oder mehr durch ein Radar in der Vorwärtsrichtung für die aus der dritten Strahlungseinheit 110c abgestrahlten Radiowellen zu verwirklichen.
Bei der Antenne, die unter Verwendung von drei Strahlungseinheiten 110, drei Hörnern 200 und drei dielektrischen Linsen 300a, die auf dem dielektrischen Substrat 100 ausgebildet sind, ausgebildet ist, sind Mehrstrahlcharakteristiken mit drei Richtwirkungen bereitgestellt, die Antennenverstärkung ist in Winkelorientierungen von ±30 Grad um 13 dB oder mehr im Vergleich zu Antennenstrahlungseigenschaften in einer Winkelorientierung von 0 Grad durch die Strahlungseinheit 100c verbessert und die Antenne trägt zur Vergrößerung der Detektionsentfernung des Radars in der Vorwärtsrichtung und der Weitwinkelrichtung bei.
Bei der in der zweiten Ausführungsform gezeigten Antennenkonfiguration ist die Öffnungsebene jedes Wellenleiters, der in jedem Horn 200 ausgebildet ist, auf der flachen Ebene C1-C1' vereinheitlicht. Somit können die dielektrischen Linsen, die mit mehreren konvexen Ebenen und geneigten Ebenen versehen sind, durch einfache Bearbeitungsmittel wie Spritzgießen dünn ausgebildet und verkleinert werden. Außerdem tritt infolge der Vereinheitlichung der Öffnungsebene jedes Wellenleiters auf der flachen Ebene C1-C1' kaum Beugung auf, da es keinen unnötig leitenden Vorsprung gibt, und es ist daher möglich, den Einfluss auf die Antennenstrahlungseigenschaften der Strahlungseinheiten, die benachbart zueinander sind, zu verringern.
7 zeigt eine zweite Antennenkonfiguration zum Verwirklichen der zweiten Ausführungsform. Bei der in 7 gezeigten Antenne sind eine erste Strahlungseinheit 110a, eine zweite Strahlungseinheit 110b und eine dritte Strahlungseinheit 110c auf einer ersten Ebene eines dielektrischen Substrats 100 ausgebildet.
Die zweite Strahlungseinheit 110b, die dritte Strahlungseinheit 110c und die erste Strahlungseinheit 110a sind in der Zeichnung von links aus angeordnet und ein zweites Horn 200b, ein drittes Horn 200c und ein erstes Horn 200a, deren innere Oberflächen zumindest unter Verwendung eines Leiters ausgebildet sind, sind von links auf der Seite der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 angeordnet.
Um eine strahlungsseitige Öffnung des zweiten Horns 200b herum ist eine zweite dielektrische Linse 301b mit einer konvexen gekrümmten Linsenebene angeordnet, deren Anzahl der Anzahl von Strahlungseinheiten entspricht. Auf der Strahlungsebenenseite der zweiten dielektrischen Linse 301b ist eine geneigte Ebene 310b bereitgestellt, die einen vorbestimmten Winkel α aufweist, der sich von der Normalenrichtung einer Öffnungsebene C1-C1' des zweiten Horns 200b unterscheidet.
Eine dritte dielektrische Linse 301c mit einer konvexen gekrümmten Linsenebene, deren Anzahl der Anzahl von Strahlungseinheiten entspricht, ist um eine strahlungsseitige Öffnung des dritten Horns 200c herum angeordnet, das sich in der Mitte befindet. Auf der Strahlungsebenenseite der dritten dielektrischen Linse 301c ist eine flache Ebene 310c, die parallel zu einer Öffnungsebene C1-C1' des dritten Horns 200c ist, bereitgestellt.
Eine erste dielektrische Linse 301a mit einer konvexen gekrümmten Linsenebene, deren Anzahl der Anzahl von Strahlungseinheiten entspricht, ist um eine strahlungsseitige Öffnung des ersten Horns 200a herum angeordnet, das sich auf der rechten Seite der Zeichnung befindet. Auf der Strahlungsebenenseite der ersten dielektrischen Linse 301a ist eine geneigte Ebene 310a bereitgestellt, die einen vorbestimmten Winkel α aufweist, der sich von der Normalenrichtung einer Öffnungsebene C1-C1' des ersten Horns 200a unterscheidet.
Wenn der Einfluss der benachbarten Strahlungseinheiten auf die Antennenstrahlungseigenschaften aufgrund der geneigten Ebene 310a der ersten dielektrischen Linse 301a und der Prismenform der zweiten dielektrischen Linse 301b gering ist, kann die in 7 gezeigte Antennenanordnung verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass oben ein Beispiel der Unterteilung in drei dielektrische Linsen 301a bis 301c gezeigt ist, aber die erste dielektrische Linse 301a, die zweite dielektrische Linse 301b und die dritte dielektrische Linse 301c einstückig ausgebildet sein können.
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform wird die Strahlungsebene der ersten dielektrischen Linse 301a unter Verwendung der geneigten Ebene 310a, deren vorbestimmter Winkel α sich von der Normalenrichtung (der flachen Ebene senkrecht zur Strahlungsrichtung des Strahls) der Öffnungsebene C1-C1' des ersten Horns 200a unterscheidet, ausgebildet, die Strahlungsebene der zweiten dielektrischen Linse 301b unter Verwendung der geneigten Ebene 310ba, deren vorbestimmter Winkel α sich von der Normalenrichtung (der flachen Ebene senkrecht zur Strahlungsrichtung des Strahls) der Öffnungsebene C1-C1' des ersten Horns 200a unterscheidet und deren Ebenenorientierung sich von der der geneigten Ebene 310a unterscheidet, ausgebildet und die Strahlungsebene der dritten dielektrischen Linse 301c wird unter Verwendung der flachen Ebene 310c, die parallel zu der Öffnungsebene C1-C1' des ersten Horns 200a ist, ausgebildet.
Außerdem kann eine Antenne mit hoher Verstärkung, bei der mehrere Strahlen in unterschiedlichen Strahlungsrichtungen erzeugt werden können, kostengünstig hergestellt und verkleinert werden, indem die Öffnungsebenen des ersten bis dritten Horns 200a bis 200c auf derselben flachen Ebene ausgerichtet werden.
Dritte Ausführungsform
8 besteht aus Strukturdiagrammen einer Hornantenne zur Erzeugung eines flachen Strahls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der in 8 gezeigten Antenne sind eine erste Strahlungseinheit 110a und eine zweite Strahlungseinheit 110b auf einer ersten Ebene eines dielektrischen Substrats 100 ausgebildet.
Zudem ist eine erste Leitereinheit 120a auf der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 ausgebildet und eine zweite Leitereinheit 130a ist auf einer zweiten Ebene auf der Seite gegenüber der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 ausgebildet. Die erste Leitereinheit 120a ist über ein Verbindungselement 400a elektrisch mit der zweiten Leitereinheit 130a, die auf der zweiten Ebene des dielektrischen Substrats 100 ausgebildet ist, verbunden.
Dementsprechend fungieren die erste Leitereinheit 120a und die zweite Leitereinheit 130a als Bezugspotentialebenen einer ersten Strahlungseinheit 110a und einer zweiten Strahlungseinheit 110b und die erste Strahlungseinheit 110a und die zweite Strahlungseinheit 110b fungieren als Patchantennen zum Abstrahlen von Radiowellen aus der Seite der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100.
Ein erstes Horn 200d, dessen innere Oberfläche zumindest unter Verwendung eines Leiters ausgebildet ist, ist an der ersten ebenen Seite des dielektrischen Substrats 100 angebracht und eine erste dielektrische Linse 300b mit einer gekrümmten Linsenebene ist um eine strahlungsseitige Öffnung des ersten Horns 200d herum angeordnet.
Das erste Horn 200d ist ein Wellenleiter und ist in einer Form mit zwei Kegeln ausgebildet, um Radiowellen aus den zwei Strahlungseinheiten abzustrahlen. Auf der Strahlungsquellenseite des ersten Horns 200d sind eine erste Öffnung, die die erste Strahlungseinheit 110a umgibt, und eine zweite Öffnung, die die zweite Strahlungseinheit 110b umgibt, bereitgestellt und eine strahlungsseitige Öffnung weist eine Öffnung auf, an der die erste dielektrische Linse 300b angebracht ist. Es ist zu beachten, dass ein Vorsprungsteil 200e zwischen der ersten Strahlungseinheit 110a und der zweiten Strahlungseinheit 110b ausgebildet ist, wie es später beschrieben wird, und zwei zu der Strahlungsseite hin vergrößerte Hörner innerhalb des ersten Horns 200d ausgebildet sind.
Die erste dielektrische Linse 300b bildet eine konvexe Ebenenform, deren Anzahl derjenigen von Strahlungseinheiten in der Richtung auf der Seite der ersten Strahlungseinheit 110a (der Einfallsebenenseite) entspricht. Eine flache Ebene auf der Seite der Strahlungsebene der ersten dielektrischen Linse 300b ist eine geneigte Ebene 310a mit einem vorbestimmten Winkel α, der sich von der Normalenrichtung einer Öffnungsebene C1-C1' des Horns 200d unterscheidet.
Die erste dielektrische Linse 300b weist eine erste gekrümmte Linsenebene 302a mit einer zu der ersten Strahlungseinheit 110a hin in einer konvexen Form ausgebildeten gekrümmten Ebene und eine zweite gekrümmte Linsenebene 302b mit einer zu der zweiten Strahlungseinheit 110b hin in einer konvexen Form ausgebildeten gekrümmten Ebene auf.
Die optische Achse der ersten gekrümmten Linsenebene 302a kann auf die gleiche Achse wie die Normale, die durch die Mitte der ersten Strahlungseinheit 110a verläuft, die als erste Ebene dient, eingestellt sein und entspricht beispielsweise F1a-F1a' in der Zeichnung. Die optische Achse der zweiten gekrümmten Linsenebene 302b kann auf die gleiche Achse wie die Normale, die durch die Mitte der zweiten Strahlungseinheit 110b verläuft, die als erste Ebene dient, eingestellt sein und entspricht beispielsweise F1b-F1b' in der Zeichnung.
Die Antenne der dritten Ausführungsform mit einer solchen Konfiguration strahlt Radiowellen im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse F1a-F1a' der ersten gekrümmten Linsenebene 302a der ersten dielektrischen Linse 300b und der optischen Achse F1b-F1b' der zweiten gekrümmten Linsenebene 302b ab.
Eine erste virtuelle Linie (eine vertikale Mittellinie) A1-A1' ist eine Linie, die durch die Mitte der strahlungsseitigen Öffnung des ersten Horns 200d verläuft und die kürzeste Länge hat, und eine zweite virtuelle Linie (eine horizontale Mittellinie) B1-B1' ist eine Linie, die durch die Mitte der ersten virtuellen Linie A1-A1' verläuft und orthogonal zu der ersten virtuellen Linie A1-A1' ist.
Eine dritte virtuelle Linie E1a-E1a' ist eine Linie, die durch einen Schnittpunkt zwischen der ersten virtuellen Linie A1-A1' und der optischen Achse F1a-F1a' der ersten gekrümmten Linsenebene 302a verläuft und orthogonal zu der ersten virtuellen Linie A1-A1' ist. Eine vierte virtuelle Linie E1b-E1b' ist eine Linie, die durch einen Schnittpunkt zwischen der ersten virtuellen Linie A1-A1' und der optischen Achse F1b-F1b'der zweiten gekrümmten Linsenebene 302b verläuft und orthogonal zu der ersten virtuellen Linie A1-A1' ist.
(A) von 8 zeigt die Form der Antenne der dritten Ausführungsform bei Betrachtung von der strahlungsseitigen Öffnungsseite des ersten Horns 200d aus. Zudem zeigt (B) von 8 die Querschnittsform der Antenne der dritten Ausführungsform entlang der ersten virtuellen Linie A1-A1'. Außerdem zeigt (C) von 8 die Querschnittsform der Antenne der dritten Ausführungsform entlang der dritten virtuellen Linie E1b-E1b'. (D) von 8 zeigt eine Innenfläche des Horns 200d im Überblick von der Antennenöffnungsseite aus.
Bei dem ersten Horn 200d ist der Vorsprungsteil 200e mit einer Ebene angeordnet, die in Bezug auf die optische Achse F1a-F1a' der ersten gekrümmten Linsenebene 302a und die optische Achse F1b-F1b' der zweiten gekrümmten Linsenebene 302b linear symmetrisch zu der Innenfläche des Metallhorns ist.
Das erste Horn 200d hat durch Anordnen des Vorsprungsteils 200e eine Hornform, die symmetrisch zu der zweiten virtuellen Linie B1-B1' als optische Achse ist. Die Antenne der dritten Ausführungsform ist unter Verwendung der ersten Strahlungseinheit 110a, der zweiten Strahlungseinheit 110b, des ersten Horns 200d und des Vorsprungsteils 200e ausgebildet.
Das Potential des ersten Horns 200d und des Vorsprungsteils 200e kann gleich dem Bezugspotential der Strahlungseinheiten sein, indem das erste Horn 200d über die erste Leitereinheit 120a elektrisch mit dem Vorsprungsteil 200e verbunden wird. Somit können die aus der ersten Strahlungseinheit 110a und der zweiten Strahlungseinheit 110b abgestrahlten Radiowellen effizient zu dem ersten Horn 200d übertragen werden.
Ferner sind konvexe Formen in Richtung der strahlungsquellenseitigen Öffnung in der ersten dielektrischen Linse 300b mit mehreren gekrümmten Linsenebenen ausgebildet, so dass die Länge von der strahlungsquellenseitigen Öffnung des ersten Horns 200d zu der strahlungsseitigen Öffnung verringert werden kann und die Antenne verkleinert werden kann. Die erste Strahlungseinheit 110a und die zweite Strahlungseinheit 110b sind an Positionen angeordnet, die in etwa mit der Fokusposition der jeweiligen gekrümmten Linsenebene der ersten dielektrischen Linse 300b übereinstimmen.
In dem Fall, in dem zwei Strahlungseinheiten in der oben beschriebenen Struktur ausgebildet sind, sind zwei gekrümmte Linsenebenen (302a und 302b) in der Richtung (der vertikalen Richtung) der ersten virtuellen Linie A1-A1' des ersten Horns 200d enthalten. Somit beträgt der Durchmesser der gekrümmten Linsenebene, die von einer gekrümmten Linsenebene abgedeckt wird, nur die Hälfte der Öffnungsgröße, und die für die gekrümmte Linsenebene erforderliche Brennweite beträgt ungefähr die Hälfte. Dementsprechend kann eine Verkleinerung der Antenne erleichtert werden.
Als Nächstes werden Funktionen der Antenne der dritten Ausführungsform beschrieben. Radiowellen, die aus der ersten Strahlungseinheit 110a abgestrahlt werden, breiten sich in dem ersten Horn 200d aus und werden in den Raum auf der Strahlungsseite abgestrahlt, nachdem sie die erste gekrümmte Linsenebene 302a und die zweite gekrümmte Linsenebene 302b der ersten dielektrischen Linse 300b durchlaufen haben.
Radiowellen in einer halbkugelartigen Ebenenform werden jeweils von der ersten Strahlungseinheit 110a und der zweiten Strahlungseinheit 110b, die in einer Patchantennenform ausgebildet sind, abgestrahlt und durchlaufen einen sich verjüngenden Raum, der unter Verwendung der Innenfläche des Vorsprungsteils 200e ausgebildet ist, der eine Ebene ist, die symmetrisch zu der Innenfläche des ersten Horns 200d in Bezug auf zwei optische Achsen F1a-F1a' und die optische Achse F1b-F1b' der ersten dielektrischen Linse 300b ist, während sie die Kugelebenenform beibehalten, und die Kugelwellen werden durch die erste gekrümmte Linsenebene 302a und die zweite gekrümmte Linsenebene 302b in flache ebene Wellen umgewandelt.
Die aus der Öffnungsebene der Antenne für Kraftfahrzeuge abgestrahlten Radiowellen müssen die elektrische Energie intensiv auf den Mittelteil der Öffnungsebene verteilen, um unnötige Strahlung zu unterdrücken. Wenn die Höhe des Vorsprungsteils 200e gleich der Öffnung des ersten Horns 200d eingestellt ist, tritt eine Kerbe in der Radiowellenintensität auf der ersten virtuellen Linie A1-A1', die die Mitte der Antennenöffnungsebene ist, auf, weil die Radiowellenintensität an einem Spitzenende des Vorsprungsteils 200e schwach ist.
Die Spitze der Radiowellenintensität wird an der Grenze der in der Zeichnung gezeigten virtuellen Linie B1-B1' in zwei geteilt. Somit kann die elektrische Leistungsverteilung der Öffnungsebene nicht wie die einer Talor-Linienquelle sein und verursacht eine Zunahme unnötiger Strahlung in den Antennenstrahlungseigenschaften.
Wenn die Höhe des Vorsprungsteils 200e niedriger als die Öffnung des ersten Horns 200d auf der Strahlungsquellenseite eingestellt ist, werden Radiowellen vor dem Eintritt in die erste dielektrische Linse 300b an einem Spitzenende des Vorsprungsteils 200e gebeugt. Wenn die Höhe des Vorsprungsteils 200e niedriger als die Öffnung des ersten Horns 200d auf der Strahlungsquellenseite eingestellt ist, wird die Radiowellenintensität auf der virtuellen Linie B1-B1' durch Beugung kompensiert. Dementsprechend werden die Kugelwellen aus zwei Strahlungseinheiten 110a und 110b vor der ersten dielektrischen Linse 300b räumlich synthetisiert, Radiowellenvektoren heben die entgegengesetzten Radiowellenvektoren auf der virtuellen Linie B1-B1' auf und die Radiowellenvektoren in der gleichen Richtung wie der optischen Achse der gekrümmten Linsenebene werden synthetisiert.
Die elektrische Leistungsverteilung wie beispielsweise die Talor-Linienquelle, bei der die Radiowellenintensität in der Mitte der Öffnungsebene in der Öffnung des ersten Horns 200d eine Spitze aufweist, kann durch Einstellen der Höhe (des Rückzugsbetrags von der Öffnungsebene des ersten Horns 200d) des Vorsprungsteils 200e, des relativen Abstands zwischen zwei Strahlungseinheiten 110a und 110b und des Verjüngungswinkels der Hornform des ersten Horns 200d und des Vorsprungsteils 200e erzeugt werden.
Die Radiowellen in der Öffnungsebene C1-C1' des Horns 200d breiten sich in der Richtung senkrecht zu der Öffnungsebene C1-C1' aus, weil die Radiowellen durch die konvexen Ebenenformen der Einfallsebenen (der gekrümmten Linsenebenen 302a und 302b) der dielektrischen Linse 300b in ebene Wellen umgewandelt werden.
Somit werden in dem Fall, in dem die Normalenrichtung der geneigten Ebene der Strahlungsebene (310a) der dielektrischen Linse 300b ein Winkel α ist, die Radiowellen zu der (n-1) × α entsprechenden Winkelorientierung der Radiowellenausbreitungsrichtung, die von der geneigten Ebene der dielektrischen Linse gemäß dem Snellius-Gesetz abgestrahlt wird, abgestrahlt (n: Brechungsindex n = (er) 1/2, der auf der Grundlage der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Linse erhalten wird).
Die Antenne der dritten Ausführungsform mit solchen Funktionen kann unnötige Strahlung unterdrücken, wenn die Antennengröße verringert wird, und kann einen flachen Strahl abstrahlen, dessen Breite in der Richtung (der horizontalen Richtung) der zweiten virtuellen Linie B1-B1' breiter als in der Richtung (der vertikalen Richtung) der ersten virtuellen Linie A1-A1' zu der gewünschten Orientierung (der (n-1) × α entsprechenden Winkelorientierung der Radiowellenausbreitungsrichtung) ist.
Es ist zu beachten, dass die Richtung der elektrischen Feldebene (Richtung der E-Ebene) der aus der ersten Strahlungseinheit 110a und der zweiten Strahlungseinheit 110b ausgestrahlten Radiowellen parallel zu der ersten virtuellen Linie A1-A1' angeordnet ist, so dass die Form des von dem ersten Horn 200d abgestrahlten Strahls leicht in Richtung der ersten virtuellen Linie A1-A1' verengt werden kann und eine gewünschte Strahlform als Antenne, die in Fahrzeugen wie Kraftfahrzeugen montiert ist, erhalten werden kann.
Vierte Ausführungsform
9 zeigt eine vierte Ausführungsform und ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer Flachstrahlerzeugungsantenne auf der Sendeseite. 9 ist ein Blockdiagramm eines Radars mit der in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform gezeigten Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne auf der Sendeseite. In der vierten Ausführungsform wird ein Beispiel einer Radarvorrichtung auf der Sendeseite beschrieben, bei der der Flachstrahlerzeugungsanordnungsantenne über eine Sendeschaltung Elektrizität zugeführt wird.
Das in 9 gezeigte Blockdiagramm des Radars auf der Sendeseite weist eine Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne 10 und eine erste Sendeschaltung 510a auf. Die erste Sendeschaltung 510a hat einen ersten Anschluss 511a, an dem eine erste Strahlungseinheit 110a angeschlossen ist, einen zweiten Anschluss 511b, an dem eine zweite Strahlungseinheit 110b angeschlossen ist, und einen dritten Anschluss 511c, an dem eine dritte Strahlungseinheit 110c angeschlossen ist.
Ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform weist die Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne 10 drei dielektrische Linsen (301a bis 301c) auf, die Radiowellen der ersten Strahlungseinheit 110a bis dritten Strahlungseinheit 110c ablenken, und die Strahlungsebenen der dielektrischen Linsen sind in der Zeichnung durch 310a bis 310c bezeichnet.
Als Nächstes werden Funktionen einer Sendeeinheit des Radars gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben. Ein aus dem ersten Anschluss 511a der ersten Sendeschaltung 510a ausgegebenes Signal wird in die erste Strahlungseinheit 110a eingegeben und als Radiowellen aus einer geneigten Ebene 310a der ersten dielektrischen Linse 301a abgestrahlt.
Ebenso wird ein aus dem zweiten Anschluss 511b der ersten Sendeschaltung 510a ausgegebenes Signal in die zweite Strahlungseinheit 110b eingegeben und als Radiowellen aus einer geneigten Ebene 310b der zweiten dielektrischen Linse 301b abgestrahlt.
Ein aus dem dritten Anschluss 511c der ersten Sendeschaltung 510a ausgegebenes Signal wird in die dritte Strahlungseinheit 110c eingegeben und Radiowellen aus der dritten Strahlungseinheit 110c werden senkrecht aus einer flachen Ebene 310c, die parallel zu einer flachen Ebene C1-C1' der Öffnungsebene der dritten dielektrischen Linse 301c ist, abgestrahlt.
Die Sendeeinheit des Radars mit der Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne der vierten Ausführungsform kann auf ein Radar angewendet werden, das eine Entfernung zu einem Hindernis oder dergleichen oder die relative Geschwindigkeit eines Hindernisses oder dergleichen misst, indem Radiowellen ausschließlich aus einer der ersten bis dritten Strahlungseinheiten 110a, Strahlungseinheiten 110b und Strahlungseinheiten 110c oder durch Abstrahlen von Radiowellen aus zwei oder mehr Strahlungseinheiten abgestrahlt werden.
10 ist ein empfangsseitiges Blockdiagramm eines Radars mit der Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform. Eine Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne 10 und eine erste Empfangsschaltung 520a sind bereitgestellt. Die erste Empfangsschaltung 520a hat einen ersten Anschluss 521a, an den eine erste Strahlungseinheit 110a angeschlossen ist, einen zweiten Anschluss 521b, an den eine zweite Strahlungseinheit 110b angeschlossen ist, und einen dritten Anschluss 521c, an den eine dritte Strahlungseinheit 110c angeschlossen ist.
Als Nächstes werden Funktionen einer Empfangseinheit des Radars gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben. Radiowellen, die aus der geneigten Ebene 310a der ersten dielektrischen Linse 301a einfallen, werden als ein Signal aus der ersten Strahlungseinheit 110a ausgegeben und in den ersten Anschluss 521a der ersten Empfangsschaltung 520a eingegeben.
Ebenso werden Radiowellen, die aus der geneigten Ebene 310b der zweiten dielektrischen Linse 301b einfallen, als ein Signal aus der zweiten Strahlungseinheit 110b ausgegeben und in den zweiten Anschluss 521b der ersten Empfangsschaltung 520a eingegeben.
Radiowellen, die senkrecht aus der flachen Ebene 310c, die parallel zu der flachen Ebene C1-C1' der Öffnungsebene der dritten dielektrischen Linse 301c ist, einfallen, werden als Signal aus der dritten Strahlungseinheit 110c ausgegeben und in den dritten Anschluss 521c der ersten Empfangsschaltung 520a eingegeben.
Die Empfangseinheit des Sensors mit der Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne der vierten Ausführungsform kann auf eine Radarvorrichtung oder ein Radarsystem angewendet werden, das eine Entfernung zu einem Hindernis oder dergleichen oder die relative Geschwindigkeit eines Hindernisses oder dergleichen durch Eingeben von Radiowellen aus der ersten bis dritten Strahlungseinheit 110a, Strahlungseinheit 110b und Strahlungseinheit 110c misst.
Fünfte Ausführungsform
11 zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und besteht aus Diagrammen, die jeweils eine Struktur einer Hornantenne zur Erzeugung eines flachen Strahls zeigen.
Bei der in 1 gezeigten Antenne ist eine erste Strahlungseinheit 110a auf einer ersten Ebene eines dielektrischen Substrats 100 ausgebildet. Zudem ist eine erste Leitereinheit 120a auf der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 ausgebildet und eine zweite Leitereinheit 130a auf einer zweiten Ebene auf der Seite gegenüber der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 ausgebildet.
Ferner ist ein Verbindungselement 400a ausgebildet, um einen Leiter der ersten Ebene und einen Leiter der zweiten Ebene des dielektrischen Substrats 100 zu verbinden. Ein erstes Horn 200a, dessen innere Oberfläche zumindest unter Verwendung eines Leiters ausgebildet ist, ist an der Seite der ersten Ebene des dielektrischen Substrats 100 angebracht, und eine erste dielektrische Linse 300c mit einer gekrümmten Linsenebene 310d, deren Anzahl der der Strahlungseinheiten entspricht, ist um eine strahlungsseitige Öffnung des ersten Horns 200a herum angeordnet.
Das erste Horn 200a ist ein Wellenleiter und ist in einer sich verjüngenden Form ausgebildet, um Radiowellen abzustrahlen. Die erste dielektrische Linse 300c bildet eine konvexe Form in Richtung der Seite der Strahlungseinheit 110a (der Einfallsebenenseite). Die erste dielektrische Linse 300c der fünften Ausführungsform weist eine gekrümmte Linsenebene auf der Strahlungsebenenseite auf.
Als Nächstes werden Funktionen der Antenne der fünften Ausführungsform beschrieben. Wie es in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, breiten sich Radiowellen, die aus der ersten Strahlungseinheit 110a ausgestrahlt werden, senkrecht zu einer Öffnungsebene C1-C1' aus, da die Richtung der Radiowellen auf der Öffnungsebene C1-C1' des Horns 200a durch die konvexe Ebenenform der Einfallsebene der dielektrischen Linse 300c in flache ebene Wellen umgewandelt wird.
Die gekrümmten Linsenebene 310d der dielektrischen Linse 300a auf der Strahlungsseite ist in einer konkaven zylindrischen Form ausgebildet und ihr Kreismittelpunkt ist in der horizontalen Richtung von der optischen Achsenlinie der konvexen Ebene der Einfallsebene verschoben. Eine Ebene, die von der Kreismitte der zylindrischen gekrümmten Ebene vertikal zu der dielektrischen Linse 300c ist, ist parallel zu der Öffnungsebene C1-C1' des ersten Horns 200a.
Die Neigungsgrade der anderen zylindrischen gekrümmten Ebenen unterscheiden sich in Abhängigkeit von dem Abstand zu der Kreismitte und somit werden Radiowellen entsprechend den Neigungsgraden gebrochen. Infolgedessen kann bei der Antenne der fünften Ausführungsform die Halbwertsbreite des Strahls auf der Basis des Grads der gekrümmten Ebene (der dem Radius eines Kreises in der zylindrischen gekrümmten Ebene entspricht) der gekrümmten Linsenebene 310d, die unter Verwendung einer konkaven Ebene ausgebildet ist, geändert werden, während die Winkelorientierung der maximalen Verstärkung in der horizontalen Richtung geneigt wird.
Zudem ist die Einfallsebene der dielektrischen Linse, die in jeder der ersten bis vierten Ausführungsform gezeigt ist, eine konvexe Ebene. Wenn die Einfallsebene eine konkave Ebene ist (das Vorzeichen des Koeffizienten der hyperbolischen Funktion ist umgekehrt), kann jedoch die Phase auf der flachen Ebene C1-C1' der Öffnungsebene des ersten Horns 200a die Wellenfrontkrümmung von Radiowellen, die aus der ersten Strahlungseinheit 110a abgestrahlt werden, weiter komprimieren. Die Halbwertsbreite des Strahls kann durch eine Kombination mit der konkaven Ebene der dielektrischen Linse auf der Strahlungsseite weiter aufgeweitet werden.
Sechste Ausführungsform
12 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Beispiels eines fahrzeuginternen Systems mit einem Radar, das eine Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne einer sechsten Ausführungsform umfasst.
Das fahrzeuginterne System der sechsten Ausführungsform weist Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantennen 10-1 und 10-2 der ersten bis fünften Ausführungsform, Gruppenantennen 11-1 und 11-2, die mehrere dielektrische Linsen 301d, die Radiowellen mit einer flachen Ebene 320 empfangen, aufweisen, eine erste Sendeschaltung 510a, eine erste Empfangsschaltung 520a, eine zweite Empfangsschaltung 520b, eine dritte Empfangsschaltung 520c, eine Signalverarbeitungsschaltung (eine Signalverarbeitungseinheit) 700 und eine Fahrzeugsteuerschaltung (eine Fahrzeugsteuereinheit) 800 auf.
In den Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantennen 10-1, 10-2, 11-1 und 11-2 sind Öffnungsebenen der Hörner 200a bis 200d in derselben flachen Ebene angeordnet.
Eine erste Strahlungseinheit 110a, eine zweite Strahlungseinheit 110b und eine dritte Strahlungseinheit 110c der Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne 10-1 sind mit der ersten Sendeschaltung 510a verbunden. Eine erste Strahlungseinheit (Empfangseinheit) 110d, eine zweite Strahlungseinheit 110e und eine dritte Strahlungseinheit 110f der Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne 10-2 sind mit der ersten Empfangsschaltung 520a verbunden.
Eine erste Strahlungseinheit (Empfangseinheit) 110g, eine zweite Strahlungseinheit 110h, eine dritte Strahlungseinheit 110i und eine vierte Strahlungseinheit 110j der Gruppenantenne 11-1 sind mit der zweiten Empfangsschaltung 520b verbunden. Eine erste Strahlungseinheit (Empfangseinheit) 110k, eine zweite Strahlungseinheit 110l, eine dritte Strahlungseinheit 110m und eine vierte Strahlungseinheit 110n der Gruppenantenne 11-2 sind mit der dritten Empfangsschaltung 520c verbunden.
Die Signalverarbeitungsschaltung 700 ist mit der ersten Sendeschaltung 510a, der ersten Empfangsschaltung 520a, der zweiten Empfangsschaltung 520b und der dritten Empfangsschaltung 520c verbunden. Die Signalverarbeitungsschaltung 700 liefert von der Antenne zu sendende Signalinformationen an die erste Sendeschaltung 510a und verarbeitet die von der ersten Empfangsschaltung 520a, der zweiten Empfangsschaltung 520b und der dritten Empfangsschaltung 520c ausgegebenen Signale.
Die Fahrzeugsteuerschaltung 800 ist mit der Signalverarbeitungsschaltung 700 verbunden. Die Fahrzeugsteuerschaltung 800 und die Signalverarbeitungsschaltung 700 können durch eine Leitung unter Verwendung eines Kabels oder dergleichen oder durch Funk wie beispielsweise ein drahtloses LAN (lokales Netz) miteinander verbunden sein.
Zudem erkennt die Fahrzeugsteuerschaltung 800 die Position und die Entfernung zu einem Hindernis oder dergleichen unter Verwendung eines Signals, das von der Signalverarbeitungsschaltung 700 ausgegeben wird, und gibt ein Steuersignal an eine Antriebsstrangsteuereinheit und eine Fahrzeugkarosseriesteuereinheit aus, so dass das Verhalten eines mobilen Objekts entsprechend den Umgebungsbedingungen gesteuert werden kann. Dementsprechend fungiert das fahrzeuginterne System der sechsten Ausführungsform als ein Fahrunterstützungssystem.
Die bevorzugten Modi der Strukturen und Funktionen einer Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne, eines Radars mit der Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne und eines fahrzeuginternen Systems mit dem Radar der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend unter Verwendung der ersten bis sechsten Ausführungsform beschrieben. Die Anzahl von Strahlungseinheiten, die die Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne der vorliegenden Erfindung ausbilden, kann sich in der ersten bis sechsten Ausführungsform unterscheiden und Wirkungen der Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantenne der vorliegenden Erfindung können erzielt werden.
Zudem kann die Anzahl von Arten und Kombinationen von Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantennen und von Radaren mit Flachstrahlerzeugungs-Gruppenantennen eine beliebige Kombination sein, die sich von den oben beschriebenen Ausführungsformen unterscheidet.
Ferner kann das Material, aus dem das dielektrische Substrat 100 besteht, ein Harzmaterial, ein Keramikmaterial oder ein Halbleitermaterial sein.
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind mehrere auf einem Substrat ausgebildete Strahlungseinheiten, eine dielektrische Linse, die aus jeder Strahlungseinheit abgestrahlte Kugelwellen in flache ebene Wellen umwandelt, und mehrere Hörner, die Radiowellen aus den Strahlungseinheiten zu der dielektrischen Linse leiten, bereitgestellt. Die Form eines Querschnitts der dielektrischen Linse senkrecht zur Strahlungsrichtung eines Strahls wird so ausgebildet, dass ein Strahl, dessen zweite Richtung schmaler ist als eine erste Richtung senkrecht zu der zweiten Richtung, abgestrahlt wird und ein Teil einer Strahlungsebene der dielektrischen Linse eine geneigte Ebene aufweist. Dementsprechend ist es möglich, ein Radar zu realisieren, das mehrere Strahlen erzeugt, deren Orientierungen maximaler Verstärkung in der Vorwärtsrichtung oder in der horizontalen Richtung geneigt sind.
Wenn Vorsprungsteile an den für eine Antenne verwendeten Hörnern angebracht sind, werden konvex gekrümmte Ebenen von auf der dielektrischen Linse ausgebildeten Einfallsebenen in der zweiten Richtung ausgerichtet angeordnet, so dass abgestrahlte Strahlen vor und nach der dielektrischen Linse räumlich synthetisiert werden. Somit kann die dielektrische Linse verkleinert werden, um die Brennweite zu verkürzen. Daher kann die Antenne, die einen flachen Strahl erzeugt, verkleinert werden. Insbesondere ist ein Spitzenende der Form des Vorsprungsteils um ungefähr eine Wellenlänge auf der Strahlungseinheitenseite in Bezug auf eine Hornöffnungsebene verkürzt. Dementsprechend kann die elektrische Leistungsverteilung wie beispielsweise die Talor-Linienquelle, bei der die Radiowellenintensität um die Mitte der dielektrischen Linse herum eine Spitze aufweist, ausgebildet werden und es können Hochverstärkungs-Antenneneigenschaften erzielt werden, bei denen die Nebenkeule unterdrückt ist.
Zusätzlich hat das Horn eine Form, bei der die zweite Richtung länger ist als die erste Richtung, und das Horn und die dielektrische Linse sind so installiert, dass die erste Richtung in der horizontalen Richtung und die zweite Richtung in der senkrechten Richtung eingestellt ist. Dementsprechend kann ein flacher Strahl erzeugt werden, dessen Breite in der horizontalen Richtung breiter ist.
Wenn die Strahlungseinheiten in vertikaler und horizontaler Richtung ausgerichtet angeordnet sind, kann zusätzlich der Winkel eines Hindernisses aus der horizontalen Richtung und der senkrechten Richtung erfasst werden. Beispielsweise ist es möglich, eine Steigung und ein Hindernis in Vorwärtsrichtung getrennt zu detektieren.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene abgewandelte Beispiele und äquivalente Konfigurationen im Umfang der beigefügten Ansprüche umfasst. Zum Beispiel sind die Ausführungsformen ausführlich beschrieben, um die vorliegende Erfindung leichter verständlich zu machen, und die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf die Ausführungsformen beschränkt, die alle oben beschriebenen Konfigurationen umfassen. Zudem können einige Konfigurationen einer Ausführungsform durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Außerdem kann eine Konfiguration einer Ausführungsform zu einer Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Weiterhin können einige Konfigurationen einer Ausführungsform zu anderen Konfigurationen hinzugefügt, aus diesen entfernt und durch diese ersetzt werden.
Ferner können einige oder alle der oben beschriebenen Konfigurationen, Funktionen, Verarbeitungseinheiten, Verarbeitungsmittel und dergleichen unter Verwendung von Hardware beispielsweise durch Entwurf mit integrierten Schaltungen realisiert werden oder können unter Verwendung von Software auf eine solche Weise realisiert werden, dass ein Prozessor interpretiert und ein Programm ausführt, das jede Funktion realisiert.
Informationen eines Programms, einer Tabelle, einer Datei und dergleichen, die jede Funktion realisieren, können in einer Speichervorrichtung wie etwa einem Speicher, einer Festplatte oder einem SSD (Festkörperlaufwerk) oder einem Aufzeichnungsmedium wie etwa einer IC-Karte, einer SD-Karte oder einer DVD gespeichert werden.
Ferner sind die Steuerleitungen und die Informationsleitungen gezeigt, die für die Erläuterung als notwendig erachtet werden, aber es sind nicht notwendigerweise alle Steuerleitungen und Informationsleitungen, die montiert werden müssen, gezeigt. In der Praxis kann davon ausgegangen werden, dass fast alle Konfigurationen miteinander verbunden sind.
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

JP 2017110927 [0001]

Claims

Antenne, die Folgendes umfasst: eine Strahlungseinheit, die auf einem Substrat ausgebildet ist; einen Wellenleiter, der darin von der Strahlungseinheit abgestrahlte Radiowellen leitet und die Radiowellen als einen Strahl abstrahlt; und eine dielektrische Linse, die in einer Öffnung des Wellenleiters angeordnet ist und eine der Strahlungseinheit zugewandte Einfallsebene und eine Strahlungsebene, die von der Einfallsebene eintretende Radiowellen abstrahlt, aufweist, wobei die Strahlungsebene der dielektrischen Linse eine Ebenenorientierung aufweist, die sich von einer flachen Ebene, die senkrecht zu der Strahlungsrichtung des Strahls ist, unterscheidet.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsebene der dielektrischen Linse eine geneigte Ebene mit einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine flache Ebene, die senkrecht zu der Strahlungsrichtung des Strahls ist, an einer vorbestimmten Position, die näher an der Strahlungsrichtungsseite des Strahls liegt als eine Öffnungsebene des Wellenleiters, aufweist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Strahlungseinheit eine erste Strahlungseinheit und eine zweite Strahlungseinheit aufweist, wobei der Wellenleiter einen ersten Wellenleiter, der darin von der ersten Strahlungseinheit abgestrahlte Radiowellen leitet und die Radiowellen als Strahl abstrahlt, und einen zweiten Wellenleiter, der darin von der zweiten Strahlungseinheit abgestrahlte Radiowellen leitet und die Radiowellen als Strahl abstrahlt, aufweist, wobei die dielektrische Linse eine erste dielektrische Linse aufweist, die in einer Öffnung des ersten Wellenleiters angeordnet ist und eine der ersten Strahlungseinheit zugewandte Einfallsebene und eine erste Strahlungsebene, die die von der Einfallsebene eintretende Radiowellen abstrahlt, aufweist, und eine zweite dielektrische Linse aufweist, die in einer Öffnung des zweiten Wellenleiters angeordnet ist und eine der zweiten Strahlungseinheit zugewandte Einfallsebene und eine zweite Strahlungsebene, die von der Einfallsebene eintretende Radiowellen abstrahlt, aufweist, wobei die Strahlungsebene der ersten dielektrischen Linse eine flache Ebene, die parallel zu einer Öffnungsebene des ersten Wellenleiters ist, in der Öffnungsebene aufweist, und wobei die Strahlungsebene der zweiten dielektrischen Linse eine geneigte Ebene mit einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine flache Ebene, die senkrecht zu der Strahlungsrichtung des Strahls ist, an einer vorbestimmten Position, die näher an der Strahlungsrichtungsseite des Strahls liegt als eine Öffnungsebene des zweiten Wellenleiters, aufweist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Strahlungseinheit eine erste Strahlungseinheit, eine zweite Strahlungseinheit und eine dritte Strahlungseinheit aufweist, wobei der Wellenleiter einen ersten Wellenleiter, der darin von der ersten Strahlungseinheit abgestrahlte Radiowellen leitet und die Radiowellen als Strahl abstrahlt, einen zweiten Wellenleiter, der darin von der zweiten Strahlungseinheit abgestrahlte Radiowellen leitet und die Radiowellen als Strahl abstrahlt, und einen dritten Wellenleiter, der darin von der dritten Strahlungseinheit ausgestrahlte Radiowellen leitet und die Radiowellen als Strahl abstrahlt, aufweist, wobei die dielektrische Linse eine erste dielektrische Linse aufweist, die in einer Öffnung des ersten Wellenleiters angeordnet ist und eine der ersten Strahlungseinheit zugewandte Einfallsebene und eine erste Strahlungsebene, die die von der Einfallsebene eintretende Radiowellen abstrahlt, aufweist, eine zweite dielektrische Linse aufweist, die in einer Öffnung des zweiten Wellenleiters angeordnet ist und eine der zweiten Strahlungseinheit zugewandte Einfallsebene und eine zweite Strahlungsebene, die von der Einfallsebene eintretende Radiowellen abstrahlt, aufweist, und eine dritte dielektrische Linse aufweist, die in einer Öffnung des dritten Wellenleiters angeordnet ist und eine der dritten Strahlungseinheit zugewandte Einfallsebene und eine dritte Strahtungsebene, die von der Einfallsebene eintretende Radiowellen abstrahlt, aufweist, wobei die Strahlungsebene der ersten dielektrischen Linse eine flache Ebene, die parallel zu einer Öffnungsebene des ersten Wellenleiters ist, in der Öffnungsebene aufweist, wobei die Strahlungsebene der zweiten dielektrischen Linse eine geneigte Ebene mit einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine flache Ebene, die senkrecht zur Strahlungsrichtung des Strahls ist, an einer vorbestimmten Position, die näher an der Strahlungsrichtungsseite des Strahls liegt als eine Öffnungsebene des zweiten Wellenleiters, aufweist, und wobei die Strahlungsebene der dritten dielektrischen Linse eine geneigte Ebene mit einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine flache Ebene, die senkrecht zu der Strahlungsrichtung des Strahls ist, an einer vorbestimmten Position, die näher an der Strahlungsrichtungsseite des Strahls liegt als eine Öffnungsebene des dritten Wellenleiters, aufweist und die geneigte Ebene eine Ebenenorientierung aufweist, die sich von der Strahlungsebene der zweiten dielektrischen Linse unterscheidet.
Antenne nach Anspruch 1, wobei auf dem Substrat mehrere Strahlungseinheiten ausgebildet sind, wobei der Wellenleiter darin Radiowellen leitet, die von jeder der mehreren Strahlungseinheiten abgestrahlt werden, und die Radiowellen als Strahl abstrahlt, wobei die dielektrische Linse in einer Öffnung des Wellenleiters angeordnet ist und mehrere Einfallsebenen, die den mehreren Strahlungseinheiten zugewandt sind, und eine Strahlungsebene, die Radiowellen abstrahlt, die von der Einfallsebene eintreten, aufweist, wobei der Wellenleiter einen Vorsprungsteil umfasst, der in einer sich verjüngenden Form zwischen den mehreren Strahlungseinheiten ausgebildet ist, wobei ein Spitzenende des Vorsprungsteils näher an der Strahlungsseite des Strahls ausgebildet ist als die Öffnungsebene des Wellenleiters, und wobei die Strahlungsebene der dielektrischen Linse eine Ebenenorientierung aufweist, die sich von einer flachen Ebene, die senkrecht zu der Strahlungsrichtung des Strahls ist, unterscheidet.
Antenne nach Anspruch 1, wobei sich ein Querschnitt des Wellenleiters von der Strahlungseinheit zu der Öffnung hin monoton vergrößert, und wobei der Wellenleiter in der der Strahlungseinheit gegenüberliegenden Öffnung mit der dielektrischen Linse in Kontakt gebracht ist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Form eines Querschnitts des Wellenleiters senkrecht zu der Strahlungsrichtung des Strahls so ausgebildet ist, dass ein Strahl abgestrahlt wird, dessen zweite Richtung schmaler ist als eine erste Richtung, die senkrecht zu der zweiten Richtung ist, und wobei die der Strahlungseinheit zugewandte Einfallsebene zu der Strahlungseinheit hin in einer konvexen Ebenenform ausgebildet ist.
Antenne nach Anspruch 2, wobei die Strahlungsebene der dielektrischen Linse unter Verwendung einer vorbestimmten gekrümmten Ebene ausgebildet ist.
Gruppenantenne, die die mehreren in den Ansprüchen 1 bis 8 beschriebenen Antennen aufweist, wobei die Öffnungsebenen der Wellenleiter auf derselben flachen Ebene angeordnet sind.
Radarvorrichtung, die die in den Ansprüchen 1 bis 8 beschriebenen Antenne aufweist, wobei eine Sendeschaltung und/oder eine Empfangsschaltung bereitgestellt ist, und wobei die Sendeschaltung und die Empfangsschaltung jeweils mit der Strahlungseinheit verbunden sind.
Fahrzeuginternes System, das die in den Ansprüchen 1 bis 8 beschriebene Antenne aufweist. wobei eine Sendeschaltung und/oder eine Empfangsschaltung bereitgestellt ist, wobei die Sendeschaltung und die Empfangsschaltung jeweils mit der Strahlungseinheit verbunden sind, und wobei eine mit der Sendeschaltung und der Empfangsschaltung verbundene Signalverarbeitungseinheit und eine mit der Signalverarbeitungseinheit verbundene Fahrzeugsteuereinheit bereitgestellt sind.