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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sektorantennenvorrichtung,
die zur Verwendung z. B. bei Weitwinkelsensorradarsystemen usw. geeignet
ist, und auf eine fahrzeugbefestigte Sende- und Empfangsvorrichtung,
wie z. B. eine Radarvorrichtung oder eine Kommunikationsvorrichtung,
die die Sektorantennenvorrichtung aufweist.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Eine
erste Sektorantennenvorrichtung der verwandten Technik ist z. B.
offenbart in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 11-168318, bei der eine Mehrzahl von Hornantennen, die sich
radial erstrecken, durch einen Antennenwechselschalter umgeschaltet
werden, um Strahlen einer hochfrequenten elektromagnetischen Wellenstrahlung
(Hochfrequenzsignal), wie z. B. Mikrowellen oder Millimeterwellen,
z. B. in alle 360°-Richtungen
zu emittieren.
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Eine
zweite Sektorantennenvorrichtung der verwandten Technik ist z. B.
in der japanischen ungeprüften
Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 9-284045 offenbart, bei der eine Mehrzahl von Elementantennen
mit Richtwirkung in unterschiedlichen horizontalen Ebenen in unterschiedlichen
Höhen positioniert
sind, so dass die Mittelachsen der Elementantennen im Wesentlichen
in der vertikalen Richtung ausgerichtet sind.
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Bei
der zweiten Sektorantennenvorrichtung der verwandten Technik weisen
einige der Elementantennen eine andere horizontale Aperturlänge auf, um
alle Richtungen bei einem Übergangspegel
von –3
dB bei benachbarten Elementantennen und mit im Wesentlichen dem
gleichen Gewinn abzudecken.
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Bei
der ersten Sektorantennenvorrichtung der verwandten Technik ist
die Form der Hornantennen im Allgemeinen so konzipiert, dass die
Hornantennen die gleichen Antennencharakteristika aufweisen, wie
z. B. Strahlbreite und Antennengewinn. Deshalb weist die Sektorantennenvorrichtung
in allen Richtungen im Wesentlichen die gleiche Richtwirkung auf.
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Eine
Sektorantennenvorrichtung, die z. B. bei einer fahrzeugbefestigten
Weitwinkelsensorradarvorrichtung angewendet wird, muss jedoch in
der Lage sein, Objekte, wie z. B. Hindernisse und andere Fahrzeuge,
die von dem Fahrzeug in der Vorwärtsrichtung
entfernt sind, zu erfassen, wohingegen eine derartige Sektorantennenvorrichtung
nur Objekte, wie z. B. Hindernisse, in der Nähe des Fahrzeugs in der rechten
und linken Richtung erfassen kann. Deshalb kann es sein, dass andere
Antennencharakteristika abhängig
von der Erfassungsrichtung erforderlich sind.
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Eine
Sektorantennenvorrichtung, die die Fähigkeit aufweist, Objekte zu
erfassen, die in allen Richtungen von derselben entfernt sind, erfordert eine
Hochwinkelauflösung
zur Fernerfassung von Objekten und erfordert mehr Hornantennen,
um eine Erfassung in allen Richtungen zu unterstützen. Somit nehmen die Produktionskosten
zu, und die Größe der Gesamtsektorantennenvorrichtung
nimmt ebenfalls zu.
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In
der verwandten Technik werden Patch-Antennen hauptsächlich bei
einem fahrzeugbefestigten Weitwinkelsensorradarsystem verwendet.
Die Patch-Antennen weisen im Allgemeinen Schmalbandbreitencharakteristika
auf, und eine Massenherstellung von Patch-Antennen mit notwendigen
Antennencharakteristika ist aufgrund von Schwankungen von Herstellungsunvollkommenheiten
usw. schwierig, was zu einer geringen Herstellungsausbeute führt. Da
die Richtcharakteristika der Patch-Antennen nicht frei gesteuert
werden können,
kann es sein, dass die Patch-Antennen nicht die Antennenleistung erfüllen, die
für das
Radarsystem erforderlich ist.
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Bei
der zweiten Sektorantennenvorrichtung der verwandten Technik, die
eine Kombination von Elementantennen mit unterschiedlichen horizontalen Aperturlängen aufweist,
sind immer zwei Elementantennen, die die gleiche Aperturlänge aufweisen,
gepaart, so dass ein erstes Antennenpaar eine Richtwirkung aufweist,
die derjenigen eines zweiten Antennenpaars entgegengesetzt ist,
und die Paare von Elementantennen sind in unterschiedlichen Höhen in der
vertikalen Richtung positioniert, um die Größe der Sektorantennenvorrichtung
in der Umfangsrichtung zu verringern. Dies kann keine unterschiedlichen
Antennencharakteristika, wie z. B. Winkelauflösung und Antennengewinn, in
den entgegengesetzten Richtungen erreichen, was dahingehend zu einem
Problem führt,
dass die erforderlichen Antennencharakteristika nicht unbedingt
in der erforderlichen Richtung erreichbar sind.
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Bei
der zweiten Sektorantennenvorrichtung der verwandten Technik ist
die Mehrzahl von Elementantennen in unterschiedlichen Positionen
in der vertikalen Richtung angeordnet, so dass die Größe der Sektorantennenvorrichtung
in der vertikalen Richtung zunimmt. Es kann deshalb schwierig sein,
eine derartige Sektorantennenvorrichtung bei einem System anzuwenden,
dessen Höhe
begrenzt ist.
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Die
JP 10027299 A bezieht
sich auf eine Mehrstrahlantenne zum Ausstrahlen von mehreren Strahlen
unterschiedlicher Strahlbreiten bezüglich eines Teils der Strahlen
oder aller Strahlen. Ein Strahl wird von einer Vorderrichtungsantenne
ausgestrahlt, ein Strahl wird von einer linksseitigen Vorderantenne ausgestrahlt,
und ein Strahl wird von einer rechtsseitigen Vorderantenne ausgestrahlt.
Ein Strahl schmaler Strahlbreite wird von der Vorderrichtungsantenne ausgestrahlt,
während
Strahlen einer breiten Strahlbreite von der linksseitigen und der
rechtsseitigen Vorderantenne ausgestrahlt werden.
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Die
US-A-5,111,210 bezieht sich auf ein Kollisionsvermeidungsradardetektorsystem,
das eine Mehrzahl von Hornantennen aufweist, die in einem planaren
kreisförmigen
Array angeordnet sind, zum Empfangen von Pulsen aus allen Azimutrichtungen.
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Hinsichtlich
der oben genannten Probleme der verwandten Technik ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Sektorantennenvorrichtung und eine
fahrzeugbefestigte Sende- und Empfangsvorrichtung zu liefern, bei
denen die erforderlichen Antennencharakteristika in jeder Strahlstrahlungsrichtung
erreicht werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Bei
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Sektorantennenvorrichtung
eine Mehrzahl von Hornantennen zum Ausstrahlen von Strahlen in unterschiedlichen
Richtungen; und einen Antennenwechselschalter zum Wechseln der Mehrzahl
von Hornantennen, wobei eine Hornantenne der Mehrzahl von Hornantennen,
die eine Strahlstrahlung in einer Hochwinkelauflösungsrichtung der Richtungen
emittiert, eine große
Apertur aufweist, um eine schmale Strahlbreite aufzuweisen, und
eine Hornantenne der Mehrzahl von Hornantennen, die eine Strahlstrahlung
in einer Niederwinkelauflösungsrichtung
der Richtungen emittiert, eine kleine Apertur aufweist, um eine
breite Strahlbreite aufzuweisen.
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Somit
weist die Hornantenne, die eine große Apertur mit einer schmalen
Strahlbreite aufweist, eine hohe Winkelauflösung und einen hohen Antennengewinn
auf, und die Erfassungs- oder Kommunikationsdistanz dieser Hornantenne
ist lang. Andererseits weist die Hornantenne, die eine kleine Apertur aufweist,
einen niedrigen Antennengewinn auf und weist eine kurze Erfassungsdistanz
auf, obwohl die breite Strahlbreite dieser Hornantenne einen Weitwinkelerfassungs- oder -kommunikationsbereich
ermöglicht.
Deshalb können
die erforderlichen Antennencharakteristika, wie z. B. Winkelauflösung, Strahlbreite
und Antennengewinn, in der erforderlichen Richtung erreicht werden.
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Die
Hornantennen, die unterschiedliche Aperturflächen und unterschiedliche Winkelauflösungen aufweisen,
werden kombiniert, was eine Erfassung oder Kommunikation über den
gesamten erforderlichen Winkelbereich unter Verwendung der minimalen
Anzahl von Hornantennen ermöglicht.
Deshalb kann die Sektorantennenvorrichtung, die eine kleine Anzahl
von Hornantennen aufweist, kompakt sein. Die Anzahl von Wechseln
des Antennenwechselschalters ist auch verringert, und der Antennenwechselschalter
weist eine einfache Struktur auf, was die Produktionskosten verringert.
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Die
Mehrzahl von Hornantennen kann an einem Fahrzeug befestigt sein.
Bevorzugt weist eine Hornantenne der Mehrzahl von Hornantennen,
die eine Strahlstrahlung in der Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs emittiert, eine große Apertur auf, und eine Hornantenne
der Mehrzahl von Hornantennen, die eine Strahlstrahlung in der rechten
Richtung oder linken Richtung des Fahrzeugs emittiert, weist eine
kleine Apertur auf.
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Die
Hornantenne, die eine große
Apertur aufweist, ist positioniert, um eine Strahlstrahlung in der Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs zu emittieren, und weist einen hohen Antennengewinn in
der Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs entsprechend der Bewegungsrichtung desselben auf.
Diese Hornantenne ist deshalb in der Lage, Objekte, wie z. B. Hindernisse
und andere Fahrzeuge, die von dem Fahrzeug entfernt sind, zu erfassen oder
mit denselben zu kommunizieren. Andererseits ist die Hornantenne,
die eine kleine Apertur aufweist, positioniert, um eine Strahlstrahlung
in der rechten/linken Richtung des Fahrzeugs zu emittieren, und kann
nur Objekte, wie z. B. Hindernisse, in der Nähe des Fahrzeugs erfassen,
obwohl die breite Strahlbreite dieser Hornantenne einen Weitwinkelerfassungsbereich
ermöglicht.
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Der
Antennenwechselschalter kann ein Hochfrequenzwechselschalter sein,
der unter Verwendung von Mikromaschinentechnologie gebildet wird.
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Deshalb
kann der Verlust des Antennenwechselschalters verringert werden,
und die Isolation unter den Hornantennen kann verbessert werden. Deshalb
kann eine Signalstörung
zwischen einer gegebenen Hornantenne und einer benachbarten Hornantenne,
die eine niedrigere Winkelauflösung
aufweist, verhindert werden.
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Bei
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine fahrzeugbefestigte
Sende- und Empfangsvorrichtung, wie z. B. eine Radarvorrichtung
oder eine Kommunikationsvorrichtung, die Sektorantennenvorrichtung
der vorliegenden Erfindung. Deshalb kann die Sende- und Empfangsvorrichtung
insgesamt kompakt sein, und eine derartige Sende- und Empfangsvorrichtung
kann ohne weiteres an einem Fahrzeug oder dergleichen befestigt sein,
das einen kleinen Installationsraum für die Sende- und Empfangsvorrichtung
aufweist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Grundrissansicht einer Sektorantennenvorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, die an einem Fahrzeug befestigt ist;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht der Sektorantennenvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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3 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Sektorantennenvorrichtung, die
in 2 gezeigt ist;
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4 ist
eine Grundrissansicht der Sektorantennenvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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5 ist
eine Grundrissansicht einer Sektorantennenvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, die an einem Fahrzeug befestigt ist;
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6 ist
eine Grundrissansicht der Sektorantennenvorrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht einer Weitwinkelsensorradarvorrichtung
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
ein Blockdiagramm der Weitwinkelsensorradarvorrichtung gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel;
und
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9 ist
eine perspektivische Ansicht einer Sektorantennenvorrichtung gemäß einer
Modifizierung der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Eine
Sektorantennenvorrichtung und eine fahrzeugbefestigte Sende- und
Empfangsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden im Detail unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen im Zusammenhang mit einer fahrzeugbefestigten
Weitwinkelsensorradarvorrichtung beschrieben.
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Die 1 bis 4 zeigen
eine Sektorantennenvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Sektorantennenvorrichtung 1 ist
auf jeder der rechten und linken Seite eines Fahrzeugs A befestigt
und umfasst ein Gehäuse 2,
sechs Hornantennen 5A bis 5F und einen Antennenwechselschalter 6.
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Die
Sektorantennenvorrichtungen 1, die auf der rechten und
linken Seite des Fahrzeugs A befestigt sind, weisen bevorzugt eine
symmetrische Struktur auf. In der folgenden Beschreibung wird beispielhaft
die Sektorantennenvorrichtung 1 verwendet, die an der rechten
Seite des Fahrzeugs A befestigt ist. In 1 zeigt θ den Peilrichtungswinkel
an, wobei hier angenommen wird, dass der Winkel θ 0° ist (θ = 0°), wenn derselbe die Vorwärtsrichtung
des Fahrzeugs A anzeigt, und im Uhrzeigersinn inkrementiert wird.
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Das
Gehäuse 2 der
Sektorantennenvorrichtung 1 ist aus leitfähigem Metallmaterial
hergestellt und ist z. B. zu einem im Wesentlichen halbkreisförmigen Kasten
geformt. Das Gehäuse 2 ist
aus einem unteren Gehäuse 3 in
dem Teil, der in der Höhenrichtung
niedriger als die Mitte ist, und einem oberen Gehäuse 4 gebildet,
das auf dem unteren Gehäuse 3 platziert
ist. Das untere Gehäuse 3 und
das obere Gehäuse 4 sind
halbkreisförmig,
und die sechs Hornantennen 5A bis 5F sind zwischen
dem unteren Gehäuse 3 und
dem oberen Gehäuse 4 angeordnet,
die zusammengesetzt werden.
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Die
Hornantennen 5A bis 5F, die in dem Gehäuse 2 untergebracht
sind, sind bevorzugt Metallrechteckwellenleiterhornantennen und
erstrecken sich radial zu dem Bogenende des Gehäuses 2 von der Mitte
desselben. Die Hornantennen 5A bis 5F sind auf
im Wesentlichen der gleichen Ebene angeordnet. Das proximale Ende
jeder der Hornantennen 5A bis 5F ist in der Mitte
des Gehäuses 2 positioniert,
um einen Wellenleiter zu bilden, der einen rechteckigen Querschnitt
aufweist, und das distale Ende derselben breitet sich allmählich aus,
um an dem Bogenende des Gehäuses 2 offen
zu sein.
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Die
proximalen Enden der Hornantennen 5A bis 5F sind über den
Antennenwechselschalter 6 mit einem Oszillator (nicht gezeigt)
verbunden, wie es im Folgenden beschrieben ist. Die Hornantennen 5A bis 5F weisen
Aperturen in unterschiedlichen Richtungen in einem Bereich von z.
B. 180° von
der Vorwärts-
zu der Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs A auf, so dass Hochfrequenzsignale, die von dem Oszillator
ausgegeben werden, in den unterschiedlichen Richtungen emittiert
werden.
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Bei
den Hornantennen 5A bis 5F sind die Hornantennen 5A bis 5C,
die Aperturen in der Vorwärtsrichtung
des Fahrzeugs A aufweisen, in der Lage, Hochfrequenzsignalstrahlen
B zu Objekten vor dem Fahrzeug A auszustrahlen (z. B. θ = etwa
0° bis 60°), und die
Aperturflächen
der Hornantennen 5A bis 5C sind größer als
diejenigen der anderen Hornantennen 5D bis 5F.
Die Hornantenne 5D, die eine Apertur in der rechten oder
linken Richtung des Fahrzeugs A aufweist, ist in der Lage, einen
Hochfrequenzsignalstrahl B zu der Seite des Fahrzeugs A auszustrahlen
(z. B. θ =
etwa 60° bis
120°), und
die Aperturfläche
der Hornantenne 5D ist kleiner als die Aperturflächen der
anderen Hornantennen 5A bis 5C, 5E und 5F.
Die Hornantennen 5E und 5F, die Aperturen in der
Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs A aufweisen, sind in der Lage, Hochfrequenzsignalstrahlen
B zu Objekten hinter dem Fahrzeug A auszustrahlen (z. B. θ = etwa
120° bis
180°), und
die Aperturflächen
der Hornantennen 5E und 5F sind kleiner als diejenigen
der Hornantennen 5A bis 5C und sind größer als
diejenige der Hornantenne 5D.
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Somit
emittieren die Hornantennen 5A bis 5C eine Hochfrequenzsignalstrahlung
mit einer schmalen Strahlbreite W1 zu Objekten vor dem Fahrzeug
A, und die Hornantenne 5D, die eine Apertur in der Seitenrichtung
aufweist, emittiert eine Hochfrequenzsignalstrahlung mit einer breiten
Strahlbreite W2 nach rechts oder links bezüglich des Fahrzeugs A. Die
Hornantennen 5E und 5F emittieren eine Hochfrequenzsignal strahlung
mit einer Strahlbreite W3, die breiter als die Strahlbreite W1 und
schmaler als die Strahlbreite W2 ist, zu Objekten hinter dem Fahrzeug
A.
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Der
Antennenwechselschalter 6, der in der Mitte des Gehäuses 2 angeordnet
ist, wird unter Verwendung einer Mikromaschinentechnologie einschließlich hochpräzisem Ätzen bei
einem Halbleitersubstrat 6A, wie z. B. einem Siliziumsubstrat,
gebildet und ist aus einem Hochfrequenzsignalwechselschalter (d.
h. HF-MEMS (mikroelektromechanisches Hochfrequenzsystem)) gebildet,
der aus einer Monolithische-Integrierte-Mikrowellenschaltung-(MMIC-)Vorrichtung
oder dergleichen gebildet ist. Der Antennenwechselschalter 6 ist
mit den proximalen Enden der Hornantennen 5A bis 5C durch
ein Umwandeln von Übertragungsleitungen,
wie z. B. Mikrostreifenleitungen, koplanare Leiter und Schlitzleitungen,
die an dem Substrat 6A gebildet sind, zu Wellenleitern
verbunden.
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Der
Antennenwechselschalter 6 wird zwischen dem unteren Gehäuse 3 und
dem oberen Gehäuse 4 gehalten
und ist an dem Zwischenabschnitt in der Höhenrichtung des Gehäuses 2 positioniert. Der
Antennenwechselschalter 6, der mit den proximalen Enden
der radial angeordneten Hornantennen 5A bis 5F verbunden
ist, ist ein SP6T-(einpoliger Sechsfach-)Schalter für die sechs
Hornantennen 5A bis 5F und ist zwischen einen
externen Oszillator (nicht gezeigt) oder dergleichen und die sechs
Hornantennen 5A bis 5F geschaltet, um die Hornantennen 5A bis 5F selektiv
mit dem Oszillator zu verbinden.
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Der
Antennenwechselschalter 6 ist nicht auf einen SP6T-Schalter beschränkt und
kann ein SPnT-Schalter sein, abhängig
von der Anzahl von Hornantennen, wobei n zwei oder mehr ist.
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Das
Fahrzeug A kann auch mit einer ACC-(adaptiver Fahrtregler-)Antenne
(nicht gezeigt) zusätzlich
zu der Sektor antennenvorrichtung 1 ausgestattet sein, um
Objekte, wie z. B. Hindernisse, vor dem Fahrzeug A (z. B. θ = –30° bis +30°) unter Verwendung
der ACC-Antenne zu erfassen.
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Bei
der Sektorantennenvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels
ist der Antennenwechselschalter 6 mit einem Oszillator
oder dergleichen verbunden, um sequentiell die Hornantennen 5A bis 5F zu
wechseln, um mit dem Oszillator verbunden zu sein. Somit emittieren
die Hornantennen 5A bis 5F sequentiell eine Strahlung
von Hochfrequenzsignalen, die von dem Oszillator ausgegeben werden,
zu Objekten vor dem Fahrzeug A, zu Objekten hinter dem Fahrzeug
A, und empfangen Reflexionswellen der Hochfrequenzsignalstrahlung,
die durch ein Hindernis, wie z. B. ein anderes Fahrzeug, reflektiert wird.
Die Phasendifferenz zwischen den Reflexionswellen und den Sendewellen,
die aus den Hochfrequenzsignalen gebildet werden, die von dem Oszillator
ausgegeben werden, wird erfasst, wodurch die Distanz zwischen dem
Fahrzeug A und dem Hindernis bestimmt wird.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
unterscheiden sich deshalb die Aperturflächen der Hornantennen 5A bis 5F voneinander.
Die Hornantennen 5A bis 5C, die große Aperturen
mit der schmalen Strahlbreite W1 aufweisen, weisen eine hohe Winkelauflösung und
einen hohen Antennengewinn auf, und die Erfassungs- oder Kommunikationsdistanz der
Hornantennen 5A bis 5C ist lang. Andererseits weist
die Hornantenne 5D, die eine kleine Apertur aufweist, einen
geringen Antennengewinn auf und weist eine kurze Erfassungsdistanz
auf, obwohl die Hornantenne 5D mit der breiten Strahlbreite
W2 einen Weitwinkelerfassungs- oder -kommunikationsbereich aufweist.
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Im
Allgemeinen muss eine Weitwinkelsensorradarvorrichtung, die an dem
Fahrzeug A, wie z. B. einem Auto, befestigt ist, Funktionen eines
Erfassens von Fahrzeugen, die sich in der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs A
durchzwängen
(z. B. θ =
0° ± 60°), eines
Erfassens von Fahrzeugen hinter dem Fahrzeug A in der Rückwärtsrichtung
(z. B. θ =
180° ± 60°), wenn das
Fahrzeug A Fahrbahnen wechseln soll, und eines Erfassens einer Kollision
eines Fahrzeugs hinter dem Fahrzeug A in der Rückwärtsrichtung (z. B. θ = 180° ± 30°) aufweisen.
Die Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs A entspricht der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs A
oder anderer Fahrzeuge, und die Radarvorrichtung muss in der Lage
sein, Objekte zu erfassen, die von dem Fahrzeug A in dieser Richtung
entfernt sind. In der rechten und linken Richtung des Fahrzeugs
A (z. B. θ = 90° ± 30° und θ = –90° ± 30°) kann die
Radarvorrichtung jedoch nur Objekte in der Nähe des Fahrzeugs A erfassen,
da Objekte, wie z. B. andere Fahrzeuge, dem Fahrzeug A selten in
dieser Richtung nahe kommen, wenn das Fahrzeug A sich bewegt.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
weisen die Hornantennen 5A bis 5C, 5E und 5F,
die in der Lage sind, eine Strahlung der Strahlen B in der Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs A zu emittieren, große Aperturen mit den schmalen
Strahlbreiten W1 und W3 auf und weisen einen hohen Antennengewinn
in der Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs A entsprechend der Bewegungsrichtung desselben auf.
Die Hornantennen 5A bis 5C, 5E und 5F sind
deshalb in der Lage, Objekte, wie z. B. Hindernisse und andere Fahrzeuge,
die von dem Fahrzeug A entfernt sind, zu erfassen oder mit denselben
zu kommunizieren. Andererseits weist die Hornantenne 5D,
die in der Lage ist, eine Strahlung des Strahls B in der rechten/linken
Richtung des Fahrzeugs A zu emittieren, eine kleine Apertur auf und
kann nur Objekte, wie z. B. Hindernisse, in der Nähe des Fahrzeugs
A erfassen, wohingegen die Hornantenne 5D mit der breiten
Strahlbreite W2 einen Weitwinkelerfassungsbereich aufweist. Folglich können die
erforderlichen Antennencharakteristika, wie z. B. Winkelauflösung, Strahlbreite
und Antennengewinn, in der erforderlichen Richtung erreicht werden.
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Die
Hornantennen 5A bis 5F, die unterschiedliche Aperturflächen und
unterschiedliche Winkelauflösungen
aufwei sen, werden kombiniert, was eine Erfassung von Objekten, wie
z. B. anderen Fahrzeugen, in dem gesamten erforderlichen Winkelbereich
(bei diesem Ausführungsbeispiel
180°) unter Verwendung
der minimalen Anzahl von Hornantennen 5A bis 5F ermöglicht.
Deshalb ist die Anzahl von Hornantennen 5A bis 5F kleiner
als die Anzahl von Hornantennen mit hoher Winkelauflösung, die
z. B. bei einer Sektorantennenvorrichtung zur Erfassung über den
gesamten erforderlichen Winkelbereich erforderlich sind, und die
Sektorantennenvorrichtung 1 ist somit kompakter. Da die
Anzahl von Hornantennen 5A bis 5F verringert ist,
ist auch die Anzahl von Wechseln des Antennenwechselschalters 6 verringert,
und der Antennenwechselschalter 6 weist eine einfache Struktur
auf, wodurch die Produktionskosten verringert werden.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
bildet die Sektorantennenvorrichtung 1, die aus der Mehrzahl
von Hornantennen 5A bis 5F gebildet ist, eine fahrzeugbefestigte
Weitwinkelsensorradarvorrichtung. Anders als z. B. bei Patch-Antennen,
die Schmalbandbreitencharakteristika aufweisen, ist aufgrund der
Breitbandbreitencharakteristika der Hornantennen 5A bis 5F eine
Schwankung von Herstellungsunvollkommenheiten usw. zulässig, wodurch die
Produktivität
verbessert wird. Die Richtungen der Aperturen der Hornantennen 5A bis 5F können nach Wunsch
definiert werden, wodurch die Richtcharakteristika der Sektorantennenvorrichtung 1 ohne
weiteres verbessert werden, die zuverlässig die Antennenleistungsanforderungen
für das
Radarsystem erfüllt.
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Der
Antennenwechselschalter 6 ist ein Hochfrequenzwechselschalter,
der an einem einzigen Substrat unter Verwendung von Mikromaschinentechnologie
integriert wird, wodurch ein Lecken von Hochfrequenzsignalen von
Verbindungsteilen oder dergleichen verhindert wird oder verhindert
wird, dass externes Rauschen eintritt, verglichen mit einem Wechselschalter,
der durch ein Kombinieren einer Mehrzahl von Teilen gebildet wird,
wodurch der Verlust des Antennenwech selschalters 6 verringert wird,
während
die Isolation unter den Hornantennen 5A bis 5F erhöht wird.
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Wenn
z. B. die Hornantenne 5D mit der breiten Strahlbreite W2
zur Erfassung verwendet wird, kann der Antennenwechselschalter 6 nur
die Hornantenne 5D mit einer externen Erfassungsschaltung oder
dergleichen verbinden, selbst wenn eine Hochfrequenzsignalstrahlung,
die von der Hornantenne 5D emittiert wird, oder die Reflexionswelle
derselben dazu neigt, in die benachbarte Hornantenne 5C oder 5E hineinzugehen.
Deshalb kann eine Signalverunreinigung oder -störung von der Hornantenne 5C oder 5E verhindert
werden, was zu hoher Empfindlichkeit der Sektorantennenvorrichtung 1 führt.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
strahlen die Hornantennen 5A bis 5F die Strahlen
B über
einen Bereich von Winkeln von z. B. 0° bis 60° in der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs A,
60° bis
120° in der
Seitenrichtung desselben und 120° bis
180° in der
Rückwärtsrichtung
desselben aus. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese
Winkel beschränkt,
und die Winkel in der Vorwärtsrichtung,
Seitenrichtung (Rechts-/Linksrichtung) und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs A
können
definiert werden, wie es geeignet ist, abhängig von der Spezifikation usw.
des Fahrzeugs A.
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Die 5 und 6 zeigen
eine Sektorantennenvorrichtung 11 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug
A an der Rückseite
desselben mit der Sektorantennenvorrichtung 11 ausgestattet.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
sind den gleichen Komponenten wie denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels
die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und auf eine Beschreibung
derselben wird verzichtet.
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Die
Sektorantennenvorrichtung 11, die an der Rückseite
des Fahrzeugs A befestigt ist, umfasst ein Gehäuse 12, Hornantennen 13A bis 13F und
einen Antennenwechselschalter 6.
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Wie
das Gehäuse 2 bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist das Gehäuse 12 der
Sektorantennenvorrichtung 11 bevorzugt aus leitfähigem Metallmaterial
hergestellt und ist z. B. zu einem im Wesentlichen halbkreisförmigen Kasten
geformt. Das Gehäuse 12 nimmt
die sechs Hornantennen 13A bis 13F auf.
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Wie
die Hornantennen 5A bis 5F bei dem ersten Ausführungsbeispiel
sind die Hornantennen 13A bis 13F, die in dem
Gehäuse 12 aufgenommen sind,
Metallrechteckwellenleiterhornantennen und erstrecken sich radial
zu dem Bogenende des Gehäuses 12 von
der Mitte desselben.
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Die
Hornantennen 13A bis 13F sind auf im Wesentlichen
der gleichen Ebene angeordnet. Das proximale Ende jeder der Hornantennen 13A bis 13F ist
in der Mitte des Gehäuses 12 positioniert,
um einen Wellenleiter zu bilden, der einen rechteckigen Querschnitt
aufweist, und ist mit dem Antennenwechselschalter 6 verbunden.
Das distale Ende jeder der Hornantennen 13A bis 13F breitet
sich allmählich aus,
um an dem Bogenende des Gehäuses 12 offen zu
sein. Die Hornantennen 13A bis 13F weisen Aperturen
in unterschiedlichen Richtungen in einem Bereich von z. B. 180° von rechts
nach links bezüglich der
Bewegungsrichtung des Fahrzeugs A auf, so dass Hochfrequenzsignale,
die über
den Antennenwechselschalter 6 geliefert werden, in den
unterschiedlichen Richtungen emittiert werden.
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Bei
den Hornantennen 13A bis 13F sind die Hornantennen 13C und 13D,
die Aperturen in der Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs A aufweisen, in der Lage, Hochfrequenzsignatstrahlen
B zu Objekten hinter dem Fahrzeug A auszustrahlen (z. B. θ = etwa 150° bis 210°), und die
Aperturflächen
der Hornantennen 13C und 13D sind größer als
diejenigen der anderen Hornantennen 13A, 13B, 13E und 13F.
Die Hornantennen 13A und 13F, die Aperturen links
und rechts des Fahrzeugs A aufweisen, sind in der Lage, Hochfrequenzsignalstrahlen
B nach links bzw. rechts bezüglich
des Fahrzeugs A auszustrahlen (z. B. θ = etwa 90° bis 120° und θ = etwa 240° bis 270°), und die Aperturflächen der
Hornantennen 13A und 13F sind kleiner als diejenigen
der anderen Hornantennen 13B bis 13E. Die Hornantenne 13B zwischen den
Hornantennen 13A und 13C und die Hornantenne 13E zwischen
den Hornantennen 13F und 13D sind in der Lage,
Hochfrequenzsignalstrahlen B zu Objekten hinter dem Fahrzeug A auszustrahlen
(z. B. θ =
120° bis
150° und
210° bis
240°), und
die Aperturflächen
der Hornantennen 13B und 13E sind kleiner als
diejenigen der Hornantennen 13C und 13D und sind
größer als
diejenigen der Hornantennen 13A und 13F.
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Somit
emittieren die Hornantennen 13C und 13D eine Hochfrequenzsignalstrahlung
mit einer schmalen Strahlbreite W1 zu Objekten hinter dem Fahrzeug
A, und die Hornantennen 13A und 13F, die Aperturen
links und rechts des Fahrzeugs A aufweisen, emittieren eine Hochfrequenzsignalstrahlung mit
einer breiten Strahlbreite W2 nach links bzw. rechts bezüglich des
Fahrzeugs A. Die Hornantennen 13B und 13E emittieren
eine Hochfrequenzsignalstrahlung mit einer Strahlbreite W3, die
breiter als die Strahlbreite W1 und schmäler als die Strahlbreite W2
ist, zu Objekten hinter dem Fahrzeug A.
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Deshalb
kann das zweite Ausführungsbeispiel
auch ähnliche
Vorteile wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels erreichen.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
strahlen die Hornantennen 13A bis 13F die Strahlen
B über
einen Winkelbereich von z. B. 120° bis
240° in der
Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs A und 90° bis 120° und 240° bis 270° in der Seitenrichtung
desselben aus. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese
Winkel beschränkt,
und die Winkel in der Rückwärtsrichtung
und Seitenrichtung (Rechts-/Linksrichtung) des Fahrzeugs A können definiert
werden, wie es geeignet ist, abhängig
von der Spezifikation usw. des Fahrzeugs A.
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7 und 8 zeigen
eine fahrzeugbefestigte Weitwinkelsensorradarvorrichtung 21 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Sektorantennenvorrichtung
der vorliegenden Erfindung in eine fahrzeugbefestigte Weitwinkelsensorradarvorrichtung
integriert, die als eine Sende- und Empfangsvorrichtung dient. Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
sind den gleichen Komponenten wie denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels
die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und auf eine Beschreibung
derselben wird verzichtet.
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Die
Radarvorrichtung 21 umfasst die Sektorantennenvorrichtung 1,
einen spannungsgesteuerten Oszillator 23, ein Hochfrequenzteilmodul 24 usw.
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Ein
Schaltungsgehäuse 22 ist
an dem Gehäuse 2 angebracht,
um zu dem Antennenwechselschalter 6 der Sektorantennenvorrichtung 1 benachbart
zu sein, und nimmt den spannungsgesteuerten Oszillator 23,
das Hochfrequenzteilmodul 24 und eine Leistungsversorgungsschaltung 25 zum
Liefern einer Leistungsspannung, um den spannungsgesteuerten Oszillator 23 zu
treiben, usw. auf. Das Schaltungsgehäuse 22 weist einen
Steuerspannungsanschluss 22A zum Liefern einer Steuerspannung
an den spannungsgesteuerten Oszillator 23 usw. und einen
Ausgangsanschluss 22B zum Ausgeben des Signalausgangs von
einem Mischer 29, der im Folgenden beschrieben ist, an
eine externe Vorrichtung auf.
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Der
spannungsgesteuerte Oszillator 23 ist in dem Schaltungsgehäuse 22 untergebracht
und ist über
das Hochfrequenzteilmodul 24 mit dem Antennenwechselschalter 6 verbunden.
Der spannungsgesteuerte Oszillator 23 gibt ein Signal einer
Frequenz gemäß dem Steuerspannungseingang
von dem Steuerspannungsanschluss 22A aus und liefert ein Hochfre quenzsignal
an eine Hornantenne der Hornantennen 5A bis 5F,
mit der derselbe über
den Antennenwechselschalter 6 verbunden ist.
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Das
Hochfrequenzteilmodul 24, das zwischen den spannungsgesteuerten
Oszillator 23 und den Antennenwechselschalter 6 geschaltet
ist, umfasst zumindest einen Verstärker 26, einen Zirkulator 27,
ein Verzweigungskopplungselement 28 und den Mischer 29.
Der Verstärker 26 und
der Zirkulator 27 sind zwischen den spannungsgesteuerten
Oszillator 23 und den Antennenwechselschalter 6 geschaltet, um
das Hochfrequenzsignal, das von dem spannungsgesteuerten Oszillator 23 ausgegeben
wird, zu verstärken,
um das verstärkte
Signal an den Antennenwechselschalter 6 zu liefern.
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Das
Verzweigungskopplungselement 28 ist zwischen den Verstärker 26 und
den Zirkulator 27 geschaltet, um das Hochfrequenzsignal,
das durch den Verstärker 26 verstärkt wird,
zu dem Mischer 29 zu verzweigen. Der Mischer 29 ist
mit dem Antennenwechselschalter 6 über den Zirkulator 27 verbunden und
ist auch mit dem Verzweigungskopplungselement 28 verbunden.
Der Mischer 29 mischt ein Signal, das durch die Hornantennen 5A bis 5F empfangen
wird, zu einem Zwischenfrequenzsignal IF herunter, wobei das Hochfrequenzsignal
von dem spannungsgesteuerten Oszillator 23 verwendet wird.
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Bei
der Weitwinkelsensorradarvorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels
wird das Hochfrequenzsignal, das von dem spannungsgesteuerten Oszillator 23 ausgegeben
wird, durch den Verstärker 26 verstärkt, und
das sich ergebende Signal wird über
den Zirkulator 27 von einer beliebigen der Hornantennen 5A bis 5F,
die durch den Antennenwechselschalter 6 ausgewählt wird,
als ein Sendesignal gesendet. Ein Signal, das durch die Hornantennen 5A bis 5F empfangen
wird, wird über
den Zirkulator 27 in den Mischer 29 eingegeben
und wird unter Verwendung des Hochfrequenzsignals, das durch das Verzweigungskopplungselement 28 verzweigt
wird, zu einem Zwischenfrequenzsignal IF heruntergemischt, das dann
ausgegeben wird.
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Gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel kann
deshalb die Weitwinkelsensorradarvorrichtung 21, die aus
der Sektorantennenvorrichtung 1 gebildet ist, kompakt sein.
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Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
wird die Sektorantennenvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels
bei der Radarvorrichtung 21 angewendet; die Sektorantennenvorrichtung 11 des
zweiten Ausführungsbeispiels
kann jedoch bei der Radarvorrichtung 21 angewendet werden.
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Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
wird die Sektorantennenvorrichtung 1 verwendet, um die
Radarvorrichtung 21 zu bilden, die als eine Sende- und Empfangsvorrichtung
dient. Die Sektorantennenvorrichtung 1 oder 11 der
vorliegenden Erfindung kann z. B. auch bei einer Kommunikationsvorrichtung
angewendet werden, die als eine Sende- und Empfangsvorrichtung dient.
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Bei
den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
ist die Sektorantennenvorrichtung 1 oder 11, die
eine im Wesentlichen halbkreisförmige
Form aufweist, derart konfiguriert, dass die sechs Hornantennen 5A bis 5F oder 13A bis 13F über einen
Winkelbereich von 180° angeordnet
sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration
beschränkt.
Als eine Modifizierung der vorliegenden Erfindung, die in 9 gezeigt
ist, kann z. B. eine Sektorantennenvorrichtung 31, die
ein im Wesentlichen kreisförmiges
Gehäuse 32 aufweist,
verwendet werden, bei der zwölf
Hornantennen 33, die alle 360°-Richtungen abdecken, in dem
Gehäuse 32 untergebracht
sind und die Aperturflächen
der Hornantennen 33 sich abhängig von der erforderlichen
Winkelauflösung
usw. voneinander unterscheiden.
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Bei
dieser Modifizierung ist ein Flachantennenwechselschalter 34 an
den proximalen Enden der zwölf
Hornantennen 33, die sich radial erstrecken, angeordnet,
und eine Hochfrequenzschaltung (nicht gezeigt), die einen spannungsgesteuerten
Oszillator usw. umfasst, ist an der Rückseite des Antennenwechselschalters 34 platziert.
Der Antennenwechselschalter 34 ist zwischen die Hochfrequenzschaltung und
die Hornantennen 33 geschaltet, zur selektiven Verbindung
zwischen denselben.
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Die
Sektorantennenvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht unbedingt
halbkreisförmig oder
kreisförmig,
sondern kann fächerförmig, vieleckig,
elliptisch oder dergleichen sein.
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Obwohl
bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
die Rechteckwellenleiterhornantennen 5A bis 5F oder 13A bis 13F verwendet
werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und
Kammhornantennen, Mehrmodenhornantennen oder Wellhornantennen können verwendet
werden.
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Bei
den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
wird die Sektorantennenvorrichtung 1 oder 11 der
vorliegenden Erfindung bei einer fahrzeugbefestigten Sende- und
Empfangsvorrichtung angewendet; die vorliegende Erfindung ist jedoch
nicht darauf beschränkt.
Die Sektorantennenvorrichtung 1 oder 11 kann bei
einer beliebigen Sende- und Empfangsvorrichtung, die unterschiedliche
Antennencharakteristika, wie z. B. Winkelauflösung und Antennengewinn, in
jeder Richtung aufweist, z. B. einer Sende- und Empfangsvorrichtung
zur Verwendung bei einem drahtlosen LAN usw. angewendet werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele
derselben beschrieben worden ist, werden für Fachleute viele andere Variationen
und Modifizierungen und andere Verwendungen ersichtlich sein. Es
wird deshalb bevorzugt, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die
hier gelieferte spezifische Offenbarung beschränkt ist, sondern nur durch
die angehängten
Ansprüche.