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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Bereich
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Arrayantennenbauelement, das ermöglicht, daß die Strahlungsrichtung eines
Strahls verändert
wird, und ein Radiogerät,
die ein solches Bauelement verwendet.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Eine Arrayantenne mit einer Mehrzahl
von angeordneten Strahlerelementen macht sich die Synthese einer
Strahlungscharakteristik zunutze, die einfach ist und in dem Bereich
verwendet wird, wo hohe Funktionen erfüllt werden müssen.
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Ein charakteristisches Merkmal einer
Arrayantenne ist, daß ein
Hochgeschwindigkeits-Strahlabtasten erfolgen kann. Bis zum jetzigen
Zeitpunkt ist das Strahlabtasten in solchen Arrayantennen in zwei Hauptkategorien
eines mechanischen Abtastsystems und eines elektronischen Abtastsystems
unterteilt worden. In dem elektronischen Abtastsystem sind folgende
Merkmale umfaßt:
- (1) ein Phasenabtastsystem,
- (2) ein Frequenzabtastsystem und
- (3) ein Abtastsystem von Schaltzuführpunkten.
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Bei dem Phasenabtastsystem (1),
wie in 16 gezeigt ist,
wird die Zuführphase
von jeder Elementantenne durch einen Phasenschieber gesteuert, und
es erfolgt die Synthese eine Strahlungscharakteristik.
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Bei dem Frequenzabtastsystem (2)
werden die Frequenzcharakteristika einer Zuführeinrichtung verwendet, und
die Synthese einer Strahlungscharakteristik wird durch Verändern der
Erregungsphase von jeder Elementantenne vorgenommen.
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Bei dem Abtastsystem zum Schalten
von Zuführpunkten 3 wird
ein Strahl durch selektives Schalten von Eingangspunkten an eine
Mehrfachanschluß-Arrayantenne
verändert,
die einen Mehrfachstrahl erzeugen kann.
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Bei dem vorstehenden Frequenzabtastsystem
kann die Antenne an sich relativ einfach konstruiert sein, da jedoch
ein Breitfrequenzband erforderlich ist, gestaltet sich das Sender-Empfängersystem kompliziert.
Ferner kann bei dem Phasenabtastsystem ein Abtasten eines hohen
Freiheitsgrads gemäß der Steuerung
der Phasenschieber erfolgen. Weil jedoch bei den Phasenschiebern
und ihren Steuerungsschaltungen kostspielige Halbleiterelemente und
elektronische Schalter für
Ultrahochfrequenz-Anwendungen erforderlich sind, bestand dahingehend
ein Problem, daß insgesamt
kostengünstige
Systeme nicht realisiert werden konnten. Weil ferner die Richtung
eines Strahls durch Verwendung von Hybridschaltungen und Phasenschieber
und Schalteingangsports verändert
wird, erfolgt bei dem Abtastsystem aus Schaltzuführpunkten das Strahlabtasten
schrittweise, und dementsprechend war das System für ein feineres
und kontinuierliches Abtasten nicht geeignet.
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Außerdem wird das Abtasten bei
dem mechanischen Abtastsystem, wie in 17 gezeigt
ist, durch Rotieren (Schwingen) der gesamten planaren Antenne unter
Verwendung einer Motors usw. durchgeführt, und dementsprechend, da
die gesamte Antenne versetzt wird, bestand dahingehend ein Problem,
daß das
System zu groß und
zu schwer war.
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Die WO 95/10862 A beschreibt einen
variablen Differentialphasenschieber, der zum Neigen des Strahls
in einem Antennenarray verwendet wird. Das Antennenarray weist eine
Mehr zahl von Antennenelementen auf, die in unterschiedlichen Verzweigungen
des Arrays angeordnet sind, wobei zwei benachbarte Verzweigungen
mit einem Phasenschieber versehen sind, und gepaarte Verzweigungen
wiederum mittels eines weiteren Phasenschiebers verbunden sind.
Ein Einstellen der Phasenverschiebung von jedem Phasenschieber auf
einen entsprechenden Wert führt
zu einem Neigen des Strahls. Der Phasenschieber ist durch ein koaxiales
Element gebildet, das einen inneren leitfähigen Stab und eine äußere leitfähige Röhre aufweist,
die mit einer inneren und einer äußeren Buchse
kapazitiv gekoppelt sind. Die innere Buchse und die äußere Buchse
sind mit einem Eingang verbunden und können in eine feststehende relative
Beziehung im Hinblick auf die Stäbe
bewegt werden, wodurch die Phasenbeziehung zwischen den zwei Ausgängen, die
mit dem inneren Stab und der äußeren Röhre verbunden
sind, variiert wird.
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Die
JP 05 121915 A bezieht sich auf einen Verteilungsphasenschieber
für ein
Antennenarray ähnlich
demjenigen, das in der WO 95/10862 beschreiben ist, bei dem der
Phasenschieber durch kreisförmig-bogenförmige Gleitteile
gebildet ist, die entlang einer Ausgangsseite eines Streifenleiters gleiten.
Ein Hochfrequenzsignal von einem Eingangsseitenstreifenleiter wird
in beide Richtungen des Ausgangsstreifenleiters über einen Arm an den Gleitteilen
durch den Isolator mit einer Phase ansprechend auf einen Drehwinkel
des Arms verteilt.
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Die
EP 0 228 131 A beschreibt ein Streifenübertragungsleitungs-Antennenarray,
das ein zweidimensionales Array von Antennenelementen aufweist,
die mit der Mehrzahl von sekundären
Zuführeinrichtungen
gekoppelt sind, die jeweils an zumindest einem Ende mit einem primären Merkmal
gekoppelt sind.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Arrayantennenbauelement zu schaffen, das ein Strahlabtasten
durch die Synthese einer Strahlungscharakteristik ohne weiteres
durchführen kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Arrayantennenbauelement
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Radiogerät
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Arrayantennenbauelements
geschaffen.
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Die vorliegende Erfindung weist eine
Arrayantenne mit einer Mehrzahl von Elementantennen, die dazwischen
geschaltet sind, und einen linearen Zuführabschnitt, der durch die
Mehrzahl von Elementantennen gemeinsam verwendet werden soll, eine erste
Leitung, um ein Übertragungssignal
oder Empfangssignal zu senden, und eine zweite Leitung auf, die
mit der ersten Leitung bzw. dem Zuführabschnitt elektromagnetisch
gekoppelt ist, um Signale zwischen der ersten Leitung und dem Zuführabschnitt
zu senden, wobei die zweite Leitung vorgesehen ist, um im Hinblick
auf die erste Leitung und den Zuführabschnitt frei versetzt zu
werden. Wenn die Kopplungsposition der zweiten Leitung zum Zuführabschnitt verändert wird,
werden die Zuführphase
und die Zuführleistung
an die Mehrzahl der Elementantennen, die mit dem Zuführabschnitt
verbunden sind, verändert,
und die Direktivität
eines Strahls, der von der Zuführphase
und der Zuführleistung
abhängig
ist, wird verändert.
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1 zeigt
Beispiele einer Konstruktion eines Arrayantennenbauelements gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dem in A gezeigten Beispiel wird eine zweite Leitung
in die Richtung von rechts und links relativ versetzt, da die zweite
Leitung mit der ersten Leitung und dem Zuführabschnitt elektromagnetisch
gekoppelt ist. Durch Versetzen der zweiten Leitung wird der Zuführpunkt
der zweiten Leitung zum Zuführabschnitt
verändert.
Weil die Leitungslänge
zwischen zwei Elementantennen und dem Zuführpunkt verändert wird, wird die Zuführphase
und die Zuführleistung
an die zwei E lementantennen verändert.
Dadurch wird die Direktivität
eines zusammengesetzten Strahls durch die zwei Elementantennen verändert.
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2 zeigt
die Beziehung der Deklination (Neigungswinkel) der Mittellinie eines
Strahls zur Versetzung des Zuführpunkts.
Da der Zuführpunkt
bei A von 1 nach rechts
versetzt wird, rückt
die Zuführphase
eher zur Elementantenne auf der rechten Seite vor, und die Zuführleistung
wird mehr erhöht
als zur Elementantenne auf der linken Seite, und dementsprechend
ist die Mittellinie des Strahls nach links hin geneigt.
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Dies gilt in den Fällen von
drei oder mehr Elementantennen. Bei dem in B von 1 gezeigten Beispiel besteht eine lineare
Arrayantenne beispielsweise aus einer Mehrzahl von Elementantennen,
die auf einer geraden Linie angeordnet sind, und die Zuführphase
und die Zuführleistung
an jede Elementantenne wird gemäß der Versetzung
des Zuführpunkts zum
Zuführabschnitt
verändert.
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In dem Beispiel, das bei c von 1 gezeigt ist, sind die
linearen Arrayantennen, die eine Mehrzahl von Elementantennen aufweisen,
die auf einer geraden Linie angeordnet sind, ferner parallel angeordnet,
und eine planare Arrayantenne besteht aus diesen linearen Arrayantennen,
die mit einem Zuführabschnitt
verbunden sind. Der Fall von D ist in ähnlicher Weise zusammengesetzt.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist
ferner eine Mehrzahl von linearen Arrayantennen, die aus einer Mehrzahl
von Elementantennen bestehen, nahezu parallel angeordnet und mit
einem Zuführabschnitt verbunden,
und eine Zuführschaltung
ist vorgesehen, so daß die
Erregungsamplitudenverteilung von jeder Elementantenne eine gleiche
Amplitudenverteilung aufweist.
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Wie in A von 14 gezeigt ist, besteht eine lineare
Arrayantenne beispielsweise aus acht Elementantennen, die in der
Richtung von y angeordnet sind, so daß die Erregungsamplitude von
jeder Elementantenne nahezu gleich ist.
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B von 14 zeigt
die Verteilung der Erregungsamplitude von jeder Elementamplitude
in die Richtung von y. Hier bezieht sich der graue Bereich auf die
Erregungsamplitude der Spannung oder des Stroms, die zu der Strahlung
beitragen, und der weiße
Bereich bezieht sich auf den Abschnitt, der nicht zur Strahlung
beiträgt.
C zeigt die Verteilung von ausschließlich der Erregungsamplitude
von jeder Elementantenne. Wenn im Gegensatz dazu alle Elementantennen
der linearen Arrayantenne so aufgebaut sind, daß sie identisch sind, wie in
D und E von 14 gezeigt
ist, wird die Verteilung der Erregungsamplitude von jeder Elementantenne
exponentiell gesenkt, da jede Elementantenne weiter entfernt vom
Zuführabschnitt
positioniert ist.
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Während
bei der Erfindung die Erregungsamplitudenverteilung von jeder Elementantenne
eine gleiche Amplitudenverteilung aufweist, wird die Apertureffizienz
erhöht
und die Verstärkung
verbessert. Ferner wird die Richtung des Strahls zur linearen Arrayantenne
normal, wie in 15 gezeigt
ist, und weil eine Ebene, die mit der Richtung der Anordnung der
linearen Arrayantenne einen rechten Winkel bildet, d. h. eine Ebene
normal zu der Ebene, wo eine Arrayantenne gebildet worden ist, mit
dem Strahl abgetastet wird, wird die Fähigkeit, in einer Anordnung der
Ausrüstung
positioniert zu werden, verbessert.
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Bei der vorliegenden Erfindung bestehen
ferner die erste und die zweite Leitung aus dielektrischen Leitungen,
und ein Zuführabschnitt
besteht aus einer Mikrostreifenleitung. Wenn ein Richtkoppler aus
dielektrischen Leitungen, die relativ voneinander versetzt werden
können,
derart konstruiert ist, kann er ohne weiteres konstruiert werden,
indem die erste und die zweite Leitung verwendet werden, und auf
der Platine, die den Zuführabschnitt
bildet, können
ohne weiteres Patch-Antennen eines Mikrostreifens konstruiert werden.
Somit kann insgesamt ein kleines Arrayantennenbauelement erhalten
werden.
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In der Erfindung ist ferner ein Radiogerät in einer
solchen Weise konstruiert, daß unter
Verwendung des Arrayantennenbauelements eine Treibereinrichtung
geschaffen wird, um eine zweite Leitung relativ zu einer zweiten
Leitung und einem Zuführabschnitt
zu versetzen, und eine Senderschaltung oder Empfängerschaltung ist mit der ersten
Leitung verbunden. Gemäß einer
solchen Konstruktion bewirkt das Treiben durch die Treibereinrichtung
und der Betrieb der Senderschaltung oder der Empfängerschaltung,
daß der
Strahl sich eine feststehende Richtung dreht, um ohne weiteres ein
Signal senden oder empfangen zu können. Da die vorstehende Treibereinrichtung
nur den Abschnitt der zweiten Leitung versetzen soll, reicht ein
kleiner Motor oder dergleichen aus. Dementsprechend kann das Radiogerät klein
dimensioniert und kostengünstig
sein. Ferner wird ermöglicht,
die Richtung des Strahls bei feinen Intervallen oder kontinuierlich
zu steuern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
Beispiele einer Konstruktion eines Arrayantennenbauelements gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 zeigt
ein Beispiel der Veränderung
des Neigungswinkels zum Zuführpunkt
in einem Arrayantennenbauelement;
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3 zeigt
die Konstruktion eines Arrayantennenbauelements gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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4 zeigt
die Konstruktion eines Arrayantennenbauelements gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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5 zeigt
die Konstruktion eines Arrayantennenbauelements gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel;
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6 ist
eine segmentäre
vergrößerte Schnittansicht
von 5;
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7 zeigt
die Konstruktion eines Arrayantennenbauelements gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel;
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8 zeigt
die Konstruktion einer linearen Arrayantenne des Arrayantennenbauelements,
das in 7 gezeigt;
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9 zeigt
die Konstruktion von einer weiteren linearen Arrayantenne des Arrayantennenbauelements,
das in 7 gezeigt ist;
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10 zeigt
die Konstruktion eines Arrayantennenbauelements, wo eine Zuführschaltung
aus einer dielektrischen Leitung besteht;
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11 zeigt
die Konstruktion einer Zuführschaltung
eines Arrayantennenbauelements mit einer gleichen Amplitudenverteilung
und eine Anordnung von Patch-Antennen;
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12 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Radiogeräts zeigt;
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13 ist
ein Blockdiagramm, das die Konstruktion eines weiteren Radiogeräts zeigt;
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14 zeigt
Beispiele einer gleichen Amplitudenverteilung und einer exponentiellen
Verteilung betreffend der Erregungsamplitude einer linearen Arrayantenne;
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15 zeigt
die Richtung eines Strahls basierend auf einer gleichen Amplitudenverteilung;
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16 zeigt
die Konstruktion einer Arrayantenne von einem herkömmlichen
Phasenabtastsystem; und
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17 zeigt
ein Beispiel eines Strahlabtastens durch eine planare Antenne.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Die Konstruktion von einer Arrayantenne
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
wird unter Bezugnahme auf 3 erörtert.
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In 3 ist
eine A eine Draufsicht eines Arrayantennenbauelements und B ist
eine Schnittansicht, die entlang der Linie A-A von A genommen wurde.
In 3 stellt ein Bezugszeichen 11 eine
dielektrische Platte auf der Seite eines feststehenden Abschnitts
dar, und auf nahezu der gesamten Oberfläche der unteren Seite ist eine
Masseelektrode gebildet und auf der oberen Oberfläche eine
Mikrostreifenleitung als eine erste Leitung gebildet. Das Bezugszeichen 12 stellt
eine dielektrische Platte auf der Seite eines sich bewegenden Abschnitts
dar, und auf nahezu der gesamten Oberfläche der unteren Seite ist eine
Masseelektrode und auf der oberen Seite eine Mikrostreifenleitung
als eine zweite Leitung gebildet. Das Bezugszeichen 13 stellt
eine dielektrische Platte eines Arrayantennenabschnitts dar, und
auf der oberen Oberfläche
sind Patch-Antennen, die durch 4A bis 4D, 5a bis 5d, 6a bis 6d und 7a bis 7d angezeigt
sind, gebildet, und die Patch-Antennen sind unter Verwendung von
Zuführleitungen,
die in der Figur gezeigt sind, in Reihe geschaltet. Diese Patch-Antennen
stellen vier lineare Arrayantennen 14, 15, 16 und 17 dar.
Und diese linearen Arrayantennen sind mit einem Zuführabschnitt 3 verbunden.
Das heißt,
daß sich
der Zuführabschnitt 3 verzweigt.
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Wie in B von 3 gezeigt ist, ist der Endabschnitt der
zweiten Leitung 2, der auf der dielektrischen Platte 12 vorliegt,
in der Nähe
des Zuführabschnitts 3 angeordnet,
der auf der dielektrischen Platte 13 des Arrayantennenabschnitts
vorliegt, und in diesem Teil liegt die elektromagnetischen Kopplung vor.
Andererseits sind die Mikrostreifenleitung 1 und die Mikrostreifenleitung 2 nahe
beieinander parallel angeordnet und bilden einen Richtkoppler. Bei
diesem Beispiel ist der Richtkoppler (nachstehend als 0-dB-Koppler bezeichnet)
so entworfen, daß die
gesamten Eingangsleistung zur Ausgangsseite ausgebreitet wird, und
ein Großteil
der Sendeleistung von der Mikrostreifenleitung 1 wird zur
Mikrostreifenleitung 2 ausgebreitet. Andererseits wird
ein Großteil der
empfangenen Leistung von der Mikrostreifenleitung 2 zur
Mikrostreifenleitung 1 ausgebreitet.
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Die Beabstandung zwischen den Patch-Antennen
von jeder der linearen Arrayantennen 14 bis 17 ist
so eingestellt, um eine Wellenlänge
oder ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge zu betragen. Bei dem in
A von 2 gezeigten Beispiel
befindet sich der Zufuhrpunkt zum Zuführabschnitt 3 durch
den Mikrostreifenleitung 2 an der Position, die durch P
angezeigt ist, jedoch wird durch die Versetzung der dielektrischen
Platte 12 als ein beweglicher Abschnitt in die Richtung
nach rechts und links in der Figur der Zuführpunkt von P14 in P17 geändert. Wenn
der Zuführpunkt
genau am Mittelpunkt zwischen P15 und P16 positioniert ist, wird
die Zuführung
der gleichen Phase an die lineare Arrayantenne 14 von 4a–4d gegeben,
und die lineare Arrayantenne 17 und die Zuführung der
gleichen Phase wird an die linearen Arrayantennen 15 und 16 in
der gleichen Weise gegeben. Daher sind in diesem Fall die Zuführphase
und die Zuführleistung
an jede der Patch-Antennen um den Mittelpunkt von rechts und links
oder den Zuführpunkt
symmetrisch, und dementsprechend soll die Mittellinie des Strahls
normal zur dielektrischen Platte 13 des Arrayantennenabschnitts
und in einer Ebene parallel mit den linearen Arrayantennen 14–17 sein.
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Wenn die dielektrische Platte 12 als
ein beweglicher Abschnitt zur Rechten von dem vorstehend erwähnten Zustand
versetzt wird und von der Mitte zur Rechten, wie in A von 3 gezeigt ist, versetzt wird,
rückt die
Zuführphase
zu den linearen Arrayantennen 16 und 17 weiter
vor als die Zuführphase
zu den linearen Arrayantennen 14 und 15. Ferner
wird die Differenz zwischen der Impedanz, die zur Seite der linearen
Arrayantenne 16 und 17 vom Punkt P gerichtet ist,
und der Impedanz, die zur Seite der linearen Arrayantenne 15 und 14 vom
Punkt P gerichtet ist, bewirkt, und die Zuführleistung an jede der Patch-Antennen
der linearen Arrayantennen 16 und 17 wird größer als
die Zuführleistung
an jede der Patch-Antennen der linearen Arrayantennen 14 und 15.
Daher soll die Mittellinie des Strahls nach links geneigt sein.
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Wenn der Zuführpunkt jedoch über eine
Wellenlänge
weiterbewegt wird, variiert die Zuführphase gemäß der Bewegung des Zuführpunkts
periodisch. Dementsprechend ist die Beziehung zwischen der Bewegung
des Zuführpunkts
und der Veränderung des
Neigungswinkels des Strahls, die durch die Versetzung des beweglichen
Abschnitts bewirkt werden soll, nicht linear.
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Basierend auf dem Raum zwischen den
Verbindungspunkten der linearen Arrayantennen 14–17 zum
Zuführabschnitt 3 und
dem Zuführpunkt
ist es jedoch möglich,
die Zuführphase
und Zuführleistung
an jede Elementantenne von den linearen Arrayantennen im voraus
zu berechnen, und die Veränderung der
Strahlungscharakteristik und der Mittellinie des Strahls gemäß der Veränderung
des Zuführpunkts zum
Zuführabschnitt
kann im voraus simuliert werden. Ferner ist auch die tatsächliche
Messung möglich.
Daher reicht es aus, nur die Position der dielektrischen Platte 12 zu
bestimmen, so daß die
Zuführung
an einem Punkt erfolgt, der zum Realisieren einer feststehenden
Strahlungscharakteristik und der Richtung des Strahls erforderlich
ist.
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Anschließend wird die Konstruktion
eines Arrayantennenbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 4 erörtert.
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In dem Beispiel werden dielektrischen
Leitungen verwendet. A in 4 ist
eine Draufsicht des Arrayantennenbauelements, bei dem die obere
Leiterplatte entfernt worden ist, und B ist eine Schnittansicht,
die entlang der Linie A-A von A genommen wurde. Das Bezugszeichen 31 stellt
eine untere Leiterplatte der dielektrischen Leitung auf der Seite
eines feststehenden Abschnitts dar, und die dielektrische Leitung
ist in einer solchen Weise zusammengesetzt, daß ein dielektrischer Streifen 21 zwischen einer
oberen Leiterplatte 38 und der unteren Leiterplatte sandwichartig
angeordnet ist. Das Bezugszeichen 32 stellt eine untere
Leiterplatte dar, die eine dielektrische Leitung eines beweglichen
Abschnitts bildet, und die dielektrische Leitung ist in einer solchen Weise
zusammengesetzt, daß ein
dielektrischer Streifen 22 zwischen einer oberen Leiterplatte 39 und der
unteren Leiterplatte sandwichartig angeordnet ist. Das Bezugszeichen 33 stellt
eine untere Leiterplatte einer dielektrischen Leitung eines Arrayantennenabschnitts
dar, und die dielektrische Leitung ist in einer solchen Weise zusammengesetzt,
daß die
dielektrischen Streifen 23–27 zwischen einer
oberen Leiterplatte 40 und der unteren Leiterplatte sandwichartig
angeordnet sind. Von diesen bildet der dielektrische Streifen 23 einen
Zuführabschnitt,
und die dielektrischen Streifen 24–27 verzweigen sich
von den feststehenden Positionen des Zuführabschnitts 23.
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In der oberen Leiterplatte 40 entlang
der dielektrischen Streifen 24–27 ist eine Mehrzahl
von Schlitzen, die durch S angezeigt sind, vorgesehen. An diesen
Schlitzen sollen elektromagnetische Wellen, die entlang den dielektrischen
Streifen ausgebreitet werden, ausgestrahlt werden. Die linearen
Arrayantennen 34–37 bestehen
aus diesen dielektrischen Streifen 24–27 und Schlitzen.
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Eine dielektrische Leitung auf der
Seite des feststehenden Abschnitts des dielektrischen Streifens 21 und
eine dielektrische Leitung auf der Seite des sich bewegenden Abschnitts
des dielektrischen Streifens 22 bilden einen Richtkoppler
als einen 0-dB-Koppler. Ferner bilden eine dielektrische Leitung
des Zuführabschnitts
des dielektrischen Streifens 23 und eine dielektrische
Leitung auf der Seite des sich bewegenden Abschnitts des dielektrischen Streifens 22 einen
Richtkoppler als einen 0-dB-Koppler. Daher wird ungeachtet der Position
des sich bewegenden Abschnitts ein Großteil der Sendeleistung an
den Zuführabschnitt
durch die dielektrische Leitung des sich bewegenden Abschnitts gesendet,
und ein Großteil
der empfangenen Leistung wird an die dielektrische Leitung auf der
Seite des feststehenden Abschnitt durch die dielektrische Leitung
des sich bewegenden Abschnitts gesendet.
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Wenn der sich bewegende Abschnitt
andererseits in die Richtung von rechts und links in der Figur versetzt
wird, wird der Zuführpunkt
an den Zuführabschnitt 23 bewegt.
Die Beziehung der Zuführphase
zu den linearen Arrayantennen und der Amplitude von jeder Elementantenne
(Schlitzantenne) zur Versetzung des sich bewegenden Abschnitts ist
dieselbe wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Anschließend wird die Konstruktion
eines Arrayantennenbauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 5 und 6 erörtert.
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Dieses Arrayantennenbauelement besteht aus
einer dielektrischen Leitung und einer Mikrostreifenleitung. A in 5 ist eine Draufsicht des
Arrayantennenbauelements, wobei die obere Leiterplatte des dielektrischen
Leitungsabschnitts entfernt worden ist, und B ist eine Schnittansicht,
die entlang der A-A von A genommen wurde. Ferner ist 6 eine segmentäre vergrößerte Schnittansicht
von B von 5. Bei diesen
Figuren stellt das Bezugszeichen 31 eine untere Leiterplatte
einer dielektrischen Leitung auf der Seite eines feststehenden Abschnitts
dar, und die dielektrische Leitung ist in einer solchen Weise zusammengesetzt,
daß ein
dielektrischer Streifen 21 zwischen einer oberen Leiterplatte 38 und
der unteren Leiterplatte sandwichartig angeordnet ist. Das Bezugszeichen 32 stellt
eine untere Leiterplatte dar, die eine dielektrische Leitung eines
sich bewegenden Abschnitts bildet, und die dielektrische Leitung
ist in einer solchen Weise zusammengesetzt, daß ein dielektrischer Streifen 22 zwischen
einer oberen Leiterplatte 39 und der unteren Leiterplatte
sandwichartig angeordnet ist. Das Bezugszeichen 13 stellt
eine dielektrische Platte eines Arrayantennenabschnitts auf der
oberen Oberfläche
dar, aus der eine Mehrzahl von Patch-Antennen gebildet ist und unter
Verwendung von Zuführleitungen,
wie in der Figur gezeigt ist, verbunden ist. Somit sind vier lineare
Arrayantennen konstruiert. Und diese linearen Arrayantennen sind mit
einem Zuführabschnitt 13 verbunden.
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Die Konstruktion der dielektrischen
Platte 13 des Arrayantennenabschnitts ist mit der, die
als das erste Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, identisch. Eine dielektrische Leitung, die aus dem
dielektrischen Streifen 22 und der oberen und unteren Leiterplatte des
Streifens besteht, ist in einem rechten Winkel zum Zuführabschnitt
gemacht, der aus einer Mikrostreifenleitung des Arrayantennenabschnitts
besteht, wie in 6 gezeigt
ist. Somit werden ein Signal des LSM-01-Modus, das entlang der dielektrischen
Leitung des sich bewegenden Abschnitts ausgebreitet wird, und die
Mikrostreifenleitung magnetisch gekoppelt.
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Eine dielektrische Leitung auf der
Seite des feststehenden Abschnitts des dielektrischen Streifens 21 und
eine dielektrische Leitung auf der Seite des sich bewegenden Abschnitts
des dielektrischen Streifens 22 bilden einen Richtkoppler
als einen 0-dB-Koppler. Wenn der sich bewegende Abschnitt in die
Richtung von rechts und links in der Figur versetzt wird, wird der
Zuführpunkt
zum Zuführab schnitt 3 bewegt.
Die Relation der Zuführphase
zu den linearen Arrayantennen und die Zuführleistung an jede Patch-Antenne zur Versetzung
des sich bewegenden Abschnitts ist wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Anschließend wird die Konstruktion
eines Arrayantennenbauelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 7 bis 9 erörtert.
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A von 7 ist
eine perspektivische Gesamtansicht des Arrayantennenbauelements
und B ist seine horizontale Schnittansicht. In der Figur stellt das
Bezugszeichen 41 einen Wellenleiter auf der Seite eines
feststehenden Abschnitts dar, 42 einen Wellenleiter auf
der Seite eines sich bewegenden Abschnitts und 43 einen
Wellenleiter eines Arrayantennenabschnitts. Der Wellenleiter 42 ist
zwischen den Wellenleitern 41 und 43 in die Richtung
der Pfeile, die in der Figur gezeigt sind, versetzt. Wie bei B von 7 gezeigt ist, wird ein
Schlitz 51 auf der Seitenoberfläche des Wellenleiters 41,
die zum Wellenleiter 42 gerichtet ist, gebildet, und ein Öffnungsabschnitt 52a ist
auf der Seitenoberfläche
des Wellenleiters 42 gebildet, die zum Wellenleiter 41 gerichtet
ist. In dieser Weise ist ein Schlitz 53 auf der Seitenoberfläche des
Wellenleiters 43 gebildet, die zum Wellenleiter 42 gerichtet
ist, und ein Öffnungsabschnitt 52b ist
auf der Seitenoberfläche
des Wellenleiters 42 gebildet, die zum Wellenleiter 43 gerichtet
ist. Somit sind die Wellenleiter 41 und 43 durch
den Wellenleiter 42 gekoppelt.
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Bei diesem Beispiel besteht der Wellenleiter 43 aus
fünf Wellenleiterabschnitten,
die durch 43a–43e angezeigt
sind, und der Endabschnitt von jedem Wellenleiterabschnitt weist
eine Öffnung
als einen Schlitz 53 auf, und in den benachbarten Abschnitten
ist ein Öffnungsabschnitt
gebildet. Dementsprechend wird gemäß der Position des Öffnungsabschnitts 53 zu
den Schlitzen 53 der Grad der Kopplung zu jedem der Wellenleiter 43a–43e verändert. Auf
der oberen Oberfläche von
jedem Wellenleiter 43a–43e ist
eine Mehrzahl von Elementantennen vorgesehen, die später erwähnt werden
sollen, und die Elementantennen bilden die linearen Arrayantennen 44–48.
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8 zeigt
die Konstruktion einer linearen Arrayantenne, die für jeden
der Wellenleiterabschnitte 43a–43e, die in 7 gezeigt sind, vorgesehen
ist. A ist eine perspektivische Ansicht, die die Konstruktion eines
Wellenleiterabschnitts zeigt, und B ist ihre Schnittansicht. Ferner
ist 9 eine perspektivische Ansicht,
die die Konstruktion einer weiteren linearen Arrayantenne zeigt.
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In dem Beispiel, das in 8 gezeigt ist, ist auf der
oberen Oberfläche
des Wellenleiters 43 (ein beliebiger von 43a–43e)
eine dielektrische Platte 56 angeordnet. Auf der oberen
Oberfläche
der dielektrischen Platte 56 sind Patch-Antennen, die durch 54a–54d angezeigt
sind, gebildet. Auf der oberen Oberfläche des Wellenleiters 43 sind Öffnungsabschnitte
an den Positionen, die dem unteren Abschnitt von jeder der Patch-Antennen 54a–54d entsprechen,
gebildet, und Kopplungsstifte 55a–55d stehen innerhalb
des Wellenleiters an jeder der Patch-Antennen vor. Bei diesem Beispiel
soll der Schlitz 53, der für den Wellenleiter als ein
sich bewegender Abschnitt vorgesehen ist, auf dieser und der linken
Seite bei A von 8 gebildet
sein und wird zu einem Zuführabschnitt.
Je näher
am Zuführabschnitt desto
kürzer
ist der Kopplungsstift 55 gefertigt, und je weiter vom
Zuführabschnitt,
desto länger
ist der Kopplungsstift gefertigt. Somit ist die Verteilung der Erregungsamplitude
von jeder Patch-Antenne so gestaltet, daß sie eine gleiche Amplitudenverteilung aufweist.
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Bei dem in 9 gezeigten Beispiel sind die Schlitze,
die durch 57a–57d angezeigt
sind, auf der oberen Oberfläche
des Wellenleiters 43 gebildet, und die linearen Arrayantennen
bestehen aus Schlitzantennen. In diesem Fall bilden diese und die
linke Oberfläche
ebenfalls eine Zuführabschnitt.
Je weiter entfernt vom Zuführabschnitt,
desto näher
zur Mitte des Wellenleiters ist der Schlitz versetzt, und die Verteilung
der Erregungsamplitude von jedem Schlitz ist so gestaltet, daß sie eine
gleiche Amplitudenverteilung aufweist.
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Anschließend ist eine segmentäre perspektivische
Ansicht und eine Schnittansicht eines Arrayantennenbauelements gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
in 10 gezeigt. Bei dem
in 4 gezeigten Beispiel
wurden die Schlitze in der oberen Leiterplatte der dielektrischen
Leitung entlang dem dielektrischen Streifen gebildet, und eine lineare
Arrayantenne wurde aus den Schlitzantennen gebildet. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel
besteht jedoch eine Zuführschaltung
aus einer dielektrischen Leitung, und es sind Patch-Antennen vorgesehen.
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A von 10 ist
eine segmentäre
perspektivische Ansicht des Arrayantennenbauelements, und B ist
eine segmentäre
Schnittansicht des Bauelements. In 10 stellt
das Bezugszeichen 59 Patch-Antennen als Elementantennen
dar, und die Patch-Antennen sind an feststehenden Abschnitten auf
der Oberfläche
einer dielektrischen Platte 58 angeordnet. In der oberen
Leiterplatte 40 der dielektrischen Leitungen sind Öffnungsabschnitte
entlang den dielektrischen Streifen gebildet, und über diesen Öffnungsabschnitten
sind die Patch-Antennen 59 angeordnet, um positioniert
zu werden. Somit ist die Zuführung
gegeben, indem bewirkt wird, daß der
dielektrische Streifen 24 mit der Patch-Antenne 59 elektromagnetisch
gekoppelt wird.
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Anschließend wird ein weiteres Beispiel,
wo die Verteilung der Erregungsamplitude von jeder Elementantenne
so gestaltet ist, daß sie
eine gleiche Amplitudenverteilung aufweist, in 11 gezeigt. In der Figur stellt P jeweils
die Patch-Antennen dar, die auf einer dielektrischen Platte gebildet
sind, und die Bezugszeichen 14–17 bilden lineare
Arrayantennen. Wie in A gezeigt ist, wird durch wiederholtes Anwenden
von zweifach gegabelten Mikrostreifenleitungen an jede lineare Arrayantenne
eine zusammengesetzte Zuführschaltung
konstruiert. Und die Zuführschaltung
zu jeder linearen Arrayantenne ist mit einer Mikrostreifenleitung 3 als
ein Zuführabschnitt
verbunden. Somit wird die Verteilung der Erregungsamplitude von
jeder Patch-Antenne auf einer linearen Arrayantenne zu einer gleichen
Amplitudenverteilung.
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Bei dem Beispiel, das bei B von 11 gezeigt ist, sind die
Patch-Antennen ferner in Reihe geschaltet, und je weiter die Patch-Antennen
P von jeder linearen Arrayantenne vom Zuführabschnitt 3 getrennt
sind, desto weiter sind die Breiten wa bis wd gestaltet. Bei dem
Beispiel sind der Abstand L zwischen den Patch-Antennen und die
Höhe h
von jeder Patch-Antenne so gestaltet, daß sie identisch sind. Bei dieser
Art von Konstruktion gilt, daß,
je weiter entfernt der Zuführabschnitt
der Patch-Antennen von der Mikrostreifenleitung 3 getrennt
ist, die Zuführleistung
um so mehr abnimmt, jedoch wird die Abnahme gemäß den Größen der Patch-Antennen korrigiert, und
die Verteilung der Erregungsamplitude von jeder Patch-Antenne auf
einer linearen Arrayantenne wird zu einer gleichen Amplitudenverteilung.
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In dieser Weise wird die Apertureffizienz
erhöht
und die Verstärkung
verbessert, indem die Verteilung der Erregungsamplitude von jeder
Elementsantenne so gestaltet wird, daß sie eine gleiche Amplitudenverteilung
aufteilt. Ferner kann eine Ebene in einem rechten Winkel zur Richtung
der Anordnung der linearen Arrayantenne, d. h. eine Ebene normal zu
der Ebene, wo die Arrayantenne gebildet ist, mit dem Strahl abgetastet
werden. Wenn eine fächerförmige Ebene
mit der Mittellinie eines Strahls abgetastet wird, wird allgemein
eine Ebene normal zu einer bestimmten Ebene einer Ausrüstung mit
dem Strahl abgetastet. Indem jedoch ausschließlich die vorstehende Funktionsweise
genutzt wird, ist die Anordnung einer Arrayantenne parallel zu einer
Ebene einer Ausrüstung
erforderlich, und dementsprechend wird die Fähigkeit, in eine Anordnung
der Ausrüstung positioniert
werden zu können,
verbessert. Nebenbei gilt bei der Konstruktion einer linearen Arrayantenne aus
einer Mehrzahl von Patch-Antennen,
die in Reihe geschaltet sind, die mit einem Zuführabschnitt verbunden sind,
daß, wenn
jede Patch-Antenne die gleiche Form aufweist, je näher sich
die Patch-Antenne am Zuführabschnitt
befindet, die Erregungsamplitude desto größer wird. Und dementsprechend
soll die Mittellinie des Strahls zur Seite des Zuführabschnitts geneigt
sein (Kopfrichtung des Papiers in dem Beispiel, das in 11 gezeigt ist).
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Außerdem besteht die Zuführschaltung
in 11 aus Mikrostreifenleitungen,
jedoch kann die zuführschaltungartige
Turnierauswahl, die bei A von 11 gezeigt
ist, aus dielektrischen Leitungen bestehen. In diesem Fall kann
der zweifach gegabelte Abschnitt konstruiert werden, indem ein 3-dB-Richtkoppler
verwendet wird, der die Leistung gleichmäßig aufteilt.
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Anschließend ist die Konstruktion eines
Radiogeräts
unter Verwendung der vorstehenden verschiedenen Arrayantennenbauelemente
in 12 gezeigt. Bei diesem
Beispiel wird ein Arrayantennenbauelement als eine Empfangsantenne
verwendet. Ein rauscharmer Zweistufen-Verstärker LNA verstärkt ein
Empfangssignal, und ein Bandpaßfilter BPF
wählt nur
die Komponente eines feststehenden Frequenzbands aus. Ein Oszillator
OSC erzeugt ein lokales Signal, und ein Mischer MIX kombiniert das Ausgangssignal
vom Bandpaßfilter
BPF und das lokale Signal und erzeugt ein Zwischenfrequenzsignal. Dieses
Signal wird durch einen Zwischenfrequenzverstärker IF amp verstärkt und
an einen Empfangsschaltungsabschnitt gesendet.
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Anschließend ist in 13 ein Beispiel gezeigt, das auf ein
Radiogerät
zum Kommunizieren zwischen einer Satellitenstation und einer Erdstation angewendet
wird. Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel sind ein Arrayantennenabschnitt
und ein Phasenschieberabschnitt zum Steuern der Zuführphase an
den Arrayantennenabschnitt unter anderem auf einem Drehtisch vorgesehen.
Bei diesem Arrayantennenabschnitt und Phasenschieberabschnitt kann eine
beliebige Konstruktion der Arrayantennenbauelemente, die bereits
in mehreren Ausführungsbeispielen
gezeigt wurden, verwendet werden.
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Ein Wandler verändert das empfangene Signal,
um vom Phasenschieberabschnitt in Form eines Zwischenfrequenzsignals
ausgegeben zu werden, und gibt das Signal an einen Empfänger aus.
Ferner überwacht
eine Antennensteuerungsschaltung den Pegel des empfangenen Signals,
und wenn das Signal auf weniger als einen feststehenden Wert verringert
wird, wird eine magnetische Deklinationssteuerungsschaltung oder
eine Höhenwinkelsteuerungsschaltung
aktiviert. Die magnetische Deklinationssteuerungsschaltung treibt
einen Motor an, um den Drehtisch zu drehen. Und die Höhenwinkelsteuerungsschaltung
bewirkt, daß der
sich bewegende Abschnitt des Phasenschieberabschnitts versetzt wird.
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Wenn die zeitabhängige relative Position zwischen
einer Senderstation (Satellitenstation) als ein Kommunikationspartner
und einer Empfängerstation
(Erdstation) im voraus prognostizierbar ist, ist es lediglich die
Funktion der Antennensteuerungsschaltung, zu bewirken, daß die magnetische
Deklinationssteuerungsschaltung aktiviert wird, um den Drehtisch
bei einem feststehenden Winkel zu drehen, um in einer feststehenden
Richtung gemäß einem
verringerten Ausgangspegel des Wandlers zu sein, und um zu bewirken,
daß die
Höhenwinkelsteuerungsschaltung
aktiviert wird, um den sich bewegenden Abschnitt des Phasenschieberabschnitts
in eine feststehende Richtung für
eine festgelegte Entfernung zu versetzen. Wenn die relative Position
zwischen der vorstehenden Senderstation und der Empfängerstation
nicht prognostizierbar ist, indem die magnetische Deklination oder
der Höhenwinkel
auf ein Minimum verändert
werden, wird die Neigung des sich verändernden Ausgangspegels vom
Wandler erfaßt,
und dann werden die magnetische Deklination und Höhenwinkel
gesteuert, um die Ausgabe vom Wandler zu maximieren, und es ist
nur die Steuerung erforderlich, so daß der Empfangsstrahl des Arrayantennenabschnitts
konstant zur Seite der Sendestation gerichtet ist.
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Bezüglich der Versetzung des sich
bewegenden Abschnitts des Phasenschieberabschnitts ist außerdem beispielsweise
eine Zahnstange an dem sich bewegenden Abschnitt vorgesehen, und
ein Antriebszahnrad, um mit der Zahnstange Eingriff zu nehmen, ist
an der Drehachse des Motors vorgesehen, und dann wird der sich bewegende
Abschnitt durch die Drehung des Motors linear versetzt. Oder der
sich bewegende Abschnitt kann durch Vorsehen einer spiralförmigen Innengewindeschraube
an dem sich bewegenden Abschnitt und durch Einstellen einer Außengewindeschraube,
die auf der Seite des feststehenden Abschnitts durch den sich drehenden Motor
unterstützt
wird, linear versetzt werden. Ferner kann ein Schneckengetriebe
verwendet werden. Außerdem
kann der sich bewegende Abschnitt durch Konstruktion eines Linearmotors
unter Verwendung von Magnetpolen, die zwischen dem sich bewegenden
Abschnitt und dem feststehenden Abschnitt linear angeordnet sind,
direkt linear versetzt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird der Zuführpunkt
zum Zuführabschnitt
durch Versetzung einer zweiten Leitung, die mit einer ersten Leitung
auf der Seite eines feststehenden Abschnitts bzw. eines Zuführabschnitts
gekoppelt werden soll, verändert, und
die Zuführphase
und Zuführleistung
an eine Mehrzahl von Elementantennen, die mit dem Zuführabschnitt
verbunden sind, wird verändert.
Da die Direktivität
eines Strahls, die dadurch bestimmt wird, verändert wird, indem ein Teil
eines Arrayantennenbauelements mechanisch versetzt wird, wird bewirkt, daß das Strahlabtasten
mittels Synthese einer Strahlungscharakteristik ohne weiteres ausgeführt werden kann.
Daher ist das Sender-Empfängersystem
nicht so kompliziert wie herkömmliche
Frequenzabtastsysteme und erfordert keine kostspieligen Halbleiterelemente
und elektronischen Schalter für
Ultrahochfrequenz-Anwendungen, wie bei herkömmlichen Phasenabtastsystemen
erforderlich ist, und dementsprechend sind sie insgesamt kostengünstig. Ferner
gestaltet sich das Strahlabtasten bei der Erfindung nicht schrittweise
unterschiedlich von herkömmlichen
Abtastsystemen aus Schaltzuführpunkten,
und ein feineres und kontinuierliches Abtasten werden bei dieser
Erfindung ermöglicht.
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Weil erfindungsgemäß ferner
eine Zuführschaltung
vorgesehen ist, um die Amplitude von jeder Elementantenne zu einer
gleichen Amplitudenverteilung zu machen, wird die Apertureffizienz
erhöht
und die Verstärkung
verbessert.
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Weil ferner eine Ebene normal zur
Oberfläche,
auf der eine Arrayantenne gebildet ist, mit einem Strahl abgetastet
werden kann, wird die Fähigkeit,
in eine Anordnung der Ausrüstung
eingesetzt werden zu können,
verbessert.
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Weil die erste und die zweite Leitung
aus dielektrischen Leitungen bestehen und ein Zuführabschnitt
aus einer Mikrostreifenleitung besteht, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung ferner möglich, ohne
weiteres einen Richtkoppler aus dielektrischen Leitungen zu konstruieren,
wobei die erste und die zweite Leitung relativ versetzt sein können, und Patch-Antennen
aus Mikrostreifen auf einer Platine ohne weiteres zu konstruieren,
die den Zuführabschnitt
bildet. Dementsprechend kann insgesamt ein kleines Arrayantennenbauelement
erhalten werden.