DE69923383T2 - Richtkoppler, Antennenanordnung, und Sender-Empfänger - Google Patents

Richtkoppler, Antennenanordnung, und Sender-Empfänger Download PDF

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Toru Nagaokakyo-shi Tanizaki
Ikuo Nagaokakyo-shi Takakuwa
Hiroshi Nagaokakyo-shi Nishida
Atsushi Nagaokakyo-shi Saitoh
Nagaokakyo-Shi Nishiyama Taiyo
Nobuhiro Nagaokakyo-shi Kondou
Nobumasa Nagaokakyo-shi Kitamori
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/188Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being dielectric waveguides

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  • Waveguides (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Richtkoppler, der einen dielektrischen Leiter verwendet, und auf eine Antennenvorrichtung und ein Sende/Empfangsgerät, das den Richtkoppler verwendet.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Herkömmlicherweise wird ein dielektrischer Leiter, der einen dielektrischen Streifen aufweist, der zwischen zwei leitfähigen Platten vorgesehen ist, als ein Leiter für eine Sendung in dem Millimeterwellenband und dergleichen verwendet. Bei einem Bilden einer Millimeterwellenschaltung, die derartige dielektrische Leiter verwendet, wird ein Richtkoppler bei einem Abschnitt verwendet, bei dem eine elektrische Leistung zwischen zwei dielektrischen Leitern geteilt wird.
  • Ein herkömmlicher Richtkoppler, der dielektrische Leiter verwendet, weist zwei dielektrische Streifen auf, die einen linearen Abschnitt und einen gekrümmten Abschnitt aufweisen, die bei einem vorbestimmten Abstand voneinander zwischen zwei leitfähigen Platten vorgesehen sind. Die dielektrischen Streifen sind nahe aneinander angeordnet und die dielektrischen Leiter sind bei diesem eng angeordneten Abschnitt gekoppelt.
  • Ein Millimeterwellenradar ist ein Beispiel der Millimeterwellenschaltung, die dielektrische Leiter verwendet, die oben beschrieben sind. Eine Antennenvorrichtung, die bei einem Millimeterwellenradar verwendet wird, weist eine dielektrische Linse und einen primären Emitter auf, der bei dem Brennpunkt der dielektrischen Linse vorgesehen ist.
  • Da jedoch die Richtung der Antenne bei dem herkömmlichen Millimeterwellenradar fest ist, ist es bei bestimmten Bedingungen nicht möglich, die beabsichtigte Empfindlichkeit und die beabsichtigten Messungen zu erreichen, wie es unten erläutert wird. Wie es z.B. in 22 gezeigt ist, ist es, wenn sich ein Fahrzeug auf einer mehrspurigen Straße bewegt, nicht möglich, lediglich basierend auf Wellen, die von den anderen Fahrzeugen reflektiert werden, unmittelbar zu bestimmen, ob andere Fahrzeuge vor demselben sich in der gleichen Spur bewegen. In 22 heißt das, wenn das Fahrzeug Cm einen Strahl B2 emittiert, nimmt derselbe nicht nur Wellen auf, die von dem Fahrzeug Ca reflektiert werden, das sich davor bewegt, sondern auch Wellen, die von dem Fahrzeug Cb reflektiert werden, das sich in der gegenüberliegenden Spur bewegt. Wie es in dem Beispiel von 23 gezeigt ist, ist, wenn das Fahrzeug Cm einen Strahl B1 in die Vorwärtsrichtung emittiert, dasselbe ferner nicht in der Lage, das Fahrzeug Ca zu erfassen, das sich davor in der gleichen Spur bewegt. Wie es in 24 gezeigt ist, kann, wenn sich dasselbe auf einer kurvigen Straße bewegt, obwohl das Fahrzeug Cm einen Strahl B1 in die Vorwärtsrichtung emittiert, dasselbe zudem das Fahrzeug Ca vor demselben nicht erfassen.
  • Eine entwerfbare Lösung besteht darin, eine Antennenvorrichtung bereitzustellen, die einen primären Emitter und eine dielektrische Linse kombiniert, bei der die Richtung des Strahls durch ein Verändern der Position des primären Emitters geneigt wird. Um die Position des primären Emitters zu verändern, sollte die Konfiguration angeordnet sein, sodass der dielektrische Leiter, der eine Verbindung mit dem primären Emitter herstellt, und der andere dielektrische Leiter, der eine Verbindung mit der Schaltung herstellt, mit einem niedrigen Verlust relativ verschoben werden können, während dieselben gekoppelt bleiben. Um dies zu erreichen, muss die Konfiguration des Richtkopplers, der dielektrische Leiter verwendet, die oben beschrieben sind, lediglich angeordnet werden, sodass zwei dielektrische Leiter relativ verschoben werden können.
  • Die getrennten Positionen (getrennten Flächen) der zwei dielektrischen Leiter des Richtkopplers sind jedoch parallel zu den zwei dielektrischen Streifen, die eng aneinander vorgesehen sind. Bei dieser Anordnung sind die Endflächen der leitfähigen Platten auf jeder Seite der dielektrischen Streifen parallel zu der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen der zwei dielektrischen Leiter vorgesehen und folglich ist der Weg des Stroms, der durch die leitfähigen Platten fließt, bei den Endflächenabschnitten der leitfähigen Platten gebrochen, was eine Reflexion bewirkt. Folglich gibt es Probleme, wie beispielsweise die Erzeugung von anderen ungewollten Moden als der Ausbreitungsmode bzw. dem Ausbreitungsmode, einen erhöhten Verlust oder eine Unfähigkeit, erwünschte Charakteristika des Richtkopplers zu erhalten, etc.
  • Das obige Beispiel beschreibt einen Fall, bei dem die zwei dielektrischen Leiter des Richtkopplerabschnitts relativ verschoben werden, aber der Richtkoppler kann bei einem Bilden einer einzigen Vorrichtung verwendet werden, die Schaltungsmodule umfasst, die dielektrische Leiter verwenden, um die dielektrischen Leiter zwischen die Schaltungsmodule zu koppeln. Auch in diesem Fall ist der Weg des Stroms, der durch die leitfähigen Platten fließt, zwischen den Schaltungsmodulen gebrochen, wodurch eine Reflexion bewirkt wird. Folglich gibt es Probleme eines erhöhten Verlusts und einer Unfähigkeit, erwünschte Signalsendecharakteristika zwischen den Schaltungsmodulen zu erhalten.
  • Das Dokument JP-A-10065413 A offenbart einen dielektrischen Richtkoppler vom Leitungstyp, der aufgebaut ist, um eine Kopplungsgröße einer Kopplungsleitung über einem vergleichsweise breiten Frequenzband konstant zu machen und um eine einheitliche Verteilung durch ein Vorsehen einer Differenz zwischen Phasenkonstanten von dielektrischen Leitungen sicherzustellen, um eine Mehrzahl von dielektrischen Leitungen, die Differenzen unter den Phasenkonstanten aufweisen, elektromagnetisch zu koppeln. Deshalb weist der dielektrische Richtkoppler vom Leitungstyp dielektrische Streifen und eine dielektrische Platine auf, die zwischen Leiterplatten vorgesehen sind, die zwei Leiterebenen bilden, die beinahe parallel sind. Die Leiterplatinen, die dielektrischen Streifen und die dielektrische Platine konfigurieren eine dielektrische Leitung. Die Leiterplatinen und andere dielektrische Streifen konfigurieren die andere dielektrische Leitung. Da die Querschnittsformen der zwei dielektrischen Leitungen sich voneinander unterscheiden, unterscheiden sich die Phasenkonstanten der dielektrischen Leitungen voneinander.
  • Das Dokument US-A-2,751,556 offenbart einen Richtkoppler mit variabler Übertragung für eine Mikrowellenenergie. Der offenbarte Richtkoppler weist einen ersten und einen zweiten Wellenleiter auf, die jeweils eine Öffnung aufweisen, und wobei die Öffnungen jedes der Wellenleiter verschoben werden können, derart, dass die Gesamteingangsleistung von einem der Wellenleiter gerade durch das Ausgangsende des anderen Wellenleiters gesendet wird. Durch ein Verschieben der zwei Wellenleiter mit Bezug aufeinander kann eine Skalierung der Größe der gesendeten elektromagnetischen Energie realisiert werden.
  • Das Dokument Tanizaki et al., „Multi-Beam Automotive Radar Front End Using Non-Contact Cylindrical NRD Switch", Microwave Symposium Digest, 1998 IEEE MTT-S International Baltimore, MD, USA 7.–12. Juni 1998, New York, 7. Juni 1998 (1998-06-07), Seiten 521–524, XP 010290454, ISBN: 0-7803-4471-5 offenbart einen berührungsfreien zylindrischen NRD-Schalter mit einem niedrigen Einfügungsverlust und einer hohen Isolation bzw. Trennung. Es ist ein Mehrstrahl-Automobil-FM-Pulsradar-Front-End für das Band von 60 GHz offenbart, das einen mechanischen Schalter verwendet. Die Millimeterwellenschaltung basiert auf einer NRD-Technologie. Der offenbarte berührungsfreie zylindrische NRD-Schalter kann für Automobil-ICC-Anwendungen angewendet werden.
  • Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Richtkoppler zu schaffen, der zwei getrennte dielektrische Leiter aufweist, wobei Reflexions- und Verlustprobleme eliminiert werden.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Richtkoppler gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Um dielektrische Streifen von zwei dielektrischen Leitern eines Richtkopplers nahe beieinander lediglich in einer vorbestimmten Region vorzusehen, muss eine Biegung bei dielektrischen Leiterabschnitten vorgesehen sein, die mit dem Richtkoppler verbunden sind. Um jedoch einen Verlust aufgrund einer Umwandlung von der LSM-Mode bzw. dem LSM-Mode zu der LSE-Mode bzw. dem LSE-Mode zu reduzieren, muss beispielsweise der Krümmungsradius der Biegung groß sein. Folglich ist die Gesamtgröße der Vorrichtung erhöht und wenn dieselbe verwendet wird, um eine Antennenvorrichtung zu bilden, kann der Bewegungsabschnitt nicht leicht gemacht werden, was es schwierig macht, den Strahl schnell abzulenken. Wenn jedoch der Raum zwischen gegenüberliegenden Flächen der zwei leitfähigen Platten, die den dielektrischen Streifen festklammern, schmal gemacht ist, muss, obwohl der Krümmungsradius der Biegung frei gesetzt werden kann, solange dielektrische Leiter lediglich in dem LSM01-Mode wie verwendet senden, der Kopplungsabschnitt lang gemacht werden, um ein geeignetes Koppeln zu erhalten, was unausweichlich die Gesamtgröße der Vorrichtung erhöht und es schwierig macht, den Bewegungsabschnitt leichter zu machen. Falls der Raum zwischen den dielektrischen Streifen in dem Kopplungsabschnitt extrem schmal ist, kann ein starkes Koppeln erhalten werden, aber die Charakteristika des Richtkopplers werden stark von der Genauigkeit der Positionierung der zwei getrennten dielektrischen Leiter abhängen.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, zu ermöglichen, dass der Richtkoppler und eine Vorrichtung, die den Richtkoppler verwendet, ohne weiteres miniaturisiert werden können, um zu ermöglichen, dass die Masse des Bewegungsabschnitts reduziert wird, und um zu ermöglichen, dass die Richtung des Strahls schnell abgelenkt werden kann.
  • Der Richtkoppler der vorliegenden Erfindung weist einen ersten und einen zweiten dielektrischen Leiter auf, die jeweils einen dielektrischen Streifen aufweisen, der zwischen zwei leitfähigen Platten vorgesehen ist, die angeordnet sind, wobei sich die Endflächen der leitfähigen Platten berühren oder nicht berühren, und die dielektrischen Streifen des ersten und des zweiten dielektrischen Leiters sind im Wesentlichen parallel zu einander in der Nähe der Endflächen der leitfähigen Platten vorgesehen, sodass der erste und der zweite dielektrische Leiter strukturell getrennt sind. Ferner ist eine Rille in einer Endfläche der leitfähigen Platten eines des ersten und des zweiten dielektrischen Leiters vorgesehen, wobei die Rille eine Kurzschlussfläche in einer Position bei einem Abstand von den Elektrodenflächen von näherungsweise einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte der Wellenlänge einer ausgebreiteten Welle aufweist.
  • Bei dieser Konfiguration wirken die Elektrodenflächen in dem Abschnitt, wo die Endflächen der leitfähigen Platten des ersten und des zweiten dielektrischen Leiters ausgerichtet sind, als ein äquivalent kontinuierlicher Abschnitt. Obwohl die zwei dielektrischen Leiter durch die leitfähigen Plattenabschnitte getrennt sind, gibt es deshalb beinahe keinen Verlust in diesem Raum. Da es ferner beinahe keine Reflexion gibt, werden keine Störmoden durch eine Reflexion bewirkt.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Position bei einem Abstand von der Elektrodenfläche von näherungsweise einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte der Wellenlänge einer ebenen Welle, die sich in eine Richtung bewegt, derart, dass dieselbe eine Wellenzahl-Vektorkomponente gleich einer Phasenkonstante einer gesendeten Welle aufweist, die sich durch die dielektrischen Leiter ausbreitet, in die Richtung einer gesendeten Welle, die sich durch die dielektrischen Leiter ausbreitet, eine Kurzschlussfläche.
  • Eine ebene Welle, die sich durch den ausgerichteten Abschnitt der Endflächen der leitfähigen Platten des ersten und des zweiten dielektrischen Leiters ausbreitet, bewegt sich in eine Richtung, die gemäß der Größe derselben und der Größe einer Sendewelle bestimmt ist, die sich entlang der Länge der dielektrischen Leiter ausbreitet. Das heißt, die Größe der ebenen Welle (Wellenzahl k) ist vorbestimmt, und wenn die ebene Welle in die Senderichtung der dielektrischen Leiter projiziert wird, fährt die ebene Welle in eine Richtung (θ) fort, die mit der Phasenkonstante einer Sendewelle übereinstimmt, die sich durch die dielektrischen Leiter ausbreitet. Wenn deshalb eine Rille als eine Kurzschlussfläche bei einem Abstand von der Elektrodenfläche von näherungsweise einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte der Wellenlänge einer ebenen Welle in diese Richtung vorgesehen ist, wird das Reflexionsproblem zu einem optimalen Maß vermieden.
  • Ferner weist die vorliegende Erfindung ferner einen ersten Typ eines nichtstrahlenden dielektrischen Leiters, der die näherungsweise parallelen dielektrischen Streifenabschnitte und die Elektrodenflächen aufweist, und einen zweiten Typ eines nichtstrahlenden dielektrischen Leiters auf, wobei der Raum zwischen den anderen Elektrodenflächen als denselben der näherungsweise parallelen dielektrischen Streifen abschnitte schmäler als die Höhe der näherungsweise parallelen dielektrischen Streifenabschnitte ist und einen anderen dielektrischen Streifenabschnitt als die näherungsweise parallelen dielektrischen Streifenabschnitte und die Elektrodenflächen aufweist und in einem Einzel-LSM01-Mode sendet. Dann ist ein Führungsumwandlungsabschnitt bzw. Leitungsumwandlungsabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Typ eines nichtstrahlenden dielektrischen Wellenleiters vorgesehen. Folglich kann ein Koppeln ohne weiteres bei dem ersten Typ eines nichtstrahlenden dielektrischen Leiterabschnitts erreicht werden, ohne die Länge der parallelen dielektrischen Streifenabschnitte zu erhöhen oder den Raum zwischen denselben stark zu verschmälern. Bei dem zweiten Typ eines nichtstrahlenden dielektrischen Leiterabschnitts gibt es zusätzlich keine Umwandlung zu dem LSE-Mode, sogar wenn eine Biegung mit einem kurzen Krümmungswinkel vorgesehen ist, wodurch ermöglicht wird, dass die gesamte Vorrichtung miniaturisiert wird, ohne einen Sendeverlust zu erhöhen.
  • Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein primärer Emitter mit einem ersten dielektrischen Leiter des obigen Richtkopplers gekoppelt und eine dielektrische Linse ist näherungsweise bei dem Brennpunkt des primären Emitters befestigt. Bei dieser Konfiguration wird, wenn der erste dielektrische Leiter in Beziehung zu einem zweiten dielektrischen Leiter verschoben wird, der primäre Emitter innerhalb der inneren Fläche des Brennpunkts der dielektrischen Linse verschoben, wobei die Richtung des Strahls geneigt wird. Außerdem gibt es wenig Verlust bei dem Richtkopplerabschnitt und der Bewegungsabschnitt kann miniaturisiert werden und durch ein Vorsehen des ersten und des zweiten Typen von nichtstrahlenden dielektrischen Leitern an der Seite des ersten dielektrischen Leiters eine geringe Masse aufweisen. Ferner kann durch ein Liefern des ersten und des zweiten Typen von nichtstrahlenden dielektrischen Leitern zu dem zweiten dielektrischen Leiter eine miniaturisierte Antennenvorrichtung erhalten werden.
  • Wenn der Richtkoppler angeordnet ist, sodass die Größe einer Kopplung zwischen dem ersten dielektrischen Leiter und dem zweiten dielektrischen Leiter des Richtkopplers näherungsweise 0 dB beträgt, können Sendesignale und empfangene Signale am effizientesten zwischen dem Bewegungsabschnitt und dem festen Abschnitt gesendet werden, wobei die Effizienz der Antenne erhöht wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Sendesignal von einem Sender zu dem zweiten dielektrischen Leiter gesendet und Eingangs-/Ausgangs-Tore eines Zirkulartors zum Senden eines empfangenen Signals von dem zweiten dielektrischen Leiter zu einem Empfänger sind mit dem zweiten dielektrischen Leiter verbunden. Bei dieser Konfiguration ist es möglich, eine Antennenvorrichtung zum Senden und Empfangen zu realisieren, bei der die Richtung des Strahls unter Verwendung eines einzigen primären Emitters und eines einzigen Richtkopplers geneigt werden kann.
  • Ferner weist die vorliegende Erfindung ein Sende/Empfangsgerät auf, bei dem ein Sender mit einem Eingangstor des Zirkulartors verbunden ist und ein Empfänger mit einem Ausgangstor des Zirkulartors verbunden ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A bis 1C zeigen Konfigurationen eines Richtkopplers und einer Antennenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2A bis 2C sind Diagramme, die die Beziehung zwischen rela tiven Positionen einer dielektrischen Linse und eines primären Emitters und der Richtung eines Strahls zeigen;
  • 3 ist eine Querschnittsansicht eines Richtkopplerabschnitts;
  • 4A bis 4B sind Teilquerschnittsansichten der Konfiguration von Endflächen von leitfähigen Platten eines Richtkopplers;
  • 5A bis 5E sind Querschnittsansichten von verschiedenen exemplarischen Konfigurationen eines Richtkopplers;
  • 6A und 6B sind Diagramme, die die Beziehung zwischen der Konfiguration eines Richtkopplers und den Charakteristika desselben zeigen;
  • 7A bis 7C sind Diagramme, die eine Querschnittskonfiguration von zwei Typen eines Richtkopplers zeigen;
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Konfiguration eines Führungsumwandlungsabschnitts;
  • 9A und 9B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht der Konfiguration des gleichen Führungsumwandlungsabschnitts;
  • 10A bis 10D sind Diagramme, die beispielhafte Dimensionen jedes Teils eines Richtkopplers zeigen;
  • 11A bis 11C sind Diagramme, die Charakteristika des gleichen Richtkopplers zeigen;
  • 12A bis 12C sind Diagramme, die eine Konfiguration eines Richtkopplers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigen;
  • 13A bis 13C sind Diagramme, die eine beispielhafte Konfiguration eines anderen Richtkopplers zeigen;
  • 14A und 14B sind Diagramme, die eine Konfiguration eines anderen Richtkopplers zeigen, der eine unterschiedlich konfigurierte Bewegungsabschnittsseite aufweist;
  • 15 ist eine Querschnittsansicht der Konfiguration von dielektrischen Leitern an einer Bewegungsabschnittsseite;
  • 16 ist eine Draufsicht einer beispielhaften Konfiguration eines anderen Richtkopplers;
  • 17 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Sende/Empfangsgeräts zeigt;
  • 18 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Konfiguration einer Antennenvorrichtung und eines Sende/Empfangsgeräts;
  • 19 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Konfiguration eines Vorwärtsschraubensystems;
  • 20A und 20B sind Diagramme, die eine beispielhafte Konfiguration eines Schwingspulenmotors zeigen;
  • 21 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Millimeterwellenradars für ein Fahrzeug zeigt;
  • 22 ist ein Diagramm, das den Zustand zeigt, wenn der emittierte Strahl des Millimeterwellenradars für ein Fahrzeug horizontal geneigt ist;
  • 23 ist ein Diagramm, das den Zustand zeigt, wenn der emittierte Strahl des Millimeterwellenradars für ein Fahrzeug horizontal geneigt ist;
  • 24 ist ein Diagramm, das den Zustand zeigt, wenn der emittierte Strahl eines Millimeterwellenradars für ein Fahrzeug vertikal geneigt ist;
  • 25 ist eine teilweise perspektivische Ansicht einer Konfiguration eines ausgerichteten Abschnitts von zwei oberen leitfähigen Platten;
  • 26 ist eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines ausgerichteten Abschnitts der leitfähigen Platten;
  • 27 ist ein Diagramm, das Tore eines Richtkopplers definiert;
  • 28 ist ein Diagramm, das Messungen von Transparenzcharakteristika eines Richtkopplers zeigt; und
  • 29A und 29B sind Diagramme, die Messungen von Transparenzcharakteristika eines Richtkopplers als ein Vergleichsbeispiel zeigen.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Die Konfigurationen eines Richtkopplers und einer Antennenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf 1A bis 11 erläutert.
  • 1A und 1B zeigen die Beziehung zwischen der Konfiguration eines Richtkopplers und eines primären Emitters und einer dielektrischen Linse. 1A ist eine Draufsicht des Zustands, wenn die obere leitfähige Platte entfernt ist, und 1B ist eine Querschnittsansicht durch den Primäremitterabschnitt. In 1A kann ein Bewegungsabschnitt 31 mit Bezug auf einen festen Abschnitt 32 in die Richtung verschoben werden, die durch die Pfeile angegeben ist. Bei dem Bewegungsabschnitt 31 stellt das Bezugszeichen 14 eine untere leitfähige Platte dar und stellt das Bezugszeichen 11 einen dielektrischen Streifen dar. Der dielektrische Streifen 11 ist zwischen einer oberen leitfähigen Platte und der unteren leitfähigen Platte 14 vorgesehen, wodurch ein erster nichtstrahlender dielektrischer Leiter (hierin im Folgenden „NRD-Leiter") gebildet wird. Bei dem festen Abschnitt 32 stellt das Bezugszeichen 16 eine untere leitfähige Platte dar und ist 12 ein dielektrischer Streifen. Der dielektrische Streifen 12 ist zwischen einer oberen leitfähigen Platte und der unteren leitfähigen Platte 16 vorgesehen, wodurch ein zweiter NRD-Leiter gebildet wird.
  • Die Endflächen der leitfähigen Platten des ersten und des zweiten NRD-Leiters sind mit einem vorbestimmten Zwischenraum zwischen denselben vorgesehen, sodass dieselben einander nicht berühren. Die dielektrischen Streifen 11 und 12 des ersten und des zweiten NRD-Leiters sind eng aneinander parallel nahe den Endflächen der leitfähigen Platten 14 und 16 vorgesehen. Somit ist ein Richtkoppler gebildet, der den ersten und den zweiten NRD-Leiter aufweist.
  • Dielektrische Streifenabschnitte, die in 1 durch die Abschnitte 11' und 12' gezeigt sind, und die obere und die untere leitfähige Platte, die dieselben festklammern, bilden NRD-Leiter (hierin im Folgenden „Hyper-NRD-Leiter"), die in einem einzigen Mode, einem LSM01-Mode senden.
  • Ein primärer Emitter 13, der einen zylindrischen, stabähnlichen, dielektrischen Resonator aufweist, ist bei einem Ende des dielektrischen Streifens 11' des Bewegungsabschnitts 31 vorgesehen. Wie es in 1B gezeigt ist, ist eine Öffnung, die eine hornähnliche Verjüngung aufweist, in der oberen leitfähigen Platte 15 vorgesehen und ist koaxial zu dem primären Emitter 13. Wie es in dem Diagramm gezeigt ist, ist eine Schlitzplatte, die eine leitfähige Platte mit einem Schlitz in derselben aufweist, zwischen dem primären Emitter 13 und der Öffnung eingefügt. Folglich werden elektromagnetische Wellen in dem dielektrischen Streifen 11' in einem LSM-Mode ausgebreitet, der Komponenten eines elektrischen Felds in einem rechten Winkel zu der Länge des dielektrischen Streifens 11' und parallel zu den leitfähigen Platten 14 und 15 trägt und Magnetfeldkomponenten in eine Richtung senkrecht zu den leitfähigen Platten 14 und 15 trägt. Der dielektrische Streifen 11' und der primäre Emitter 13 sind elektromagnetisch gekoppelt, wobei ein HE111-Mode erzeugt wird, der Komponenten eines elektrischen Felds im Inneren des primären Emitters 13 in die gleiche Richtung wie das elektrische Feld des dielektrischen Streifens 11' trägt. Dann werden vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen durch die Öffnung in eine Richtung senkrecht zu der leitfähigen Platte 14 emittiert. Die dielektrische Linse 18 konvergiert diese Wellen in einen vorbestimmten Strahl. Umgekehrt wird, wenn elektromagnetische Wellen durch eine dielektrische Linse in die Öffnung emittiert werden, der primäre Emitter 13 in dem HE111-Mode angeregt und elektromagnetische Wellen werden in dem LSM-Mode zu dem dielektrischen Streifen 11' ausgebreitet, der mit demselben gekoppelt ist.
  • Ein Terminator bzw. eine Abschlusseinrichtung 20 ist bei einem Ende des dielektrischen Streifens 12' an der Seite des festen Abschnitts 32 vorgesehen. Bei dieser Konfiguration werden Sendsignale zu dem Hyper-NRD-Leiter eingegeben, der den anderen dielektrischen Streifen 12' aufweist, der empfangene Signale ausgibt.
  • 2 zeigt Veränderungen bei einer Richtung des Strahls aufgrund einer Verschiebung des primären Emitters. Der primäre Emitter 13 ist näherungsweise bei dem Brennpunkt der dielektrischen Linse 18 positioniert und der gesendete/empfangene Strahl B wird durch ein Verschieben des Brennpunkts der inneren Fläche (durch ein Verschieben des Bewegungsabschnitts 31 in Beziehung zu dem festen Abschnitt 32, der in 1A gezeigt ist) zu der Linken und der Rechten abgelenkt, wie es in 2 gezeigt ist.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A von 1A genommen ist. Der erste NRD-Leiter an der Bewegungsabschnittsseite weist die obere und die untere leitfähige Platte 14 und 15 und den dielektrischen Streifen 11 auf, der zwischen denselben vorgesehen ist. Der zweite NRD-Leiter an der Bewegungsabschnittsseite weist die obere und die untere leitfähige Platte 16 und 17 und den dielektrischen Streifen 12 auf, der zwischen denselben vorgesehen ist. Die Endflächen der leitfähigen Platten des ersten und des zweiten NRD-Leiters sind einander gegenüber mit einem vorbestimmten Zwischenraum zwischen denselben angeordnet und vorbestimmte Rillen, die parallel zu den leitfähigen Platten 16 und 17 verlaufen, sind in den Endflächen der leitfähigen Platten 16 und 17 vorgesehen.
  • 4 zeigt zwei Beispiele der Konfiguration der obigen Rillen. Bei dem Beispiel 4A ist eine Rille einer Tiefe d0 und einer Dicke g0 bei einem Abstand von h0 von der Elektrodenfläche (den gegenüberliegenden Flächen der oberen und der unteren leitfähigen Platte) vorgesehen. Hier ist g0 gleich dem Zwischenraum g zwischen den leitfähigen Platten 15 und 17. Ferner ist h0 = d0, wobei diese Längen ein ungerades Vielfaches von einem Viertel der Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen sind, die sich durch den Zwischenraum ausbreiten. Da das Ende P3 der Rille ein Kurzschlussanschluss ist, ist ein Punkt P2, der einen Abstand d0 von dem Ende P3 weg ist, ein äquivalent offener Punkt bzw. ein Punkt im Leerlauf, und ist ein Punkt P1, der einen Abstand h0 von dem Punkt P2 weg ist, ein äquivalent kurzgeschlossener Punkt (Kurzschlussfläche). Deshalb sind die Elektrodenflächen der leitfähigen Platten 15 und 17 äquivalent kontinuierlich.
  • Wie es bei dem Beispiel von 4B gezeigt ist, ist die Breite g1 der Rille breiter als der Zwischenraum g der leitfähigen Platten 15 und 17. Bei einer derartigen Konfiguration sollten die Position, Tiefe und Breite der Rille gesetzt sein, sodass die Position von P1 von der Kurz schlussfläche P3 betrachtet eine äquivalent kurzgeschlossene Fläche ist. Je größer die Breite g1 der Rille, desto kürzer normalerweise der Abstand h1 von der Elektrodenfläche zu der Rille, und folglich ist es möglich, den Abschnitt des Punkts P2 zwischen den zwei leitfähigen Platten zu einem äquivalenten Punkt zu machen. Wenn der Abschnitt zwischen den zwei leitfähigen Platten auf diese Weise zu einem offenen Anschluss gemacht ist, fließen keine Ströme zu den leitfähigen Platten, wodurch ein Leitfähigkeitsverlust reduziert wird.
  • Obwohl die zwei NRD-Leiter, die einen Bewegungsabschnitt und einen festen Abschnitt aufweisen, bei dem leitfähigen Plattenabschnitt getrennt sind, sind die Elektrodenflächen derselben äquivalent kontinuierlich und somit wird beinahe kein Verlust durch das Vorhandensein des Zwischenraums bewirkt. Da es ferner beinahe keine Reflexion in dem Raum gibt, wird keine Störmode durch eine Reflexion bewirkt.
  • 5A bis 5E zeigen Querschnittsansichten von anderen Konfigurationen eines Kopplungsabschnitts zwischen zwei NRD-Leitern. Bei dem Beispiel, das in 3 gezeigt ist, wurden Rillen in den Endflächen sowohl der oberen als auch der unteren leitfähigen Platte vorgesehen; wie es jedoch in 5A gezeigt ist, können Rillen nicht nur in der Seite des festen Abschnitts sondern auch in der Bewegungsabschnittsseite vorgesehen sein. Wie es ferner bei dem Beispiel 5B gezeigt ist, können Rillen in gegenüberliegenden Teilen der oberen und der unteren leitfähigen Platte des festen Abschnitts und des Bewegungsabschnitts vorgesehen sein. Wie bei dem Beispiel 5C können alternativ die Rillen an beiden Seiten einander zugewandt vorgesehen sein. Die Dicken der leitfähigen Platten des festen Abschnitts und des Bewegungsabschnitts müssen nicht notwendigerweise die gleichen sein, aber wenn sich dieselben unterscheiden, sollten die gegenüberliegenden Endflächen der leitfähigen Platten die gleiche Dicke aufweisen, wie bei 5D. Wenn die leitfähigen Platten 14 und 15 an der Bewegungsabschnittsseite insgesamt dünn gemacht sind, kann die Gesamtgröße und das Gewicht des Bewegungsabschnitts klein gemacht werden, wobei ermöglicht wird, dass derselbe ohne weiteres unter Verwendung sogar eines Motors mit niedrigem Drehmoment verschoben wird. Wie es in 5E gezeigt ist, kann ferner eine Rille in nur einer der leitfähigen Platten vorgesehen sein, um eine erwünschte Wirkung zu erreichen.
  • Bei dem in 4 gezeigten Beispiel sind bei einem Band von 60 GHz g = g0 = 0,2 mm, h0 = d0 = 1,2 mm. In 4B sind g = 0,2 mm, g1 = 1,0 mm, h1 = 0,96 mm und d1 = 1,5 mm. Bei diesem Beispiel betrug der Abstand von dem Ende P3 der Rille zu der Elektrodenfläche P1 die Hälfte der Wellenlänge der ausgebreiteten Wellen, aber dieser Abstand muss lediglich nλ/2 betragen, wobei n eine Ganzzahl größer 1 ist und λ die Wellenlänge ist. Ferner sollte der Abstand von der Elektrodenfläche P1 und dem Rillenende P3 zu dem Mittelpunkt P2 (2m – 1) λ/4 betragen (wobei m eine Ganzzahl größer 1 ist). Je länger der Abstand von dem Punkt P1 zu dem Punkt P3, desto schmäler die Breite des Frequenzbands, in dem der Punkt P1 äquivalent als eine kurzgeschlossene Fläche wirken kann, und aus diesem Grund sollte der Abstand von dem Punkt P1 und dem Punkt P3 zu dem Mittelpunkt P2 näherungsweise λ/4 betragen, um die obige Wirkung über einem breiten Band zu erhalten.
  • 6 zeigt die Beziehung zwischen dem Richtkoppler, der oben beschrieben ist, und dem Leistungsteilverhältnis. Falls nun die Phasenkonstante der geraden Moden der gekoppelten Leiter, die die dielektrischen Streifen 11 und 12 aufweisen, als βe ausgedrückt wird, ist die Phasenkonstante der ungeraden Moden als βo und Δβ = |βe – βo| und das Leistungsverhältnis zwischen einer elektromagnetischen Welle, die von einem Tor Nr. 1 eingegeben wird, und einer elektromagnetischen Welle, die zu einem Tor Nr. 2 ausgegeben wird, durch P2/P1 = 1 – sin2(Δβz/2) ausgedrückt und das Leistungsverhältnis zwischen einer elektromagnetischen Welle, die von dem Tor Nr. 1 eingegeben wird, und einer elektromagnetischen Welle, die zu einem Tor Nr. 4 ausgegeben wird, durch P4/P1 = 1 – sin2(Δβz/2) ausgedrückt. Bei einer Konstante von (Δβz/2) = nπ + π/2 (n: 0, 1, 2 ...) wird deshalb das gesamte Eingangssignal von dem Tor Nr. 1 zu dem Tor Nr. 2 ausgegeben, wobei ein Richtkoppler mit 0 dB gebildet wird.
  • 7A und 7B zeigen die Querschnittskonfigurationen des Hyper-NRD-Leiters und des normalen NRD-Leiterabschnitts in dem Richtkoppler, der in 1 gezeigt ist. 7A ist eine Querschnittsansicht des NRD-Leiters 12, die entlang der Linie A-A von 1 genommen ist, und 7B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie B-B in 1 genommen ist. Wie es in 7A gezeigt ist, ist bei dem normalen NRD-Leiter der Raum Dh zwischen den Elektrodenflächen der leitfähigen Platten 16 und 17 gleich der Höhe des dielektrischen Streifens 12. Wie es in 7b gezeigt ist, sind bei dem Hyper-NRD-Leiter Rillen einer Tiefe Gh in den leitfähigen Platten 16 und 17 vorgesehen, sodass der Raum Eh zwischen den Elektrodenflächen der leitfähigen Platten 16 und 17 schmäler als die Höhe Dh des dielektrischen Streifens 12' ist. Zusätzlich zu einem Vorsehen dieser Rillen ist der Raum zwischen der Ausbreitungsregion der dielektrischen Streifen und der leitfähigen Brechplatte in der Nichtausbreitungsregion, in der es keine dielektrischen Streifen gibt, bestimmt, sind die Dielektrizitätskonstanten der dielektrischen Streifen bestimmt und ist die Grenzfrequenz des LSM01-Mode niedriger gesetzt als die Grenzfrequenz des LSE01-Mode und ist die Grenzfrequenz des LSE01-Mode höher gesetzt als die verwendete Frequenz. Bei dieser Konfiguration können Wellen immer in einem einzigen Mode, dem LSM01-Mode, gesendet werden, ungeachtet des Krümmungsradius und dergleichen der Biegungen der dielektrischen Streifen. Folglich kann der gesamte Richtkoppler mit einem reduzierten Verlust klein gemacht werden.
  • Wenn Signale bei einer einzigen Frequenz gesendet werden, ist die Breite DHw des dielektrischen Streifens 12' des Hyper-NRD-Leiters kleiner als die Breite DNw des dielektrischen Streifens 12 des normalen NRD-Leiters. Bei einem Band von 60 GHz z.B. ist dann Dh = 2, 2 mm, DNw = 3, 0 mm, Gh = 0,5 mm, Eh = 1,2 mm und DHw = 1,8 mm, falls die spezifische Dielektrizitätskonstante εr der dielektrischen Streifen 2,04 beträgt.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht der Konfiguration eines normalen NRD-Leiters, eines Hyper-NRD-Leiters und eines Führungswandlers. 9 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht desselben. 8 und 9 zeigen Zustände, wenn die obere leitfähige Platte entfernt wurde. Wie es in diese Diagrammen gezeigt ist, verjüngt sich der Wandlerabschnitt des Hyper-NRD-Leiters und des normalen NRD-Leiters, um die Abmessungsdifferenz bei den Breiten der dielektrischen Streifen der NRD-Leiter graduell zu eliminieren. Ferner verändert sich der Raum zwischen den Elektrodenflächen der leitfähigen Platten 16 und 17 stufenweise. Das heißt, der Raum zwischen den Elektrodenflächen des Hyper-NRD-Leiters verändert sich nicht von der Position der Schnittstelle zwischen dem Hyper-NRD-Leiter und dem Wandler zu w1. Gleichermaßen verändert sich der Raum zwischen den Elektrodenflächen des normalen NRD-Leiters nicht von der Position der Schnittstelle zwischen dem normalen NRD-Leiter und dem Wandler zu w2. In dem Abschnitt zwischen w1 und w2 jedoch weisen die Räume zwischen den Elektrodenflächen des normalen NRD-Leiters und dem Hyper-NRD-Leiter einen Zwischenwert auf. Zum Beispiel sind w1 = w2 = 0,75 mm, w0 = 3, 0 mm, gh1 = 0, 13 mm, gh2 = 0, 37 mm. Hier entspricht w3 näherungsweise einem Viertel der Wellenlänge der ausgebreiteten Welle. Folglich werden eine reflektierte Welle 1 und eine reflektierte Welle 2 in einer Rückwärtsphase in den Stufenabschnitt des Raums zwischen den Elektrodenflächen gekoppelt, wodurch die emittierten Wellen aufgehoben werden. Folglich können der Hyper-NRD-Leiter und der normale NRD-Leiter ohne ein Reflexionsproblem umgewandelt werden.
  • Das obige Beispiel beschrieb die Konfigurationen und den Umwandlungsabschnitt des Hyper-NRD-Leiters und des normalen NRD-Leiters an der Seite des festen Abschnitts, aber die Bewegungsseite ist gleich.
  • 10A bis 10D zeigen Größen aller Abschnitte, wenn der oben beschriebene Richtkoppler als ein Richtkoppler mit 0 dB konfiguriert ist, und 11 zeigt die Charakteristika desselben.
  • 10A bis 10D zeigen die Abmessungen aller Abschnitte in Millimetern. 10A ist eine Draufsicht, wenn die obere leitfähige Platte entfernt ist, 10B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A von 10B genommen ist, und 10C ist eine Draufsicht des Führungswandlerabschnitts des normalen NRD-Leiters und des Hyper-NRD-Leiters und eine Querschnittsansicht des Bereichs nahe desselben. 10D schließlich ist ein Diagramm, das die ursprüngliche Position des Bewegungsabschnitts zeigt.
  • 11 ist ein Diagramm, das Transparenzcharakteristika des Richtkopplers zeigt, wenn der Bewegungsabschnitt um –8 mm, 0 mm und +8 mm zu drei unterschiedlichen Positionen bewegt wurde, wobei 11A die Transparenzcharakteristika bei jeder Frequenz zeigt, 11B eine vergrößerte Ansicht der Transparenzcharakteristika zu dem primären Emitter ist und 11C Veränderungen bei den Transparenzcharakteristika in Beziehung zu der Position des Bewegungsabschnitts bei 59,5 GHz zeigt. Selbst wenn der Bewegungsabschnitt über einen derart vergleichbar breiten Bereich von Positionen bewegt wird, kann eine Leistung bei näherungsweise 0 dB geteilt werden. 0 dB wird nicht erreicht, da zusätzlich zu einer Abweichung bei der Leistungsteilung es ferner einen Führungsverlust und einen Sendeverlust gibt.
  • Als nächstes werden andere Beispiele von Konfigurationen eines Richtkopplers mit Bezug auf 12A bis 14B erläutert.
  • 12A ist eine Draufsicht des Zustands, wenn die obere leitfähige Platte entfernt ist, und 12B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A in 12A genommen ist. 12C ist eine Querschnittsansicht als ein Vergleichsbeispiel. Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Fall ist bei diesem Beispiel ein Abschnitt 11' des dielektrischen Streifens 11 des NRD-Leiters an der Bewegungsabschnittsseite ein Hyper-NRD-Leiter und der andere Endabschnitt 11' ist ebenfalls ein Hyper-NRD-Leiter. Bei dieser Konfiguration kann, da die horizontalen Breiten beider Enden des dielektrischen Streifens 11 klein sind, der dielektrische Streifen 11 exakt in der axialen Richtung desselben positioniert werden. Wenn dieser Richtkoppler ein Richtkoppler mit 0 dB ist, werden zudem beinahe keine Sendesignale von dem Tor Nr. 1 zu dem Hyper-NRD-Leiter unter Verwendung des dielektrischen Streifens 11'' an der gegenüberliegenden Seite des primären Emitters 13 ausgegeben und folglich kann, da es keinen Bedarf nach einem Widerstandswertabschluss gibt, derselbe als ein offener Anschluss oder als ein Kurzschlussanschluss verwendet werden.
  • Wenn jedoch der Hyper-NRD-Leiter nahe an dem dielektrischen Streifen 12 des normalen NRD-Leiters an der Seite des festen Abschnitts auf diese Weise vorgesehen ist, wird eine Wand (elektrische Wand) nahe dem dielektrischen Streifen 12 erzeugt, wie es durch das Symbol O in 12C angegeben ist, was ein Koppeln von dem LSM01-Mode zu dem LSE-Mode bewirkt. Wie es in 12B gezeigt ist, ist deshalb der Raum zwischen den leitfähigen Platten 14 und 15 in dem Abschnitt, der den leitfähigen Platten 16 und 17 an der Seite des festen Abschnitts zugewandt ist, gleich dem Raum zwischen den Elektrodenflächen der leitfähigen Platten 16 und 17 gemacht. Gleichermaßen ist der Hyper-NRD- Leiterabschnitt, der den dielektrischen Streifen 11' aufweist, der mit dem primären Emitter 13 gekoppelt ist, nahe dem normalen NRD-Leiter der Seite des festen Abschnitts vorgesehen, wobei eine elektrische Wand erzeugt wird, aber wenn der Richtkoppler ein Richtkoppler mit 0 dB ist, breiten sich beinahe keine elektromagnetischen Wellen durch diesen Abschnitt aus und gibt es somit kein Problem eines Koppelns zu dem LSE-Mode.
  • Wenn der Hyper-NRD-Leiter parallel zu dem normalen NRD-Leiter ist, wobei sowohl die rechte als auch die linke Seite symmetrisch angeordnet sind, wie es in 12C gezeigt ist, sollte ein LSE-Mode-Unterdrücker bzw. eine LSE-Mode-Unterdrückungsvorrichtung im Inneren des dielektrischen Streifens 12 des normalen NRD-Leiters vorgesehen sein, der verhältnismäßig nahe an dem Hyper-NRD-Leiter liegt, wie es in 13 gezeigt ist. 13B ist eine Teilquerschnittsansicht in die vertikale Richtung durch die Mitte des dielektrischen Streifens 12 und 13C ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A von 13A genommen ist. Ein LSE-Mode-Unterdrücker ist im Grunde genommen ein leitfähiges Bauglied, das senkrecht zu den Elektrodenflächen und parallel zu der Richtung einer Wellenausbreitung zum Verhindern eines LSE-Mode in diesem Abschnitt vorgesehen ist. Ferner ist die Höhe dieses leitfähigen Bauglieds abwechselnd verändert, um eine Filterschaltung zu bilden, wodurch sichergestellt ist, dass es kein Koppeln mit dem TEM-Mode gibt. Das Diagramm zeigt ein Beispiel bei dem Band von 60 GHz und Abmessungen sind in Millimetern gezeigt.
  • Bei dem in 13 gezeigten Beispiel ist ein Terminator 20 zu dem Abschnitt des dielektrischen Streifens 11' des Hyper-NRD-Leiters an der Bewegungsabschnittsseite vorgesehen. Wenn der Terminator 20 zu dem Hyper-NRD-Leiter vorgesehen ist, können, selbst wenn die Kopplungssymmetrie des Richtkopplers etwas ungenau ist, was in einer Reflexion von Wellen von dem Tor Nr. 3 resultiert, die Wirkungen einer derartigen Reflexion reduziert werden.
  • Wie es in 13 gezeigt ist, ist ferner, wenn der Terminator 20 zu dem Hyper-NRD-Leiter vorgesehen ist, der Terminatorabschnitt einen erheblichen Abstand weg von dem dielektrischen Streifen 12 des normalen NRD-Leiters an der Seite des festen Abschnitts, wobei sichergestellt ist, dass es kein Koppeln zwischen denselben gibt. Folglich ist es nicht notwendig, eine Biegung vorzusehen, um den Terminatorabschnitt von dem normalen NRD-Leiter an der Seite des festen Abschnitts weg zu halten.
  • In 12A bis 12C und 13 kann das Tor des NRD-Leiters, der den dielektrischen Streifen 11' aufweist, für andere Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel können bei dem Tor Nr. 2 und dem Tor Nr. 3 Ausgangsanschlüsse vorgesehen sein und eine Sendesignalleistung und -frequenz und dergleichen können von dem Tor Nr. 2 überwacht werden und die Reflexion bei dem Antennenanschluss kann von dem Tor Nr. 3 überwacht werden.
  • 14A bis 14B sind Diagramme, die andere Beispiele von Konfigurationen eines Richtkopplers zeigen. Bei den mehreren obigen Beispielen war eine Biegung bei dem Hyper-NRD-Leiter vorgesehen, der mit dem primären Emitter an der Bewegungsabschnittsseite gekoppelt ist, aber wie es in 14A gezeigt ist, kann der primäre Emitter ohne eine Biegung angeordnet sein. In diesem Fall ist die Fläche einer polarisierten Welle des primären Emitters 13 parallel zu der Richtung, in die sich der Bewegungsabschnitt 31 bewegt. Falls eine Biegung vorgesehen ist und der primäre Emitter 13 mit einem Winkel von 45 Grad wie bei den vorhergehenden Beispielen gekoppelt ist, neigt sich die elektromagnetische Welle einer Fläche einer polarisierten Welle um 45 Grad. Deshalb kann der Biegeabschnitt vorgesehen sein, um zu dem beabsichtigten Zweck zu passen.
  • Wie es in 14B gezeigt ist, kann ferner der ganze NRD-Leiter des Bewegungsabschnitts 31 ein normaler NRD-Leiter sein. Dies wird gewöhnlich die Größe des Bewegungsabschnitts 31 erhöhen, sodass der Krümmungsradius der Biegung gesetzt sein sollte, um einen Sendeverlust zu minimieren, wenn zwischen Moden geschaltet wird.
  • 15 ist eine Querschnittsansicht einer anderen beispielhaften Konfiguration der Bewegungsabschnittsseite eines Richtkopplers. Bei diesem Beispiel sind die obere und die untere leitfähige Platte 14 und 15 durch ein Plattieren der äußeren Flächen von synthetischen Harzplatten mit einem Metallfilm gebildet. Bei einem Bilden der Rillen in dem Bewegungsabschnitt sollte das Basismaterial des Harzes vorab geformt werden und die Metallplattierung wird auf alle äußeren Flächen desselben aufgebracht, einschließlich der inneren Flächen der Rillen. Da der Elektrodenfilm, der als der NRD-Leiter wirkt, sich auf den Flächen befindet, die den dielektrischen Streifen 11 an jeder Seite festklammern, ist es nicht wesentlich, einen Elektrodenfilm an den äußeren Flächen vorzusehen.
  • 16 ist ein anderes Beispiel einer Konfiguration des Bewegungsabschnitts und zeigt eine Draufsicht, wenn die obere leitfähige Platte entfernt ist. Bei diesem Beispiel wurde der Bereich (die Fläche) der leitfähigen Platten soweit möglich in anderen Regionen als den Positionen des primären Emitters 13 und der dielektrischen Streifen 11 und 11' reduziert, die zu dem Bewegungsabschnitt 31 vorgesehen sind. Um dies zu erreichen, sind Einkerbungen, wie bei A und B gezeigt, vorgesehen und ein Loch ist vorgesehen, wie es bei C gezeigt ist. Diese sollten innerhalb eines Bereichs begrenzt sein, der die NRD-Leitercharakteristika und die Primäremittercharakteristika nicht beeinflusst. Zum Beispiel sind in dem Hyper-NRD-Leiterabschnitt die Einkerbungen und das Loch bei zumindest 2 mm in die Breitenrichtung von dem dielektrischen Streifen 11' und bei zumindest 8 mm von dem primären Emitter 13 vorgesehen. In 16 ist der sichere Bereich durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
  • Als nächstes werden Beispiele von Konfigurationen einer Antennenvorrichtung und eines Sende/Empfangsgeräts mit Bezug auf 17 bis 21 erläutert.
  • 17 ist eine Draufsicht, wenn der Abschnitt der oberen leitfähigen Platte entfernt ist. Die Konfiguration des Richtkopplers bei dem Bewegungsabschnitt 31 und dem festen Abschnitt 32 ist die gleiche wie 1. Hier ist das Tor Nr. 1 der Signal-Eingangs-/Ausgangs-Abschnitt des Richtkopplers und stellt eine Verbindung zu einem Zirkulator 19 her. Ein Hyper-NRD-Leiter, der einen dielektrischen Streifen 21 aufweist, stellt eine Verbindung zu dem Eingangstor des Zirkulators 19 her und ein Hyper-NRD-Leiter, der einen dielektrischen Streifen 23 aufweist, stellt eine Verbindung zu dem Ausgangstor des Zirkulators 19 her. Ein Oszillator ist mit dem Hyper-NRD-Leiter, der den dielektrischen Streifen 21 aufweist, verbunden und ein Mischer ist mit dem Hyper-NRD-Leiter, der den dielektrischen Streifen 23 aufweist, verbunden. Ein dielektrischer Streifen 22 ist zwischen den dielektrischen Streifen 21 und 23 vorgesehen und ist mit den Hyper-NRD-Leitern gekoppelt, die die dielektrischen Streifen 21 bzw. 23 aufweisen, wodurch ein Richtkoppler gebildet wird. Terminatoren 20 sind bei beiden Enden des dielektrischen Streifens 22 vorgesehen. Hier weisen der Mischer und der Oszillator, die einen Hyper-NRD-Leiter mit einem Substrat dazwischen aufweisen, um eine Schaltung zum Anlegen einer Vorspannungsspannung an diese Dioden bereitzustellen, eine Varaktordiode und eine Gunn-Diode auf.
  • Bei der obigen Konfiguration wird das Oszillationssignal des Oszillators von dem dielektrischen Streifen 21 → dem Zirkulator 19 → dem dielektrischen Streifen 12 → dem dielektrischen Streifen 11 → dem primären Emitter 13 gesendet. Entgegengesetzt werden elektromagnetische Wellen, die bei dem primären Emitter 13 empfangen werden, von dem dielektrischen Streifen 11 → dem dielektrischen Streifen 12 → dem Zirkulator 19 → dem dielektrischen Streifen 23 gesendet und werden schließlich zu dem Mischer eingegeben. Ferner wird ein Teil des Oszillationssignals als ein Lokalsignal zu dem Mischer zusammen mit dem empfangenen Signal über die zwei Richtkoppler gesendet, die die dielektrischen Streifen 21, 22 und 23 aufweisen. Folglich gibt der Mischer die Frequenzkomponenten der Differenz zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal als ein Zwischenfrequenzsignal aus.
  • 18 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer Gesamtkonfiguration eines Sende/Empfangsgeräts. In dem Diagramm ist eine Bewegungsabschnitt-Antriebseinheit 42 zum Verschieben der Bewegungseinheit 31 unten erläutert. Ein Horn 43 weist eine Öffnung auf, die ein langes Loch aufweist, das sich in die Richtung erstreckt, in die der Bewegungsabschnitt 31 verschoben wird. Der Bewegungsabschnitt 31 und ein „0-dB-Koppler" bilden einen Richtkoppler. Ein Teilungsabschnitt RF weist den obigen Mischer auf und ein Schaltungsabschnitt VCO weist den obigen Oszillator auf. Ferner steuert eine Steuerung die Bewegungsabschnitt-Antriebseinheit 42, extrahiert Informationen basierend auf dem Zwischenfrequenzsignal einschließlich des Abstands, Winkels und der Relativgeschwindigkeit der Bewegungsabschnitt-Antriebseinheit 42 und sendet diese Daten zu einer externen Vorrichtung. Um diese Abschnitte zusammenzufügen, werden alle Einheiten in einem Gehäuse 41 platziert, wird das Horn 43 angebracht, wird die dielektrische Linse 18 mit einem O-Ring 44 dazwischen über dieses platziert und wird die gesamte Vorrichtung durch vier Schrauben zusammengeschraubt, die von der unteren Fläche des Gehäuses 41 eintreten.
  • 19 ist eine perspektivische Ansicht der Konfiguration der Bewegungsabschnitt-Antriebseinheit. In dem Diagramm ist ein Ende einer Vorwärtsschraube 54 über ein Lager an einem Rahmen angebracht, sodass die Vorwärtsschraube 54 sich frei drehen kann. Das andere Ende der Vorwärtsschraube 54 stellt eine Verbindung mit der Achse eines Pulsmotors 55 her, der sicher an den Rahmen geschraubt ist. Der Rahmen weist eine Vorwärtsführung 51 auf, die parallel zu der Vorwärtsschraube 54 ist, und die Vorwärtsschraube 54 wird in einen Mutterabschnitt geschraubt, der entlang der Vorwärtsführung 51 gleiten kann. Der Bewegungsabschnitt 31 weist einen primären Emitter auf und ist sicher an den Mutterabschnitt geschraubt. Ferner ist eine Abfangvorrichtungsplatte 52 an dem Mutterabschnitt angebracht. Der Rahmen weist einen Photounterbrecher bzw. eine Photounterbrechungsvorrichtung 53 auf und die Abfangvorrichtungsplatte 52 verläuft durch die optische Achse des Photounterbrechers 53.
  • Dieses Vorwärtsschraubensystem ist im Grunde genommen in einer offenen Schleife gesteuert, da der Bewegungsabschnitt 31 durch ein Anlegen einer vorbestimmten Anzahl von Pulsen an den Pulsmotor 55 zu einer vorbestimmten Position verschoben wird. Das heißt, eine CPU steuert den Puls des Pulsmotors durch ein Anlegen einer vorbestimmten Anzahl von Pulsen an den Pulsmotor, wodurch die Position des Bewegungsabschnitts gesteuert wird. Simultan zählt ein Speicher oder Register die Pulszahl, die die gegenwärtige Position des Bewegungsabschnitts darstellt, wodurch die Position des Bewegungsabschnitts indirekt erfasst wird. Da die Position des Bewegungsabschnitts 31 nicht unmittelbar nach einer Leistungsinjektion oder wenn der Pulsmotor eine Fehlfunktion aufwies erfasst werden kann, wird in derartigen Fällen die Position desselben unter Verwendung der Abfangvorrichtungsplatte 52 und des Photounterbrechers 53 erfasst.
  • Bei dem obigen Beispiel wurde der Bewegungsabschnitt unter Verwendung eines Drehmotors verschoben, aber der Bewegungsabschnitt kann alternativ unter Verwendung eines Linearmotors verschoben werden. 20A und 20B zeigen die Konfiguration der Bewegungsabschnitt-Antriebseinheit in einem derartigen Fall. 20A ist eine perspektivische Ansicht und 20B ist eine Querschnittsansicht durch die Fläche senkrecht zu der Verschiebungsrichtung des Bewegungsabschnitts. In 20A und 20B weist eine Magnetschaltung externe Jöcher 46 und 47, ein internes Joch 45 und Magneten 48 und 49 auf, die an den inneren Flächen der externen Jöcher 46 und 47 angebracht sind. Zwei Führungsstifte 51 und 51 sind an dem externen Joch 47 angebracht und sind parallel zu dem internen Joch 45. Eine Bewegungsspule 50 ist in einem einzigen Körper mit einem Bewegungsdrückabschnitt vorgesehen, der entlang den Führungsstiften 51 und 51 gleitet. Simultan läuft das interne Joch 45 durch die Bewegungsspule 50, während ein fester Abstand zu derselben beibehalten wird. Der Bewegungsabschnitt 31 jedoch, der einen primären Emitter aufweist, ist sicher an den Bewegungsdrückabschnitt geschraubt. Eine Abfangvorrichtungsplatte 52 ist an dem Bewegungsdrückabschnitt angebracht und weist ein rhombisches Fenster auf. Zwei Photounterbrecher 53a und 53b sind an dem externen Joch 47 angebracht, sodass die optischen Achsen derselben durch das rhombische Fenster verlaufen.
  • Bei dem obigen Schwingspulenmotorsystem wird die Position des Bewegungsabschnitts 31 gemäß der Differenz bei den Mengen an Licht erfasst, die durch die zwei Photounterbrecher 53a und 53b empfangen werden, und der Motor wird angetrieben, um den Bewegungsabschnitt 31 zu einer vorbestimmten Position zu bewegen.
  • 21 ist ein Blockdiagramm, das eine Gesamtkonfiguration eines Millimeterwellenradars zeigt, das die Antennenvorrichtung und das Sende/Empfangsgerät aufweist, die oben beschrieben sind. In dem Diagramm verwendet ein Signalverarbeitungsabschnitt in einem Signalprozessor ein Sende/Empfangsgerät, um numerische Daten zu erfassen, wie beispielsweise die Relativgeschwindigkeit und den Abstand zu einem Fahrzeug, das sich vorne bewegt. Dann erteilt basierend auf der Beziehung zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit des Hauptfahrzeugs und dem Abstand zwischen dem Hauptfahrzeug und dem vorderen Fahrzeug ein Steuer-/Warn- Abschnitt eine Warnung, wenn z.B. vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind, oder erteilt eine Warnung, wenn die Geschwindigkeit relativ zu dem vorderen Fahrzeug einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat.
  • Als nächstes wird ein Beispiel zum Optimieren der Transparenz- und Reflexionscharakteristika in dem Abschnitt der Endflächen der leitfähigen Platten des ersten und des zweiten dielektrischen Leiters beschrieben.
  • 25 ist eine teilweise perspektivische Ansicht einer Konfiguration des ausgerichteten Abschnitts der zwei oberen leitfähigen Platten. In dem Diagramm werden ebene Wellen, die sich durch den Raum ausbreiten, nicht nur als Wellen, die senkrecht zu den Elektrodenflächen (Richtung x) gesendet werden, sondern auch Wellen, die sich parallel zu der Länge des dielektrischen Leiters (der z-Richtung) in dem LSM-Mode ausbreiten, der ein Hauptmode des NRD-Leiters ist, umfassend betrachtet. Das heißt, ebene Wellen werden als sich in eine Richtung θ(= cos – 1(β/k)) ausbreitend erachtet, bestimmt basierend auf der Phasenkonstante β des LSM-Mode, der sich parallel zu der Länge des dielektrischen Leiters ausbreitet, und der Anzahl k von ebenen Wellen, die sich durch den Raum ausbreiten, und eine Rille, die parallel zu der Richtung von ebenen Wellen ist, die diesen Ausbreitungsvektor aufweisen, ist bei einem Abstand von der Elektrodenfläche von näherungsweise einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte einer Wellenlänge vorgesehen.
  • In 25 verschieben sich ebene Wellen, die sich von einem Punkt p1 ausbreiten, zu der y-Richtung der Rille bei einem Punkt p2 und werden dann von einem Punkt p3 zu einem Punkt p4 reflektiert. Danach werden dieselben noch einmal reflektiert, bis dieselben einen Punkt p5 erreichen. Hier entsprechen die Punkte p1 und p5 von 25 den Punkten P1 und P2 von 4, die Punkte p2 und p4 entsprechen dem Punkt P2 und der Punkt p3 entspricht dem Punkt P3 von 4.
  • Die Anzahl von Wellen k ist bestimmt durch k = ω√(εμ). Hier ist ω die Frequenz, ε die Dielektrizitätskonstante der Rille und μ die Permeabilität der Rille. Insbesondere gilt in Luft k = ω√(εoμo). Wenn die Abmessungen und die Position des dielektrischen Streifens bei dem ausgerichteten Abschnitt der leitfähigen Platten sind wie es in 26 gezeigt ist, betragen die Abmessungen der Abschnitte von 25 bei einem Band von 76 GHz g = 0,2 mm, g2 = 1,0 mm, h2 = 1,07 mm, d2 = 1,6 mm.
  • 28 zeigt Messungen der Charakteristika des Richtkopplers zu dieser Zeit. Hier sind die Tore des Richtkopplers wie in 27 definiert. Fluorharz mit einer spezifischen Dielektrizitätskonstante von 2,04 wurde als das dielektrische Material verwendet.
  • Somit können stabile Transparenzcharakteristika mit einem geringen Verlust über einem breiten Band von Frequenzen erhalten werden, die um 76 GHz zentriert sind. Durch einen Vergleich zeigt 29A die Transparenzcharakteristik, wenn keine Rille vorgesehen ist. Wenn keine Rille vorgesehen ist, ist die Transparenzcharakteristik extrem schlecht. Ferner zeigt 29B die Transparenzcharakteristik lediglich für Wellen, die sich in die Richtung senkrecht zu der Elektrodenfläche (x-Richtung) ausbreiten in einem Fall, bei dem die Abmessungen der Rille g = 0,2 mm, g2 = 1,0 mm, h2 = 0,7 mm und d2 = 1,22 mm betragen. Wenn die Rille keine geeigneten Abmessungen aufweist, wandelt sich der LSM-Mode bei bestimmten Frequenzen (bei dem gezeigten Beispiel näherungsweise 73 GHz, 75 GHz, 77 GHz, 79 GHz, 81 GHz) in den LSE-Mode um, was in einem ernsthaften Verlust resultiert.
  • Obwohl die ausgerichteten Abschnitte der Endflächen der leitfähigen Platten des ersten und des zweiten dielektrischen Leiters getrennt sind, wirkt gemäß der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung, wobei die Elektrodenflächen beider leitfähiger Platten äquivalent kontinuierlich sind, und somit gibt es beinahe keinen Verlust in dem Raum zwischen den leitfähigen Platten. Da es ferner beinahe keine Reflexion in dem Raum gibt, werden keine Störmoden durch eine Reflexion bewirkt.
  • Eine Kurzschlussfläche ist bei einer optimalen Position entsprechend der Richtung von ebenen Wellen vorgesehen, die sich durch den Abschnitt ausbreiten, in dem die Endflächen der leitfähigen Platten des ersten und des zweiten dielektrischen Leiters ausgerichtet sind, wodurch eine Reflexion bei dem ausgerichteten Abschnitt der leitfähigen Platten am wirksamsten reduziert werden kann.
  • Gemäß einem ersten Typ eines nichtstrahlenden dielektrischen Leiterabschnitts ist ferner ein Koppeln möglich, ohne den Raum zwischen dielektrischen Streifen extrem schmal zu machen. Gemäß einem zweiten Typ eines nichtstrahlenden dielektrischen Leiterabschnitts gibt es zusätzlich, obwohl eine Biegung eines kleinen Krümmungsradius vorgesehen ist, keine Umwandlung von einem LSM-Mode zu LSE, wodurch die gesamte Vorrichtung ohne weiteres klein gemacht werden kann, ohne einen Sendeverlust zu erhöhen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Antennenvorrichtung bereit, bei der die Richtung des Strahls durch ein relatives Verschieben eines ersten dielektrischen Leiters mit Bezug auf einen zweiten dielektrischen Leiter geneigt wird, sodass es einen geringen Verlust bei dem Richtkopplerabschnitt gibt. Durch ein Vorsehen eines ersten und eines zweiten Typs eines nichtstrahlenden dielektrischen Leiterabschnitts an der Seite eines dielektrischen Leiters kann der Bewegungsabschnitt außerdem klein gemacht werden und eine niedrige Masse aufweisen, sodass der Strahl schnell geneigt werden kann, selbst wenn ein Motor mit niedrigem Drehmoment verwendet wird. Durch ein Vorsehen eines ersten und eines zweiten Typs eines nichtstrahlenden dielektrischen Leiterabschnitts an der Seite des zweiten dielektri schen Leiters kann außerdem eine Antennenvorrichtung erhalten werden, die insgesamt miniaturisiert ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können Sendesignale und empfangene Signale mit einer maximalen Effizienz zwischen einem Bewegungsabschnitt und einem festen Abschnitt elektrisch gesendet werden, wobei die Effizienz der Antenne erhöht wird.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine miniaturisierte Antenne zum Senden und Empfangen bereit, wobei die Richtung des Signals unter Verwendung eines einzigen primären Emitters und eines einzigen Richtkopplers geneigt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Sende/Empfangsgerät bereit, das miniaturisiert ist und einen niedrigen Verlust aufweist.

Claims (7)

  1. Ein Richtkoppler, der folgende Merkmale aufweist: einen ersten und einen zweiten dielektrischen Leiter, die jeweils einen dielektrischen Streifen (11, 12; 12') aufweisen, der zwischen zwei leitfähigen Platten (14, 15, 16, 17) vorgesehen ist, und gegenüberliegende Flächen der zwei leitfähigen Platten (14, 15, 16, 17) als Elektrodenflächen verwenden, wobei der erste und der zweite dielektrische Leiter angeordnet sind, wobei sich Endflächen der jeweiligen leitfähigen Platten (14, 15, 16, 17) derselben berühren oder nicht berühren, wobei die dielektrischen Streifen (11, 12; 12') des ersten und des zweiten dielektrischen Leiters im Wesentlichen parallel zueinander in der Nähe der Endflächen der leitfähigen Platten (14, 15, 16, 17) vorgesehen sind und eine Rille in einer Endfläche der leitfähigen Platten (14, 15, 16, 17) eines der erstes und des zweiten dielektrischen Leiters vorgesehen ist, wobei die Rille eine Kurzschlussfläche in einer Position bei einem Abstand von den Elektrodenflächen von näherungsweise einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte der Wellenlänge einer ausgebreiteten Welle aufweist.
  2. Der Richtkoppler gemäß Anspruch 1, bei dem die Position bei einem Abstand von näherungsweise einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte der Wellenlänge einer ausgebreiteten Welle eine Position bei einem Abstand von der Elektrodenfläche von näherungsweise einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte der Wellenlänge einer ebenen Welle, die eine Wellenzahl-Vektorkomponente gleich einer Phasenkonstante einer gesendeten Welle, die sich durch die dielektrischen Leiter ausbreitet, in die Richtung der gesendeten Welle ist.
  3. Der Richtkoppler gemäß Anspruch 1 und 2, der ferner einen ersten Typ eines nicht strahlenden dielektrischen Leiters aufweist, der die näherungsweise parallelen dielektrischen Streifenabschnitte (11, 12) und die Elektrodenflächen aufweist, und einen zweiten Typ eines nicht strahlenden dielektrischen Leiters aufweist, bei dem der Raum (Eh) zwischen von den näherungsweise parallelen dielektrischen Streifenabschnitten (11', 12') verschiedenen Elektrodenflächen schmaler als die Höhe (Dh) der näherungsweise parallelen dielektrischen Streifenabschnitte (11', 12') ist, und der einen von den näherungsweise parallelen dielektrischen Streifenabschnitten (11, 12) verschiedenen dielektrischen Streifenabschnitt (11', 12') und die Elektrodenflächen aufweist und in einer Einzel-LSM01-Mode sendet; und einen Führungsumwandlungsabschnitt für den ersten und den zweiten Typ von nicht strahlenden dielektrischen Leitern aufweist, der zwischen dem ersten Typ eines nicht strahlenden dielektrischen Leiters und dem zweiten Typ eines nicht strahlenden dielektrischen Leiters vorgesehen ist.
  4. Eine Antennenvorrichtung, die den Richtkoppler gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, einen primären Emitter (13), der mit einem ersten dielektrischen Leiter des Richtkopplers gekoppelt ist, und eine dielektrische Linse (18) aufweist, die näherungsweise an dem Brennpunkt des primären Emitters (13) vorgesehen ist und an einem zweiten dielektrischen Leiter des Richtkopplers befestigt ist.
  5. Die Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der die Größe einer Kopplung zwischen dem ersten dielektrischen Leiter und dem zweiten dielektrischen Leiter des Richtkopplers näherungsweise 0 dB beträgt.
  6. Die Antennenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 und 5, bei der ein Sendesignal von einem Sender zu dem zweiten dielektrischen Leiter gesendet wird und Eingang/Ausgang-Tore eines Zirkulators (19), der ein empfangenes Signal von dem zweiten dielektrischen Leiter zu einem Empfänger sendet, mit dem zweiten dielektrischen Leiter verbunden sind.
  7. Ein Sende/Empfangsgerät, das einen Sender, der mit einem Eingangstor des Zirkulators (19) in der Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 6 verbunden ist, und einen Empfänger aufweist, der mit einem Ausgangstor des Zirkulators (19) in der Antennenvorrichtung verbunden ist.
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