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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Antennenbauelement für ein Millimeterwellenband
oder dergleichen, das eine dielektrische Linse und einen Primärradiator
umfaßt,
und bezieht sich auch auf eine Sende-Empfangseinheit, die das Antennenbauelement
verwendet.
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Ein Radar für ein Fahrzeug, der beispielsweise
das Millimeterwellenband verwendet, strahlt einen stark gerichteten
Radarstrahl vorwärts
oder rückwärts von
dem Fahrzeug, empfängt
Wellen, die von einem Ziel reflektiert werden, wie z. B. einem anderen
Fahrzeug, das vor oder hinter dem Fahrzeug fährt, und bestimmt den Abstand
zu dem Ziel und dessen Geschwindigkeit bezüglich des Fahrzeugs selbst
auf der Basis der Zeitverzögerung,
Frequenzdifferenz und dergleichen zwischen den ausgestrahlten und
empfangenen Signalen. Wenn bei einem Millimeterwellenradar dieses
Typs eine Abtastung über einen
kleinen Winkelbereich durchgeführt
werden soll, muß der
Radar den Sender-Empfänger-Strahl nur
in einer festen Richtung ausstrahlen. Wenn im Gegensatz dazu Abtasten über einen
großen
Winkelbereich durchgeführt
werden soll, muß der
Radar die Richtung des Strahls ändern,
während
er eine hohe Richtwirkung beibehält,
um einen hohen Gewinn beizubehalten, ohne die Auflösung zu
reduzieren.
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Folglich bilden bei einem herkömmlichen
Millimeterwellenantennenbauelement, wie z. B. dem in 7 gezeigten, eine dielektrische
Linse 2 und ein Primärradiator 1 ein
einziges Antennenbauelement, und die Richtung des Strahls wird durch Ändern der relativen
Position des Primärradiators 1 bezüglich der
dielektrischen Linse 2 geändert. In 7 bezeichnen die Bezugszeichen 1a, 1b und 1c gleichzeitig
drei Positionen während
dem Strahlabtasten des einzigen Primärradiators. Wenn der Primärradiator 1 an
einer Position 1a ist, wird der Strahl gebildet, wie es
durch Ba gezeigt ist; wenn der Primärradiator 1 an der
Position 1b ist, wird der Strahl gebildet, wie es durch Bb angezeigt
ist; und wenn der Primärradiator 1 an
der Position 1c ist, wird der Strahl gebildet, wie es durch Bc angezeigt
ist. 8 zeigt ein Beispiel von Änderungen
bei dem Strahl abhängig
von der Position des Primärradiators 1.
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Da die oben erwähnte dielektrische Linse ein rotationssymmetrischer
Körper
ist, der seine Mittelachse als Mitte aufweist, wird normalerweise
an dieser Mittelachse (die hierin nachfolgend als „optische Achse"
bezeichnet wird) ein Brennpunkt erzeugt, und der resultierende Strahl
ist am meisten fokussiert, wenn die Phasenmitte des Primärradiators
an der Brennposition ist. Bei dem in 7 gezeigten
Beispiel ist der Strahl Bb, der gebildet wird, wenn der Primärradiator
in der Position ist, die durch 1b angezeigt ist, fokussiert
und wird mit hohem Gewinn erhalten. Je weiter die Phasenmitte des
Primärradiators von
dem Brennpunkt abweicht, um so breiter wird der Strahl (Halbwertwinkel),
und um so schwächer
wird die Emission mit einer folglichen Reduzierung des Gewinns.
Folglich wird die Phasenmitte des Primärradiators im allgemeinen entlang
der Ebene (die hierin nachfolgend als die „Brennebene" bezeichnet wird),
senkrecht zu der optischen Achse bewegt, die durch den Brennpunkt
verläuft,
und ein Nachführen wird
durchgeführt,
indem der Strahl so fokussiert als möglich gehalten wird, wodurch
eine Reduzierung beim Gewinn verhindert wird.
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Wenn es jedoch die Notwendigkeit
gibt, den Winkel der Strahlabtastung zu verbreitern, erhöht sich
die Verschiebung des Primärradiators,
und dieselbe ist bezüglich
der optischen Achse der dielektrischen Linse stark geneigt. Als
Folge verringert sich die offene Effizienz der dielektrischen Linse.
Außerdem
erhöhen
sich die Aberrationseffekte, wodurch der Gewinn der Antenne erheblich
verändert
wird. Ferner, selbst wenn der Winkelbereich der Strahlabtastung
relativ klein ist, wenn ein einheitlicherer Gewinn erforderlich
ist, gibt es nach wie vor das Problem der Änderun gen beim Gewinn aufgrund
der Verschiebung des Primärradiators.
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Die
EP 0 852 409 A2 beschreibt eine Antennenvorrichtung
und eine Sende- und Empfangsvorrichtung, die dieselbe verwendet.
Ein Primärvertikalradiator
ist durch einen dielektrischen Streifen und einen dielektrischen
Resonator gebildet, und ein weiterer dielektrischer Streifen ist
vorgesehen, der mit dem dielektrischen Streifen gekoppelt ist, um
einen Richtungskoppler zu bilden. Ein Strahlungsstrahl wird durch Ändern der
relativen Position des Primärradiators
bezüglich
der Linse geneigt, entweder durch Anzeigen des Primärvertikalradiators
bezüglich
dem anderen dielektrischen Streifen oder durch Neigen der dielektrischen
Linse. In jedem Fall wird der Primärvertikalradiator entweder
in der Brennebene oder einem Brennpunkt beibehalten, der der dielektrischen Linse
zugeordnet ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antennenbauelement
zu schaffen, bei dem Änderungen beim
Gewinn während
dem Strahlabtasten, die sich aus einer Verschiebung einer Primärstrahlung
bezüglich
einer dielektrischen Linse ergeben, reduziert sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Antennenbauelement
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Gemäß einem Aspekt schafft die
vorliegende Erfindung eine Sende-Empfangseinheit, die das erfindungsgemäße Antennenbauelement
umfaßt,
die das Abtasten eines großen
Winkelbereichs mit einem einheitlichem Gewinn ermöglicht.
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Das Antennenbauelement der vorliegenden Erfindung
umfaßt
eine dielektrische Linse, einen Primärradiator und die Primärradiatorverschiebungseinrichtung
zum relativen Verschieben des Primärradiators bezüglich der
dielektrischen Linse und zum Ändern
der Richtwirkungsrichtung eines Strahls gemäß der Verschiebung der relativen
Positionen der Phasenmitte des Primärradiators und der dielektrischen Linse.
Die Primärradiatorverschiebungseinrichtung verschiebt
den Primärradiator,
so daß ein
Bewegungsweg der Phasenmitte des Primärradiators nicht parallel zu
der Brennebene der dielektrischen Linse ist. Als Folge können, anders
als in einem Fall, wo der Primärradiator
nur auf der Brennebene verschoben wird, eine Fluktuation bei der
offenen Effizienz und eine Aberration der dielektrischen Linse aufgrund
der Verschiebung des Primärradiators
gesteuert werden.
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Die Primärradiatorverschiebungseinrichtung verschiebt
den Primärradiator,
so daß sich
die Phasenmitte des Primärradiators
weiter weg von der Brennebene bewegt, während sich derselbe näher zu der
optischen Achse der dielektrischen Linse bewegt. Ferner wird ein
Brennpunkt im wesentlichen auf dem Bewegungsweg der Phasenmitte
des Primärradiators
erzeugt, und außerdem
an einer Position entfernt von der Mittelachse der dielektrischen Linse.
Als Folge ist es möglich,
eine Fluktuation bei dem Antennengewinn zu steuern, die sich als
Folge der Fluktuation in der offenen Effizienz und der Aberration
der dielektrischen Linse aufgrund der Verschiebung des Primärradiators
ergibt.
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Darüber hinaus umfaßt eine
Sende-Empfangseinheit der vorliegenden Erfindung das oben beschriebene
Antennenbauelement, einen Oszillator zum Erzeugen eines Übertragungssignals
zu dem Antennenbauelement und einen Mischer zum Mischen eines empfangenen
Signals von dem Antennenbauelement mit einem lokalen Signal. Als
eine Folge ist es möglich,
unabhängig
von der Suchrichtung mit stabilem Gewinn nach einem Ziel abzutasten.
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1 ist
ein Diagramm, das die Positionsbeziehung zwischen einer dielektrischen
Linse und einem Primärradiator
des Antennenbauelements gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das Änderungen beim
Gewinn während
dem Strahlabtasten bei dem Antennenbauelement und einem herkömmlichen
Antennenbauelement zeigt;
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3 ist
ein Diagramm, das Änderungen beim
Gewinn während
dem Strahlabtasten bei dem Antennenbauelement und einem herkömmlichen
Antennenbauelement zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, das die Positionsbeziehung zwischen einer dielektrischen
Linse und einem Primärradiator
des Antennenbauelements gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das die Positionsbeziehung zwischen einer dielektrischen
Linse und einem Primärradiator
des Antennenbauelements gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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6 ist
ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Sende-Empfangseinheit
zeigt, die einen Millimeterwellenradar verwendet;
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7 ist
ein Diagramm, das die Positionsbeziehung zwischen einer dielektrischen
Linse und einem Primärradiator
bei einem herkömmlichen
Antennenbauelement zeigt, und ein Beispiel eines Strahls, der dadurch
bestimmt wird; und
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8 ist
ein Diagramm, das die Positionsbeziehung zwischen einer dielektrischen
Linse und einem Primärradiator
bei einem herkömmlichen
Antennenbauelement zeigt.
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9 ist
ein Graph, der die Strahlungsintensität der herkömmlichen Antenne zeigt, die
in 7 und 8 gezeigt ist.
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10 ist
ein Graph, der die Strahlungsintensität von der Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Antennenbauelements der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme
auf 1 bis 3 erklärt.
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1 zeigt
ein Beispiel der Verschiebung eines Primärradiators während der
Strahlabtastung. Es gibt tatsächlich
nur einen Primärradiator
und die Bezugszeichen 1a, 1b und 1c in
dem Diagramm stellen drei Positionen des Primärradiators 1 während der Strahlabtastung
dar. In 1 wird der Primärradiator durch
einen Mechanismus verschoben, der einen Drehmotor als Antriebsquelle
hat, oder durch einen Mechanismus, der einen Linearmotor als Antriebsquelle
hat. Die Bezugszeichen Ra, Rb und Rc zeigen Strahlen,
wenn der Primärradiator
bei 1a, 1b bzw. 1c positioniert ist.
Wenn der Primärradiator
an der Position 1b auf der optischen Achse einer dielektrischen Linse 2 ist,
ist der Strahl relativ breit, wie es durch das Bezugszeichen Rb gezeigt
ist. Wenn der Primärradiator
an der Position 1a ist, sind die Strahlen Ra und Ra im
wesentlichen parallel und bilden einen fokussierten Strahl. Gleichartig
dazu, wenn der Primärradiator
an der Position 1c ist, sind die Strahlen Rc und Rc im
wesentlichen parallel und bilden einen fokussierten Strahl.
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Die offene Effizienz der dielektrischen
Linse 2 ist am höchsten,
wenn sich der Primärradiator
auf der optischen Achse befindet, wie es durch 1b angezeigt
ist. Die offene Effizienz der dielektrischen Linse 2 verringert
sich, wenn sich der Primärradiator
weg von der optischen Achse bewegt, wie es bei 1a und 1c angezeigt
ist. Hier bedeutet „offene Effizienz"
das relative Verhältnis
des Querschnittsbereichs senkrecht zu der Konvergenz der Strahlen,
der die Bilderzeugung an dem Punkt außerhalb der optischen Achse
(der Phasenmitte des Primärradiators)
beeinträchtigt,
bezüglich
eines ähnlichen
Querschnittsbereichs der Konvergenz von Strahlen, der die Bilderzeugung an
Punkten auf der optischen Achse beeinträchtigt, wenn sich der Primärradiator
auf der optischen Achse befindet, wie es bei 1a und 1c angezeigt
ist. Je weiter sich daher der Punkt außerhalb der optischen Achse
von der optischen Achse entfernt, um so mehr verringert sich die
offene Effizienz (d. h. der Bereich der Form (elliptische Form),
wenn die Linse von diesem Punkt betrachtet wird, verringert sich).
Ferner, je weiter die Phasenmitte des Primärradiators von der optischen
Achse abweicht, um so mehr verbreitert sich der Strahl als Ergebnis
der Aberration, wodurch sich der Gewinn verringert.
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2 zeigt
die Beziehung zwischen Gewinnverschlechterung und dem Drehwinkel
eines Drehkörpers
zum Verschieben des in 1 gezeigten
Antennenbauelements im Vergleich zu der eines herkömmlichen
Antennenbauelements. Ferner zeigt 3 die
Orte, wo der Gewinn durch die Länge
der Emissionsrichtung entsprechend der Verfolgung der Mittelachse
des Strahls durch die Verschiebung des Primärradiators dargestellt ist.
In 3 stellt das Bezugszeichen
A das in 1 gezeigte
Antennenbauelement gemäß der vorliegenden
Erfindung dar, und das Bezugszeichen B stellt die Charakteristika
eines herkömmlichen
Antennenbauelements dar. Wenn der Primärradiator gemäß der vorliegenden
Erfindung auf der optischen Achse ist, ist die Phasenmitte des Primärradiators
in der Axialrichtung von der Brennposition der dielektrischen Linse
abgewichen. Folglich ist der Gewinn geringer als bei dem herkömmlichen
Antennenbauelement. Wenn der Primärradiator jedoch so weit wie
möglich
von der optischen Achse verschoben ist, kommt die Phasenmitte des
Primärradiators
auf der Brennebene an. Folglich ist die Gewinnverringerung besser
als bei dem herkömmlichen
Antennenbauele ment. Als Folge gibt es nur eine leichte Änderung
bei der Gewinnverringerung, wenn der Primärradiator verschoben wurde, um
eine Strahlabtastung durchzuführen.
Im Gegensatz dazu wird bei dem herkömmlichen Antennenbauelement
der höchste
Gewinn erhalten, wenn sich der Primärradiator auf der optischen
Achse befindet, aber wenn der Primärradiator verschoben wird,
um Strahlabtastung durchzuführen,
verringert sich der Gewinn abrupt.
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Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel
des Antennenbauelements gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezugnahme auf 4 erklärt.
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1 zeigt
ein Beispiel, bei dem der Primärradiator,
wenn er sich auf der optischen Achse befindet, von dem Brennpunkt
der dielektrischen Linse zu einer Position näher zu der dielektrischen Linse
verschoben wird. Umgekehrt, in 4,
wenn der Primärradiator
die optische Achse erreicht, bewegt er sich von dem Brennpunkt F,
um an einer Position entfernt von der Linse anzukommen. Das heißt, wenn sich
der Primärradiator 1b auf
der optischen Achse der dielektrischen Linse 2 befindet,
ist der Strahl relativ breit, wie es durch Rb angezeigt
ist. Wenn der Primärradiator
an der Position ist, die durch 1a gezeigt ist, sind die
Strahlen Ra und Ra im wesentlichen parallel und
bilden einen fokussierten Strahl. Gleichartig dazu ist der Primärradiator
an der Position, die durch 1c angezeigt ist, die Strahlen Ra und Rc sind
im wesentlichen parallel und bilden einen fokussierten Strahl.
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Danach zeigt 5 einen Aufbau eines Antennenbauelements
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die vorliegenden Ausführungsbeispiele
unterscheiden sich von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
dadurch, daß statt
einer normalen Linse, die ihren Brennpunkt auf der Mittelachse der
dielektrischen Linse hat, eine dielektrische Linse mit mehreren Brennpunkten
verwendet wird, die mehrere Punkte umfaßt, die sich nicht auf der
optischen Achse befinden. Bei dem in 5 gezeigten
Beispiel stellen Bezugszeichen Fa und Fb Brennpunkte
dar, und der Strahl ist am stärksten
fokussiert, wenn der Primärradiator
bei 1a oder 1c positioniert ist. Wenn der Primärradiator
bei 1b positioniert ist, hat er sich von dem Brennpunkt
der dielektrischen Linse weg bewegt, und folglich kann der Gewinn
um einen entsprechenden Betrag reduziert werden. Insgesamt sollte
der Bewegungsweg des Primärradiators
bezüglich
der Brennebene bestimmt werden, so daß sich die Änderung bei dem Gewinn verringert,
während
der Primärradiator
verschoben wird.
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Da dieses Beispiel mehrere Brennpunkte verwendet,
kann der Primärradiator
beispielsweise auf der in 5 gezeigten
Brennebene verschoben werden. Selbst wenn sich in diesem Fall der
Primärradiator
auf der optischen Achse (Mittelachse) befindet, da derselbe nicht
an der Brennposition ist, kann der Gewinn desselben gesteuert werden,
wodurch es ermöglicht
wird, daß die
Gesamtänderung
beim Gewinn reduziert wird.
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Bei jedem der oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele
ist der Primärradiator
an der Position des Brennpunkts der dielektrischen Linse am meisten
verschoben. Der Bewegungsweg des Primärradiators muß jedoch
nur bestimmt werden, um die Änderung
des Gewinns zu reduzieren, die durch Änderungen bei der offenen Effizienz
und der Aberration aufgrund der Verschiebung des Primärradiators
bewirkt wurde. Daher kann der Bewegungsweg des Primärradiators
beispielsweise über
die Brennebene schneiden.
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Nachfolgend wird ein Aufbau einer
Sende-Empfangseinheit, die Millimeterwellenradar verwendet, mit
Bezugnahme auf 6 erklärt.
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In 6 umfaßt das Antennenbauelement den
Primärradiator 1 und
die dielektrische Linse, die oben beschrieben sind. In 6 wird ein Signal, das von
einem VCO ausgegeben wird, entlang einem Weg an die Antenne gesendet,
der einen Isolator, einen Koppler und einen Zirkulator umfaßt, und
das Signal, das an der Antenne empfangen wird, wird über einen
Zirkulator an einen Mischer geliefert. Ferner mischt der Mischer
das empfangene Signal RX mit einem lokalen Signal Lo, das an dem
Koppler verteilt wird, und gibt die Frequenzdifferenz zwischen dem gesendeten
Signal und dem empfangenen Signal als ein Zwischenfrequenzsignal
ZF aus. Eine Steuerung treibt einen Motor zum Verschieben des Primärradiators
des Antennenbauelements, moduliert das oszillierende Signal des
VCO und bestimmt den Abstand und die relative Geschwindigkeit zu
dem Ziel auf der Basis des ZF-Signals. Die Steuerung bestimmt außerdem die
Richtung des Ziels auf der Basis der Position des Primärradiators.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist es möglich,
eine Fluktuation bei der offenen Effizienz und eine Aberration der
dielektrischen Linse zu steuern, die durch die Verschiebung des
Primärradiators bewirkt
wird. Dies ist nicht möglich,
wenn der Primärradiator
nur auf der Brennebene verschoben wird.
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Ferner ist es möglich, eine Fluktuation in dem
Antennengewinn zu steuern, die durch eine offene Fluktuation bei
der Effizienz und Aberration der dielektrischen Linse aufgrund der
Verschiebung des Primärradiators
bewirkt wird.
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Darüber hinaus ist es möglich, unabhängig von
der abgetasteten Richtung mit stabilem Gewinn nach einem Ziel zu
suchen.
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Ferner trägt die vorliegende Erfindung
dazu bei, eine Richtwirkung einer Antenne zu verbessern. 10 zeigt die Strahlungsintensität von dem
Antennenbauelement gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wenn der Winkel zwischen einer Linie entlang zu der optischen
Achse und einer Linie, die den Brennpunkt F mit einer Beobachtungsposition
vor der Linse 2 verbindet, Null ist, wird eine maximale
relative Leistung beobachtet. Eine durchgezogene Linie, eine gestrichelte
Linie und eine gepunktete Linie stellen die Strahlungsintensität dar, die
beobachtet wird, wenn der Primärradiator
an einer Position 1b, einer Mittelposition zwischen 1c und 1b bzw.
einer Position 1c positioniert ist. Es gibt kleine Spitzen,
die der mittleren Hauptspitze zugeordnet sind. Die Intensität der kleinen
Spitzen neigt dazu, anzusteigen, wenn der Primärradiator verschoben wird.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Anstieg der Seitenspitze jedoch reduziert werden.
Wenn der Primärradiator
an der Position 1c (gepunktete Linie) ist, zeigt die Seitenspitze,
die der Hauptspitze zugeordnet ist, den Pegel von –15,37 dB.
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9 zeigt
die Strahlungsintensität
von dem herkömmlichen
Antennenbauelement 7. Wenn der Winkel zwischen einer Linie
entlang zu der optischen Achse und einer Linie, die den Brennpunkt
F mit einer Beobachtungsposition vor der Linse 2 verbindet,
Null ist, wird eine maximale relative Leistung beobachtet. Die durchgezogene
Linie, die gestrichelte Linie und die gepunktete Linie stellen die
Strahlungsintensität dar,
die beobachtet wird, wenn der Primärradiator an der Position 1b,
einer Mittelposition zwischen 1c und 1b bzw. einer
Position 1c positioniert ist. Wenn der Primärradiator
an der Position 1c (gepunktete Linie) ist, zeigt die Seitenspitze,
die der Hauptspitze zugeordnet ist, den Pegel von –13,92 dB.
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Die Intensität der Seitenspitzen kann gemäß der vorliegenden
Erfindung effektiv reduziert werden.