アンテナ装置、レーダ装置
【課題】アンテナ装置及びレーダ装置によれば、広角方向に走査できるようにアレーアンテナのサブアレ―アンテナを密に配置することができ、かつ、製作誤差による測角精度の低下を抑制できる。
【解決手段】アンテナ装置は、複数のアンテナ素子１０２と、アンテナ素子１０２へ給電する給電線路１０３を含む複数のサブアレ―アンテナ１０１と、複数のサブアレ―アンテナ１０１の端部それぞれに接続される給電部１０４とを具備し、給電線路１０３は、給電線路１０３を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部１０５を備え、複数のサブアレ―アンテナ１０１を同一平面上に自由空間波長以下の間隔で平行に並列させ、かつ複数のサブアレ―アンテナ１０１の全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、２つのサブアレ―アンテナ群のアンテナ素子群同士が鏡像の関係にある。
【解決手段】アンテナ装置は、複数のアンテナ素子１０２と、アンテナ素子１０２へ給電する給電線路１０３を含む複数のサブアレ―アンテナ１０１と、複数のサブアレ―アンテナ１０１の端部それぞれに接続される給電部１０４とを具備し、給電線路１０３は、給電線路１０３を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部１０５を備え、複数のサブアレ―アンテナ１０１を同一平面上に自由空間波長以下の間隔で平行に並列させ、かつ複数のサブアレ―アンテナ１０１の全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、２つのサブアレ―アンテナ群のアンテナ素子群同士が鏡像の関係にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレーアンテナに関し、特に複数の給電口をもつアンテナ装置およびレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタルビームフォーミング、ビームスキャンないしはモノパルス方式を目的としてサブアレ―アンテナを複数配置したアレーアンテナがある（例えば、非特許文献１参照）。ミリ波帯では、サブアレ―アンテナに用いられるアンテナ素子としてトリプレート線路パッチアンテナ、マイクロストリップ線路パッチアンテナ、ホーンアンテナや導波管スロットアレーアンテナなどがあり、これらのアンテナ素子へ給電する場合には、マイクロストリップ線路、トリプレート線路、導波管、誘電体導波管、ポスト壁導波管などにより給電される（例えば、特許文献１または非特許文献２参照）。サブアレ―アンテナの給電口はミリ波の車載レーダでは導波管給電が一般的である。アレーアンテナにおいて、送受信それぞれのアンテナをインターディジタル構造に配置し、両側から給電することにより、開口面積を有効に活用しているものもある（例えば、非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１２４７２７公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「アンテナ工学ハンドブック（第二版）」、オーム社、ｐ３３９−ｐ４４５
【非特許文献２】飯塚他、「車載ミリ波レーダ用アンテナ」、２００１年電子情報通信学会総合大会、ＳＢ−１−７、ｐ７４３−ｐ７４４
【非特許文献３】岡島祐介、朴世鉉、広川二郎、安藤真、“インターディジタル構造を用いた直交４５度偏波共用ポスト壁導波管スロットアレー”電子情報通信学会技術報告、Ａ・Ｐ２００３−１４９、ＲＣＳ２００３−１５５、ｐｐ．２１−２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車載レーダのように水平方向の測角をおこなう場合、水平方向にサブアレ―アンテナが配置され、それぞれのサブアレ―アンテナに給電口が設けられる。このサブアレ―アンテナの間隔はグレーティングローブレベルとの兼ね合いで、広角化を目指したレーダにおいてはサブアレ―アンテナ間隔を狭くする必要がある。例えば最大走査角を４０度とすると、自由空間波長をλ０と定義すれば、サブアレ―アンテナ間隔を０．６λ０以下程度にする必要がある。さらに導波管給電において、各サブアレ―アンテナの給電口を同じ側に形成すると、導波管のカットオフの関係より広壁面は０．５λ０以上必要であり、かつ導波管を形成する金属の壁厚や各アンテナの給電口間のアイソレーションを改善するためのチョーク構造など物理的な影響を考慮すると、グレーティングローブレベルを押さえるための条件以上のスペースが必要となる。よって、アンテナの放射部に比べ、アンテナの給電部の幅が広くなってしまい、アンテナ全体の面積が大きくなってしまう。
【０００６】
この改善法としてアンテナへ上下もしくは左右から給電するものがあり、送受信のアンテナの開口面積を有効に活用することができる。
【０００７】
しかし、構造上の物理的な影響は避けられるものの、インターディジタル構造はビーム走査する面に対して非対称となるため、製作誤差などの影響で各ポートへの給電位相が非対称にずれ、ビームやヌル点が非対称にチルトし、モノパルス方式などでは測角精度が損なわれる問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、製作誤差による測角精度の低下を抑制するアンテナ装置およびビーム装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備え、前記複数のサブアレ―アンテナを、同一平面上に自由空間波長以下の間隔で平行に並列させ、該同一平面上で該複数のサブアレ―アンテナに平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記２つのサブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係にあることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備え、前記複数のサブアレ―アンテナは、前記複数のアンテナ素子の整列方向に対し、同一平面上で平行に前記複数のサブアレ―アンテナを並列させて隣接するサブアレ―アンテナ同士の間隔が自由空間波長以下となるように配置させ、前記複数のサブアレ―アンテナと平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記サブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係となり、前記２つのサブアレ―アンテナ群内のそれぞれで、前記中心軸に最も近いサブアレ―アンテナである第３サブアレ―アンテナの第３給電部に対し、隣接する第４サブアレ―アンテナの第４給電部が、該第３給電部から最も遠い距離にある該第４サブアレ―アンテナの端部に接続されて、順次隣接する各サブアレ―アンテナに対し給電部がインターディジタルに接続されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一実施形態に係るレーダ装置は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備えるアンテナと、前記アンテナより受信した信号の増幅および該信号の周波数変換し変換信号を得るダウンコンバートを含む処理をおこなうＲＦチップ部と、前記変換信号にアナログディジタル変換を行いディジタル信号に変換するアナログディジタル変換部と、前記ディジタル信号よりビームの到来方向を推定するモノパルスＤＢＦ部と、を具備し、前記複数のサブアレ―アンテナを、同一平面上に自由空間波長以下の間隔で平行に並列させ、該同一平面上で該複数のサブアレ―アンテナに平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記サブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のアンテナ装置及びレーダ装置によれば、製作誤差による測角精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るアンテナ装置の一例を示す図。
【図２】本実施形態に係るアンテナ装置の別例を示す図。
【図３】レーダ装置を示すブロック図。
【図４】パッケージからアンテナへの給電線路を示す図。
【図５】アンテナ装置の第１の変形例を示す図。
【図６】アンテナ装置をポスト壁導波路スロットアレーアンテナで製作した例を示す図。
【図７】サブアレ―アンテナのアンテナ素子配置の第１の別例を示す図。
【図８】サブアレ―アンテナのアンテナ素子配置の第２の別例を示す図。
【図９】サブアレ―アンテナのアンテナ素子配置の第３の別例を示す図。
【図１０】アンテナ素子配置の第１の別例を用いたアンテナ装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るアンテナ装置およびレーダ装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作をおこなうものとして、重ねての説明を省略する。
まず、本発明の実施形態に係るアンテナ装置およびレーダ装置について図１を参照して説明する。
本実施形態に係るアンテナ装置１００は、サブアレ―アンテナ１０１、アンテナ素子１０２、位相制御部１０５を備える給電線路１０３、給電口１０４を含む。さらにアンテナ装置１００は、複数のサブアレ―アンテナ１０１をアンテナ素子１０２が整列している方向と同一平面上で、平行に並列させることによりアレーアンテナ群が形成される。
サブアレ―アンテナ１０１は、複数のアンテナ素子１０２、位相制御部１０５を備える給電線路１０３を含む。
アンテナ素子１０２は、例えば、導波管構造を用いる場合はスロットまたはホーン、マイクロストリップ線路、トリプレート線路を用いる場合はパッチ素子によって構成される。
給電線路１０３は、例えば、導波管、誘電体導波管、マイクロストリップ線路、トリプレート線路、ポスト壁導波路によって構成され、アンテナ素子１０２に給電する。また、給電線路１０３は、位相制御部１０５を備えている。
給電口１０４は、給電の際に用いられる給電線路１０３の種類によりその形状が変化する。給電口１０４はその給電線路１０３の形状にあわせたモード変換器の構造をとる。
【００１５】
位相制御部１０５は、給電口１０４とアンテナ素子１０２とを接続する給電線路１０３に介挿される。位相制御部１０５は、例えば給電線路１０３と同様に導波管、マイクロストリップ線路、トリプレート線路、ポスト壁導波路によって構成される。各位相制御部１０５の線路長を異なる長さとすることで、信号の位相をシフトする。また、位相制御部１０５は、給電線路１０３が導波管、誘電体導波管、ポスト壁導波路の場合は、給電線路１０３の管幅をかえることにより、給電線路１０３を流れる信号の位相をシフトしてもよい。
【００１６】
位相制御部１０５は、給電口１０４から入力された信号の位相をシフトし、アンテナの指向性を制御する。例えば、給電口１０４Ａと給電口１０４Ｂから入力される信号の位相が１８０度異なっているとする。位相制御部１０５Ａで位相をθA度、位相制御部１０５Ｂで位相をθＢ度、θＡ＋θＢ＝±１８０＋３６０×ｎ度（ｎは整数）となるようシフトさせることにより、サブアレ―アンテナ１０１Ａおよびサブアレ―アンテナ１０１Ｂから放射される信号の位相が同相になり、正面方向にビームが向く。
【００１７】
サブアレ―アンテナ１０１を並列させる際のサブアレ―アンテナ１０１同士の間隔ｄは、グレーティンローブなどの不要放射の抑圧のために、自由空間波長λ0、最大走査角をθｍとすると（１）式を満たす必要がある。
【数１】
【００１８】
この（１）式を満たすように、複数のアンテナ素子１０２の整列方向と平行に複数のサブアレ―アンテナ１０１を並列させて配置される。特に、サブアレ―アンテナ１０１の間隔が自由空間波長以下になるように配置する。複数のサブアレ―アンテナ１０１は、４０度以上のビーム走査する場合は、サイドローブが抑圧できるように、できればサブアレ―アンテナ１０１同士の隣り合う間隔が、０．６λ以下程度となるように並べるとよい。図１ではサブアレ―アンテナ１０１の数は８本であるが、並べるサブアレ―アンテナ１０１の数には制限はない。ここで重要なのが、サブアレ―アンテナ１０１のアンテナ素子１０２と給電線路１０３とを、アンテナ装置１００の中心軸に対して鏡像の関係（線対称）になるように配置することである。具体的にはサブアレ―アンテナ１０１の数が偶数である場合には、中心にある２つのサブアレ―アンテナ１０１の間に中心軸を想定し、図１に示すように両側とも同数のサブアレ―アンテナ１０１が存在するように配置する。サブアレ―アンテナ１０１の数が奇数である場合には、図２のように中心軸として中心にある１つのサブアレ―アンテナ１０１を選択して、その両側に同数のサブアレ―アンテナ１０１が存在するよう配置する。ただし、給電線路１０３が有する位相制御部１０５は、シフトする位相量に応じて形状が異なるため、アンテナ素子１０２と位相制御部１０５を除いた給電線路１０３とを、アンテナ装置１００の中心軸に対して鏡像の関係（線対称）になるように配置する。すなわち、図１の点線で示す部分であるアンテナ素子１０２と、各アンテナ素子１０２を接続する給電線路１０３とが、アンテナ装置１００の中心軸に対して鏡像の関係となる。
中心以外の位置に並列するサブアレ―アンテナ１０１については、隣り合うサブアレ―アンテナ１０１の給電口１０４が、お互いに最も遠い位置に配置される。つまり図１に示すようにサブアレ―アンテナ１０１の一方の端に給電口１０４があり、隣あうサブアレ―アンテナ１０１はサブアレ―アンテナ１０１の整列方向に対して反対側の端部に給電口１０４があるように互い違いになるインターディジタル構造をとる。ここで、サブアレ―アンテナ１０１の数の合計が偶数の場合は、鏡像を保つために中心軸を挟んで中心軸に最も近い２つのサブアレ―アンテナ１０１の給電口１０４を、互いに隣り合うように配置する。
このとき、中心にある二つのサブアレ―アンテナ１０１の給電口は、サブアレ―アンテナ１０１同士を自由空間波長以下の間隔に保ち、かつ互いの給電口が物理的に干渉しないように、給電口の位置を横方向にオフセットしてもよい。オフセットを行う距離は、中心にあるサブアレ―アンテナの給電部の中心から、中心軸方向に向かう給電部の周縁までの最短距離と前記間隔の半分との差以上となる距離だけ、中心軸方向にずらす。具体的に図１を参照して説明すると、導波管の幅をｗ、サブアレ―アンテナの間隔をｄとすると、
【数２】
【００１９】
以上となるように、中心の右側にあるサブアレ―アンテナ１０１については、給電線路１０３を中心軸方向へ、つまり左側にオフセットする。中心の左側にあるサブアレ―アンテナ１０１については、給電線路１０３を右側にオフセットする。つまり、中心軸を挟んだ２つのサブアレ―アンテナ１０１が互いに接近するようにオフセットをおこなう。図１では導波管給電を想定して説明をおこなったが、その他のマイクロストリップ線路−導波管変換器や、トリプレート線路−導波管変換器、ポスト壁導波路−導波管変換器など、他のモード変換器を用いて給電する場合も同様である。
【００２０】
なお、サブアレ―アンテナ１０１の数の合計が奇数である場合は、互いにとなりあう給電口１０４はなく、全ての隣り合うサブアレ―アンテナ１０１の最も遠い端部に給電口１０４を交互に配置する。
【００２１】
ここで、図１の点線で示す部分が鏡像の関係、つまり左右対称構造である利点について図３、図４を用いて説明する。
例えば本実施形態に係るアンテナ装置１００をレーダ装置として使用する場合、モノパルス方式での測角をおこなうことが考えられる。モノパルス方式で測角をおこなうレーダ装置の一例を図３に示す。図３はモノパルス方式の受信時の回路を示しており、本実施形態に係るレーダ装置３００は、アンテナ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ、ＲＦチップ部３０２、周波数変換部及びＡＤ変換部３０３、モノパルスＤＢＦ（Digital Beam Forming）部３０４、を含む。
ＲＦチップ部３０２は、サブアレ―アンテナであるアンテナ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄで受信した信号を、増幅したり、信号のダウンコンバートを含む処理をおこない、ＡＤ変換部３０３に送る。
ＡＤ変換部３０３は、ＲＦチップ部より送られた信号をアナログディジタル変換をおこなってディジタル信号を生成し、モノパルスＤＢＦ３０３部に送る。
モノパルスＤＢＦ部３０４は、ＡＤ変換部３０３から送られたディジタル信号を用いてビームの到来方向を推定する。さらなる詳細な動作については公知の技術を用いるためここでの説明は省略する。
ここで、アンテナ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄのそれぞれが本実施形態に係るアンテナ装置１００のサブアレ―アンテナ１０１を示すとする。ここでは４本のサブアレ―アンテナを用いているが、任意の本数のサブアレ―アンテナを用いてもよい。
モノパルス方式では、サブアレーアンテナで受信した出力を合成して和信号と差信号を作り、対象物の測角を行う。図３を用いて具体的に説明すると、例えばアンテナ３０１ａと３０１ｂ、アンテナ３０１ｃと３０１ｄに分けて、アンテナ３０１ａと３０１ｂ出力と、アンテナ３０１ｃと３０１ｄの出力を逆相に合成すると正面方向にヌルを形成する。
実際に本実施形態に係るアンテナ装置１００をポスト壁導波路スロットアレーアンテナによって実現したものを図４に示す。ポスト壁導波路スロットアレーアンテナ４０１とパッケージ４０２が、導波管線路４０１を通じて接続されている。ポスト壁導波路スロットアレーによって実現したアンテナ装置については後に図６を用いて詳細に説明する。
ここでは、サブアレ―アンテナ１０１を端から、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄと仮定する。各サブアレ―アンテナ１０１から受信した信号は、各サブアレ―アンテナ１０１の給電部に接続された給電線路３０１を通じてパッケージ３０２に入力される。
図１の点線で示す部分が鏡像の関係にあるため、アンテナ素子１０２およびアンテナ素子１０２を接続する給電線路１０３の製作誤差によって、給電線路１０２に流れる信号に位相差が生じてしまったとしても、各給電線路で同じ分だけ位相差を生じることとなるため、位相差を互いに打ち消しあい、正面方向のヌルを維持することができる。
【００２２】
以上に示した実施形態によれば、インターディジタル構造を用いて、隣あうサブアレ―アンテナの給電口が重なり合う等の物理的干渉を起こすことなく、かつ隣り合う給電口の大きさを考慮せずにサブアレ―アンテナ同士の間隔を狭めることができる。また、アンテナ装置の中心軸に対して左右のサブアレ―アンテナ群のアレー素子群が鏡像となる構造をとることにより、位相誤差が対称に現れるために、測角精度に影響する位相誤差は、正面方向のヌルは維持され、製作精度に左右されずに測角精度が損なわれないという利点を持つ。また、位相制御部を備えることで、給電口から入力される信号に位相差が生じても、給電線路に流れる信号の位相をそろえることができるため、測角精度を損なわないようにすることができる。
【００２３】
なお、本実施例では、給電線路１０３と位相制御部１０５とを別々の構成としているが、給電線路１０３の一部の幅や線路長を変えることで、給電線路１０３が位相制御部１０５を備えるようにしてもよい。
【００２４】
（第１の変形例）
次に、図１で示した本実施形態に係るアンテナ装置１００の変形例を図５に示す。これはサブアレ―アンテナ１０１の総数が偶数個である場合に、鏡像の関係を保つために中心にある２つのサブアレ―アンテナ１０１の給電口１０４を隣り合わせに並列させる必要があるため、給電線路１０３をオフセットしたとしても隣り合う給電口１０４同士が干渉する可能性がある。そこで、中心軸に最も近い２つのサブアレ―アンテナ１０１は、それぞれの給電部に最も近いアンテナ素子１０２との距離が、他のサブアレ―アンテナ１０１の距離に比べて長くなるように引き回す。つまり、給電口１０４同士が干渉することがないように一番外側のサブアレ―アンテナ１０１のさらに外側に給電線路１０３を引き回して給電する。つまり図５に示すように、中心の右側にあるサブアレ―アンテナ１０１の給電線路１０３が「Ｌ」字となる状態を形成する。
【００２５】
本変形例において、位相制御部１０５は、給電線路１０３の引き回した部分の線路の幅を変える構造を有しており、これにより給電線路１０３を流れる信号の位相をシフトする。また、位相制御部１０５は、給電線路１０３の引き回した部分の線路長を変える構造とすることで、信号の位相をシフトするようにしても良い。
【００２６】
なお、中心にある２つのサブアレ―アンテナ１０１はインターディジタル構造ではないが、残りの他のサブアレ―アンテナ１０１についてはインターディジタル構造を保っている。さらに、必ずしも一番外側のサブアレ―アンテナ１０１の外側にある必要はなく、中心軸に最も近いサブアレ―アンテナ１０１の給電部１０４と中心軸との最短距離が、他の給電部１０４における中心軸との最短距離に比較して、最も長い距離に配置されればよい。またアンテナの製作時におけるアンテナの面積やその他の制約等を考慮して給電口１０４が互いに干渉しない位置に配置すればよい。
【００２７】
本変形例によれば、アンテナ装置１００の中心の２つの給電口１０４が干渉することなく、中心軸に対して左右のサブアレ―アンテナのアンテナ素子群が鏡像の関係を保つことができる。
【００２８】
（第１の変形例の具体例）
第１の変形例をポスト壁導波路スロットアレーで作製した一例を図６に示す。ポスト壁導波路は、誘電体基板と、サブアレ―アンテナ６０１、アンテナ素子６０２、給電線路６０３、給電口６０４、位相制御部６０５を含む。
誘電体基板は、セラミックや液晶ポリマーなどの材質の上に上下両面が例えば銅のような導電性金属材料により作られた金属膜により覆われている。
給電線路６０３および位相制御部６０５は、スルーホール６０６および整合ピン６０７を含む。スルーホール６０６および整合ピン６０７は、誘電体基板を貫通して金属膜間を短絡する金属部材（スルーホール部材と呼ばれる）によって作られる。このスルーホール６０６を整列させたスルーホール列により、等価的に誘電体が充填された導波管構造のように動作するポスト壁導波路が形成される。ポスト壁導波路は、導波管の狭壁面に相当する側面を共有している。
アンテナ素子６０２は、スロットアンテナの場合、エッチングによりスロットを開けることにより形成される。ポスト壁導波路スロットアレーアンテナは、誘電体の充填された導波管のスロットアレーアンテナとして動作する。スロットは、ポスト壁導波路における管軸方向（ポスト壁導波路を形成するスルーホール列と並行な方向に相当）に対して、平行、垂直、斜め４５度等、様々な方向に形成されてもよく、また、様々な方向にあけたスロットを組み合わせてもよい。スロットの間隔は、等間隔であっても、不等間隔であってもよい。ポスト壁導波路スロットアレーアンテナにおいて、ポスト壁導波路を形成するスルーホール群以外に、ポスト壁導波路内にスルーホールが具備されていてもよい。
【００２９】
給電口６０４は、エッチングにより開口が形成されている。また、給電口６０４の周りのスルーホール列は、スロットが形成されている領域のスルーホール列よりも列幅が広がったステップ構造を形成される。ただし、給電口６０４の周りのスルーホール列をステップ構造にせず、スロットが形成されている領域のスルーホール列の列幅と同じにしてもよい。
第１の変形例を形成するために、中心にある二つのサブアレ―アンテナの給電口６０４は、ベンド構造を介して、一番外側のサブアレ―アンテナの外側に、引き回されて給電される。
【００３０】
本具体例において、位相制御部６０５は、給電線路６０３をベンドして引きまわした部分の線路の幅を変える構造を有しており、これにより給電線路６０３を流れる信号の位相をシフトする。また、図示していないが、位相制御部６０５は、給電線路６０３をベンドして引きまわした部分の線路長を変える構造とすることで、信号の位相をシフトするようにしても良い。
【００３１】
ベンドは、図６ではＬベンド形成されているが、Ｕベンドを用いてもよい。Ｌベンド内に整合ピン６０７として配置されたスルーホールがあってもよい。
【００３２】
（第２の変形例）
本実施形態では、第１の実施形態または第１の実施形態の変形例及びその具体例におけるサブアレ―アンテナを、導波管スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ、マイクロストリップ線路パッチアレーアンテナ、トリプレート線路パッチアレーアンテナ、ホーンアレーアンテナにより構成する。各アンテナの製作法については公知の技術を用いるためここでの詳細な説明は省略する。ここでは特にサブアレ―アンテナ内のアンテナ素子の配列について図７から図９を参照して詳細に説明する。図１では、１列の給電線路に直列に接続されているが、図７のように給電線路７０３から片側に向けて、アンテナ素子７０２が枝分かれした配置をとるサブアレ―アンテナ７０１でもよい。また、図８のように給電線路８０３から両側にアンテナ素子８０２が枝分かれするサブアレ―アンテナ８０１の配置をとってもよい。さらに図９のように、給電線路９０３から枝分かれした後、Ｔ分岐を３回繰り返してその末端にアンテナ素子９０２を配置することにより、給電線路９０２からの１つの枝分かれに対して８個のアンテナ素子９０２が配置されるサブアレ―アンテナ９０１としてもよい。
これら図７から図９のサブアレ―アンテナ７０１、８０１、９０１に共通することは、本実施形態に係るアンテナ装置の中心軸に対して、鏡像の関係と保つようにアンテナ素子配置をとることである。具体的には図１０に示したアンテナ素子配置であれば、サブアレ―アンテナの右側に枝分かれをしたものが中心軸から見て左側に配置されている場合、中心軸から右側に配置されているサブアレ―アンテナは、左側に枝分かれする構造をとるようにする。
以上に示した第２の変形例によれば、様々なアンテナの形状に対応したアンテナ素子配置で本実施形態に係るアンテナ装置を実現することができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１００・・・アンテナ装置、１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１・・・サブアレ―アンテナ、１０２、６０２、７０２・・・アンテナ素子、１０３、６０３、７０３、８０２、９０２、１００２・・・給電線路、１０４、１０４Ａ、１０４Ｂ、６０４、７０４、８０４、９０４、１００４・・・給電口、１０５、１０５Ａ、１０５Ｂ、６０５、７０５、８０５、９０５、１００５・・・位相制御部、３００・・・レーダ装置、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ・・・アンテナ、３０２・・・ＲＦチップ部、３０３・・・周波数変換部およびＡＤ変換部、３０４・・・モノパルスＤＢＦ部、４００・・・ポスト壁導波路スロットアレーアンテナ、４０１・・・導波管線路、４０２・・・パッケージ、６０６・・・スルーホール、６０７・・・整合ピン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレーアンテナに関し、特に複数の給電口をもつアンテナ装置およびレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタルビームフォーミング、ビームスキャンないしはモノパルス方式を目的としてサブアレ―アンテナを複数配置したアレーアンテナがある（例えば、非特許文献１参照）。ミリ波帯では、サブアレ―アンテナに用いられるアンテナ素子としてトリプレート線路パッチアンテナ、マイクロストリップ線路パッチアンテナ、ホーンアンテナや導波管スロットアレーアンテナなどがあり、これらのアンテナ素子へ給電する場合には、マイクロストリップ線路、トリプレート線路、導波管、誘電体導波管、ポスト壁導波管などにより給電される（例えば、特許文献１または非特許文献２参照）。サブアレ―アンテナの給電口はミリ波の車載レーダでは導波管給電が一般的である。アレーアンテナにおいて、送受信それぞれのアンテナをインターディジタル構造に配置し、両側から給電することにより、開口面積を有効に活用しているものもある（例えば、非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１２４７２７公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「アンテナ工学ハンドブック（第二版）」、オーム社、ｐ３３９−ｐ４４５
【非特許文献２】飯塚他、「車載ミリ波レーダ用アンテナ」、２００１年電子情報通信学会総合大会、ＳＢ−１−７、ｐ７４３−ｐ７４４
【非特許文献３】岡島祐介、朴世鉉、広川二郎、安藤真、“インターディジタル構造を用いた直交４５度偏波共用ポスト壁導波管スロットアレー”電子情報通信学会技術報告、Ａ・Ｐ２００３−１４９、ＲＣＳ２００３−１５５、ｐｐ．２１−２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車載レーダのように水平方向の測角をおこなう場合、水平方向にサブアレ―アンテナが配置され、それぞれのサブアレ―アンテナに給電口が設けられる。このサブアレ―アンテナの間隔はグレーティングローブレベルとの兼ね合いで、広角化を目指したレーダにおいてはサブアレ―アンテナ間隔を狭くする必要がある。例えば最大走査角を４０度とすると、自由空間波長をλ０と定義すれば、サブアレ―アンテナ間隔を０．６λ０以下程度にする必要がある。さらに導波管給電において、各サブアレ―アンテナの給電口を同じ側に形成すると、導波管のカットオフの関係より広壁面は０．５λ０以上必要であり、かつ導波管を形成する金属の壁厚や各アンテナの給電口間のアイソレーションを改善するためのチョーク構造など物理的な影響を考慮すると、グレーティングローブレベルを押さえるための条件以上のスペースが必要となる。よって、アンテナの放射部に比べ、アンテナの給電部の幅が広くなってしまい、アンテナ全体の面積が大きくなってしまう。
【０００６】
この改善法としてアンテナへ上下もしくは左右から給電するものがあり、送受信のアンテナの開口面積を有効に活用することができる。
【０００７】
しかし、構造上の物理的な影響は避けられるものの、インターディジタル構造はビーム走査する面に対して非対称となるため、製作誤差などの影響で各ポートへの給電位相が非対称にずれ、ビームやヌル点が非対称にチルトし、モノパルス方式などでは測角精度が損なわれる問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、製作誤差による測角精度の低下を抑制するアンテナ装置およびビーム装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備え、前記複数のサブアレ―アンテナを、同一平面上に自由空間波長以下の間隔で平行に並列させ、該同一平面上で該複数のサブアレ―アンテナに平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記２つのサブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係にあることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備え、前記複数のサブアレ―アンテナは、前記複数のアンテナ素子の整列方向に対し、同一平面上で平行に前記複数のサブアレ―アンテナを並列させて隣接するサブアレ―アンテナ同士の間隔が自由空間波長以下となるように配置させ、前記複数のサブアレ―アンテナと平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記サブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係となり、前記２つのサブアレ―アンテナ群内のそれぞれで、前記中心軸に最も近いサブアレ―アンテナである第３サブアレ―アンテナの第３給電部に対し、隣接する第４サブアレ―アンテナの第４給電部が、該第３給電部から最も遠い距離にある該第４サブアレ―アンテナの端部に接続されて、順次隣接する各サブアレ―アンテナに対し給電部がインターディジタルに接続されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一実施形態に係るレーダ装置は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備えるアンテナと、前記アンテナより受信した信号の増幅および該信号の周波数変換し変換信号を得るダウンコンバートを含む処理をおこなうＲＦチップ部と、前記変換信号にアナログディジタル変換を行いディジタル信号に変換するアナログディジタル変換部と、前記ディジタル信号よりビームの到来方向を推定するモノパルスＤＢＦ部と、を具備し、前記複数のサブアレ―アンテナを、同一平面上に自由空間波長以下の間隔で平行に並列させ、該同一平面上で該複数のサブアレ―アンテナに平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記サブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のアンテナ装置及びレーダ装置によれば、製作誤差による測角精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るアンテナ装置の一例を示す図。
【図２】本実施形態に係るアンテナ装置の別例を示す図。
【図３】レーダ装置を示すブロック図。
【図４】パッケージからアンテナへの給電線路を示す図。
【図５】アンテナ装置の第１の変形例を示す図。
【図６】アンテナ装置をポスト壁導波路スロットアレーアンテナで製作した例を示す図。
【図７】サブアレ―アンテナのアンテナ素子配置の第１の別例を示す図。
【図８】サブアレ―アンテナのアンテナ素子配置の第２の別例を示す図。
【図９】サブアレ―アンテナのアンテナ素子配置の第３の別例を示す図。
【図１０】アンテナ素子配置の第１の別例を用いたアンテナ装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るアンテナ装置およびレーダ装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作をおこなうものとして、重ねての説明を省略する。
まず、本発明の実施形態に係るアンテナ装置およびレーダ装置について図１を参照して説明する。
本実施形態に係るアンテナ装置１００は、サブアレ―アンテナ１０１、アンテナ素子１０２、位相制御部１０５を備える給電線路１０３、給電口１０４を含む。さらにアンテナ装置１００は、複数のサブアレ―アンテナ１０１をアンテナ素子１０２が整列している方向と同一平面上で、平行に並列させることによりアレーアンテナ群が形成される。
サブアレ―アンテナ１０１は、複数のアンテナ素子１０２、位相制御部１０５を備える給電線路１０３を含む。
アンテナ素子１０２は、例えば、導波管構造を用いる場合はスロットまたはホーン、マイクロストリップ線路、トリプレート線路を用いる場合はパッチ素子によって構成される。
給電線路１０３は、例えば、導波管、誘電体導波管、マイクロストリップ線路、トリプレート線路、ポスト壁導波路によって構成され、アンテナ素子１０２に給電する。また、給電線路１０３は、位相制御部１０５を備えている。
給電口１０４は、給電の際に用いられる給電線路１０３の種類によりその形状が変化する。給電口１０４はその給電線路１０３の形状にあわせたモード変換器の構造をとる。
【００１５】
位相制御部１０５は、給電口１０４とアンテナ素子１０２とを接続する給電線路１０３に介挿される。位相制御部１０５は、例えば給電線路１０３と同様に導波管、マイクロストリップ線路、トリプレート線路、ポスト壁導波路によって構成される。各位相制御部１０５の線路長を異なる長さとすることで、信号の位相をシフトする。また、位相制御部１０５は、給電線路１０３が導波管、誘電体導波管、ポスト壁導波路の場合は、給電線路１０３の管幅をかえることにより、給電線路１０３を流れる信号の位相をシフトしてもよい。
【００１６】
位相制御部１０５は、給電口１０４から入力された信号の位相をシフトし、アンテナの指向性を制御する。例えば、給電口１０４Ａと給電口１０４Ｂから入力される信号の位相が１８０度異なっているとする。位相制御部１０５Ａで位相をθA度、位相制御部１０５Ｂで位相をθＢ度、θＡ＋θＢ＝±１８０＋３６０×ｎ度（ｎは整数）となるようシフトさせることにより、サブアレ―アンテナ１０１Ａおよびサブアレ―アンテナ１０１Ｂから放射される信号の位相が同相になり、正面方向にビームが向く。
【００１７】
サブアレ―アンテナ１０１を並列させる際のサブアレ―アンテナ１０１同士の間隔ｄは、グレーティンローブなどの不要放射の抑圧のために、自由空間波長λ0、最大走査角をθｍとすると（１）式を満たす必要がある。
【数１】
【００１８】
この（１）式を満たすように、複数のアンテナ素子１０２の整列方向と平行に複数のサブアレ―アンテナ１０１を並列させて配置される。特に、サブアレ―アンテナ１０１の間隔が自由空間波長以下になるように配置する。複数のサブアレ―アンテナ１０１は、４０度以上のビーム走査する場合は、サイドローブが抑圧できるように、できればサブアレ―アンテナ１０１同士の隣り合う間隔が、０．６λ以下程度となるように並べるとよい。図１ではサブアレ―アンテナ１０１の数は８本であるが、並べるサブアレ―アンテナ１０１の数には制限はない。ここで重要なのが、サブアレ―アンテナ１０１のアンテナ素子１０２と給電線路１０３とを、アンテナ装置１００の中心軸に対して鏡像の関係（線対称）になるように配置することである。具体的にはサブアレ―アンテナ１０１の数が偶数である場合には、中心にある２つのサブアレ―アンテナ１０１の間に中心軸を想定し、図１に示すように両側とも同数のサブアレ―アンテナ１０１が存在するように配置する。サブアレ―アンテナ１０１の数が奇数である場合には、図２のように中心軸として中心にある１つのサブアレ―アンテナ１０１を選択して、その両側に同数のサブアレ―アンテナ１０１が存在するよう配置する。ただし、給電線路１０３が有する位相制御部１０５は、シフトする位相量に応じて形状が異なるため、アンテナ素子１０２と位相制御部１０５を除いた給電線路１０３とを、アンテナ装置１００の中心軸に対して鏡像の関係（線対称）になるように配置する。すなわち、図１の点線で示す部分であるアンテナ素子１０２と、各アンテナ素子１０２を接続する給電線路１０３とが、アンテナ装置１００の中心軸に対して鏡像の関係となる。
中心以外の位置に並列するサブアレ―アンテナ１０１については、隣り合うサブアレ―アンテナ１０１の給電口１０４が、お互いに最も遠い位置に配置される。つまり図１に示すようにサブアレ―アンテナ１０１の一方の端に給電口１０４があり、隣あうサブアレ―アンテナ１０１はサブアレ―アンテナ１０１の整列方向に対して反対側の端部に給電口１０４があるように互い違いになるインターディジタル構造をとる。ここで、サブアレ―アンテナ１０１の数の合計が偶数の場合は、鏡像を保つために中心軸を挟んで中心軸に最も近い２つのサブアレ―アンテナ１０１の給電口１０４を、互いに隣り合うように配置する。
このとき、中心にある二つのサブアレ―アンテナ１０１の給電口は、サブアレ―アンテナ１０１同士を自由空間波長以下の間隔に保ち、かつ互いの給電口が物理的に干渉しないように、給電口の位置を横方向にオフセットしてもよい。オフセットを行う距離は、中心にあるサブアレ―アンテナの給電部の中心から、中心軸方向に向かう給電部の周縁までの最短距離と前記間隔の半分との差以上となる距離だけ、中心軸方向にずらす。具体的に図１を参照して説明すると、導波管の幅をｗ、サブアレ―アンテナの間隔をｄとすると、
【数２】
【００１９】
以上となるように、中心の右側にあるサブアレ―アンテナ１０１については、給電線路１０３を中心軸方向へ、つまり左側にオフセットする。中心の左側にあるサブアレ―アンテナ１０１については、給電線路１０３を右側にオフセットする。つまり、中心軸を挟んだ２つのサブアレ―アンテナ１０１が互いに接近するようにオフセットをおこなう。図１では導波管給電を想定して説明をおこなったが、その他のマイクロストリップ線路−導波管変換器や、トリプレート線路−導波管変換器、ポスト壁導波路−導波管変換器など、他のモード変換器を用いて給電する場合も同様である。
【００２０】
なお、サブアレ―アンテナ１０１の数の合計が奇数である場合は、互いにとなりあう給電口１０４はなく、全ての隣り合うサブアレ―アンテナ１０１の最も遠い端部に給電口１０４を交互に配置する。
【００２１】
ここで、図１の点線で示す部分が鏡像の関係、つまり左右対称構造である利点について図３、図４を用いて説明する。
例えば本実施形態に係るアンテナ装置１００をレーダ装置として使用する場合、モノパルス方式での測角をおこなうことが考えられる。モノパルス方式で測角をおこなうレーダ装置の一例を図３に示す。図３はモノパルス方式の受信時の回路を示しており、本実施形態に係るレーダ装置３００は、アンテナ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ、ＲＦチップ部３０２、周波数変換部及びＡＤ変換部３０３、モノパルスＤＢＦ（Digital Beam Forming）部３０４、を含む。
ＲＦチップ部３０２は、サブアレ―アンテナであるアンテナ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄで受信した信号を、増幅したり、信号のダウンコンバートを含む処理をおこない、ＡＤ変換部３０３に送る。
ＡＤ変換部３０３は、ＲＦチップ部より送られた信号をアナログディジタル変換をおこなってディジタル信号を生成し、モノパルスＤＢＦ３０３部に送る。
モノパルスＤＢＦ部３０４は、ＡＤ変換部３０３から送られたディジタル信号を用いてビームの到来方向を推定する。さらなる詳細な動作については公知の技術を用いるためここでの説明は省略する。
ここで、アンテナ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄのそれぞれが本実施形態に係るアンテナ装置１００のサブアレ―アンテナ１０１を示すとする。ここでは４本のサブアレ―アンテナを用いているが、任意の本数のサブアレ―アンテナを用いてもよい。
モノパルス方式では、サブアレーアンテナで受信した出力を合成して和信号と差信号を作り、対象物の測角を行う。図３を用いて具体的に説明すると、例えばアンテナ３０１ａと３０１ｂ、アンテナ３０１ｃと３０１ｄに分けて、アンテナ３０１ａと３０１ｂ出力と、アンテナ３０１ｃと３０１ｄの出力を逆相に合成すると正面方向にヌルを形成する。
実際に本実施形態に係るアンテナ装置１００をポスト壁導波路スロットアレーアンテナによって実現したものを図４に示す。ポスト壁導波路スロットアレーアンテナ４０１とパッケージ４０２が、導波管線路４０１を通じて接続されている。ポスト壁導波路スロットアレーによって実現したアンテナ装置については後に図６を用いて詳細に説明する。
ここでは、サブアレ―アンテナ１０１を端から、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄと仮定する。各サブアレ―アンテナ１０１から受信した信号は、各サブアレ―アンテナ１０１の給電部に接続された給電線路３０１を通じてパッケージ３０２に入力される。
図１の点線で示す部分が鏡像の関係にあるため、アンテナ素子１０２およびアンテナ素子１０２を接続する給電線路１０３の製作誤差によって、給電線路１０２に流れる信号に位相差が生じてしまったとしても、各給電線路で同じ分だけ位相差を生じることとなるため、位相差を互いに打ち消しあい、正面方向のヌルを維持することができる。
【００２２】
以上に示した実施形態によれば、インターディジタル構造を用いて、隣あうサブアレ―アンテナの給電口が重なり合う等の物理的干渉を起こすことなく、かつ隣り合う給電口の大きさを考慮せずにサブアレ―アンテナ同士の間隔を狭めることができる。また、アンテナ装置の中心軸に対して左右のサブアレ―アンテナ群のアレー素子群が鏡像となる構造をとることにより、位相誤差が対称に現れるために、測角精度に影響する位相誤差は、正面方向のヌルは維持され、製作精度に左右されずに測角精度が損なわれないという利点を持つ。また、位相制御部を備えることで、給電口から入力される信号に位相差が生じても、給電線路に流れる信号の位相をそろえることができるため、測角精度を損なわないようにすることができる。
【００２３】
なお、本実施例では、給電線路１０３と位相制御部１０５とを別々の構成としているが、給電線路１０３の一部の幅や線路長を変えることで、給電線路１０３が位相制御部１０５を備えるようにしてもよい。
【００２４】
（第１の変形例）
次に、図１で示した本実施形態に係るアンテナ装置１００の変形例を図５に示す。これはサブアレ―アンテナ１０１の総数が偶数個である場合に、鏡像の関係を保つために中心にある２つのサブアレ―アンテナ１０１の給電口１０４を隣り合わせに並列させる必要があるため、給電線路１０３をオフセットしたとしても隣り合う給電口１０４同士が干渉する可能性がある。そこで、中心軸に最も近い２つのサブアレ―アンテナ１０１は、それぞれの給電部に最も近いアンテナ素子１０２との距離が、他のサブアレ―アンテナ１０１の距離に比べて長くなるように引き回す。つまり、給電口１０４同士が干渉することがないように一番外側のサブアレ―アンテナ１０１のさらに外側に給電線路１０３を引き回して給電する。つまり図５に示すように、中心の右側にあるサブアレ―アンテナ１０１の給電線路１０３が「Ｌ」字となる状態を形成する。
【００２５】
本変形例において、位相制御部１０５は、給電線路１０３の引き回した部分の線路の幅を変える構造を有しており、これにより給電線路１０３を流れる信号の位相をシフトする。また、位相制御部１０５は、給電線路１０３の引き回した部分の線路長を変える構造とすることで、信号の位相をシフトするようにしても良い。
【００２６】
なお、中心にある２つのサブアレ―アンテナ１０１はインターディジタル構造ではないが、残りの他のサブアレ―アンテナ１０１についてはインターディジタル構造を保っている。さらに、必ずしも一番外側のサブアレ―アンテナ１０１の外側にある必要はなく、中心軸に最も近いサブアレ―アンテナ１０１の給電部１０４と中心軸との最短距離が、他の給電部１０４における中心軸との最短距離に比較して、最も長い距離に配置されればよい。またアンテナの製作時におけるアンテナの面積やその他の制約等を考慮して給電口１０４が互いに干渉しない位置に配置すればよい。
【００２７】
本変形例によれば、アンテナ装置１００の中心の２つの給電口１０４が干渉することなく、中心軸に対して左右のサブアレ―アンテナのアンテナ素子群が鏡像の関係を保つことができる。
【００２８】
（第１の変形例の具体例）
第１の変形例をポスト壁導波路スロットアレーで作製した一例を図６に示す。ポスト壁導波路は、誘電体基板と、サブアレ―アンテナ６０１、アンテナ素子６０２、給電線路６０３、給電口６０４、位相制御部６０５を含む。
誘電体基板は、セラミックや液晶ポリマーなどの材質の上に上下両面が例えば銅のような導電性金属材料により作られた金属膜により覆われている。
給電線路６０３および位相制御部６０５は、スルーホール６０６および整合ピン６０７を含む。スルーホール６０６および整合ピン６０７は、誘電体基板を貫通して金属膜間を短絡する金属部材（スルーホール部材と呼ばれる）によって作られる。このスルーホール６０６を整列させたスルーホール列により、等価的に誘電体が充填された導波管構造のように動作するポスト壁導波路が形成される。ポスト壁導波路は、導波管の狭壁面に相当する側面を共有している。
アンテナ素子６０２は、スロットアンテナの場合、エッチングによりスロットを開けることにより形成される。ポスト壁導波路スロットアレーアンテナは、誘電体の充填された導波管のスロットアレーアンテナとして動作する。スロットは、ポスト壁導波路における管軸方向（ポスト壁導波路を形成するスルーホール列と並行な方向に相当）に対して、平行、垂直、斜め４５度等、様々な方向に形成されてもよく、また、様々な方向にあけたスロットを組み合わせてもよい。スロットの間隔は、等間隔であっても、不等間隔であってもよい。ポスト壁導波路スロットアレーアンテナにおいて、ポスト壁導波路を形成するスルーホール群以外に、ポスト壁導波路内にスルーホールが具備されていてもよい。
【００２９】
給電口６０４は、エッチングにより開口が形成されている。また、給電口６０４の周りのスルーホール列は、スロットが形成されている領域のスルーホール列よりも列幅が広がったステップ構造を形成される。ただし、給電口６０４の周りのスルーホール列をステップ構造にせず、スロットが形成されている領域のスルーホール列の列幅と同じにしてもよい。
第１の変形例を形成するために、中心にある二つのサブアレ―アンテナの給電口６０４は、ベンド構造を介して、一番外側のサブアレ―アンテナの外側に、引き回されて給電される。
【００３０】
本具体例において、位相制御部６０５は、給電線路６０３をベンドして引きまわした部分の線路の幅を変える構造を有しており、これにより給電線路６０３を流れる信号の位相をシフトする。また、図示していないが、位相制御部６０５は、給電線路６０３をベンドして引きまわした部分の線路長を変える構造とすることで、信号の位相をシフトするようにしても良い。
【００３１】
ベンドは、図６ではＬベンド形成されているが、Ｕベンドを用いてもよい。Ｌベンド内に整合ピン６０７として配置されたスルーホールがあってもよい。
【００３２】
（第２の変形例）
本実施形態では、第１の実施形態または第１の実施形態の変形例及びその具体例におけるサブアレ―アンテナを、導波管スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ、マイクロストリップ線路パッチアレーアンテナ、トリプレート線路パッチアレーアンテナ、ホーンアレーアンテナにより構成する。各アンテナの製作法については公知の技術を用いるためここでの詳細な説明は省略する。ここでは特にサブアレ―アンテナ内のアンテナ素子の配列について図７から図９を参照して詳細に説明する。図１では、１列の給電線路に直列に接続されているが、図７のように給電線路７０３から片側に向けて、アンテナ素子７０２が枝分かれした配置をとるサブアレ―アンテナ７０１でもよい。また、図８のように給電線路８０３から両側にアンテナ素子８０２が枝分かれするサブアレ―アンテナ８０１の配置をとってもよい。さらに図９のように、給電線路９０３から枝分かれした後、Ｔ分岐を３回繰り返してその末端にアンテナ素子９０２を配置することにより、給電線路９０２からの１つの枝分かれに対して８個のアンテナ素子９０２が配置されるサブアレ―アンテナ９０１としてもよい。
これら図７から図９のサブアレ―アンテナ７０１、８０１、９０１に共通することは、本実施形態に係るアンテナ装置の中心軸に対して、鏡像の関係と保つようにアンテナ素子配置をとることである。具体的には図１０に示したアンテナ素子配置であれば、サブアレ―アンテナの右側に枝分かれをしたものが中心軸から見て左側に配置されている場合、中心軸から右側に配置されているサブアレ―アンテナは、左側に枝分かれする構造をとるようにする。
以上に示した第２の変形例によれば、様々なアンテナの形状に対応したアンテナ素子配置で本実施形態に係るアンテナ装置を実現することができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１００・・・アンテナ装置、１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１・・・サブアレ―アンテナ、１０２、６０２、７０２・・・アンテナ素子、１０３、６０３、７０３、８０２、９０２、１００２・・・給電線路、１０４、１０４Ａ、１０４Ｂ、６０４、７０４、８０４、９０４、１００４・・・給電口、１０５、１０５Ａ、１０５Ｂ、６０５、７０５、８０５、９０５、１００５・・・位相制御部、３００・・・レーダ装置、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ・・・アンテナ、３０２・・・ＲＦチップ部、３０３・・・周波数変換部およびＡＤ変換部、３０４・・・モノパルスＤＢＦ部、４００・・・ポスト壁導波路スロットアレーアンテナ、４０１・・・導波管線路、４０２・・・パッケージ、６０６・・・スルーホール、６０７・・・整合ピン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、
前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、
前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備え、
前記複数のサブアレ―アンテナを、同一平面上に自由空間波長以下の間隔で平行に並列させ、該同一平面上で該複数のサブアレ―アンテナに平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記２つのサブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係にあるアンテナ装置。
【請求項２】
前記位相制御部は、前記複数のサブアレ―アンテナの給電線路に流れる信号が、それぞれ同相となるように、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記位相制御部は、前記中心軸により分割された一方のサブアレ―アンテナ群の給電線路に流れる信号の位相と、他方のサブアレ―アンテナ群の給電線路に流れる信号の位相とが同相となるように、前記給電線路に流れる信号の１８０度位相シフトを行うことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記位相制御部は、前記給電線路と幅が異なる線路であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記給電線路のうち、前記中心軸により分割された一方のサブアレ―アンテナ群の給電線路の前記位相制御部の線路長は、他方のサブアレ―アンテナ群の給電線路の前記位相制御部の線路長と異なることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記位相制御部は、前記サブアレ―アンテナの最も前記給電部側に設けられたアンテナ素子と前記給電部の間にあることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記中心軸を挟んで該中心軸に最も近い２つのサブアレ―アンテナのそれぞれの給電部は、該給電部に最も近い前記アンテナ素子との距離が、他のサブアレ―アンテナの該距離に比べて長いことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記中心軸を挟んで該中心軸に最も近い２つのサブアレ―アンテナのそれぞれの給電部は、前記給電部と前記中心軸との最短距離が、他の給電部の該最短距離に比較して最も長い距離に配置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記２つのサブアレ―アンテナ群内のそれぞれで、前記複数のサブアレ―アンテナに含まれる第１サブアレ―アンテナの、前記複数の給電部に含まれる第１給電部に対し、隣接する第２サブアレ―アンテナの、前記複数の給電部に含まれる第２給電部が、該第１給電部から最も遠い距離にある該第２サブアレ―アンテナの端部に接続されており、順次隣接する各サブアレ―アンテナに対し給電部がインターディジタルに接続されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、
前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、
前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備え、
前記複数のサブアレ―アンテナは、前記複数のアンテナ素子の整列方向に対し、同一平面上で平行に前記複数のサブアレ―アンテナを並列させて隣接するサブアレ―アンテナ同士の間隔が自由空間波長以下となるように配置させ、前記複数のサブアレ―アンテナと平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記サブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係となり、前記２つのサブアレ―アンテナ群内のそれぞれで、前記中心軸に最も近いサブアレ―アンテナである第３サブアレ―アンテナの第３給電部に対し、隣接する第４サブアレ―アンテナの第４給電部が、該第３給電部から最も遠い距離にある該第４サブアレ―アンテナの端部に接続されて、順次隣接する各サブアレ―アンテナに対し給電部がインターディジタルに接続されることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１１】
前記位相制御部は、前記複数のサブアレ―アンテナの給電線路に流れる信号が、それぞれ同相となるように、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うことを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記位相制御部は、前記中心軸により分割された一方のサブアレ―アンテナ群の給電線路に流れる信号の位相と、他方のサブアレ―アンテナ群の給電線路に流れる信号の位相とが同相となるように、前記給電線路に流れる信号の１８０度位相シフトを行うことを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
前記位相制御部は、前記給電線路と幅が異なる線路であることを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
前記給電線路のうち、前記中心軸により分割された一方のサブアレ―アンテナ群の給電線路の前記位相制御部の線路長は、他方のサブアレ―アンテナ群の給電線路の前記位相制御部の線路長と異なることを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
前記位相制御部は、前記サブアレ―アンテナの最も前記給電部側に設けられたアンテナ素子と前記給電部の間にあることを特徴とする請求項１０乃至１４いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
前記中心軸を挟んで該中心軸に最も近い２つのサブアレ―アンテナのそれぞれの給電部は、該給電部に最も近い前記アンテナ素子との距離が、他のサブアレ―アンテナの該距離に比べて長いことを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
前記複数のサブアレ―アンテナの数の合計が偶数である場合は、前記サブアレ―アンテナ群内のそれぞれで、前記中心軸に最も近いサブアレ―アンテナである第３サブアレ―アンテナを第３給電部に接続する位置が、前記給電部の中心から前記中心軸方向に向かう該給電部の周縁までの最短距離と前記間隔の半分との差以上となる距離だけ前記第３サブアレ―アンテナを前記第３給電部よりも前記中心軸の方向へオフセットして配置することを特徴とする請求項１または請求項９または請求項１０のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
前記複数のサブアレ―アンテナの数の合計が奇数である場合は、中心にある１つの前記サブアレ―アンテナを前記中心軸として、他の前記複数のサブアレ―アンテナを配置することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１９】
前記複数のアンテナ素子および前記複数のサブアレ―アンテナを、ポスト壁導波路スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ、導波管スロットアレーアンテナ、マイクロストリップ線路パッチアレーアンテナ、トリプレート線路パッチアレーアンテナ、ホーンアレーアンテナのいずれか１つにより実現することを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項２０】
複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備えるアンテナと、
前記アンテナより受信した信号の増幅および該信号の周波数変換し変換信号を得るダウンコンバートを含む処理をおこなうＲＦチップ部と、
前記変換信号にアナログディジタル変換を行いディジタル信号に変換するアナログディジタル変換部と、
前記ディジタル信号よりビームの到来方向を推定するモノパルスＤＢＦ部と、を具備し、
前記複数のサブアレ―アンテナを、同一平面上に自由空間波長以下の間隔で平行に並列させ、該同一平面上で該複数のサブアレ―アンテナに平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記サブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係にあることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１】
複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、
前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、
前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備え、
前記複数のサブアレ―アンテナを、同一平面上に自由空間波長以下の間隔で平行に並列させ、該同一平面上で該複数のサブアレ―アンテナに平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記２つのサブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係にあるアンテナ装置。
【請求項２】
前記位相制御部は、前記複数のサブアレ―アンテナの給電線路に流れる信号が、それぞれ同相となるように、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記位相制御部は、前記中心軸により分割された一方のサブアレ―アンテナ群の給電線路に流れる信号の位相と、他方のサブアレ―アンテナ群の給電線路に流れる信号の位相とが同相となるように、前記給電線路に流れる信号の１８０度位相シフトを行うことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記位相制御部は、前記給電線路と幅が異なる線路であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記給電線路のうち、前記中心軸により分割された一方のサブアレ―アンテナ群の給電線路の前記位相制御部の線路長は、他方のサブアレ―アンテナ群の給電線路の前記位相制御部の線路長と異なることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記位相制御部は、前記サブアレ―アンテナの最も前記給電部側に設けられたアンテナ素子と前記給電部の間にあることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記中心軸を挟んで該中心軸に最も近い２つのサブアレ―アンテナのそれぞれの給電部は、該給電部に最も近い前記アンテナ素子との距離が、他のサブアレ―アンテナの該距離に比べて長いことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記中心軸を挟んで該中心軸に最も近い２つのサブアレ―アンテナのそれぞれの給電部は、前記給電部と前記中心軸との最短距離が、他の給電部の該最短距離に比較して最も長い距離に配置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記２つのサブアレ―アンテナ群内のそれぞれで、前記複数のサブアレ―アンテナに含まれる第１サブアレ―アンテナの、前記複数の給電部に含まれる第１給電部に対し、隣接する第２サブアレ―アンテナの、前記複数の給電部に含まれる第２給電部が、該第１給電部から最も遠い距離にある該第２サブアレ―アンテナの端部に接続されており、順次隣接する各サブアレ―アンテナに対し給電部がインターディジタルに接続されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、
前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、
前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備え、
前記複数のサブアレ―アンテナは、前記複数のアンテナ素子の整列方向に対し、同一平面上で平行に前記複数のサブアレ―アンテナを並列させて隣接するサブアレ―アンテナ同士の間隔が自由空間波長以下となるように配置させ、前記複数のサブアレ―アンテナと平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記サブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係となり、前記２つのサブアレ―アンテナ群内のそれぞれで、前記中心軸に最も近いサブアレ―アンテナである第３サブアレ―アンテナの第３給電部に対し、隣接する第４サブアレ―アンテナの第４給電部が、該第３給電部から最も遠い距離にある該第４サブアレ―アンテナの端部に接続されて、順次隣接する各サブアレ―アンテナに対し給電部がインターディジタルに接続されることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１１】
前記位相制御部は、前記複数のサブアレ―アンテナの給電線路に流れる信号が、それぞれ同相となるように、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うことを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記位相制御部は、前記中心軸により分割された一方のサブアレ―アンテナ群の給電線路に流れる信号の位相と、他方のサブアレ―アンテナ群の給電線路に流れる信号の位相とが同相となるように、前記給電線路に流れる信号の１８０度位相シフトを行うことを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
前記位相制御部は、前記給電線路と幅が異なる線路であることを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
前記給電線路のうち、前記中心軸により分割された一方のサブアレ―アンテナ群の給電線路の前記位相制御部の線路長は、他方のサブアレ―アンテナ群の給電線路の前記位相制御部の線路長と異なることを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
前記位相制御部は、前記サブアレ―アンテナの最も前記給電部側に設けられたアンテナ素子と前記給電部の間にあることを特徴とする請求項１０乃至１４いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
前記中心軸を挟んで該中心軸に最も近い２つのサブアレ―アンテナのそれぞれの給電部は、該給電部に最も近い前記アンテナ素子との距離が、他のサブアレ―アンテナの該距離に比べて長いことを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
前記複数のサブアレ―アンテナの数の合計が偶数である場合は、前記サブアレ―アンテナ群内のそれぞれで、前記中心軸に最も近いサブアレ―アンテナである第３サブアレ―アンテナを第３給電部に接続する位置が、前記給電部の中心から前記中心軸方向に向かう該給電部の周縁までの最短距離と前記間隔の半分との差以上となる距離だけ前記第３サブアレ―アンテナを前記第３給電部よりも前記中心軸の方向へオフセットして配置することを特徴とする請求項１または請求項９または請求項１０のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
前記複数のサブアレ―アンテナの数の合計が奇数である場合は、中心にある１つの前記サブアレ―アンテナを前記中心軸として、他の前記複数のサブアレ―アンテナを配置することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１９】
前記複数のアンテナ素子および前記複数のサブアレ―アンテナを、ポスト壁導波路スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ、導波管スロットアレーアンテナ、マイクロストリップ線路パッチアレーアンテナ、トリプレート線路パッチアレーアンテナ、ホーンアレーアンテナのいずれか１つにより実現することを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項２０】
複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子へ給電する給電線路とを含む複数のサブアレ―アンテナと、前記複数のサブアレ―アンテナの端部にそれぞれ１つずつ接続される複数の給電部とを具備し、前記給電線路は、前記給電線路を流れる信号の位相シフトを行うための位相制御部を備えるアンテナと、
前記アンテナより受信した信号の増幅および該信号の周波数変換し変換信号を得るダウンコンバートを含む処理をおこなうＲＦチップ部と、
前記変換信号にアナログディジタル変換を行いディジタル信号に変換するアナログディジタル変換部と、
前記ディジタル信号よりビームの到来方向を推定するモノパルスＤＢＦ部と、を具備し、
前記複数のサブアレ―アンテナを、同一平面上に自由空間波長以下の間隔で平行に並列させ、該同一平面上で該複数のサブアレ―アンテナに平行で、かつ該複数のサブアレ―アンテナの全本数を２等分し２つのサブアレ―アンテナ群に分割する中心軸に対して、前記サブアレ―アンテナ群の前記アンテナ素子群同士が鏡像の関係にあることを特徴とするレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２１２８９５（Ｐ２０１０−２１２８９５Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５５３７（Ｐ２００９−５５５３７）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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