マルチビームアンテナ装置
【課題】１つのアンテナユニットで２つの独立したマルチビーム特性を実現し利得を向上するマルチビームアンテナ装置を提供する。
【解決手段】第１のアンテナ部と第２のアンテナ部と第１のロトマンレンズ部と第２のロトマンレンズ部とをこの順に積層した平面アンテナモジュールであって、第１のアンテナ部と第１のロトマンレンズ部とで、１つのマルチビーム特性を実現し、第２のアンテナ部と第２のロトマンレンズ部とで、もう一つの独立したマルチビーム特性を実現する。その際のロトマンレンズ設計において、ビーム形成角度をβとし、交点Ｓ２と複数の入力端子の１つとを結ぶ線と、中心線(208)とがなす角度をαとしたとき、β＜αであり、さらに、η＝（β／α）・（Ｌｎ／Ｆ）＜１の関係式を満たし、Ｇをβ＝αの条件で設計した場合のロトマンレンズの大きさよりも小さくするようロトマンレンズの形状を決定する。
【解決手段】第１のアンテナ部と第２のアンテナ部と第１のロトマンレンズ部と第２のロトマンレンズ部とをこの順に積層した平面アンテナモジュールであって、第１のアンテナ部と第１のロトマンレンズ部とで、１つのマルチビーム特性を実現し、第２のアンテナ部と第２のロトマンレンズ部とで、もう一つの独立したマルチビーム特性を実現する。その際のロトマンレンズ設計において、ビーム形成角度をβとし、交点Ｓ２と複数の入力端子の１つとを結ぶ線と、中心線(208)とがなす角度をαとしたとき、β＜αであり、さらに、η＝（β／α）・（Ｌｎ／Ｆ）＜１の関係式を満たし、Ｇをβ＝αの条件で設計した場合のロトマンレンズの大きさよりも小さくするようロトマンレンズの形状を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波帯の車載レーダ等に利用されるマルチビームアンテナ装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、ロトマンレンズを用いた従来のマルチビームアンテナ装置の分解斜視図を図１１に示す。図において(31)はロトマンレンズパターンであり、詳細は図１２に示す。図１２において(221),(222),・・・(22m)はロトマンレンズ(1)に電力を供給する入力端子、(231),(232),・・・(23n)はロトマンレンズ(201)内の電力を取り出す出力端子、(241),(242),・・・(24n)は空間に電波を放射するアンテナ素子、(205)は複数個のアンテナ素子(241),(242),・・・(24n)が直線状に配列されたアレーアンテナ、(261),(262),・・・(26n)は上記出力端子と上記アンテナ素子を結ぶ給電線路、(207)は長さの異なった給電線路(261),(262),・・・(26n)からなる線路部、(208)は中心線であり、このアンテナ装置は、中心線(208)に対して線対称である。(209)は入力端子(221)の位置を表すための補助線であり、入力端子(221)は、座標系(X、Y)の原点となるＳ２から見て、中心線(208)から仰角αの方向にある。(210)は入力端子(221)を励振したときの空間でのビーム方向を示す直線であり、上記アレーアンテナの正面方向から角度βの方向に向いているが、基本設計では、通常β＝αを条件に設計される。
【０００３】
以上のように構成された従来のアンテナ装置では、入力端子(221),(222),・・・(22m)のうちの１つの入力端子を励振したとき、電力はロトマンレンズ(201)内に供給される。ロトマンレンズ(201)内の電力は出力端子(231),(232),・・・(23n)で取り出され、給電線路(261),(262),・・・(26n)を通ってアンテナ素子(241),(242),・・・(24n)に至る。アレーアンテナ(205)の励振振幅、励振位相は、入力端子(221),(222),・・・(22m)のどの端子を励振するかによって決定され、アレーアンテナ(205)の励振位相に応じて空間でのビーム方向が決まる。
【０００４】
ここで、図１２の従来ロトマンレンズパターンでは、入力端子(221),(222),・・・(22m)は、ロトマンレンズ焦点Ｓ１位置を中心とする半径Ｒの円弧上に配置される。Ｓ２は、出力端子(231),(232),・・・(23n)の配置される部分曲線と中心線(208)との交点で示し、座標系(X、Y)の原点である。Ｓ３は、入力端子(221),(222),・・・(22m)の配置される部分曲線と中心線(208)との交点を示す。なお、出力端子(231),(232),・・・(23n)のｘ座標、ｙ座標、及び給電線路(261),(262),・・・(26n)の電気長wは、それぞれ次式で表される。
【０００５】
【０００６】
ここで、
である。
【０００７】
また、半径Ｒは次式で表される。
【０００８】
ここで、ＧはＳ２とＳ３との距離でロトマンレンズの大きさであり、Ｆは入力端子(221)とＳ２との距離であり、２Ｌｎはアレーアンテナ(205)の開口長である。通常、基本設計では、β＝αの限定条件で設計され、0.8＜η＜1程度、すなわち、ＦがＬｎの1から1.25倍程度で、ｇは、1.137程度として設計することが、出力端子(231),(232),・・・(23n)の励振位相誤差が小さく設計でき、良好とされる。
【０００９】
一方、一つのアンテナで２つの直交する偏波のペンシルビームアンテナの実現手段としては、図１３に示すように、２層のトリプレートアンテナを電磁結合させた構造が、有効であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５７−９３７０１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２４７２７号公報
【特許文献３】特開平５−１５２８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、車載レーダ等に用いられるマルチビームアンテナ装置では、遠方は狭い範囲で細いビーム走査が必要とされ、近距離では、広い範囲のビーム走査が必要であり、それぞれ独立に動作させる必要性が高まっているが、異なるマルチビーム特性のレーダ装置を２つ取り付ける場合、高価であると共に、搭載スペースの確保が困難であると言った問題があった。
【００１２】
また、図１３には、一つのアンテナで２つの直交する偏波のペンシルビームアンテナの実現手段が示されているものの、マルチビーム特性の実現方法は示されておらず、実現された事例も見当たらない。
【００１３】
さらに、図１２の従来のマルチビームアンテナ装置において、線路部(207)が構成できるためには、第３式における平方根内が正あるいは零である必要がある。すなわち、次式となる。
【００１４】
【００１５】
この第５式が成立するためには、η＝Ｌｎ/Ｆ≦１である必要があるが、このことから、アンテナ素子(241),(242),・・・(24n)の数が増えてアレーアンテナ(205)の開口２Ｌnが大きくなった場合は、入力端子(221)とＳ２との距離Ｆもアレーアンテナ(205)の開口２Ｌnに比例して大きくする必要があり、結果としてロトマンレンズの大きさＧが大きくなってしまう。従って、アンテナ素子(241),(242),・・・(24n)の数が増えた場合、アンテナ素子の増加比率に合せてロトマンレンズの大きさＧを大きくする必要があり、Ｇの拡大に伴って損失も増加してしまうため、アンテナ素子数を増やしても、その分の利得向上効果が得られないという問題があった。
【００１６】
本発明は、１つのアンテナユニットで、２つの独立したマルチビーム特性を実現すると共に、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向をβとしたとき、出力端子(231),(232),・・・(23n)の配置される部分曲線及び中心線(208)の交点Ｓ2と入力端子とを結ぶ線と、中心線(208)とがなす角度αに対して、β＜αの条件において、ロトマンレンズの大きさＧをβ＝αの限定条件で設計した基本設計寸法未満の大きさにすることができ、これによって、ロトマンレンズの損失増加を抑制し、利得を向上することが可能となる低損失マルチビームアンテナ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置においては、第１のアンテナ部(１０１)と第２のアンテナ部(１０２)と第１のロトマンレンズ部(１０３)と第２のロトマンレンズ部(１０４)とをこの順に積層した平面アンテナモジュールであって、第１のアンテナ部(１０１)には、第２のアンテナ部の第２の放射素子(１６)の位置に相当する箇所に、第１の放射素子(１)と第１の無給電素子(６７)を有し、かつ、第１の放射素子(１)と接続された第１の給電線路(２)と第２のロトマンレンズ部(１０４)に電磁結合した第１の接続部(３)を組とするアンテナ群を複数形成した第１のアンテナ基板(４)と、第１の放射素子(１)及び、第１の無給電素子(６７)の位置に相当する箇所に第１のスロット(５)を有する第１の地導体(６)と、第１のアンテナ基板(４)と第１の地導体(６)との間に第１の誘電体(７)と、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第１の結合口形成部(８)を有する第２の地導体(９)と、第１のアンテナ基板(４)と第４の地導体(１０)との間に第２の誘電体(１１)と、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第２の結合口形成部(１２)を有する第３の地導体(１３)と、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第１のスリット(１４)を有し、かつ、第１の放射素子(１)及び、第１の無給電素子(６７)の位置に相当する箇所に第２のスリット(１５)を有する第４の地導体(１０)を備え、第２のアンテナ部(１０２)には、第２の放射素子(１６)と接続された第２の給電線路(１７)と第１のロトマンレンズ部(１０３)に電磁結合した第２の接続部(１８)を組とするアンテナ群を複数形成した第２のアンテナ基板(１９)と、第４の地導体(１０)と、第２のアンテナ基板(１９)と第４の地導体(１０)との間に第３の誘電体(２０)と、第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第３の結合口形成部(２１)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第３のスリット(２２)を有する第５の地導体(２３)と、第２のアンテナ基板(１９)と第７の地導体(２４)との間に第４の誘電体(２５)と、第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第４の結合口形成部(２６)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第４のスリット(２７)を有する第６の地導体(２８)と、第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第５のスリット(２９)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第６のスリット(３０)を有する第７の地導体(２４)を備え、第１のロトマンレンズ部(１０３)には、第１のロトマンレンズ(３１)及び、第３の給電線路(３２)と第２のアンテナ部(１０２)の第２の接続部(１８)に電磁結合した第３の接続部(３３)及び、第１０の地導体(３４)の第１の導波管開口部(３５)と電磁結合した第４の接続部(３６)を有する第１のロトマンレンズ基板(３７)と、第７の地導体(２４)と、第１のロトマンレンズ基板(３７)と第７の地導体(２４)との間に第５の誘電体(３８)と、第３の接続部(３３)の位置に相当する箇所に第５の結合口形成部(３９)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第６の結合口形成部(４０)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第７のスリット(４１)を有する第８の地導体(４２)と、第１のロトマンレンズ基板(３７)と第１０の地導体(３４)との間に第６の誘電体(４３)と、第３の接続部(３３)の位置に相当する箇所に第７の結合口形成部(４４)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第８の結合口形成部(４５)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第８のスリット(４６)を有する第９の地導体(４７)と、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第１の導波管開口部(３５)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第９のスリット(４８)を有する第１０の地導体(３４)を備え、第２のロトマンレンズ部(１０４)には、第２のロトマンレンズ(４９)及び、第４の給電線路(５０)と第１のアンテナ部(１０１)の第１の接続部(３)に電磁結合した第５の接続部(５１)及び、第１３の地導体(５２)の第２の導波管開口部(５３)と電磁結合した第６の接続部(５４)を有する第２のロトマンレンズ基板(５５)と、第１０の地導体(３４)と、第２のロトマンレンズ基板(５５)と第１０の地導体(３４)との間に第７の誘電体(５６)と、第５の接続部(５１)の位置に相当する箇所に第９の結合口形成部(５７)を有し、かつ、第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第１０の結合口形成部(５８)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第３の導波管開口部(５９)を有する第１１の地導体(６０)と、第２のロトマンレンズ基板(５５)と第１３の地導体(５２)との間に第８の誘電体(６１)と、第５の接続部(５１)の位置に相当する箇所に第１１の結合口形成部(６２)を有し、かつ、第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第１２の結合口形成部(６３)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第４の導波管開口部(６４)を有する第１２の地導体(６５)と、第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第２の導波管開口部(５３)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第５の導波管開口部(６６)を有する第１３の地導体(５２)を備え、第１の地導体(６)、第２の地導体(９)と第１の誘電体(７)、第１のアンテナ基板(４)、第３の地導体(１３)と第２の誘電体(１１)、第４の地導体(１０)、第５の地導体(２３)と第３の誘電体(２０)、第２のアンテナ基板(１９)、第６の地導体(２８)と第４の誘電体(２５)、第７の地導体(２４)、第８の地導体(４２)と第５の誘電体(３８)、第１のロトマンレンズ基板(３７)、第９の地導体(４７)と第６の誘電体(４３)、第１０の地導体(３４)、第１１の地導体(６０)と第７の誘電体(５６)、第２のロトマンレンズ基板(５５)、第１２の地導体(６５)と第８の誘電体(６１)、第１３の地導体(５２)の順に積層して構成したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかるマルチビームアンテナ装置においては、前記構成のスリットをスロットに変えて構成したことを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明にかかるロトマンレンズ設計においては、図７に示すように、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向βが、出力端子(231),(232),・・・(23n)の配置される部分曲線及び中心線(208)の交点Ｓ2と入力端子とを結ぶ線と、中心線(208)との角度αに対して、β＜αの条件において、Ｓ３は、入力端子(221),(222),・・・(22m)の配置される部分曲線と中心線(208)との交点とし、Ｆは入力端子(221)とＳ２との距離、ＧはＳ２とＳ３との距離でロトマンレンズの大きさ、２Ｌｎはアレーアンテナ(205)の開口長としたとき
の関係式を満足するようにロトマンレンズの形状を決定して、ロトマンレンズの大きさＧをβ＝αの限定条件で設計した基本設計寸法未満の大きさとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置によれば、１つのアンテナユニットで、２つの独立したマルチビーム特性を実現すると共に、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向βが、出力端子(231),(232),・・・(23n)の配置される部分曲線及び中心線(208)の交点Ｓ2と入力端子とを結ぶ線と、中心線(208)とがなす角度αに対して、β＜αの条件において、ロトマンレンズの大きさＧをβ＝αの限定条件で設計した基本設計寸法未満の大きさにすることができ、ロトマンレンズの損失増加を抑制し、利得を向上することが可能となる低損失マルチビームアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の構成を説明する説明図である。
【図２】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の構成を説明する第２説明図である。
【図３】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における第１のアンテナ部の構成を説明する説明図である。
【図４】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における第２のアンテナ部の構成を説明する説明図である。
【図５】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における第１のロトマンレンズ部の構成を説明する説明図である。
【図６】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における第２のロトマンレンズ部の構成を説明する説明図である。
【図７】本発明にかかるロトマンレンズパターンを説明する説明図である。
【図８】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の第１の指向特性を説明する説明図である。
【図９】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の所定の入力端子に応じたアレーアンテナ開口面の位相傾斜を説明する説明図である。
【図１０】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の第２の指向特性を説明する説明図である。
【図１１】従来例のマルチビームアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】従来例のロトマンレンズパターンを説明する説明図ある。
【図１３】従来例の２層トリプレートアンテナの構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）を説明する説明図である。
【図１５】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）を説明する第２説明図である。
【図１６】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）における第１のアンテナ部の構成を説明する説明図である。
【図１７】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）における第２のアンテナ部の構成を説明する説明図である。
【図１８】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）における第１のロトマンレンズ部の構成を説明する説明図である。
【図１９】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）における第２のロトマンレンズ部の構成を説明する説明図である。
【実施例１】
【００２２】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置において、１つのアンテナユニットで、２つの独立したマルチビーム特性を実現すると共に、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向βが、出力端子(231),(232),・・・(23n)の配置される部分曲線及び中心線(208)の交点Ｓ2と入力端子とを結ぶ線と、中心線(208)とがなす仰角αに対して、β＜αの条件において、Ｓ３は、入力端子(221),(222),・・・(22m)の配置される部分曲線と中心線(208)との交点とし、Ｆは入力端子(221)とＳ２との距離、ＧはＳ２とＳ３との距離でロトマンレンズの大きさ、２Ｌｎはアレーアンテナ(205)の開口長としたとき、第６式の関係式を満足するようにロトマンレンズの形状を決定して、ロトマンレンズの大きさＧをβ＝αの限定条件で設計した基本設計寸法未満の大きさとしたことを特徴とする。
【００２３】
すなわち、β＝αの限定条件でロトマンレンズを設計した場合、第５式が成立するためには、η＝Ｌｎ/Ｆ≦１である必要がある。さらに、0.8＜η＜1程度、すなわち、ＦがＬｎの1から1.25倍程度で、ｇは、1.137程度として設計すると、出力端子(231),(232),・・・(23n)の励振位相誤差が小さく設計でき、良好とされる。したがって、Ｆ及びＧは、Ｌｎに対して、それぞれ
の範囲が望ましい。また、アンテナ素子（241）,（242),・・・(24n)の数が増えてアレーアンテナ(205)の開口２Ｌnが大きくなった場合は、入力端子(221)とＳ２との距離Ｆは、２Ｌnに比例して大きくなり、結果としてロトマンレンズの基本設計寸法Ｇは大きくなる。
【００２４】
一方、本発明によれば、例えばβ＝α／２の場合を考えると、第５式が成立するためには、η＝Ｌｎ/２Ｆ≦１である必要があり、ＦがＬｎの0.5から0.625倍程度で、ｇは、1.137程度として設計すると、出力端子(231),(232),・・・(23n)の励振位相誤差が小さく設計でき、良好となる。したがって、Ｆ及びＧは、Ｌｎに対して、それぞれ
の範囲で望ましい設計が可能となる。この場合、β＝αの限定条件で設計したロトマンレンズの基本設計寸法Ｇに対して、１／２倍の寸法で設計できる。
【００２５】
また、この時、第１式〜第４式で求められた出力端子(231),(232),・・・(23n)のｘ座標及びｙ座標と、給電線路(261),(262),・・・(26n)の電気長wとに基づいて設計された本発明のマルチビームアンテナ装置において、入力端子とＳ２との角度αの端子から給電した場合、アレーアンテナ(205)の開口中心の位相を基準としたアンテナ素子（241）,（242),・・・(24n)における励振位相は、図９の直線２に示すように、β＝αの限定条件で設計した基本設計マルチビームアンテナ装置のアンテナ素子（241）,（242),・・・(24n)における励振位相を示す図９の直線１と比較して半分の位相傾斜となり、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向βが、β＝αの限定条件で設計した基本設計マルチビームアンテナ装置の空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向αの半分となる。
【００２６】
従って、本発明によれば、β＜αの条件において、第６式の関係式を満足するようにロトマンレンズの形状を決定することで、β＝αの限定条件で設計したロトマンレンズの基本設計寸法Ｇに対して、β／α倍の大きさの小型のロトマンレンズが設計できる。これにより、ロトマンレンズの大きさに比例した損失の増加を抑制できると共に、アンテナ素子（241）,（242),・・・(24n)の数が増えてアレーアンテナ(205)の開口２Ｌnが大きくなった場合は、入力端子(221)とＳ２との距離Ｆは、２Ｌnに比例して大きくなっても、ロトマンレンズの大きさを、β＝αの限定条件で設計したロトマンレンズの基本設計寸法Ｇに対して、β／α倍に抑制した小型のロトマンレンズが設計でき、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向βのマルチビームアンテナ装置を構成できる。
【００２７】
また、本発明にかかるマルチビームアンテナ装置では、図１〜図６に示すように、ロトマンレンズをトリプレート構成とすることにより、複雑な入力端子部や出力端子部のテーパ形状や位相調整の給電線路(３２)および(５０)を、エッチング等の技術で容易に構成することができ、第７の地導体（２４）に設けた第６のスリット（３０）を介して、第１のアンテナ基板(４)の第１の接続部(３)と給電線路(５０)の第５の接続部(５１)を電磁結合させることができ、第１０図に示すような第２の指向特性を有するマルチビームアンテナ装置が実現でき、同様に、第７の地導体（２４）に設けた第５のスリット（２９）を介して、第２のアンテナ基板(１９)の第２の接続部(１８)と給電線路(３２)の第３の接続部(３３)を電磁結合させることで、第８図に示すような第１の指向特性を有するマルチビームアンテナ装置が実現でき、それぞれ独立して機能させることができる。さらに、本発明にかかるマルチビームアンテナ装置では、全ての部品の単純積層構成で低損失のマルチビームアンテナ装置が構成できる。
【００２８】
なお、ここまでの説明は、一般的な中空の平行平板ロトマンレンズや、ロトマンレンズ基板(３７)や(５５)を、ほぼ空気と同じ低εの誘電体で支持したトリプレート構成の場合を前提に説明したが、比誘電率εrの誘電体による平行平板やトリプレート構成の場合、本発明の第６式を、次式として扱えばよいことは、自明である。
【００２９】
【００３０】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置において、図３、図４に示す第１のアンテナ基板（４）に形成された放射素子(１)と第２のアンテナ基板（１９）に形成された放射素子(１６)とは互いに９０度直交する方向から給電され、かつ、第４の地導体（１０）に形成されたスロット（１５）によって電磁結合して機能し、所望の周波数の直交する偏波を独立に放射することができる。また、このアンテナ素子を複数配置することで、全体としてアレーアンテナ(205)を形成している。
【００３１】
その際、図３〜図６に示すように、第１のアンテナ基板（４）の上下に配置される第２の地導体(９)と第３の地導体(１３)及び第２のアンテナ基板（１９）の上下に配置される第５の地導体(２３)と第６の地導体(２８)及び第１のロトマンレンズ基板（３７）の上下に配置された第８の地導体(４２)と第９の地導体(４７) 及び第２のロトマンレンズ基板（５５）の上下に配置された第１１の地導体(６０)と第１２の地導体(６５)が、アンテナ基板（４）(１９)及びロトマンレンズ基板（３７）(５５)を中空に保持し、かつ、前記アンテナ基板（４）に形成された第１の接続部（３）とアンテナ基板（１９）に形成された第２の接続部（１８）とロトマンレンズ基板（３７）に形成された第３の接続部（３３）とロトマンレンズ基板（５５）に形成された第５の接続部（５１）の周囲に金属壁を形成し、電力を周囲に漏洩させずに、効率よく伝達されることに寄与し、高周波でも低損失特性が実現できる。
【００３２】
なお、アンテナ基板（４）(１９)及びロトマンレンズ基板（３７）(５５)を安定に保持するため、誘電体(７、１１、２０、２５、３８、４３、５６、６１)を充填してもよい。
【００３３】
また、アンテナ装置の入力端子部である第４の接続部（３６）、第６の接続部(５４)は、第８の地導体(４２)の第６の結合口形成部(４０) と第９の地導体(４７)の第８の結合口形成部(４５)および第１１の地導体(６０)の第１０の結合口形成部(５８) と第１２の地導体(６５)の第１２の結合口形成部(６３)で周囲に金属壁を形成し、第１３の地導体(５２)に形成した第５の導波管開口部（６６）と第２の導波管開口部（５３）を介して、電力を周囲に漏洩させずに、効率よく高周波回路に伝達されることに寄与し、高周波でも低損失特性が実現できる。
【００３４】
また、各構成部品を積層構成するのみでよく、送受信電力が電磁結合によって伝達されるため、組立時の位置精度も、従来の組立精度ほど、高精度でなくともよい。
【００３５】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置において用いるアンテナ基板（４）(１９)及びロトマンレンズ基板（３７）(５５)は、ポリイミドフィルムに銅箔を貼り合わせたフレキシブル基板を用い、不要な銅箔をエッチングで除去して放射素子（１）(１６)、給電線路（２）(１７)、接続部（３）(１８)及びロトマンレンズ（３１）(４９)、給電線路（３２）(５０)、接続部（３３）(５１)、接続部（３６）(５４)）を形成することが好ましい。
【００３６】
また、フレキシブル基板は、フィルムを基材とし、その上に銅箔等の金属箔を張り合わせた基板の不要な銅箔(金属箔)をエッチング除去することにより複数の放射素子やそれらを接続する給電線路が形成される。また、フレキシブル基板には、ガラスクロスに樹脂を含浸させた薄い樹脂板に銅箔を張り合わせた銅張り積層板でも構成できる。フィルムとして、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンポリプロピレンコポリマー、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、熱可塑ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリメチルペンテンなどのフィルムが挙げられ、フィルムと金属箔との積層には接着剤を用いてもよい。耐熱性、誘電特性と汎用性からポリイミドフィルムに銅箔を積層したフレキシブル基板が好ましい。誘電特性からフッ素系フィルムが好ましく用いられる。
【００３７】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置において用いる地導体または金属スペーサには、金属板あるいはプラスチックにメッキした板を用いることができるが、特にアルミニウム板を用いれば、軽量で安価に製造でき好ましい。また、それらは、フィルムを基材とし、その上に銅箔を張り合わせたフレキシブル基板、さらにガラスクロスに樹脂を含浸させた薄い樹脂板に銅箔を張り合わせた銅張り積層板でも構成することができる。地導体に形成するスロットや結合口形成部は、機械プレスで打ち抜き加工するか、あるいはエッチングにより形成することができる。簡便性、生産性等から機械プレスでの打ち抜き加工が好ましい。
【００３８】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置において用いる誘電体（７）(１１)(２０)(２５)(３８)(４３)(５６)(６１)は、対空気比誘電率の小さい発泡体などを用いるのが好ましい。発泡体としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系発泡体、ポリスチレン系発泡体、ポリウレタン系発泡体、ポリシリコーン系発泡体、ゴム系発泡体などが挙げられ、ポリオレフィン系発泡体が、対空気比誘電率がより小さいので好ましい。
【実施例２】
【００３９】
次に、本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における各部材の寸法等からみた実施例を、図３〜図６に沿って説明する。第１〜第１３の地導体（６）(９)(１３)(１０)(２３)（２８）(２４)(４２)(４７)(３４)(６０)(６５)(５２)は、厚さ０．３ｍｍのアルミ板を用いた。また、誘電体（７）(１１)(２０)(２５)(３８)(４３)(５６)(６１)は、厚さ０．３ｍｍで比誘電率約１．１の発泡ポリエチレンフォームを用いた。アンテナ基板（４）(１９)及びロトマンレンズ基板（３７）(５５)は、ポリイミドフィルム（例えば、厚み２５μｍ）に銅箔（例えば、厚み２５μｍ）を貼り合わせたフレキシブル基板を用い、不要な銅箔をエッチングで除去して放射素子（１）(１６)、給電線路（２）(１７)、接続部（３）(１８)及びロトマンレンズ（３１）(４９)、給電線路（３２）(５０)、接続部（３３）(５１)、接続部（３６）(５４)）を形成した。地導体は、すべてアルミ板に機械プレスで打ち抜き加工したものを用いた。
【００４０】
ここで、放射素子（１）(１６)は、周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．３８倍となる１．５ｍｍ角の正方形とした。また、第１の地導体(６)に形成したスロット(５)と第４の地導体(１０)に形成したスリット(１５)は、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．５８倍となる２．３ｍｍ角の正方形（又は，長辺が２．３ｍｍとなる長方形としてもよい。以下，スリット（１５）について同じ。）とし、第４の地導体(１０)に形成したスリット(１４) と第５の地導体(２３)に形成したスリット(２２)と第６の地導体(２８)に形成したスリット(２７)と第７の地導体(２４)に形成したスリット(３０)と第８の地導体(４２)に形成したスリット(４１)と第９の地導体(４７)に形成したスリット(４６)と第１０の地導体(３４)に形成したスリット(４８)(３５)は、縦１．２５ｍｍ×横２．５３ｍｍの導波管開口とした。図３に示すアンテナ基板（４）に形成された放射素子(１)と第４の地導体（１０）と第１の地導体（６）に形成されたスロット（５）と給電線路(２)とで形成されたアンテナ素子列を、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．７７倍となる３．０ｍｍピッチで８個配置することで、全体としてアンテナ開口２Ｌｎが８×０．７７λoのアレーアンテナ(205)を形成した。一つのアンテナ素子列には、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．８９倍となる３．５ｍｍピッチに放射素子(１)を１６個配置し、１６個全ての放射素子(１)を同じ位相での励振給電とした。図４に示すアンテナ基板（１９）に形成された放射素子(１６)と第７の地導体（２４）と第４の地導体（１０）に形成されたスリット（１５）と給電線路 (１７)とで形成されたアンテナ素子列を、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．７７倍となる３．０ｍｍピッチで２４個配置することで、全体としてアンテナ開口２Ｌｎが２４×０．７７λoのアレーアンテナ(205)を形成した。また、一つのアンテナ素子列には、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．８９倍となる３．５ｍｍピッチに放射素子(１６)を１６個配置し、１６個全ての放射素子(１６)を同じ位相での励振給電とした。さらに、放射素子(１６)の真上の第１のアンテナ基板(４)の放射素子(１)の無い領域には、無給電素子(６７)を配置した。
【００４１】
ここで、図６に示すロトマンレンズ基板（５５）に形成するロトマンレンズ(４９)の大きさＧを、第６式にてβ＝α/２、すなわち、η＝（１/２）・(Ｌｎ/Ｆ)＜１の条件を満たすように0.568Ｌｎ＜Ｇ＜0.71Ｌｎの範囲で、Ｆ＝３．５λo、Ｇ＝４．１λoとして、第１式〜第４式で求められた出力端子のｘ座標及びｙ座標と、給電線路の電気長wとに基づいて８個の出力端子を有するロトマンレンズ(１)を設計した。ロトマンレンズ(４９)の大きさＧは、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約４．１倍、すなわち１６ｍｍとした。
【００４２】
以上の各部材を図１、図２に示すように順次重ねてマルチビームアンテナ装置を構成し、計測器を接続して特性を測定した結果、８個の各入力端子に対応する導波管開口部(５３)の反射損失は、−１５ｄＢ以下で、図１０に示したように８個の各入力端子に対応した利得指向性が得られ、表１に示すように入力端子の角度αに対して、アレーアンテナ(205)のビーム方向βが、約半分の角度方向に形成できることが確認できた。また、このときの大きさＧ＝１６ｍｍのロトマンレンズ(４９)の挿入損失は、約２．５ｄＢが得られた。
【表１】
【００４３】
さらに、図５に示すロトマンレンズ基板（３７）に形成するロトマンレンズ(３１)の大きさＧを、第６式にてβ＝α/２、すなわち、η＝（１/２）・(Ｌｎ/Ｆ)＜１の条件を満たすように0.568Ｌｎ＜Ｇ＜0.71Ｌｎの範囲で、Ｆ＝５λo、Ｇ＝５．７λoとして、第１式〜第４式で求められた出力端子のｘ座標及びｙ座標と、給電線路の電気長wとに基づいて２４個の出力端子を有するロトマンレンズ(３１)を設計した。ロトマンレンズ(３１)の大きさＧは、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約５．７倍、すなわち２２．５ｍｍとした。
【００４４】
以上の各部材を図２に示すように順次重ねてマルチビームアンテナ装置を構成し、計測器を接続して特性を測定した結果、６個の各入力端子に対応する導波管開口部(６６)の反射損失は、−１５ｄＢ以下で、図８に示したように６個の各入力端子に対応した利得指向性が得られ、表２に示すように入力端子の角度αに対して、アレーアンテナ(205)のビーム方向βが、約半分の角度方向に形成できることが確認できた。また、このときの大きさＧ＝２２．５ｍｍのロトマンレンズ(３１)の挿入損失は、約２．５ｄＢが得られた。
【表２】
【００４５】
一方、β＝αの限定条件、すなわち、η＝Ｌｎ/Ｆ＜１で、第５式の条件を満たすように1.137Ｌｎ＜Ｇ＜1.42Ｌｎの範囲で設計した従来設計のロトマンレンズの大きさＧが、少なくともＧ＝1.137、Ｌｎ＝１０．５λoが必要であり、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約１０．５倍、すなわち４１．５ｍｍとなり、このときのロトマンレンズ(１)の挿入損失は、約５ｄＢとなった。
【００４６】
以上、本実施例のマルチビームアンテナ装置は、従来設計で構成した時の損失を基準とした場合に比べて、相対利得で２．５ｄＢ以上改善され、良好な特性が実現できた。
【実施例３】
【００４７】
次に、本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における他の実施例を、図１６〜図１９に沿って説明する。アンテナ基板(４)上の放射素子(１)(不図示)及びアンテナ基板(１９)上の放射素子(１６)(不図示)は、周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．３８倍となる１．５ｍｍ角の正方形とした。また、第１の地導体(６)に形成したスロット(５)と第４の地導体(１０)に形成したスリット(１５)は、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．５８倍となる２．３ｍｍ角の正方形とし、第４の地導体(１０)に形成したスリット(１４) と第５の地導体(２３)に形成したスリット(２２)と第６の地導体(２８)に形成したスリット(２７)と第７の地導体(２４)に形成したスリット(３０)と第８の地導体(４２)に形成したスリット(４１)と第９の地導体(４７)に形成したスリット(４６)と第１０の地導体(３４)に形成したスリット(４８)(３５)は、縦１．２５ｍｍ×横２．５３ｍｍの導波管開口とした。図１６に示すアンテナ基板（４）に形成された放射素子(１)と第４の地導体（１０）と第１の地導体（６）に形成されたスロット（５）と給電線路(２)(不図示)とで形成されたアンテナ素子列を、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．７７倍となる３．０ｍｍピッチで２４個配置することで、全体としてアンテナ開口２Ｌｎが２４×０．７７λoのアレーアンテナ(205)を形成した。一つのアンテナ素子列には、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．８９倍となる３．５ｍｍピッチに放射素子(１)を１６個配置し、１６個全ての放射素子(１)を同じ位相での励振給電とした。図１７に示すアンテナ基板（１９）に形成された放射素子(１６)と第４の地導体（２４）と第１の地導体（１０）に形成されたスリット（１５）と給電線路 (１７)とで形成されたアンテナ素子列を、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．７７倍となる３．０ｍｍピッチで２４個配置することで、全体としてアンテナ開口２Ｌｎが２４×０．７７λoのアレーアンテナ(205)を形成した。また、一つのアンテナ素子列には、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．８９倍となる３．５ｍｍピッチに放射素子(１６)を１６個配置し、１６個全ての放射素子(１６)を同じ位相での励振給電とした。
【００４８】
ここで、図１８に示すロトマンレンズ基板（３７）に形成するロトマンレンズ(３１)の大きさＧと、図１９に示すロトマンレンズ基板（５５）に形成するロトマンレンズ(４９)の大きさＧは、同じ寸法とし、第６式にてβ＝α/２、すなわち、η＝（１/２）・(Ｌｎ/Ｆ)＜１の条件を満たすように0.568Ｌｎ＜Ｇ＜0.71Ｌｎの範囲で、Ｆ＝５λo、Ｇ＝５．７λoとして、第１式〜第４式で求められた出力端子のｘ座標及びｙ座標と、給電線路の電気長wとに基づいて２４個の出力端子を有するロトマンレンズ(３１) (４９)を設計した。ロトマンレンズ(３１) (４９)の大きさＧは、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約５．７倍、すなわち２２．５ｍｍとした。
【００４９】
以上の各部材を図１４、図１５に示すように順次重ねてマルチビームアンテナ装置を構成し、計測器を接続して特性を測定した結果、図１９に示す６個の各入力端子に対応する導波管開口部(６６)（５３）の反射損失は、−１５ｄＢ以下で、図８に示したのと同様の利得指向性が得られ、表３に示すように入力端子の角度αに対して、アレーアンテナ(205)のビーム方向βが、約半分の角度方向に形成できることが確認できた。このとき、大きさＧ＝２２．５ｍｍのロトマンレンズ(３１) (４９)の挿入損失は、約２．５ｄＢが得られた。
【表３】
【００５０】
一方、β＝αの限定条件、すなわち、η＝Ｌｎ/Ｆ＜１で、第５式の条件を満たすように1.137Ｌｎ＜Ｇ＜1.42Ｌｎの範囲で設計した従来設計のロトマンレンズの大きさＧが、少なくともＧ＝1.137、Ｌｎ＝１０．５λoが必要であり、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約１０．５倍、すなわち４１．５ｍｍとなり、このときのロトマンレンズ(１)の挿入損失は、約５ｄＢとなった。
【００５１】
以上、実施例３のマルチビームアンテナ装置は、従来設計で構成した時の損失を基準とした場合に比べて、実施例１〜２と同様に相対利得で２．５ｄＢ以上改善され、良好な特性が実現できた。
【００５２】
なお、図１及び図２においては、第１のアンテナ基板４上の第１の接続部と、第２のロトマンレンズ基板５５上の第５の接続部とが電磁結合し、第２のアンテナ基板１９上の第２の接続部と、第１のロトマンレンズ基板３７上の第３の接続部とが電磁結合するよう配置されている。しかしながら、設計上，第１のアンテナ基板４上の第１の接続部と、第１のロトマンレンズ基板３７上の第３の接続部とが電磁結合し、第２のロトマンレンズ基板５５上の第５の接続部と、第２のアンテナ基板１９上の第２の接続部とが電磁結合するよう配置することもできる。
同様に、図１４及び図１５においては、第１のアンテナ基板４上の第１の接続部と、第２のロトマンレンズ基板５５上の第５の接続部とが電磁結合し、第２のアンテナ基板１９上の第２の接続部と、第１のロトマンレンズ基板３７上の第３の接続部とが電磁結合するよう配置されている。しかしながら、設計上、第１のアンテナ基板４上の第１の接続部と、第１のロトマンレンズ基板３７上の第３の接続部とが電磁結合し、第２のロトマンレンズ基板５５上の第５の接続部と、第２のアンテナ基板１９上の第２の接続部とが電磁結合するよう配置することもできる。
【００５３】
また、実施例２は、車載レーダ用アンテナとして有用であり、実施例３は、送信用アンテナ及び受信用アンテナを１つのアンテナとして備えた屋内無線ＬＡＮ用送受信アンテナとして使用することができる。
【００５４】
さらに、念のために付言しておくと、図１から図２にかけて、図４から図５にかけて、図１４から図１５にかけて、及び図１７から図１８にかけて、第７の地導体２４が重複されて記載されているが、同じ部材が２層になっているのではない。説明の便宜上重複して記載したためであり、図１の第７の地導体２４及び図２の第７の地導体２４は同一である。同様に図４の第７の地導体２４及び図５の第７の地導体２４は同一である。同様に図１４の第７の地導体２４及び図１５の第７の地導体２４は同一である。同様に図１７の第７の地導体２４及び図１８の第７の地導体２４は同一である。
また、図３から図４にかけて、及び図１６から図１７にかけて、第４の地導体１０が重複して記載されているが、同じ部材が２層になっているのではない。説明の便宜上重複して記載したためであり、図３の第４の地導体１０及び図４の第４の地導体１０は同一である。また、同じ理由から図１６の第４の地導体１０及び図１７の第４の地導体１０も同一である。
また、図５から図６にかけて、及び図１８から図１９にかけて、第１０の地導体３４が重複して記載されているが、同じ部材が２層になっているのではない。説明の便宜上重複して記載したためであり、図５の第１０の地導体３４及び図６の第１０の地導体３４は同一である。また、同じ理由から図１８の第１０の地導体３４及び図１９の第１０の地導体３４は同一である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 第１の放射素子
２ 第１の給電線路
３ 第１の接続部
４ 第１のアンテナ基板
５ 第１のスロット
６ 第１の地導体
７ 第１の誘電体
８ 第１の結合口形成部
９ 第２の地導体
１０ 第４の地導体
１１ 第２の誘電体
１２ 第２の結合口形成部
１３ 第３の地導体
１４ 第１のスリット
１５ 第２のスリット
１６ 第２の放射素子
１７ 第２の給電線路
１８ 第２の接続部
１９ 第２のアンテナ基板
２０ 第３の誘電体
２１ 第３の結合口形成部
２２ 第３のスリット
２３ 第５の地導体
２４ 第７の地導体
２５ 第４の誘電体
２６ 第４の結合口形成部
２７ 第４のスリット
２８ 第６の地導体
２９ 第５のスリット
３０ 第６のスリット
３１ 第１のロトマンレンズ
３２ 第３の給電線路
３３ 第３の接続部
３４ 第１０の地導体
３５ 第１の導波管開口部
３６ 第４の接続部
３７ 第１のロトマンレンズ基板
３８ 第５の誘電体
３９ 第５の結合口形成部
４０ 第６の結合口形成部
４１ 第７のスリット
４２ 第８の地導体
４３ 第６の誘電体
４４ 第７の結合口形成部
４５ 第８の結合口形成部
４６ 第８のスリット
４７ 第９の地導体
４８ 第９のスリット
４９ 第２のロトマンレンズ
５０ 第４の給電線路
５１ 第５の接続部
５２ 第１３の地導体
５３ 第２の導波管開口部
５４ 第６の接続部
５５ 第２のロトマンレンズ基板
５６ 第７の誘電体
５７ 第９の結合口形成部
５８ 第１０の結合口形成部
５９ 第３の導波管開口部
６０ 第１１の地導体
６１ 第８の誘電体
６２ 第１１の結合口形成部
６３ 第１２の結合口形成部
６４ 第４の導波管開口部
６５ 第１２の地導体
６６ 第５の導波管開口部
６７ 無給電素子
９１ 第６の接続部
９２ 接続基板
９３ システムとの接続線路
９４ 第１３の地導体
１０１ 第１のアンテナ部
１０２ 第２のアンテナ部
１０３ 第１のロトマンレンズ部
１０４ 第２のロトマンレンズ部
１０５ システムとの接続部
２０５ アレーアンテナ
２０７ 給電線路部
２０８ ロトマンレンズの中心線
２０９ 入力端子の位置を表す補助線
２１０ アレーアンテナの正面方向から見たビームの方向
２２１、２２２、・・・２２ｍ ロトマンレンズ入力端子
２３１、２３２、・・・２３ｎ ロトマンレンズ出力端子
２４１、２４２、・・・２４ｎ アンテナ素子
２６１、２６１、・・・２６ｎ 出力端子とアンテナ素子とを結ぶ給電線路
７０１、７０２、７０３、７０４、７０５、７０６ 誘電体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波帯の車載レーダ等に利用されるマルチビームアンテナ装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、ロトマンレンズを用いた従来のマルチビームアンテナ装置の分解斜視図を図１１に示す。図において(31)はロトマンレンズパターンであり、詳細は図１２に示す。図１２において(221),(222),・・・(22m)はロトマンレンズ(1)に電力を供給する入力端子、(231),(232),・・・(23n)はロトマンレンズ(201)内の電力を取り出す出力端子、(241),(242),・・・(24n)は空間に電波を放射するアンテナ素子、(205)は複数個のアンテナ素子(241),(242),・・・(24n)が直線状に配列されたアレーアンテナ、(261),(262),・・・(26n)は上記出力端子と上記アンテナ素子を結ぶ給電線路、(207)は長さの異なった給電線路(261),(262),・・・(26n)からなる線路部、(208)は中心線であり、このアンテナ装置は、中心線(208)に対して線対称である。(209)は入力端子(221)の位置を表すための補助線であり、入力端子(221)は、座標系(X、Y)の原点となるＳ２から見て、中心線(208)から仰角αの方向にある。(210)は入力端子(221)を励振したときの空間でのビーム方向を示す直線であり、上記アレーアンテナの正面方向から角度βの方向に向いているが、基本設計では、通常β＝αを条件に設計される。
【０００３】
以上のように構成された従来のアンテナ装置では、入力端子(221),(222),・・・(22m)のうちの１つの入力端子を励振したとき、電力はロトマンレンズ(201)内に供給される。ロトマンレンズ(201)内の電力は出力端子(231),(232),・・・(23n)で取り出され、給電線路(261),(262),・・・(26n)を通ってアンテナ素子(241),(242),・・・(24n)に至る。アレーアンテナ(205)の励振振幅、励振位相は、入力端子(221),(222),・・・(22m)のどの端子を励振するかによって決定され、アレーアンテナ(205)の励振位相に応じて空間でのビーム方向が決まる。
【０００４】
ここで、図１２の従来ロトマンレンズパターンでは、入力端子(221),(222),・・・(22m)は、ロトマンレンズ焦点Ｓ１位置を中心とする半径Ｒの円弧上に配置される。Ｓ２は、出力端子(231),(232),・・・(23n)の配置される部分曲線と中心線(208)との交点で示し、座標系(X、Y)の原点である。Ｓ３は、入力端子(221),(222),・・・(22m)の配置される部分曲線と中心線(208)との交点を示す。なお、出力端子(231),(232),・・・(23n)のｘ座標、ｙ座標、及び給電線路(261),(262),・・・(26n)の電気長wは、それぞれ次式で表される。
【０００５】
【０００６】
ここで、
である。
【０００７】
また、半径Ｒは次式で表される。
【０００８】
ここで、ＧはＳ２とＳ３との距離でロトマンレンズの大きさであり、Ｆは入力端子(221)とＳ２との距離であり、２Ｌｎはアレーアンテナ(205)の開口長である。通常、基本設計では、β＝αの限定条件で設計され、0.8＜η＜1程度、すなわち、ＦがＬｎの1から1.25倍程度で、ｇは、1.137程度として設計することが、出力端子(231),(232),・・・(23n)の励振位相誤差が小さく設計でき、良好とされる。
【０００９】
一方、一つのアンテナで２つの直交する偏波のペンシルビームアンテナの実現手段としては、図１３に示すように、２層のトリプレートアンテナを電磁結合させた構造が、有効であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５７−９３７０１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２４７２７号公報
【特許文献３】特開平５−１５２８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、車載レーダ等に用いられるマルチビームアンテナ装置では、遠方は狭い範囲で細いビーム走査が必要とされ、近距離では、広い範囲のビーム走査が必要であり、それぞれ独立に動作させる必要性が高まっているが、異なるマルチビーム特性のレーダ装置を２つ取り付ける場合、高価であると共に、搭載スペースの確保が困難であると言った問題があった。
【００１２】
また、図１３には、一つのアンテナで２つの直交する偏波のペンシルビームアンテナの実現手段が示されているものの、マルチビーム特性の実現方法は示されておらず、実現された事例も見当たらない。
【００１３】
さらに、図１２の従来のマルチビームアンテナ装置において、線路部(207)が構成できるためには、第３式における平方根内が正あるいは零である必要がある。すなわち、次式となる。
【００１４】
【００１５】
この第５式が成立するためには、η＝Ｌｎ/Ｆ≦１である必要があるが、このことから、アンテナ素子(241),(242),・・・(24n)の数が増えてアレーアンテナ(205)の開口２Ｌnが大きくなった場合は、入力端子(221)とＳ２との距離Ｆもアレーアンテナ(205)の開口２Ｌnに比例して大きくする必要があり、結果としてロトマンレンズの大きさＧが大きくなってしまう。従って、アンテナ素子(241),(242),・・・(24n)の数が増えた場合、アンテナ素子の増加比率に合せてロトマンレンズの大きさＧを大きくする必要があり、Ｇの拡大に伴って損失も増加してしまうため、アンテナ素子数を増やしても、その分の利得向上効果が得られないという問題があった。
【００１６】
本発明は、１つのアンテナユニットで、２つの独立したマルチビーム特性を実現すると共に、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向をβとしたとき、出力端子(231),(232),・・・(23n)の配置される部分曲線及び中心線(208)の交点Ｓ2と入力端子とを結ぶ線と、中心線(208)とがなす角度αに対して、β＜αの条件において、ロトマンレンズの大きさＧをβ＝αの限定条件で設計した基本設計寸法未満の大きさにすることができ、これによって、ロトマンレンズの損失増加を抑制し、利得を向上することが可能となる低損失マルチビームアンテナ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置においては、第１のアンテナ部(１０１)と第２のアンテナ部(１０２)と第１のロトマンレンズ部(１０３)と第２のロトマンレンズ部(１０４)とをこの順に積層した平面アンテナモジュールであって、第１のアンテナ部(１０１)には、第２のアンテナ部の第２の放射素子(１６)の位置に相当する箇所に、第１の放射素子(１)と第１の無給電素子(６７)を有し、かつ、第１の放射素子(１)と接続された第１の給電線路(２)と第２のロトマンレンズ部(１０４)に電磁結合した第１の接続部(３)を組とするアンテナ群を複数形成した第１のアンテナ基板(４)と、第１の放射素子(１)及び、第１の無給電素子(６７)の位置に相当する箇所に第１のスロット(５)を有する第１の地導体(６)と、第１のアンテナ基板(４)と第１の地導体(６)との間に第１の誘電体(７)と、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第１の結合口形成部(８)を有する第２の地導体(９)と、第１のアンテナ基板(４)と第４の地導体(１０)との間に第２の誘電体(１１)と、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第２の結合口形成部(１２)を有する第３の地導体(１３)と、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第１のスリット(１４)を有し、かつ、第１の放射素子(１)及び、第１の無給電素子(６７)の位置に相当する箇所に第２のスリット(１５)を有する第４の地導体(１０)を備え、第２のアンテナ部(１０２)には、第２の放射素子(１６)と接続された第２の給電線路(１７)と第１のロトマンレンズ部(１０３)に電磁結合した第２の接続部(１８)を組とするアンテナ群を複数形成した第２のアンテナ基板(１９)と、第４の地導体(１０)と、第２のアンテナ基板(１９)と第４の地導体(１０)との間に第３の誘電体(２０)と、第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第３の結合口形成部(２１)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第３のスリット(２２)を有する第５の地導体(２３)と、第２のアンテナ基板(１９)と第７の地導体(２４)との間に第４の誘電体(２５)と、第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第４の結合口形成部(２６)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第４のスリット(２７)を有する第６の地導体(２８)と、第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第５のスリット(２９)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第６のスリット(３０)を有する第７の地導体(２４)を備え、第１のロトマンレンズ部(１０３)には、第１のロトマンレンズ(３１)及び、第３の給電線路(３２)と第２のアンテナ部(１０２)の第２の接続部(１８)に電磁結合した第３の接続部(３３)及び、第１０の地導体(３４)の第１の導波管開口部(３５)と電磁結合した第４の接続部(３６)を有する第１のロトマンレンズ基板(３７)と、第７の地導体(２４)と、第１のロトマンレンズ基板(３７)と第７の地導体(２４)との間に第５の誘電体(３８)と、第３の接続部(３３)の位置に相当する箇所に第５の結合口形成部(３９)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第６の結合口形成部(４０)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第７のスリット(４１)を有する第８の地導体(４２)と、第１のロトマンレンズ基板(３７)と第１０の地導体(３４)との間に第６の誘電体(４３)と、第３の接続部(３３)の位置に相当する箇所に第７の結合口形成部(４４)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第８の結合口形成部(４５)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第８のスリット(４６)を有する第９の地導体(４７)と、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第１の導波管開口部(３５)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第９のスリット(４８)を有する第１０の地導体(３４)を備え、第２のロトマンレンズ部(１０４)には、第２のロトマンレンズ(４９)及び、第４の給電線路(５０)と第１のアンテナ部(１０１)の第１の接続部(３)に電磁結合した第５の接続部(５１)及び、第１３の地導体(５２)の第２の導波管開口部(５３)と電磁結合した第６の接続部(５４)を有する第２のロトマンレンズ基板(５５)と、第１０の地導体(３４)と、第２のロトマンレンズ基板(５５)と第１０の地導体(３４)との間に第７の誘電体(５６)と、第５の接続部(５１)の位置に相当する箇所に第９の結合口形成部(５７)を有し、かつ、第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第１０の結合口形成部(５８)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第３の導波管開口部(５９)を有する第１１の地導体(６０)と、第２のロトマンレンズ基板(５５)と第１３の地導体(５２)との間に第８の誘電体(６１)と、第５の接続部(５１)の位置に相当する箇所に第１１の結合口形成部(６２)を有し、かつ、第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第１２の結合口形成部(６３)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第４の導波管開口部(６４)を有する第１２の地導体(６５)と、第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第２の導波管開口部(５３)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第５の導波管開口部(６６)を有する第１３の地導体(５２)を備え、第１の地導体(６)、第２の地導体(９)と第１の誘電体(７)、第１のアンテナ基板(４)、第３の地導体(１３)と第２の誘電体(１１)、第４の地導体(１０)、第５の地導体(２３)と第３の誘電体(２０)、第２のアンテナ基板(１９)、第６の地導体(２８)と第４の誘電体(２５)、第７の地導体(２４)、第８の地導体(４２)と第５の誘電体(３８)、第１のロトマンレンズ基板(３７)、第９の地導体(４７)と第６の誘電体(４３)、第１０の地導体(３４)、第１１の地導体(６０)と第７の誘電体(５６)、第２のロトマンレンズ基板(５５)、第１２の地導体(６５)と第８の誘電体(６１)、第１３の地導体(５２)の順に積層して構成したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかるマルチビームアンテナ装置においては、前記構成のスリットをスロットに変えて構成したことを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明にかかるロトマンレンズ設計においては、図７に示すように、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向βが、出力端子(231),(232),・・・(23n)の配置される部分曲線及び中心線(208)の交点Ｓ2と入力端子とを結ぶ線と、中心線(208)との角度αに対して、β＜αの条件において、Ｓ３は、入力端子(221),(222),・・・(22m)の配置される部分曲線と中心線(208)との交点とし、Ｆは入力端子(221)とＳ２との距離、ＧはＳ２とＳ３との距離でロトマンレンズの大きさ、２Ｌｎはアレーアンテナ(205)の開口長としたとき
の関係式を満足するようにロトマンレンズの形状を決定して、ロトマンレンズの大きさＧをβ＝αの限定条件で設計した基本設計寸法未満の大きさとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置によれば、１つのアンテナユニットで、２つの独立したマルチビーム特性を実現すると共に、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向βが、出力端子(231),(232),・・・(23n)の配置される部分曲線及び中心線(208)の交点Ｓ2と入力端子とを結ぶ線と、中心線(208)とがなす角度αに対して、β＜αの条件において、ロトマンレンズの大きさＧをβ＝αの限定条件で設計した基本設計寸法未満の大きさにすることができ、ロトマンレンズの損失増加を抑制し、利得を向上することが可能となる低損失マルチビームアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の構成を説明する説明図である。
【図２】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の構成を説明する第２説明図である。
【図３】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における第１のアンテナ部の構成を説明する説明図である。
【図４】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における第２のアンテナ部の構成を説明する説明図である。
【図５】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における第１のロトマンレンズ部の構成を説明する説明図である。
【図６】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における第２のロトマンレンズ部の構成を説明する説明図である。
【図７】本発明にかかるロトマンレンズパターンを説明する説明図である。
【図８】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の第１の指向特性を説明する説明図である。
【図９】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の所定の入力端子に応じたアレーアンテナ開口面の位相傾斜を説明する説明図である。
【図１０】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の第２の指向特性を説明する説明図である。
【図１１】従来例のマルチビームアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】従来例のロトマンレンズパターンを説明する説明図ある。
【図１３】従来例の２層トリプレートアンテナの構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）を説明する説明図である。
【図１５】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）を説明する第２説明図である。
【図１６】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）における第１のアンテナ部の構成を説明する説明図である。
【図１７】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）における第２のアンテナ部の構成を説明する説明図である。
【図１８】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）における第１のロトマンレンズ部の構成を説明する説明図である。
【図１９】本発明にかかるマルチビームアンテナ装置の他の構成（実施例３）における第２のロトマンレンズ部の構成を説明する説明図である。
【実施例１】
【００２２】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置において、１つのアンテナユニットで、２つの独立したマルチビーム特性を実現すると共に、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向βが、出力端子(231),(232),・・・(23n)の配置される部分曲線及び中心線(208)の交点Ｓ2と入力端子とを結ぶ線と、中心線(208)とがなす仰角αに対して、β＜αの条件において、Ｓ３は、入力端子(221),(222),・・・(22m)の配置される部分曲線と中心線(208)との交点とし、Ｆは入力端子(221)とＳ２との距離、ＧはＳ２とＳ３との距離でロトマンレンズの大きさ、２Ｌｎはアレーアンテナ(205)の開口長としたとき、第６式の関係式を満足するようにロトマンレンズの形状を決定して、ロトマンレンズの大きさＧをβ＝αの限定条件で設計した基本設計寸法未満の大きさとしたことを特徴とする。
【００２３】
すなわち、β＝αの限定条件でロトマンレンズを設計した場合、第５式が成立するためには、η＝Ｌｎ/Ｆ≦１である必要がある。さらに、0.8＜η＜1程度、すなわち、ＦがＬｎの1から1.25倍程度で、ｇは、1.137程度として設計すると、出力端子(231),(232),・・・(23n)の励振位相誤差が小さく設計でき、良好とされる。したがって、Ｆ及びＧは、Ｌｎに対して、それぞれ
の範囲が望ましい。また、アンテナ素子（241）,（242),・・・(24n)の数が増えてアレーアンテナ(205)の開口２Ｌnが大きくなった場合は、入力端子(221)とＳ２との距離Ｆは、２Ｌnに比例して大きくなり、結果としてロトマンレンズの基本設計寸法Ｇは大きくなる。
【００２４】
一方、本発明によれば、例えばβ＝α／２の場合を考えると、第５式が成立するためには、η＝Ｌｎ/２Ｆ≦１である必要があり、ＦがＬｎの0.5から0.625倍程度で、ｇは、1.137程度として設計すると、出力端子(231),(232),・・・(23n)の励振位相誤差が小さく設計でき、良好となる。したがって、Ｆ及びＧは、Ｌｎに対して、それぞれ
の範囲で望ましい設計が可能となる。この場合、β＝αの限定条件で設計したロトマンレンズの基本設計寸法Ｇに対して、１／２倍の寸法で設計できる。
【００２５】
また、この時、第１式〜第４式で求められた出力端子(231),(232),・・・(23n)のｘ座標及びｙ座標と、給電線路(261),(262),・・・(26n)の電気長wとに基づいて設計された本発明のマルチビームアンテナ装置において、入力端子とＳ２との角度αの端子から給電した場合、アレーアンテナ(205)の開口中心の位相を基準としたアンテナ素子（241）,（242),・・・(24n)における励振位相は、図９の直線２に示すように、β＝αの限定条件で設計した基本設計マルチビームアンテナ装置のアンテナ素子（241）,（242),・・・(24n)における励振位相を示す図９の直線１と比較して半分の位相傾斜となり、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向βが、β＝αの限定条件で設計した基本設計マルチビームアンテナ装置の空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向αの半分となる。
【００２６】
従って、本発明によれば、β＜αの条件において、第６式の関係式を満足するようにロトマンレンズの形状を決定することで、β＝αの限定条件で設計したロトマンレンズの基本設計寸法Ｇに対して、β／α倍の大きさの小型のロトマンレンズが設計できる。これにより、ロトマンレンズの大きさに比例した損失の増加を抑制できると共に、アンテナ素子（241）,（242),・・・(24n)の数が増えてアレーアンテナ(205)の開口２Ｌnが大きくなった場合は、入力端子(221)とＳ２との距離Ｆは、２Ｌnに比例して大きくなっても、ロトマンレンズの大きさを、β＝αの限定条件で設計したロトマンレンズの基本設計寸法Ｇに対して、β／α倍に抑制した小型のロトマンレンズが設計でき、空間でのアレーアンテナ(205)のビーム形成方向βのマルチビームアンテナ装置を構成できる。
【００２７】
また、本発明にかかるマルチビームアンテナ装置では、図１〜図６に示すように、ロトマンレンズをトリプレート構成とすることにより、複雑な入力端子部や出力端子部のテーパ形状や位相調整の給電線路(３２)および(５０)を、エッチング等の技術で容易に構成することができ、第７の地導体（２４）に設けた第６のスリット（３０）を介して、第１のアンテナ基板(４)の第１の接続部(３)と給電線路(５０)の第５の接続部(５１)を電磁結合させることができ、第１０図に示すような第２の指向特性を有するマルチビームアンテナ装置が実現でき、同様に、第７の地導体（２４）に設けた第５のスリット（２９）を介して、第２のアンテナ基板(１９)の第２の接続部(１８)と給電線路(３２)の第３の接続部(３３)を電磁結合させることで、第８図に示すような第１の指向特性を有するマルチビームアンテナ装置が実現でき、それぞれ独立して機能させることができる。さらに、本発明にかかるマルチビームアンテナ装置では、全ての部品の単純積層構成で低損失のマルチビームアンテナ装置が構成できる。
【００２８】
なお、ここまでの説明は、一般的な中空の平行平板ロトマンレンズや、ロトマンレンズ基板(３７)や(５５)を、ほぼ空気と同じ低εの誘電体で支持したトリプレート構成の場合を前提に説明したが、比誘電率εrの誘電体による平行平板やトリプレート構成の場合、本発明の第６式を、次式として扱えばよいことは、自明である。
【００２９】
【００３０】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置において、図３、図４に示す第１のアンテナ基板（４）に形成された放射素子(１)と第２のアンテナ基板（１９）に形成された放射素子(１６)とは互いに９０度直交する方向から給電され、かつ、第４の地導体（１０）に形成されたスロット（１５）によって電磁結合して機能し、所望の周波数の直交する偏波を独立に放射することができる。また、このアンテナ素子を複数配置することで、全体としてアレーアンテナ(205)を形成している。
【００３１】
その際、図３〜図６に示すように、第１のアンテナ基板（４）の上下に配置される第２の地導体(９)と第３の地導体(１３)及び第２のアンテナ基板（１９）の上下に配置される第５の地導体(２３)と第６の地導体(２８)及び第１のロトマンレンズ基板（３７）の上下に配置された第８の地導体(４２)と第９の地導体(４７) 及び第２のロトマンレンズ基板（５５）の上下に配置された第１１の地導体(６０)と第１２の地導体(６５)が、アンテナ基板（４）(１９)及びロトマンレンズ基板（３７）(５５)を中空に保持し、かつ、前記アンテナ基板（４）に形成された第１の接続部（３）とアンテナ基板（１９）に形成された第２の接続部（１８）とロトマンレンズ基板（３７）に形成された第３の接続部（３３）とロトマンレンズ基板（５５）に形成された第５の接続部（５１）の周囲に金属壁を形成し、電力を周囲に漏洩させずに、効率よく伝達されることに寄与し、高周波でも低損失特性が実現できる。
【００３２】
なお、アンテナ基板（４）(１９)及びロトマンレンズ基板（３７）(５５)を安定に保持するため、誘電体(７、１１、２０、２５、３８、４３、５６、６１)を充填してもよい。
【００３３】
また、アンテナ装置の入力端子部である第４の接続部（３６）、第６の接続部(５４)は、第８の地導体(４２)の第６の結合口形成部(４０) と第９の地導体(４７)の第８の結合口形成部(４５)および第１１の地導体(６０)の第１０の結合口形成部(５８) と第１２の地導体(６５)の第１２の結合口形成部(６３)で周囲に金属壁を形成し、第１３の地導体(５２)に形成した第５の導波管開口部（６６）と第２の導波管開口部（５３）を介して、電力を周囲に漏洩させずに、効率よく高周波回路に伝達されることに寄与し、高周波でも低損失特性が実現できる。
【００３４】
また、各構成部品を積層構成するのみでよく、送受信電力が電磁結合によって伝達されるため、組立時の位置精度も、従来の組立精度ほど、高精度でなくともよい。
【００３５】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置において用いるアンテナ基板（４）(１９)及びロトマンレンズ基板（３７）(５５)は、ポリイミドフィルムに銅箔を貼り合わせたフレキシブル基板を用い、不要な銅箔をエッチングで除去して放射素子（１）(１６)、給電線路（２）(１７)、接続部（３）(１８)及びロトマンレンズ（３１）(４９)、給電線路（３２）(５０)、接続部（３３）(５１)、接続部（３６）(５４)）を形成することが好ましい。
【００３６】
また、フレキシブル基板は、フィルムを基材とし、その上に銅箔等の金属箔を張り合わせた基板の不要な銅箔(金属箔)をエッチング除去することにより複数の放射素子やそれらを接続する給電線路が形成される。また、フレキシブル基板には、ガラスクロスに樹脂を含浸させた薄い樹脂板に銅箔を張り合わせた銅張り積層板でも構成できる。フィルムとして、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンポリプロピレンコポリマー、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、熱可塑ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリメチルペンテンなどのフィルムが挙げられ、フィルムと金属箔との積層には接着剤を用いてもよい。耐熱性、誘電特性と汎用性からポリイミドフィルムに銅箔を積層したフレキシブル基板が好ましい。誘電特性からフッ素系フィルムが好ましく用いられる。
【００３７】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置において用いる地導体または金属スペーサには、金属板あるいはプラスチックにメッキした板を用いることができるが、特にアルミニウム板を用いれば、軽量で安価に製造でき好ましい。また、それらは、フィルムを基材とし、その上に銅箔を張り合わせたフレキシブル基板、さらにガラスクロスに樹脂を含浸させた薄い樹脂板に銅箔を張り合わせた銅張り積層板でも構成することができる。地導体に形成するスロットや結合口形成部は、機械プレスで打ち抜き加工するか、あるいはエッチングにより形成することができる。簡便性、生産性等から機械プレスでの打ち抜き加工が好ましい。
【００３８】
本発明にかかるマルチビームアンテナ装置において用いる誘電体（７）(１１)(２０)(２５)(３８)(４３)(５６)(６１)は、対空気比誘電率の小さい発泡体などを用いるのが好ましい。発泡体としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系発泡体、ポリスチレン系発泡体、ポリウレタン系発泡体、ポリシリコーン系発泡体、ゴム系発泡体などが挙げられ、ポリオレフィン系発泡体が、対空気比誘電率がより小さいので好ましい。
【実施例２】
【００３９】
次に、本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における各部材の寸法等からみた実施例を、図３〜図６に沿って説明する。第１〜第１３の地導体（６）(９)(１３)(１０)(２３)（２８）(２４)(４２)(４７)(３４)(６０)(６５)(５２)は、厚さ０．３ｍｍのアルミ板を用いた。また、誘電体（７）(１１)(２０)(２５)(３８)(４３)(５６)(６１)は、厚さ０．３ｍｍで比誘電率約１．１の発泡ポリエチレンフォームを用いた。アンテナ基板（４）(１９)及びロトマンレンズ基板（３７）(５５)は、ポリイミドフィルム（例えば、厚み２５μｍ）に銅箔（例えば、厚み２５μｍ）を貼り合わせたフレキシブル基板を用い、不要な銅箔をエッチングで除去して放射素子（１）(１６)、給電線路（２）(１７)、接続部（３）(１８)及びロトマンレンズ（３１）(４９)、給電線路（３２）(５０)、接続部（３３）(５１)、接続部（３６）(５４)）を形成した。地導体は、すべてアルミ板に機械プレスで打ち抜き加工したものを用いた。
【００４０】
ここで、放射素子（１）(１６)は、周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．３８倍となる１．５ｍｍ角の正方形とした。また、第１の地導体(６)に形成したスロット(５)と第４の地導体(１０)に形成したスリット(１５)は、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．５８倍となる２．３ｍｍ角の正方形（又は，長辺が２．３ｍｍとなる長方形としてもよい。以下，スリット（１５）について同じ。）とし、第４の地導体(１０)に形成したスリット(１４) と第５の地導体(２３)に形成したスリット(２２)と第６の地導体(２８)に形成したスリット(２７)と第７の地導体(２４)に形成したスリット(３０)と第８の地導体(４２)に形成したスリット(４１)と第９の地導体(４７)に形成したスリット(４６)と第１０の地導体(３４)に形成したスリット(４８)(３５)は、縦１．２５ｍｍ×横２．５３ｍｍの導波管開口とした。図３に示すアンテナ基板（４）に形成された放射素子(１)と第４の地導体（１０）と第１の地導体（６）に形成されたスロット（５）と給電線路(２)とで形成されたアンテナ素子列を、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．７７倍となる３．０ｍｍピッチで８個配置することで、全体としてアンテナ開口２Ｌｎが８×０．７７λoのアレーアンテナ(205)を形成した。一つのアンテナ素子列には、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．８９倍となる３．５ｍｍピッチに放射素子(１)を１６個配置し、１６個全ての放射素子(１)を同じ位相での励振給電とした。図４に示すアンテナ基板（１９）に形成された放射素子(１６)と第７の地導体（２４）と第４の地導体（１０）に形成されたスリット（１５）と給電線路 (１７)とで形成されたアンテナ素子列を、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．７７倍となる３．０ｍｍピッチで２４個配置することで、全体としてアンテナ開口２Ｌｎが２４×０．７７λoのアレーアンテナ(205)を形成した。また、一つのアンテナ素子列には、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．８９倍となる３．５ｍｍピッチに放射素子(１６)を１６個配置し、１６個全ての放射素子(１６)を同じ位相での励振給電とした。さらに、放射素子(１６)の真上の第１のアンテナ基板(４)の放射素子(１)の無い領域には、無給電素子(６７)を配置した。
【００４１】
ここで、図６に示すロトマンレンズ基板（５５）に形成するロトマンレンズ(４９)の大きさＧを、第６式にてβ＝α/２、すなわち、η＝（１/２）・(Ｌｎ/Ｆ)＜１の条件を満たすように0.568Ｌｎ＜Ｇ＜0.71Ｌｎの範囲で、Ｆ＝３．５λo、Ｇ＝４．１λoとして、第１式〜第４式で求められた出力端子のｘ座標及びｙ座標と、給電線路の電気長wとに基づいて８個の出力端子を有するロトマンレンズ(１)を設計した。ロトマンレンズ(４９)の大きさＧは、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約４．１倍、すなわち１６ｍｍとした。
【００４２】
以上の各部材を図１、図２に示すように順次重ねてマルチビームアンテナ装置を構成し、計測器を接続して特性を測定した結果、８個の各入力端子に対応する導波管開口部(５３)の反射損失は、−１５ｄＢ以下で、図１０に示したように８個の各入力端子に対応した利得指向性が得られ、表１に示すように入力端子の角度αに対して、アレーアンテナ(205)のビーム方向βが、約半分の角度方向に形成できることが確認できた。また、このときの大きさＧ＝１６ｍｍのロトマンレンズ(４９)の挿入損失は、約２．５ｄＢが得られた。
【表１】
【００４３】
さらに、図５に示すロトマンレンズ基板（３７）に形成するロトマンレンズ(３１)の大きさＧを、第６式にてβ＝α/２、すなわち、η＝（１/２）・(Ｌｎ/Ｆ)＜１の条件を満たすように0.568Ｌｎ＜Ｇ＜0.71Ｌｎの範囲で、Ｆ＝５λo、Ｇ＝５．７λoとして、第１式〜第４式で求められた出力端子のｘ座標及びｙ座標と、給電線路の電気長wとに基づいて２４個の出力端子を有するロトマンレンズ(３１)を設計した。ロトマンレンズ(３１)の大きさＧは、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約５．７倍、すなわち２２．５ｍｍとした。
【００４４】
以上の各部材を図２に示すように順次重ねてマルチビームアンテナ装置を構成し、計測器を接続して特性を測定した結果、６個の各入力端子に対応する導波管開口部(６６)の反射損失は、−１５ｄＢ以下で、図８に示したように６個の各入力端子に対応した利得指向性が得られ、表２に示すように入力端子の角度αに対して、アレーアンテナ(205)のビーム方向βが、約半分の角度方向に形成できることが確認できた。また、このときの大きさＧ＝２２．５ｍｍのロトマンレンズ(３１)の挿入損失は、約２．５ｄＢが得られた。
【表２】
【００４５】
一方、β＝αの限定条件、すなわち、η＝Ｌｎ/Ｆ＜１で、第５式の条件を満たすように1.137Ｌｎ＜Ｇ＜1.42Ｌｎの範囲で設計した従来設計のロトマンレンズの大きさＧが、少なくともＧ＝1.137、Ｌｎ＝１０．５λoが必要であり、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約１０．５倍、すなわち４１．５ｍｍとなり、このときのロトマンレンズ(１)の挿入損失は、約５ｄＢとなった。
【００４６】
以上、本実施例のマルチビームアンテナ装置は、従来設計で構成した時の損失を基準とした場合に比べて、相対利得で２．５ｄＢ以上改善され、良好な特性が実現できた。
【実施例３】
【００４７】
次に、本発明にかかるマルチビームアンテナ装置における他の実施例を、図１６〜図１９に沿って説明する。アンテナ基板(４)上の放射素子(１)(不図示)及びアンテナ基板(１９)上の放射素子(１６)(不図示)は、周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．３８倍となる１．５ｍｍ角の正方形とした。また、第１の地導体(６)に形成したスロット(５)と第４の地導体(１０)に形成したスリット(１５)は、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．５８倍となる２．３ｍｍ角の正方形とし、第４の地導体(１０)に形成したスリット(１４) と第５の地導体(２３)に形成したスリット(２２)と第６の地導体(２８)に形成したスリット(２７)と第７の地導体(２４)に形成したスリット(３０)と第８の地導体(４２)に形成したスリット(４１)と第９の地導体(４７)に形成したスリット(４６)と第１０の地導体(３４)に形成したスリット(４８)(３５)は、縦１．２５ｍｍ×横２．５３ｍｍの導波管開口とした。図１６に示すアンテナ基板（４）に形成された放射素子(１)と第４の地導体（１０）と第１の地導体（６）に形成されたスロット（５）と給電線路(２)(不図示)とで形成されたアンテナ素子列を、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．７７倍となる３．０ｍｍピッチで２４個配置することで、全体としてアンテナ開口２Ｌｎが２４×０．７７λoのアレーアンテナ(205)を形成した。一つのアンテナ素子列には、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．８９倍となる３．５ｍｍピッチに放射素子(１)を１６個配置し、１６個全ての放射素子(１)を同じ位相での励振給電とした。図１７に示すアンテナ基板（１９）に形成された放射素子(１６)と第４の地導体（２４）と第１の地導体（１０）に形成されたスリット（１５）と給電線路 (１７)とで形成されたアンテナ素子列を、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．７７倍となる３．０ｍｍピッチで２４個配置することで、全体としてアンテナ開口２Ｌｎが２４×０．７７λoのアレーアンテナ(205)を形成した。また、一つのアンテナ素子列には、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約０．８９倍となる３．５ｍｍピッチに放射素子(１６)を１６個配置し、１６個全ての放射素子(１６)を同じ位相での励振給電とした。
【００４８】
ここで、図１８に示すロトマンレンズ基板（３７）に形成するロトマンレンズ(３１)の大きさＧと、図１９に示すロトマンレンズ基板（５５）に形成するロトマンレンズ(４９)の大きさＧは、同じ寸法とし、第６式にてβ＝α/２、すなわち、η＝（１/２）・(Ｌｎ/Ｆ)＜１の条件を満たすように0.568Ｌｎ＜Ｇ＜0.71Ｌｎの範囲で、Ｆ＝５λo、Ｇ＝５．７λoとして、第１式〜第４式で求められた出力端子のｘ座標及びｙ座標と、給電線路の電気長wとに基づいて２４個の出力端子を有するロトマンレンズ(３１) (４９)を設計した。ロトマンレンズ(３１) (４９)の大きさＧは、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約５．７倍、すなわち２２．５ｍｍとした。
【００４９】
以上の各部材を図１４、図１５に示すように順次重ねてマルチビームアンテナ装置を構成し、計測器を接続して特性を測定した結果、図１９に示す６個の各入力端子に対応する導波管開口部(６６)（５３）の反射損失は、−１５ｄＢ以下で、図８に示したのと同様の利得指向性が得られ、表３に示すように入力端子の角度αに対して、アレーアンテナ(205)のビーム方向βが、約半分の角度方向に形成できることが確認できた。このとき、大きさＧ＝２２．５ｍｍのロトマンレンズ(３１) (４９)の挿入損失は、約２．５ｄＢが得られた。
【表３】
【００５０】
一方、β＝αの限定条件、すなわち、η＝Ｌｎ/Ｆ＜１で、第５式の条件を満たすように1.137Ｌｎ＜Ｇ＜1.42Ｌｎの範囲で設計した従来設計のロトマンレンズの大きさＧが、少なくともＧ＝1.137、Ｌｎ＝１０．５λoが必要であり、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長(λo＝３．９５ｍｍ)の約１０．５倍、すなわち４１．５ｍｍとなり、このときのロトマンレンズ(１)の挿入損失は、約５ｄＢとなった。
【００５１】
以上、実施例３のマルチビームアンテナ装置は、従来設計で構成した時の損失を基準とした場合に比べて、実施例１〜２と同様に相対利得で２．５ｄＢ以上改善され、良好な特性が実現できた。
【００５２】
なお、図１及び図２においては、第１のアンテナ基板４上の第１の接続部と、第２のロトマンレンズ基板５５上の第５の接続部とが電磁結合し、第２のアンテナ基板１９上の第２の接続部と、第１のロトマンレンズ基板３７上の第３の接続部とが電磁結合するよう配置されている。しかしながら、設計上，第１のアンテナ基板４上の第１の接続部と、第１のロトマンレンズ基板３７上の第３の接続部とが電磁結合し、第２のロトマンレンズ基板５５上の第５の接続部と、第２のアンテナ基板１９上の第２の接続部とが電磁結合するよう配置することもできる。
同様に、図１４及び図１５においては、第１のアンテナ基板４上の第１の接続部と、第２のロトマンレンズ基板５５上の第５の接続部とが電磁結合し、第２のアンテナ基板１９上の第２の接続部と、第１のロトマンレンズ基板３７上の第３の接続部とが電磁結合するよう配置されている。しかしながら、設計上、第１のアンテナ基板４上の第１の接続部と、第１のロトマンレンズ基板３７上の第３の接続部とが電磁結合し、第２のロトマンレンズ基板５５上の第５の接続部と、第２のアンテナ基板１９上の第２の接続部とが電磁結合するよう配置することもできる。
【００５３】
また、実施例２は、車載レーダ用アンテナとして有用であり、実施例３は、送信用アンテナ及び受信用アンテナを１つのアンテナとして備えた屋内無線ＬＡＮ用送受信アンテナとして使用することができる。
【００５４】
さらに、念のために付言しておくと、図１から図２にかけて、図４から図５にかけて、図１４から図１５にかけて、及び図１７から図１８にかけて、第７の地導体２４が重複されて記載されているが、同じ部材が２層になっているのではない。説明の便宜上重複して記載したためであり、図１の第７の地導体２４及び図２の第７の地導体２４は同一である。同様に図４の第７の地導体２４及び図５の第７の地導体２４は同一である。同様に図１４の第７の地導体２４及び図１５の第７の地導体２４は同一である。同様に図１７の第７の地導体２４及び図１８の第７の地導体２４は同一である。
また、図３から図４にかけて、及び図１６から図１７にかけて、第４の地導体１０が重複して記載されているが、同じ部材が２層になっているのではない。説明の便宜上重複して記載したためであり、図３の第４の地導体１０及び図４の第４の地導体１０は同一である。また、同じ理由から図１６の第４の地導体１０及び図１７の第４の地導体１０も同一である。
また、図５から図６にかけて、及び図１８から図１９にかけて、第１０の地導体３４が重複して記載されているが、同じ部材が２層になっているのではない。説明の便宜上重複して記載したためであり、図５の第１０の地導体３４及び図６の第１０の地導体３４は同一である。また、同じ理由から図１８の第１０の地導体３４及び図１９の第１０の地導体３４は同一である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 第１の放射素子
２ 第１の給電線路
３ 第１の接続部
４ 第１のアンテナ基板
５ 第１のスロット
６ 第１の地導体
７ 第１の誘電体
８ 第１の結合口形成部
９ 第２の地導体
１０ 第４の地導体
１１ 第２の誘電体
１２ 第２の結合口形成部
１３ 第３の地導体
１４ 第１のスリット
１５ 第２のスリット
１６ 第２の放射素子
１７ 第２の給電線路
１８ 第２の接続部
１９ 第２のアンテナ基板
２０ 第３の誘電体
２１ 第３の結合口形成部
２２ 第３のスリット
２３ 第５の地導体
２４ 第７の地導体
２５ 第４の誘電体
２６ 第４の結合口形成部
２７ 第４のスリット
２８ 第６の地導体
２９ 第５のスリット
３０ 第６のスリット
３１ 第１のロトマンレンズ
３２ 第３の給電線路
３３ 第３の接続部
３４ 第１０の地導体
３５ 第１の導波管開口部
３６ 第４の接続部
３７ 第１のロトマンレンズ基板
３８ 第５の誘電体
３９ 第５の結合口形成部
４０ 第６の結合口形成部
４１ 第７のスリット
４２ 第８の地導体
４３ 第６の誘電体
４４ 第７の結合口形成部
４５ 第８の結合口形成部
４６ 第８のスリット
４７ 第９の地導体
４８ 第９のスリット
４９ 第２のロトマンレンズ
５０ 第４の給電線路
５１ 第５の接続部
５２ 第１３の地導体
５３ 第２の導波管開口部
５４ 第６の接続部
５５ 第２のロトマンレンズ基板
５６ 第７の誘電体
５７ 第９の結合口形成部
５８ 第１０の結合口形成部
５９ 第３の導波管開口部
６０ 第１１の地導体
６１ 第８の誘電体
６２ 第１１の結合口形成部
６３ 第１２の結合口形成部
６４ 第４の導波管開口部
６５ 第１２の地導体
６６ 第５の導波管開口部
６７ 無給電素子
９１ 第６の接続部
９２ 接続基板
９３ システムとの接続線路
９４ 第１３の地導体
１０１ 第１のアンテナ部
１０２ 第２のアンテナ部
１０３ 第１のロトマンレンズ部
１０４ 第２のロトマンレンズ部
１０５ システムとの接続部
２０５ アレーアンテナ
２０７ 給電線路部
２０８ ロトマンレンズの中心線
２０９ 入力端子の位置を表す補助線
２１０ アレーアンテナの正面方向から見たビームの方向
２２１、２２２、・・・２２ｍ ロトマンレンズ入力端子
２３１、２３２、・・・２３ｎ ロトマンレンズ出力端子
２４１、２４２、・・・２４ｎ アンテナ素子
２６１、２６１、・・・２６ｎ 出力端子とアンテナ素子とを結ぶ給電線路
７０１、７０２、７０３、７０４、７０５、７０６ 誘電体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナ部(１０１)と第２のアンテナ部(１０２)と第１のロトマンレンズ部(１０３)と第２のロトマンレンズ部(１０４)とをこの順に積層した平面アンテナモジュールであって、
第１のアンテナ部(１０１)には、
第２のアンテナ部の第２の放射素子(１６)の位置に相当する箇所に、第１の放射素子(１)と第１の無給電素子(６７)とを有し、かつ、第１の放射素子(１)と接続された第１の給電線路(２)と第２のロトマンレンズ部(１０４)に電磁結合した第１の接続部(３)とを組とするアンテナ群を複数形成した第１のアンテナ基板(４)と、
第１の放射素子(１)及び、第１の無給電素子(６７)の位置に相当する箇所に第１のスロット(５)を有する第１の地導体(６)と、
第１のアンテナ基板(４)と第１の地導体(６)との間に第１の誘電体(７)と、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第１の結合口形成部(８)とを有する第２の地導体(９)と、
第１のアンテナ基板(４)と第４の地導体(１０)との間に第２の誘電体(１１)と、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第２の結合口形成部(１２)とを有する第３の地導体(１３)と、
第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第１のスリット(１４)を有し、かつ、第１の放射素子(１)及び、第１の無給電素子(６７)の位置に相当する箇所に第２のスリット(１５)を有する第４の地導体(１０)とを備え、
第２のアンテナ部(１０２)には、
第２の放射素子(１６)と接続された第２の給電線路(１７)と第１のロトマンレンズ部(１０３)に電磁結合した第２の接続部(１８)とを組とするアンテナ群を複数形成した第２のアンテナ基板(１９)と、
第４の地導体(１０)と、
第２のアンテナ基板(１９)と第４の地導体(１０)との間に第３の誘電体(２０)と、第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第３の結合口形成部(２１)とを有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第３のスリット(２２)を有する第５の地導体(２３)と、
第２のアンテナ基板(１９)と第７の地導体(２４)との間に第４の誘電体(２５)と、第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第４の結合口形成部(２６)とを有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第４のスリット(２７)を有する第６の地導体(２８)と、
第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第５のスリット(２９)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第６のスリット(３０)を有する第７の地導体(２４)とを備え、
第１のロトマンレンズ部(１０３)には、
第１のロトマンレンズ(３１)及び、第３の給電線路(３２)と第２のアンテナ部(１０２)の第２の接続部(１８)に電磁結合した第３の接続部(３３)及び、第１０の地導体(３４)の第１の導波管開口部(３５)と電磁結合した第４の接続部(３６)を有する第１のロトマンレンズ基板(３７)と、
第７の地導体(２４)と、
第１のロトマンレンズ基板(３７)と第７の地導体(２４)との間に第５の誘電体(３８)と、第３の接続部(３３)の位置に相当する箇所に第５の結合口形成部(３９)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第６の結合口形成部(４０)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第７のスリット(４１)を有する第８の地導体(４２)と、
第１のロトマンレンズ基板(３７)と第１０の地導体(３４)との間に第６の誘電体(４３)と、第３の接続部(３３)の位置に相当する箇所に第７の結合口形成部(４４)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第８の結合口形成部(４５)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第８のスリット(４６)を有する第９の地導体(４７)と、
第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第１の導波管開口部(３５)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第９のスリット(４８)を有する第１０の地導体(３４)とを備え、
第２のロトマンレンズ部(１０４)には、
第２のロトマンレンズ(４９)及び、第４の給電線路(５０)と第１のアンテナ部(１０１)の第１の接続部(３)に電磁結合した第５の接続部(５１)及び、第１３の地導体(５２)の第２の導波管開口部(５３)と電磁結合した第６の接続部(５４)を有する第２のロトマンレンズ基板(５５)と、
第１０の地導体(３４)と、
第２のロトマンレンズ基板(５５)と第１０の地導体(３４)との間に第７の誘電体(５６)と、第５の接続部(５１)の位置に相当する箇所に第９の結合口形成部(５７)を有し、かつ、第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第１０の結合口形成部(５８)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第３の導波管開口部(５９)を有する第１１の地導体(６０)と、
第２のロトマンレンズ基板(５５)と第１３の地導体(５２)との間に第８の誘電体(６１)と、第５の接続部(５１)の位置に相当する箇所に第１１の結合口形成部(６２)を有し、かつ、第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第１２の結合口形成部(６３)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第４の導波管開口部(６４)を有する第１２の地導体(６５)と、
第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第２の導波管開口部(５３)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第５の導波管開口部(６６)を有する第１３の地導体(５２)とを備え、
第１の地導体(６)、第２の地導体(９)と第１の誘電体(７)、第１のアンテナ基板(４)、第３の地導体(１３)と第２の誘電体(１１)、第４の地導体(１０)、第５の地導体(２３)と第３の誘電体(２０)、第２のアンテナ基板(１９)、第６の地導体(２８)と第４の誘電体(２５)、第７の地導体(２４)、第８の地導体(４２)と第５の誘電体(３８)、第１のロトマンレンズ基板(３７)、第９の地導体(４７)と第６の誘電体(４３)、第１０の地導体(３４)、第１１の地導体(６０)と第７の誘電体(５６)、第２のロトマンレンズ基板(５５)、第１２の地導体(６５)と第８の誘電体(６１)、第１３の地導体(５２)の順に積層したことを特徴とするマルチビームアンテナ装置。
【請求項２】
前記構成のスリットをスロットに変えたことを特徴とする請求項１に記載のマルチビームアンテナ装置。
【請求項３】
前記ロトマンレンズについて、電力を供給する複数の入力端子（２２１）,（２２２）,・・・（２２ｍ）及び前記複数の入力端子の電力を取り出すための複数の出力端子（２３１）,（２３２）,・・・（２３ｎ）から形成されるロトマンレンズと、複数のアンテナ素子で構成され空間に電波を放射するアレーアンテナと、前記出力端子と前記アンテナ素子とを結ぶ給電線路からなり、前記複数の出力端子が配列される曲線及び前記給電線路の長さを決定して、所定の入力端子を励振したとき当該入力端子に対応した角度方向にビームが形成されるマルチビームアンテナ装置において、
空間における前記アレーアンテナのビーム形成角度を前記アレーアンテナ正面からみてβとし、かつ前記出力端子（２３１）,（２３２）,・・・（２３ｎ）の配置される部分曲線及び前記ロトマンレンズの中心線（２０８）の交点Ｓ２と前記複数の入力端子の１つとを結ぶ線と、中心線（２０８）とがなす角度をαとしたとき、β＜αであり、さらに
Ｆを入力端子（２２１）とＳ２との距離とし、２Ｌｎをアレーアンテナの開口長とし、Ｓ３を、入力端子（２２１）,（２２２）,・・・（２２ｍ）の配置される部分曲線と中心線（２０８）との交点とし、ロトマンレンズの大きさＧをＳ２とＳ３との距離とし、２Ｌｎを前記アレーアンテナの開口長としたき、
の関係式を満たし、Ｇをβ＝αの条件で設計した場合のロトマンレンズの大きさよりも小さくするよう前記ロトマンレンズの形状を決定したことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のマルチビームアンテナ装置。
【請求項１】
第１のアンテナ部(１０１)と第２のアンテナ部(１０２)と第１のロトマンレンズ部(１０３)と第２のロトマンレンズ部(１０４)とをこの順に積層した平面アンテナモジュールであって、
第１のアンテナ部(１０１)には、
第２のアンテナ部の第２の放射素子(１６)の位置に相当する箇所に、第１の放射素子(１)と第１の無給電素子(６７)とを有し、かつ、第１の放射素子(１)と接続された第１の給電線路(２)と第２のロトマンレンズ部(１０４)に電磁結合した第１の接続部(３)とを組とするアンテナ群を複数形成した第１のアンテナ基板(４)と、
第１の放射素子(１)及び、第１の無給電素子(６７)の位置に相当する箇所に第１のスロット(５)を有する第１の地導体(６)と、
第１のアンテナ基板(４)と第１の地導体(６)との間に第１の誘電体(７)と、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第１の結合口形成部(８)とを有する第２の地導体(９)と、
第１のアンテナ基板(４)と第４の地導体(１０)との間に第２の誘電体(１１)と、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第２の結合口形成部(１２)とを有する第３の地導体(１３)と、
第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第１のスリット(１４)を有し、かつ、第１の放射素子(１)及び、第１の無給電素子(６７)の位置に相当する箇所に第２のスリット(１５)を有する第４の地導体(１０)とを備え、
第２のアンテナ部(１０２)には、
第２の放射素子(１６)と接続された第２の給電線路(１７)と第１のロトマンレンズ部(１０３)に電磁結合した第２の接続部(１８)とを組とするアンテナ群を複数形成した第２のアンテナ基板(１９)と、
第４の地導体(１０)と、
第２のアンテナ基板(１９)と第４の地導体(１０)との間に第３の誘電体(２０)と、第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第３の結合口形成部(２１)とを有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第３のスリット(２２)を有する第５の地導体(２３)と、
第２のアンテナ基板(１９)と第７の地導体(２４)との間に第４の誘電体(２５)と、第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第４の結合口形成部(２６)とを有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第４のスリット(２７)を有する第６の地導体(２８)と、
第２の接続部(１８)の位置に相当する箇所に第５のスリット(２９)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第６のスリット(３０)を有する第７の地導体(２４)とを備え、
第１のロトマンレンズ部(１０３)には、
第１のロトマンレンズ(３１)及び、第３の給電線路(３２)と第２のアンテナ部(１０２)の第２の接続部(１８)に電磁結合した第３の接続部(３３)及び、第１０の地導体(３４)の第１の導波管開口部(３５)と電磁結合した第４の接続部(３６)を有する第１のロトマンレンズ基板(３７)と、
第７の地導体(２４)と、
第１のロトマンレンズ基板(３７)と第７の地導体(２４)との間に第５の誘電体(３８)と、第３の接続部(３３)の位置に相当する箇所に第５の結合口形成部(３９)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第６の結合口形成部(４０)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第７のスリット(４１)を有する第８の地導体(４２)と、
第１のロトマンレンズ基板(３７)と第１０の地導体(３４)との間に第６の誘電体(４３)と、第３の接続部(３３)の位置に相当する箇所に第７の結合口形成部(４４)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第８の結合口形成部(４５)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第８のスリット(４６)を有する第９の地導体(４７)と、
第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第１の導波管開口部(３５)を有し、かつ、第１の接続部(３)の位置に相当する箇所に第９のスリット(４８)を有する第１０の地導体(３４)とを備え、
第２のロトマンレンズ部(１０４)には、
第２のロトマンレンズ(４９)及び、第４の給電線路(５０)と第１のアンテナ部(１０１)の第１の接続部(３)に電磁結合した第５の接続部(５１)及び、第１３の地導体(５２)の第２の導波管開口部(５３)と電磁結合した第６の接続部(５４)を有する第２のロトマンレンズ基板(５５)と、
第１０の地導体(３４)と、
第２のロトマンレンズ基板(５５)と第１０の地導体(３４)との間に第７の誘電体(５６)と、第５の接続部(５１)の位置に相当する箇所に第９の結合口形成部(５７)を有し、かつ、第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第１０の結合口形成部(５８)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第３の導波管開口部(５９)を有する第１１の地導体(６０)と、
第２のロトマンレンズ基板(５５)と第１３の地導体(５２)との間に第８の誘電体(６１)と、第５の接続部(５１)の位置に相当する箇所に第１１の結合口形成部(６２)を有し、かつ、第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第１２の結合口形成部(６３)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第４の導波管開口部(６４)を有する第１２の地導体(６５)と、
第６の接続部(５４)の位置に相当する箇所に第２の導波管開口部(５３)を有し、かつ、第４の接続部(３６)の位置に相当する箇所に第５の導波管開口部(６６)を有する第１３の地導体(５２)とを備え、
第１の地導体(６)、第２の地導体(９)と第１の誘電体(７)、第１のアンテナ基板(４)、第３の地導体(１３)と第２の誘電体(１１)、第４の地導体(１０)、第５の地導体(２３)と第３の誘電体(２０)、第２のアンテナ基板(１９)、第６の地導体(２８)と第４の誘電体(２５)、第７の地導体(２４)、第８の地導体(４２)と第５の誘電体(３８)、第１のロトマンレンズ基板(３７)、第９の地導体(４７)と第６の誘電体(４３)、第１０の地導体(３４)、第１１の地導体(６０)と第７の誘電体(５６)、第２のロトマンレンズ基板(５５)、第１２の地導体(６５)と第８の誘電体(６１)、第１３の地導体(５２)の順に積層したことを特徴とするマルチビームアンテナ装置。
【請求項２】
前記構成のスリットをスロットに変えたことを特徴とする請求項１に記載のマルチビームアンテナ装置。
【請求項３】
前記ロトマンレンズについて、電力を供給する複数の入力端子（２２１）,（２２２）,・・・（２２ｍ）及び前記複数の入力端子の電力を取り出すための複数の出力端子（２３１）,（２３２）,・・・（２３ｎ）から形成されるロトマンレンズと、複数のアンテナ素子で構成され空間に電波を放射するアレーアンテナと、前記出力端子と前記アンテナ素子とを結ぶ給電線路からなり、前記複数の出力端子が配列される曲線及び前記給電線路の長さを決定して、所定の入力端子を励振したとき当該入力端子に対応した角度方向にビームが形成されるマルチビームアンテナ装置において、
空間における前記アレーアンテナのビーム形成角度を前記アレーアンテナ正面からみてβとし、かつ前記出力端子（２３１）,（２３２）,・・・（２３ｎ）の配置される部分曲線及び前記ロトマンレンズの中心線（２０８）の交点Ｓ２と前記複数の入力端子の１つとを結ぶ線と、中心線（２０８）とがなす角度をαとしたとき、β＜αであり、さらに
Ｆを入力端子（２２１）とＳ２との距離とし、２Ｌｎをアレーアンテナの開口長とし、Ｓ３を、入力端子（２２１）,（２２２）,・・・（２２ｍ）の配置される部分曲線と中心線（２０８）との交点とし、ロトマンレンズの大きさＧをＳ２とＳ３との距離とし、２Ｌｎを前記アレーアンテナの開口長としたき、
の関係式を満たし、Ｇをβ＝αの条件で設計した場合のロトマンレンズの大きさよりも小さくするよう前記ロトマンレンズの形状を決定したことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のマルチビームアンテナ装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１】
【図１４】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２００３１６（Ｐ２０１０−２００３１６Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８２１９（Ｐ２０１０−１８２１９）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
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