レーダ用アンテナ
【課題】電波発射禁止帯等の特定周波数帯への放射を抑制しつつ、広帯域で且つ広いレーダ検知角が得られるようにする。
【解決手段】誘電体体基板21の一面側に地板導体22を設け、その反対面側にアンテナ素子23を形成する。誘電体基板21をその厚さ方向に沿って貫通する金属ポスト30を所定間隔で並べて形成した一対のポスト壁31a、31bで、アンテナ素子23を挟む対向壁面型のキャビティ31を構成して、ポスト壁31a、31bの延び方向へのビーム幅を広げた状態で特定周波数帯にノッチを発生させ、さらに誘電体基板21の反対面側に、ポスト壁31a、31bをそれぞれ形成する複数の金属ポスト30の他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つアンテナ素子23方向に所定距離延びた一対のリム導体32a、32bにより表面波を抑圧している。
【解決手段】誘電体体基板21の一面側に地板導体22を設け、その反対面側にアンテナ素子23を形成する。誘電体基板21をその厚さ方向に沿って貫通する金属ポスト30を所定間隔で並べて形成した一対のポスト壁31a、31bで、アンテナ素子23を挟む対向壁面型のキャビティ31を構成して、ポスト壁31a、31bの延び方向へのビーム幅を広げた状態で特定周波数帯にノッチを発生させ、さらに誘電体基板21の反対面側に、ポスト壁31a、31bをそれぞれ形成する複数の金属ポスト30の他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つアンテナ素子23方向に所定距離延びた一対のリム導体32a、32bにより表面波を抑圧している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車載用あるいは携帯用のレーダとして今後使用されるUWB(Ultra Wide Band)のレーダに適したアンテナにおいて、電波発射禁止帯(23.6〜24.0GHz)へ放射を抑制しつつ、広いレーダ検知角を得るための技術に関する。
【背景技術】
【0002】
主に車載用あるいは携帯用の近距離用レーダとして、22〜29GHzの準ミリ波帯であるUWBを利用することが提案されている。
【0003】
このUWBで使用されるレーダ装置のアンテナとしては、放射特性が広帯域であることの他に、車載時に車体とバンパーとの隙間に設置されること等を考慮して、小型で且つ薄型平面構造であることが必要である。
【0004】
また、UWBで規定されている微弱電力で探査が行え、バッテリ駆動可能なように無駄な電力消費を抑えるために、低損失、高利得が要求され、そのためのアレー化が容易に達成できることが必要である。
【0005】
また、低コスト化のため、アンテナ素子や給電部がパターン印刷技術で構成できる構造あることが望ましい。
【0006】
さらに、国際無線通信規則(RR)によって、23.6〜24.0GHzの範囲が、地球探査衛星(EESS)のパッシブセンサーなどを保護するための電波発射禁止帯と定められており、このため準ミリ波帯UWBのアンテナについてもこの周波数帯の電波放射が小さくなることが望ましい。
【0007】
これらの要求に答えるアンテナとして、本願出願人は、誘電体基板の一面側に地板導体を重なり合うように設け、誘電体基板の反対面に一対のアンテナ素子を形成し、さらに、金属ポストを波長に比べて十分狭い間隔でアンテナ素子の周りを全周にわたって囲むように並べて設けて電波発射禁止帯で利得にノッチを生じさせるキャビティ構造とし、さらに金属ポストの端側をその並び方向に沿って短絡し、且つアンテナ素子方向に所定距離延びた枠状導体を設けて、表面波を抑制する技術を、次の特許文献1、特許文献2において提案している。
【0008】
【特許文献1】国際公開 WO 2006/051947 A1
【特許文献2】国際公開 WO 2007/055028 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記構造のアンテナは、アンテナ素子の周りを一周するように金属ポストを並べた閉鎖型のキャビティ構造を有しているため、電波発射禁止帯におけるノッチを大きく取れる利点がある。
【0010】
しかしながら、上記のように閉鎖型のキャビティで、直線偏波型のアンテナ素子(例えばダイポール型)を囲んだ場合、アンテナ素子の並び方向(E面)だけでなく、それと直交する方向(H面)のビーム幅が狭くなる。一般的に車載用等のレーダの場合、H面が水平面となるように設置するため、レーダとしての検知幅が不足するという新たな問題が生じる。
【0011】
本発明は、この問題を解決して、広帯域で電波発射禁止帯等の特定周波数帯への放射を抑制しつつ、広いレーダ検知角が得られるレーダ用アンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前記目的を達成するために、本発明の請求項1記載のレーダ用アンテナは、
誘電体基板(21)と、
前記誘電体基板の一面側に重なり合う地板導体(22)と、
前記誘電体基板の反対面に形成されたアンテナ素子(23、53)と、
一端側が前記地板導体に接続され、前記誘電体基板をその厚さ方向に沿って貫通し、他端側が前記誘電体基板の反対面まで延びた金属ポスト(30)を所定間隔で並べて形成した一対のポスト壁(31a、31b)で、前記アンテナ素子を挟むことにより構成した対向壁面型のキャビティ(31)と、
前記誘電体基板の反対面側に、前記一対のポスト壁をそれぞれ形成する複数の金属ポストの他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つ前記アンテナ素子方向に所定距離延びた一対のリム導体(32a、32b)とを備えたことを特徴とする。
【0013】
また、本発明の請求項2のレーダ用アンテナは、請求項1記載のレーダ用アンテナにおいて、
前記アンテナ素子が、
前記誘電体基板の反対面に直線上に並ぶように形成された一対の素子片(23a、23b)からなるダイポール型であり、
前記対向壁面型のキャビティの一対のポスト壁は、前記アンテナ素子を前記素子片の並び方向に沿った方向から挟むことを特徴とする。
【0014】
また、本発明の請求項3のレーダ用アンテナは、請求項1記載のレーダ用アンテナにおいて、
前記アンテナ素子が円偏波型であることを特徴とする。
【0015】
また、本発明の請求項4のレーダ用アンテナは、請求項1〜3のいずれかに記載のレーダ用アンテナにおいて、
前記誘電体基板の前記対向壁面型のキャビティの一対のポスト壁が延びている方向の幅(Lx)が、前記ポスト壁の間隔(Lw)より狭く形成されていることを特徴とする。
【0016】
また、本発明の請求項5のレーダ用アンテナは、
前記請求項1〜4のいずれかのレーダ用アンテナを、共通の誘電体基板上に前記ポスト壁の延びている方向と直交する方向に複数組並べてアレー化したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明のレーダ用アンテナは、上記したように、複数の金属ポストを所定間隔で並べて形成した一対のポスト壁で、アンテナ素子を挟む対向壁面型のキャビティ構造とし、その一対のポスト壁をそれぞれ形成する複数の金属ポストの他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つアンテナ素子方向に所定距離延びた一対のリム導体を備える構造である。
【0018】
このため、ダイポール型のような直線偏波アンテナの場合には、電界の集中する素子片の並び方向(電界面)について一対のポスト壁が有効な共振特性を示し、UWBにおける発射禁止帯等の特定帯域に大きなノッチを生じさせるとともに、磁界面側を壁面で挟まなくて済むのでその幅をノッチ周波数と無関係に狭くすることができ、レーダとしての検知幅を格段に広くすることができる。また、それによってアンテナを小型化でき、車載用あるいは携帯用としてさらに好適となる。
【0019】
また、例えばスパイラル素子を用いた円偏波型のアンテナ素子の場合においても、一対のポスト壁による共振特性を示すことが確認されており、UWBにおける発射禁止帯等の特定帯域に大きなノッチを生じさせるとともに、レーダとしての検知幅を格段に広くすることができる。また、それによってアンテナを小型化でき、車載用あるいは携帯用としてさらに好適となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1〜図4は、本発明を適用したUWBに適したレーダ用アンテナ20(以下、単にアンテナ20と記す)の構造を示している。
【0021】
(第1の実施形態)
このアンテナ20は、誘電体基板21と、その誘電体基板21の一面側に重なり合う地板導体22と、誘電体基板21の反対面に直線上(y方向)に並ぶように形成された一対の素子片23a、23bからなるダイポール型のアンテナ素子23と、一端側が地板導体22に接続され、誘電体基板21をその厚さ方向(z方向)に沿って貫通し、他端側が誘電体基板22の反対面まで延びた金属ポスト30を管内波長に比べて十分狭い間隔で基板幅方向(x方向)に並べて形成した一対のポスト壁31a、31bで、アンテナ素子23を素子片23a、23bの並び方向に沿った方向から挟むことにより構成した対向壁面型のキャビティ31と、誘電体基板21の反対面側に、一対のポスト壁31a、31bをそれぞれ形成する複数の金属ポスト30の他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つアンテナ素子23方向に所定距離延びた一対のリム導体32a、32bとを備えている。
【0022】
さらに具体的にいえば、このアンテナ20は、例えば低誘電率(3.5前後)の縦長矩形の基板で厚さ1.2mmの誘電体基板21と、その誘電体基板21の一面側(図1、図2で背面側)に設けられた地板導体22と、誘電体基板21の反対面側(図1、図2で前面側)にパターン形成された励振用のダイポール型のアンテナ素子23と、アンテナ素子23に給電するための一対の給電ピン25a、25bとを有している。
【0023】
アンテナ素子23は、広帯域な特性が得られる所謂ボウタイ型のもので、誘電体基板21の長手方向(y方向)に沿って並んだ一対の三角形状の素子片23a、23bにより形成されていて、その一方の素子片23aに接続された給電ピン25aは誘電体基板21をその厚さ方向(z方向)に貫通して地板導体22の穴22aを通過し、他方の素子片23bに接続された給電ピン25bは誘電体基板21をその厚さ方向に貫通して地板導体22に接続されている。
【0024】
ここでダイポール型のアンテナ素子23は平衡型であるのに対し給電が不平衡型であるので本来であればバランを介してアンテナ素子23と給電ピン25a、25bの間を接続する必要があるが、給電ピン25aに接続される同軸ケーブルの配線あるいは伝送線路を適宜工夫することでバランを用いなくても実質的に平衡型と同等の給電を行うことができ、アンテナ素子23を直線偏波で励振駆動できる。
【0025】
ただし、広帯域化のために誘電体基板21の厚みが伝搬波長の1/4程度と比較的大きいため、誘電体基板21の表面に沿った表面波が励振され、その表面波の影響により所望特性が得られない。
【0026】
これを解決する技術として、前記した特許文献1、2では、アンテナ素子の周りを一周するように金属ポストを波長に比べて十分狭い間隔で並べた閉鎖型のキャビティ構造を採用し、そのキャビティの共振現象により、アンテナ利得の周波数特性が電波発射禁止帯で鋭い落ち込み(ノッチ)を生じるようにするとともに、それらの複数の金属ポストの先端側を短絡する枠状導体により誘電体基板21の表面に沿った表面波の影響を抑制していた。しかし、その従来構造では、アンテナ素子23によって励振される直線偏波の電界面(E面)、即ち、アンテナ素子23の素子片23a、23bの並び方向だけでなく、それに直交する磁界面(H面)の方向のビーム幅が狭くなり、レーダとして広い検知幅が得られない。
【0027】
そこで、この実施形態のアンテナ20では、直線偏波の場合、キャビティ内の電界がE面方向(即ち、ダイポール型でアンテナ素子23を構成する一対の素子片23a、23bの並ぶy方向)に集中している点に着目し、金属ポスト30によって形成されるキャビティ構造を、アンテナ素子23の全周を囲む閉鎖構造から、前記したように、細い(例えば0.3mm)の金属ポスト30を使用する電波の波長に比べて十分狭い間隔(例えば0.9mm)で直線的に並べて形成した一対のポスト壁31a、31bにより、アンテナ素子23をE面方向、即ち、一対の素子23a、23bの並び方向(y方向)から挟む対向壁面型のキャビティ構造としている。なお、ポスト壁31a、31bの間隔Lwは9mmとしている。
【0028】
このようにE面方向の対向壁で構成されたキャビティ構造を採用することで、特定周波数帯でノッチを生じさせた状態で、誘電体基板21の幅をポスト壁の間隔Lwより狭くすることができ、それに伴って水平面(xz面)のレーダ検知幅を格段に広げることができる。
【0029】
また、金属ポスト30によってアンテナ素子23をE面方向から挟む対向壁面型のキャビティ構造を形成していることに伴い、誘電体基板21の表面側において、一方の壁を形成する複数の金属ポスト30の一端側を短絡するリム導体32aと、他方の壁を形成する複数の金属ポスト30の一端側を短絡するリム導体32bが分離された構造となっている。
【0030】
なお、この金属ポスト30は、例えば誘電体基板21に貫通する穴の内壁にメッキ加工(スルーホールメッキ)することで実現されている。
【0031】
また、リム導体32a、32bの金属ポスト30からアンテナ素子方向の幅(有効リム幅)は、表面波の波長のほぼ1/4(例えば1.2mm前後)に相当している。つまり、この有効リム幅の部分は、その先端側からポスト壁側を見たとき、表面波に対してインピーダンス無限大のπ/4伝送路を形成する。したがって、表面に沿った電流が流れないことになり、この電流阻止作用によって表面波が抑圧され、放射特性の暴れを防いでいることになる。
【0032】
ただし、この実施形態では、図2に示しているように、リム導体32a、32bの両端の有効リム幅L1を小さく(例えば0.26mm)中央の有効リム幅L2を最大(例えば1.26mm)となるように山型に変化させてノッチ幅を広げているが、幅を1.2mm程度で一定にしてもよい。
【0033】
上記実施形態では、アンテナ素子23が、2等辺3角形の素子片23a、23bを、その頂点が近接する状態で対称に配置したボウタイアンテナの例を示したが、素子片形状が帯板あるいは菱形等であってもよい。
【0034】
(第2の実施形態)
上記実施形態のアンテナ20はアンテナ素子23が一つのものであったが、図5、図6に示すアンテナ20′のように、前記構造アンテナを縦長の共通の誘電体基板21′およびそれに対応した地板導体22′に、ポスト壁の延びている方向と直交する方向(この例では素子片23a、23bの並び方向が一直線上に揃うように)に複数組(この例では4組)並べてアレー化し、各アンテナ素子23に同相給電することで、水平面(xz面)の広いレーダ検知幅を維持しつつ高利得が得られる。
【0035】
図7は、この実施形態のアンテナ20′で、誘電体基板21′の幅Lxを変えたときのH面(水平面)の指向性の変化を示すものであり、内寸Lw=9mmの閉鎖型のキャビティ構造を有する従来アンテナの半値幅(3dB幅)が70度であるのに対し、実施形態のアンテナ20′でLx=9mmにしたとき78度、Lx=6mmにしたとき96度、Lx=3mmにしたとき126度の半値幅が得られている。
【0036】
図8は、誘電体基板21′の幅Lxを変えたときの利得の周波数特性を示している。この図からキャビティが閉鎖型から対向壁型になったことで、利得の若干の低下は認められるが、電波発射禁止帯におけるノッチは十分の深さが得られている。
【0037】
このE面方向の対向壁で構成されたキャビティ構造を採用することで、誘電体基板21′の幅を、ポスト壁の間隔Lwより狭くすることができ、それに伴ってレーダ検知幅を格段に広げることができる。
【0038】
なお、このアンテナ20′では、縦に並んだ4組のアンテナ素子23に対して、5つのポスト壁31a〜31eを用い、そのうち、3つのポスト壁31b、31c、31dを共用している。
【0039】
また、このアンテナ20′では、図6に示したように、地板導体22′の背面側に設けた誘電体基板24の表面に、マイクロストリップ線路40を形成して、給電点40aから各アンテナ素子23に同相給電する例を示している。この給電の方法についてはマイクロストリップ線路以外にコプレーナ線路等を用いることができる。
【0040】
(第3の実施形態)
上記実施形態のアンテナ20は、アンテナ素子23が直線偏波のダイポール型の例であったが、図9に示すアンテナ50のように、アンテナ素子53として特許文献1のようなスパイラル型の素子による円偏波型のものを用いた場合でも、前記した対向壁面型のキャビティ構造では電波発射禁止帯におけるノッチが確認されている。なお、このアンテナ50の他の構成要素は前記実施形態と同等であり、同一符号を付している。
【0041】
即ち、アンテナ50は、誘電体基板21と、その誘電体基板21の一面側に重なり合う地板導体22と、誘電体基板21の反対面にスパイラル状に形成されたアンテナ素子53と、一端側が地板導体22に接続され、誘電体基板21をその厚さ方向に沿って貫通し、他端側が誘電体基板22の反対面まで延びた金属ポスト30を管内波長に比べて十分狭い間隔で並べて形成した一対のポスト壁31a、31bで、アンテナ素子43を挟むことにより構成した対向壁面型のキャビティ31と、誘電体基板21の反対面側に、一対のポスト壁31a、31bをそれぞれ形成する複数の金属ポスト30の他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つアンテナ素子23方向に所定距離延びた一対のリム導体32a、32bとを備えている。なお、アンテナ素子53の中央端が給電ピン25aに接続される。
【0042】
このアンテナ50の場合も、前記同様にポスト壁32a、32bの延びている方向と直交する方向の幅(基板幅)Lxをポスト壁32a、32bの間隔Lwより狭くすることができ、それによりポスト壁32a、32bの間隔Lwによって決まる周波数帯の利得のノッチと、基板幅方向の指向性(xz面指向性)を広げて水平面のレーダ検知範囲を拡大することできる。
【0043】
(第4の実施形態)
また、図10、図11に示すアンテナ50′のように、上記構造のアンテナ50を、縦長の共通の誘電体基板21′およびそれに対応した地板導体22′に、ポスト壁の延びている方向と直交する方向に複数組(この例では4組)並べてアレー化し、各アンテナ素子43を同相で励振することで広いレーダ検知幅を維持しつつ高利得が得られる。
【0044】
図12は、この実施形態のアンテナ50′で、誘電体基板21′の幅Lxを変えたときのH面(水平面)の指向性の変化を示すものであり、内寸Lw=9mmの閉鎖型のキャビティ構造を有する従来アンテナの半値幅(3dB)が60度であるのに対し、実施形態のアンテナ50′ではLx=6mmにしたとき92度の半値幅が得られる。
【0045】
また、図13は、誘電体基板21′の幅Lxを変えたときの利得の周波数特性を示している。この図からキャビティが閉鎖型から対向壁型になったことで、利得の低下は認められるが、電波発射禁止帯におけるノッチの深さは得られる。このアンテナ50′を用いたレーダでは、アンテナ50′に接続されるフィルタ等により、電波発射禁止帯におけるノッチは十分な深さが得られる。
【0046】
なお、このアンテナ50′は、特許文献1に記載されているシーケンシャルアレーであり、スパイラル型のアンテナ素子53の上下に隣り合う2つを一組とし、その組を成す2つのアンテナ素子の角度を90度変えて配置するとともに、図11に示しているように、地板導体22′の背面側に設けた誘電体基板24の表面にマイクロストリップ線路40を形成して、組を成す2つのアンテナ素子53にπ/2相当の位相差を付与(上下に隣り合う2つのアンテナ素子のうち上側のアンテナ素子への線路長より下側のアンテナ素子への線路長をπ/2相当分長くする)することで、組を成すアンテナ素子の交差偏波成分を相殺しつつ同相励振している。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の実施形態の斜視図
【図2】本発明の実施形態の正面図
【図3】図2のA−A線断面図
【図4】本発明の実施形態の背面図
【図5】アレー化したアンテナの構成例を示す図
【図6】アレー化したアンテナの給電線路の構成例を示す図
【図7】実施形態の基板幅に対するレーダ検知幅の変化を示す図
【図8】実施形態の基板幅に対する利得の周波数特性を示す図
【図9】アンテナ素子が円偏波型の場合の構成例を示す図
【図10】円偏波型でアレー化したアンテナの構成例を示す図
【図11】円偏波型でアレー化したアンテナの給電線路の構成例を示す図
【図12】実施形態の基板幅に対するレーダ検知幅の変化を示す図
【図13】実施形態の基板幅に対する利得の周波数特性を示す図
【符号の説明】
【0048】
20、20′50、50′……レーダ用アンテナ、21、21′……誘電体基板、22、22′……地板導体、23……アンテナ素子、23a、23b……素子片、24……誘電体基板、25a、25b……給電ピン、30……金属ポスト、31……キャビティ、31a〜31e……ポスト壁、32a、32b……リム導体、40……マイクロストリップ線路、53……アンテナ素子
【技術分野】
【0001】
本発明は、車載用あるいは携帯用のレーダとして今後使用されるUWB(Ultra Wide Band)のレーダに適したアンテナにおいて、電波発射禁止帯(23.6〜24.0GHz)へ放射を抑制しつつ、広いレーダ検知角を得るための技術に関する。
【背景技術】
【0002】
主に車載用あるいは携帯用の近距離用レーダとして、22〜29GHzの準ミリ波帯であるUWBを利用することが提案されている。
【0003】
このUWBで使用されるレーダ装置のアンテナとしては、放射特性が広帯域であることの他に、車載時に車体とバンパーとの隙間に設置されること等を考慮して、小型で且つ薄型平面構造であることが必要である。
【0004】
また、UWBで規定されている微弱電力で探査が行え、バッテリ駆動可能なように無駄な電力消費を抑えるために、低損失、高利得が要求され、そのためのアレー化が容易に達成できることが必要である。
【0005】
また、低コスト化のため、アンテナ素子や給電部がパターン印刷技術で構成できる構造あることが望ましい。
【0006】
さらに、国際無線通信規則(RR)によって、23.6〜24.0GHzの範囲が、地球探査衛星(EESS)のパッシブセンサーなどを保護するための電波発射禁止帯と定められており、このため準ミリ波帯UWBのアンテナについてもこの周波数帯の電波放射が小さくなることが望ましい。
【0007】
これらの要求に答えるアンテナとして、本願出願人は、誘電体基板の一面側に地板導体を重なり合うように設け、誘電体基板の反対面に一対のアンテナ素子を形成し、さらに、金属ポストを波長に比べて十分狭い間隔でアンテナ素子の周りを全周にわたって囲むように並べて設けて電波発射禁止帯で利得にノッチを生じさせるキャビティ構造とし、さらに金属ポストの端側をその並び方向に沿って短絡し、且つアンテナ素子方向に所定距離延びた枠状導体を設けて、表面波を抑制する技術を、次の特許文献1、特許文献2において提案している。
【0008】
【特許文献1】国際公開 WO 2006/051947 A1
【特許文献2】国際公開 WO 2007/055028 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記構造のアンテナは、アンテナ素子の周りを一周するように金属ポストを並べた閉鎖型のキャビティ構造を有しているため、電波発射禁止帯におけるノッチを大きく取れる利点がある。
【0010】
しかしながら、上記のように閉鎖型のキャビティで、直線偏波型のアンテナ素子(例えばダイポール型)を囲んだ場合、アンテナ素子の並び方向(E面)だけでなく、それと直交する方向(H面)のビーム幅が狭くなる。一般的に車載用等のレーダの場合、H面が水平面となるように設置するため、レーダとしての検知幅が不足するという新たな問題が生じる。
【0011】
本発明は、この問題を解決して、広帯域で電波発射禁止帯等の特定周波数帯への放射を抑制しつつ、広いレーダ検知角が得られるレーダ用アンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前記目的を達成するために、本発明の請求項1記載のレーダ用アンテナは、
誘電体基板(21)と、
前記誘電体基板の一面側に重なり合う地板導体(22)と、
前記誘電体基板の反対面に形成されたアンテナ素子(23、53)と、
一端側が前記地板導体に接続され、前記誘電体基板をその厚さ方向に沿って貫通し、他端側が前記誘電体基板の反対面まで延びた金属ポスト(30)を所定間隔で並べて形成した一対のポスト壁(31a、31b)で、前記アンテナ素子を挟むことにより構成した対向壁面型のキャビティ(31)と、
前記誘電体基板の反対面側に、前記一対のポスト壁をそれぞれ形成する複数の金属ポストの他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つ前記アンテナ素子方向に所定距離延びた一対のリム導体(32a、32b)とを備えたことを特徴とする。
【0013】
また、本発明の請求項2のレーダ用アンテナは、請求項1記載のレーダ用アンテナにおいて、
前記アンテナ素子が、
前記誘電体基板の反対面に直線上に並ぶように形成された一対の素子片(23a、23b)からなるダイポール型であり、
前記対向壁面型のキャビティの一対のポスト壁は、前記アンテナ素子を前記素子片の並び方向に沿った方向から挟むことを特徴とする。
【0014】
また、本発明の請求項3のレーダ用アンテナは、請求項1記載のレーダ用アンテナにおいて、
前記アンテナ素子が円偏波型であることを特徴とする。
【0015】
また、本発明の請求項4のレーダ用アンテナは、請求項1〜3のいずれかに記載のレーダ用アンテナにおいて、
前記誘電体基板の前記対向壁面型のキャビティの一対のポスト壁が延びている方向の幅(Lx)が、前記ポスト壁の間隔(Lw)より狭く形成されていることを特徴とする。
【0016】
また、本発明の請求項5のレーダ用アンテナは、
前記請求項1〜4のいずれかのレーダ用アンテナを、共通の誘電体基板上に前記ポスト壁の延びている方向と直交する方向に複数組並べてアレー化したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明のレーダ用アンテナは、上記したように、複数の金属ポストを所定間隔で並べて形成した一対のポスト壁で、アンテナ素子を挟む対向壁面型のキャビティ構造とし、その一対のポスト壁をそれぞれ形成する複数の金属ポストの他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つアンテナ素子方向に所定距離延びた一対のリム導体を備える構造である。
【0018】
このため、ダイポール型のような直線偏波アンテナの場合には、電界の集中する素子片の並び方向(電界面)について一対のポスト壁が有効な共振特性を示し、UWBにおける発射禁止帯等の特定帯域に大きなノッチを生じさせるとともに、磁界面側を壁面で挟まなくて済むのでその幅をノッチ周波数と無関係に狭くすることができ、レーダとしての検知幅を格段に広くすることができる。また、それによってアンテナを小型化でき、車載用あるいは携帯用としてさらに好適となる。
【0019】
また、例えばスパイラル素子を用いた円偏波型のアンテナ素子の場合においても、一対のポスト壁による共振特性を示すことが確認されており、UWBにおける発射禁止帯等の特定帯域に大きなノッチを生じさせるとともに、レーダとしての検知幅を格段に広くすることができる。また、それによってアンテナを小型化でき、車載用あるいは携帯用としてさらに好適となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1〜図4は、本発明を適用したUWBに適したレーダ用アンテナ20(以下、単にアンテナ20と記す)の構造を示している。
【0021】
(第1の実施形態)
このアンテナ20は、誘電体基板21と、その誘電体基板21の一面側に重なり合う地板導体22と、誘電体基板21の反対面に直線上(y方向)に並ぶように形成された一対の素子片23a、23bからなるダイポール型のアンテナ素子23と、一端側が地板導体22に接続され、誘電体基板21をその厚さ方向(z方向)に沿って貫通し、他端側が誘電体基板22の反対面まで延びた金属ポスト30を管内波長に比べて十分狭い間隔で基板幅方向(x方向)に並べて形成した一対のポスト壁31a、31bで、アンテナ素子23を素子片23a、23bの並び方向に沿った方向から挟むことにより構成した対向壁面型のキャビティ31と、誘電体基板21の反対面側に、一対のポスト壁31a、31bをそれぞれ形成する複数の金属ポスト30の他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つアンテナ素子23方向に所定距離延びた一対のリム導体32a、32bとを備えている。
【0022】
さらに具体的にいえば、このアンテナ20は、例えば低誘電率(3.5前後)の縦長矩形の基板で厚さ1.2mmの誘電体基板21と、その誘電体基板21の一面側(図1、図2で背面側)に設けられた地板導体22と、誘電体基板21の反対面側(図1、図2で前面側)にパターン形成された励振用のダイポール型のアンテナ素子23と、アンテナ素子23に給電するための一対の給電ピン25a、25bとを有している。
【0023】
アンテナ素子23は、広帯域な特性が得られる所謂ボウタイ型のもので、誘電体基板21の長手方向(y方向)に沿って並んだ一対の三角形状の素子片23a、23bにより形成されていて、その一方の素子片23aに接続された給電ピン25aは誘電体基板21をその厚さ方向(z方向)に貫通して地板導体22の穴22aを通過し、他方の素子片23bに接続された給電ピン25bは誘電体基板21をその厚さ方向に貫通して地板導体22に接続されている。
【0024】
ここでダイポール型のアンテナ素子23は平衡型であるのに対し給電が不平衡型であるので本来であればバランを介してアンテナ素子23と給電ピン25a、25bの間を接続する必要があるが、給電ピン25aに接続される同軸ケーブルの配線あるいは伝送線路を適宜工夫することでバランを用いなくても実質的に平衡型と同等の給電を行うことができ、アンテナ素子23を直線偏波で励振駆動できる。
【0025】
ただし、広帯域化のために誘電体基板21の厚みが伝搬波長の1/4程度と比較的大きいため、誘電体基板21の表面に沿った表面波が励振され、その表面波の影響により所望特性が得られない。
【0026】
これを解決する技術として、前記した特許文献1、2では、アンテナ素子の周りを一周するように金属ポストを波長に比べて十分狭い間隔で並べた閉鎖型のキャビティ構造を採用し、そのキャビティの共振現象により、アンテナ利得の周波数特性が電波発射禁止帯で鋭い落ち込み(ノッチ)を生じるようにするとともに、それらの複数の金属ポストの先端側を短絡する枠状導体により誘電体基板21の表面に沿った表面波の影響を抑制していた。しかし、その従来構造では、アンテナ素子23によって励振される直線偏波の電界面(E面)、即ち、アンテナ素子23の素子片23a、23bの並び方向だけでなく、それに直交する磁界面(H面)の方向のビーム幅が狭くなり、レーダとして広い検知幅が得られない。
【0027】
そこで、この実施形態のアンテナ20では、直線偏波の場合、キャビティ内の電界がE面方向(即ち、ダイポール型でアンテナ素子23を構成する一対の素子片23a、23bの並ぶy方向)に集中している点に着目し、金属ポスト30によって形成されるキャビティ構造を、アンテナ素子23の全周を囲む閉鎖構造から、前記したように、細い(例えば0.3mm)の金属ポスト30を使用する電波の波長に比べて十分狭い間隔(例えば0.9mm)で直線的に並べて形成した一対のポスト壁31a、31bにより、アンテナ素子23をE面方向、即ち、一対の素子23a、23bの並び方向(y方向)から挟む対向壁面型のキャビティ構造としている。なお、ポスト壁31a、31bの間隔Lwは9mmとしている。
【0028】
このようにE面方向の対向壁で構成されたキャビティ構造を採用することで、特定周波数帯でノッチを生じさせた状態で、誘電体基板21の幅をポスト壁の間隔Lwより狭くすることができ、それに伴って水平面(xz面)のレーダ検知幅を格段に広げることができる。
【0029】
また、金属ポスト30によってアンテナ素子23をE面方向から挟む対向壁面型のキャビティ構造を形成していることに伴い、誘電体基板21の表面側において、一方の壁を形成する複数の金属ポスト30の一端側を短絡するリム導体32aと、他方の壁を形成する複数の金属ポスト30の一端側を短絡するリム導体32bが分離された構造となっている。
【0030】
なお、この金属ポスト30は、例えば誘電体基板21に貫通する穴の内壁にメッキ加工(スルーホールメッキ)することで実現されている。
【0031】
また、リム導体32a、32bの金属ポスト30からアンテナ素子方向の幅(有効リム幅)は、表面波の波長のほぼ1/4(例えば1.2mm前後)に相当している。つまり、この有効リム幅の部分は、その先端側からポスト壁側を見たとき、表面波に対してインピーダンス無限大のπ/4伝送路を形成する。したがって、表面に沿った電流が流れないことになり、この電流阻止作用によって表面波が抑圧され、放射特性の暴れを防いでいることになる。
【0032】
ただし、この実施形態では、図2に示しているように、リム導体32a、32bの両端の有効リム幅L1を小さく(例えば0.26mm)中央の有効リム幅L2を最大(例えば1.26mm)となるように山型に変化させてノッチ幅を広げているが、幅を1.2mm程度で一定にしてもよい。
【0033】
上記実施形態では、アンテナ素子23が、2等辺3角形の素子片23a、23bを、その頂点が近接する状態で対称に配置したボウタイアンテナの例を示したが、素子片形状が帯板あるいは菱形等であってもよい。
【0034】
(第2の実施形態)
上記実施形態のアンテナ20はアンテナ素子23が一つのものであったが、図5、図6に示すアンテナ20′のように、前記構造アンテナを縦長の共通の誘電体基板21′およびそれに対応した地板導体22′に、ポスト壁の延びている方向と直交する方向(この例では素子片23a、23bの並び方向が一直線上に揃うように)に複数組(この例では4組)並べてアレー化し、各アンテナ素子23に同相給電することで、水平面(xz面)の広いレーダ検知幅を維持しつつ高利得が得られる。
【0035】
図7は、この実施形態のアンテナ20′で、誘電体基板21′の幅Lxを変えたときのH面(水平面)の指向性の変化を示すものであり、内寸Lw=9mmの閉鎖型のキャビティ構造を有する従来アンテナの半値幅(3dB幅)が70度であるのに対し、実施形態のアンテナ20′でLx=9mmにしたとき78度、Lx=6mmにしたとき96度、Lx=3mmにしたとき126度の半値幅が得られている。
【0036】
図8は、誘電体基板21′の幅Lxを変えたときの利得の周波数特性を示している。この図からキャビティが閉鎖型から対向壁型になったことで、利得の若干の低下は認められるが、電波発射禁止帯におけるノッチは十分の深さが得られている。
【0037】
このE面方向の対向壁で構成されたキャビティ構造を採用することで、誘電体基板21′の幅を、ポスト壁の間隔Lwより狭くすることができ、それに伴ってレーダ検知幅を格段に広げることができる。
【0038】
なお、このアンテナ20′では、縦に並んだ4組のアンテナ素子23に対して、5つのポスト壁31a〜31eを用い、そのうち、3つのポスト壁31b、31c、31dを共用している。
【0039】
また、このアンテナ20′では、図6に示したように、地板導体22′の背面側に設けた誘電体基板24の表面に、マイクロストリップ線路40を形成して、給電点40aから各アンテナ素子23に同相給電する例を示している。この給電の方法についてはマイクロストリップ線路以外にコプレーナ線路等を用いることができる。
【0040】
(第3の実施形態)
上記実施形態のアンテナ20は、アンテナ素子23が直線偏波のダイポール型の例であったが、図9に示すアンテナ50のように、アンテナ素子53として特許文献1のようなスパイラル型の素子による円偏波型のものを用いた場合でも、前記した対向壁面型のキャビティ構造では電波発射禁止帯におけるノッチが確認されている。なお、このアンテナ50の他の構成要素は前記実施形態と同等であり、同一符号を付している。
【0041】
即ち、アンテナ50は、誘電体基板21と、その誘電体基板21の一面側に重なり合う地板導体22と、誘電体基板21の反対面にスパイラル状に形成されたアンテナ素子53と、一端側が地板導体22に接続され、誘電体基板21をその厚さ方向に沿って貫通し、他端側が誘電体基板22の反対面まで延びた金属ポスト30を管内波長に比べて十分狭い間隔で並べて形成した一対のポスト壁31a、31bで、アンテナ素子43を挟むことにより構成した対向壁面型のキャビティ31と、誘電体基板21の反対面側に、一対のポスト壁31a、31bをそれぞれ形成する複数の金属ポスト30の他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つアンテナ素子23方向に所定距離延びた一対のリム導体32a、32bとを備えている。なお、アンテナ素子53の中央端が給電ピン25aに接続される。
【0042】
このアンテナ50の場合も、前記同様にポスト壁32a、32bの延びている方向と直交する方向の幅(基板幅)Lxをポスト壁32a、32bの間隔Lwより狭くすることができ、それによりポスト壁32a、32bの間隔Lwによって決まる周波数帯の利得のノッチと、基板幅方向の指向性(xz面指向性)を広げて水平面のレーダ検知範囲を拡大することできる。
【0043】
(第4の実施形態)
また、図10、図11に示すアンテナ50′のように、上記構造のアンテナ50を、縦長の共通の誘電体基板21′およびそれに対応した地板導体22′に、ポスト壁の延びている方向と直交する方向に複数組(この例では4組)並べてアレー化し、各アンテナ素子43を同相で励振することで広いレーダ検知幅を維持しつつ高利得が得られる。
【0044】
図12は、この実施形態のアンテナ50′で、誘電体基板21′の幅Lxを変えたときのH面(水平面)の指向性の変化を示すものであり、内寸Lw=9mmの閉鎖型のキャビティ構造を有する従来アンテナの半値幅(3dB)が60度であるのに対し、実施形態のアンテナ50′ではLx=6mmにしたとき92度の半値幅が得られる。
【0045】
また、図13は、誘電体基板21′の幅Lxを変えたときの利得の周波数特性を示している。この図からキャビティが閉鎖型から対向壁型になったことで、利得の低下は認められるが、電波発射禁止帯におけるノッチの深さは得られる。このアンテナ50′を用いたレーダでは、アンテナ50′に接続されるフィルタ等により、電波発射禁止帯におけるノッチは十分な深さが得られる。
【0046】
なお、このアンテナ50′は、特許文献1に記載されているシーケンシャルアレーであり、スパイラル型のアンテナ素子53の上下に隣り合う2つを一組とし、その組を成す2つのアンテナ素子の角度を90度変えて配置するとともに、図11に示しているように、地板導体22′の背面側に設けた誘電体基板24の表面にマイクロストリップ線路40を形成して、組を成す2つのアンテナ素子53にπ/2相当の位相差を付与(上下に隣り合う2つのアンテナ素子のうち上側のアンテナ素子への線路長より下側のアンテナ素子への線路長をπ/2相当分長くする)することで、組を成すアンテナ素子の交差偏波成分を相殺しつつ同相励振している。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の実施形態の斜視図
【図2】本発明の実施形態の正面図
【図3】図2のA−A線断面図
【図4】本発明の実施形態の背面図
【図5】アレー化したアンテナの構成例を示す図
【図6】アレー化したアンテナの給電線路の構成例を示す図
【図7】実施形態の基板幅に対するレーダ検知幅の変化を示す図
【図8】実施形態の基板幅に対する利得の周波数特性を示す図
【図9】アンテナ素子が円偏波型の場合の構成例を示す図
【図10】円偏波型でアレー化したアンテナの構成例を示す図
【図11】円偏波型でアレー化したアンテナの給電線路の構成例を示す図
【図12】実施形態の基板幅に対するレーダ検知幅の変化を示す図
【図13】実施形態の基板幅に対する利得の周波数特性を示す図
【符号の説明】
【0048】
20、20′50、50′……レーダ用アンテナ、21、21′……誘電体基板、22、22′……地板導体、23……アンテナ素子、23a、23b……素子片、24……誘電体基板、25a、25b……給電ピン、30……金属ポスト、31……キャビティ、31a〜31e……ポスト壁、32a、32b……リム導体、40……マイクロストリップ線路、53……アンテナ素子
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体基板(21)と、
前記誘電体基板の一面側に重なり合う地板導体(22)と、
前記誘電体基板の反対面に形成されたアンテナ素子(23、53)と、
一端側が前記地板導体に接続され、前記誘電体基板をその厚さ方向に沿って貫通し、他端側が前記誘電体基板の反対面まで延びた金属ポスト(30)を所定間隔で並べて形成した一対のポスト壁(31a、31b)で、前記アンテナ素子を挟むことにより構成した対向壁面型のキャビティ(31)と、
前記誘電体基板の反対面側に、前記一対のポスト壁をそれぞれ形成する複数の金属ポストの他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つ前記アンテナ素子方向に所定距離延びた一対のリム導体(32a、32b)とを備えたことを特徴とするレーダ用アンテナ。
【請求項2】
前記アンテナ素子が、
前記誘電体基板の反対面に直線上に並ぶように形成された一対の素子片(23a、23b)からなるダイポール型であり、
前記対向壁面型のキャビティの一対のポスト壁は、前記アンテナ素子を前記素子片の並び方向に沿った方向から挟むことを特徴とする請求項1記載のレーダ用アンテナ。
【請求項3】
前記アンテナ素子が円偏波型であることを特徴とする請求項1記載のレーダ用アンテナ。
【請求項4】
前記誘電体基板の前記対向壁面型のキャビティの一対のポスト壁が延びている方向の幅(Lx)が、前記ポスト壁の間隔(Lw)より狭く形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーダ用アンテナ。
【請求項5】
前記請求項1〜4のいずれかのレーダ用アンテナを、共通の誘電体基板上に前記ポスト壁の延びている方向と直交する方向に複数組並べてアレー化したことを特徴とするレーダ用アンテナ。
【請求項1】
誘電体基板(21)と、
前記誘電体基板の一面側に重なり合う地板導体(22)と、
前記誘電体基板の反対面に形成されたアンテナ素子(23、53)と、
一端側が前記地板導体に接続され、前記誘電体基板をその厚さ方向に沿って貫通し、他端側が前記誘電体基板の反対面まで延びた金属ポスト(30)を所定間隔で並べて形成した一対のポスト壁(31a、31b)で、前記アンテナ素子を挟むことにより構成した対向壁面型のキャビティ(31)と、
前記誘電体基板の反対面側に、前記一対のポスト壁をそれぞれ形成する複数の金属ポストの他端側をその並び方向に沿って短絡し、且つ前記アンテナ素子方向に所定距離延びた一対のリム導体(32a、32b)とを備えたことを特徴とするレーダ用アンテナ。
【請求項2】
前記アンテナ素子が、
前記誘電体基板の反対面に直線上に並ぶように形成された一対の素子片(23a、23b)からなるダイポール型であり、
前記対向壁面型のキャビティの一対のポスト壁は、前記アンテナ素子を前記素子片の並び方向に沿った方向から挟むことを特徴とする請求項1記載のレーダ用アンテナ。
【請求項3】
前記アンテナ素子が円偏波型であることを特徴とする請求項1記載のレーダ用アンテナ。
【請求項4】
前記誘電体基板の前記対向壁面型のキャビティの一対のポスト壁が延びている方向の幅(Lx)が、前記ポスト壁の間隔(Lw)より狭く形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーダ用アンテナ。
【請求項5】
前記請求項1〜4のいずれかのレーダ用アンテナを、共通の誘電体基板上に前記ポスト壁の延びている方向と直交する方向に複数組並べてアレー化したことを特徴とするレーダ用アンテナ。
【図1】
【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2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2009−212727(P2009−212727A)
【公開日】平成21年9月17日(2009.9.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−52651(P2008−52651)
【出願日】平成20年3月3日(2008.3.3)
【出願人】(000000572)アンリツ株式会社 (838)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年9月17日(2009.9.17)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年3月3日(2008.3.3)
【出願人】(000000572)アンリツ株式会社 (838)
【Fターム(参考)】
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