CN102868026B - 天线装置、雷达装置及电介质部件的配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线装置、雷达装置及电介质部件的配置方法。该天线装置具备多个电介质，并且抑制了以电介质彼此的边界为波源的旁瓣的影响。天线装置具备放射部以及电介质部（16、17、18、19）。放射部放射电磁波。电介质部（16、17、18、19）配置在放射部的电磁波放射侧，由沿放射部的长边方向排列的多个电介质部件构成。以下述虚拟线（S）为基准，沿放射部的长边方向排列的多个电介质部件的边界位置不对称，上述虚拟线（S）是以通过电介质部（16、17、18、19）的长边方向上的中央部的方式与该长边方向垂直引出的虚拟线。

Description

天线装置、雷达装置及电介质部件的配置方法

技术领域

本发明涉及具备多个电介质的天线装置。

背景技术

以往以来，已知以下天线装置：如专利文献1及2所示，该天线装置具备放射电磁波的放射部（辐射部、天线元件）以及对从放射部放射的电磁波进行波束成形的电介质。

放射部例如具备形成有裂缝的波导管，从该裂缝放射电磁波。在该放射部的电磁波放射侧配置有多个电介质。放射部所放射的电磁波根据电介质的形状或配置等而被波束成形。

例如，将两个电介质隔开规定的距离相对配置，使电磁波通过两个电介质之间，由此能够抑制电磁波的波束宽度。

专利文献1：日本特开2008－28795号公报

专利文献2：日本特开2010－157865号公报

但是，在船舶用的裂缝阵列天线等中，有时使用天线长度例如几米程度长的天线。在这样的天线上配置电介质的情况下，需要长的电介质。但是，长的电介质与短的电介质相比，每单位长度的价格高，因此导致材料成本增加。进而，长的电介质难以进行搬运等的处理，组装所需要的劳力及时间也增大。

为了解决该问题，考虑代替长的电介质而排列配置多个短的电介质的结构。但是，该结构中，电介质彼此的边界（分割面）成为波源，产生旁瓣。结果，例如在雷达影像中显示伪像，或不能进行适当的电磁波的收发。

发明内容

本发明是鉴于以上的情况而作出的，其目的在于提供以下结构：该结构为具备多个电介质的天线装置，并且抑制以电介质彼此的边界为波源的旁瓣的影响。

本发明要解决的问题如上所述，接着说明用于解决该问题的手段及其效果。

根据本发明的第一观点，提供以下结构的天线装置。即，该天线装置具备放射部以及电介质部。上述放射部放射电磁波。上述电介质部配置在上述放射部的电磁波放射侧，由沿该放射部的长边方向排列的多个电介质部件构成。以下述虚拟线为基准，沿放射部的长边方向排列的多个上述电介质部件的边界位置不对称，上述虚拟线是以通过上述电介质部的长边方向上的中央部的方式与该长边方向垂直引出的虚拟线。

由此，能够减轻以电介质部件彼此的边界位置为波源的旁瓣的影响。因此，能够向希望的方向可靠地放射电磁波。此外，以往为了抑制旁瓣而必须使用长的电介质，但通过采用本结构，能够使用多个短的电介质（电介质部件）。因此，能够实现材料成本的降低以及组装操作的容易化。

在上述天线装置中，优选的是，在上述电介质部的至少一端部配置的上述电介质部件和在端部以外配置的上述电介质部件在上述电介质部的长边方向上的长度不同。

由此，电介质部的结构成为非对称，能够减轻以电介质部件的边界位置为波源的旁瓣的影响。

在上述天线装置中，优选的是，在上述电介质部的端部以外配置的多个上述电介质部件中的至少两个在上述电介质部的长边方向上的长度相同。

由此，能够包括相同长度的电介质部件、并且使电介质部的结构不对称。因而，能够降低电介质部的材料成本及部件管理成本。

在上述天线装置中，优选的是，在上述电介质部的两端部以外配置的多个上述电介质部件的长度全部相同，在端部以外配置的上述电介质部件的长度与在两端部配置的上述电介质部件的长度之和相等。

本结构通过准备多个相同长度的电介质部件、并将其中的一个分割而配置在端部来实现。因而，能够进一步降低电介质部的材料成本及部件管理成本。

在上述天线装置中，优选的是，在将上述电介质部的端部以外配置的上述电介质部件的长度设为L时，在一端部配置的上述电介质部件的长度为L／3，在另一端部配置的上述电介质部件的长度为2L／3。

由此，能够有效地降低以电介质部件的边界位置为波源的旁瓣的影响。

在上述天线装置中，优选为以下的结构。即，上述放射部具备形成有多个裂缝的波导管。上述波导管从上述裂缝放射电磁波。

由此，能够在裂缝阵列天线中发挥上述效果。此外，裂缝阵列天线的天线长度往往较长，因此能够更高效地发挥能够使用多个短的电介质的本结构的效果。

在上述天线装置中，优选的是，用作发送电磁波并且接收该电磁波的反射波的雷达天线。

由此，能够在雷达天线中发挥上述效果。

在上述雷达装置中，优选设为以下的结构。即，该雷达装置具备雷达影像生成部。上述雷达影像生成部基于电磁波的反射波生成雷达影像。

由此，能够在雷达装置中发挥上述效果。

根据本发明的第二观点，提供一种电介质部件的配置方法，其是具备放射电磁波的放射部、以及由沿上述放射部的长边方向排列的多个电介质部件构成的电介质部的天线装置中的电介质部件的配置方法。即，该方法中，以下述虚拟线为基准，配置该电介质部件，以使上述电介质部件的边界位置不对称，上述虚拟线是以通过上述电介质部的长边方向上的中央部的方式与该长边方向垂直引出的虚拟线。

由此，能够减轻以电介质部件彼此的边界位置为波源的旁瓣的影响。因此，能够使用多个短的电介质（电介质部件），因此能够实现材料成本的降低、组装操作的容易化。

在上述的电介质部件的配置方法中，将相同长度的上述电介质部件中的一个进行分割，并将电介质部件配置成：分割后的上述电介质部件配置在两端部，并且在两端部以外配置相同长度的上述电介质部件。

由此，能够使用相同长度的电介质部件来降低部件管理成本，并且减轻以电介质部件之间的边界位置为波源的旁瓣的影响。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的天线装置的立体图。

图2是天线装置的侧面截面图。

图3是表示边界面为非对称性的天线装置的主视图。

图4A及图4B是边界面对称的比较例的天线装置的主视图。

图5是比较边界面对称的情况和不对称的情况的天线放射方向图的坐标图。

图6是表示边界位置与旁瓣的关系的坐标图。

附图标记说明

10天线装置；11天线罩；13同轴波导管变换器；14放射用波导管（波导管）；15垂直偏波抑制部；16～19电介质部；20放射部。

具体实施方式

接着，对照附图说明本发明的实施方式。首先，对照图1及图2说明本实施方式的天线装置10的整体结构。图1是本发明的一个实施方式的天线装置10的立体图。图2是天线装置10的侧面截面图。

天线装置10是波导管型的裂缝阵列天线，能够向在图1及图2中用箭头表示的方向放射电磁波。该天线装置10例如搭载在船舶上，作为发送电磁波并且接收该电磁波的反射波的雷达天线来使用。天线装置10与生成雷达影像的雷达影像生成部、显示该雷达影像的显示器等一起使用。

雷达影像生成部根据天线装置10发送电磁波的定时与接收反射波的时刻的时间差，求出到物标的距离。另外，在天线装置10一边旋转一边放射电磁波的情况下，雷达影像生成部根据天线装置10的朝向取得物标的方向。如以上这样，雷达影像生成部生成雷达影像。

天线装置10具备天线罩11、放射部20、以及电介质部16、17、18、19。此外，放射部20具备同轴波导管变换器13（仅图2图示）、放射用波导管（波导管）14以及垂直偏波抑制部15。

天线罩11是用于覆盖构成天线装置10的各部件的壳体。从耐环境性及强度的观点出发，天线罩11由纤维强化塑料（FRP）构成。另外，为了使得容易看见天线装置10的内部，在图1等中仅示出天线罩11的轮廓。

同轴波导管变换器13与省略图示的同轴电缆连接。同轴电缆是用于将使用配置在天线装置10的外部的磁控管（图略）等来产生的电磁波向天线装置10传递的电缆。同轴波导管变换器13如图2所示具备传递部32以及探针33。

传递部32将流过同轴电缆的电磁波向探针33传递。探针33将从传递部32传递而来的电磁波从同轴模（coaxial mode）变换为波导管模（waveguide mode）。另外，本实施方式中为端部馈电型的放射部20，是仅在放射部20的一端部（图1及图3所示的馈电侧）配置有探针33的结构。由探针33变换模式后的电磁波向放射用波导管14传递。

放射用波导管14是金属制的管状的部件。放射用波导管14中沿着放射部20的长边方向形成有多个图1所示的裂缝14a。放射用波导管14构成为将从同轴波导管变换器13（探针33）传递而来的电磁波从该裂缝14a向电磁波放射方向放射。

垂直偏波抑制部15是金属制的管状的部件。垂直偏波抑制部15中，沿着放射部20的长边方向形成有多个图1所示的格子15a。垂直偏波抑制部15构成为将从放射用波导管14传递而来的电磁波从该格子15a放射到外部。像这样，电磁波通过裂缝14a以及格子15a，由此能够抑制该电磁波的垂直偏波成分。

在垂直偏波抑制部15的电磁波放射侧，配置有以发泡电介质等为材料的电介质部16、17、18、19。具体而言，在隔开规定的间隔相互平行地配置的电介质部16、17的外侧，分别配置有电介质部18、19。天线装置10所放射的电磁波与该电介质部16、17、18、19的间隔相应地被抑制指向角（垂直方向的波束宽度）。另外，指向角不仅能够通过电介质部16、17、18、19的间隔来调整，而且还能够通过变更介电常数来调整。

通过以上的结构，天线装置10能够将使用磁控管等产生的电磁波以规定的指向角放出到外部。

接着，对照图3及图4A、图4B说明电介质部16、17、18、19的详细的结构。图3是表示边界面为非对称性的天线装置10的主视图。图4A及图4B是边界面对称的比较例的天线装置的主视图。另外，该主视图还能够表达为“按照与电磁波放射方向相反的朝向观察而得到的图”。

电介质部16、17、18、19是分别大致相同的结构，因此以下作为代表而说明电介质部16的结构。另外，在电介质部的说明中，有时将电介质部的长边方向的长度简单称作“长度”。

电介质部16如图3等所示，由5个电介质部件构成。5个电介质部件中的、配置在端部的2个电介质部件具有与剩余的3个电介质部件不同的长度。详细地讲，将在端部以外配置的电介质部件的长度设为L时，馈电侧的端部的电介质部件的长度为L／3。另一方面，另一端部的电介质部件的长度为2L／3。

接着，说明电介质部16的制作方法。利用相同长度（L）的4个电介质部件制作电介质部16。首先，操作者将4个电介质部件中的1个分割成一方的长度为L／3而另一方的长度为2L／3。并且，配置成长度为L／3的电介质部件位于馈电侧的端部、长度为2L／3的电介质部件位于与馈电侧不同侧的端部，并且，长度为L的3条电介质部件位于它们之间。

本实施方式的电介质部16如上所述地制作。此外，关于电介质部17、18、19，也可以通过相同的方法制作。如上所述，电介质部的组装操作完成。

另外，电介质部16、17、18、19如上所述地制作，因此在两端部配置的电介质部件的长度之和（L／3＋2L／3＝L）、与在端部以外配置的电介质部件的长度（L）相等。

通过如上所述地进行操作，能够以相同长度的电介质部件为材料制作电介质部16。由此，能够简单地进行电介质部件的库存管理。具体而言，不需要将电介质部件按长度分类并保管，此外，还能够简单地进行电介质部件的剩余数量的管理及订货处理等。

此外，通过如上所述地制作电介质部16，在主视图中，以下述虚拟线S（是电介质部16的垂直2等分线的虚拟线）为基准，电介质部件的边界位置（分割位置）不对称，上述虚拟线S是以通过电介质部16的长边方向上的中央部的方式与该长边方向垂直引出的虚拟线。

相对于此，仅由相同长度的电介质部件构成的电介质部如图4A所示，以同样地引出的虚拟线S为基准，电介质部件的边界位置对称。另外，以下，将由该图4A及下述的图4B所示的结构的电介质部件构成的天线装置有时称作“比较例”。

另外，即使与本实施方式相同的方法制作了电介质部、但在两端部的电介质部件的长度相等的情况下，如图4B所示，电介质部件的边界位置对称。

接着，为了明确通过使电介质部件的边界位置不对称来减轻旁瓣的影响的情况，说明本申请的申请人进行的实验。图5是比较边界面对称的情况与不对称的情况的天线放射方向图的坐标图。图6是表示边界位置与旁瓣的关系的坐标图。

图5中用粗线表示本实施方式（电介质部件的边界位置不对称）的天线放射方向图，用细线表示上述比较例（电介质部件的边界位置对称）的天线放射方向图。如该图5所示，在比较例的天线放射方向图中，在主束的附近明显出现了旁瓣。可以认为该旁瓣以电介质部件的边界为波源。另一方面，本实施方式的天线放射方向图中，没有出现这种旁瓣。也就是可以说，通过如本实施方式那样使电介质部件的边界位置不对称，减轻了旁瓣的影响。

图6是表示电介质部件的边界位置、与在规定范围内的方位角上产生的电磁波（旁瓣）之间的关系性的坐标图。另外，电介质部如上述说明构成为：5个电介质部件中的中央的3个电介质部件是相同的长度，两端的电介质部件的长度之和是与中央的电介质部件相同的长度。此外，图6的横轴的“向末端侧的偏移量”示出以图4A所示的比较例（边界位置对称）为基准将边界位置从该基准向末端侧（馈电侧的相反的端部侧）移动了多少。也就是说，图3所示的本实施方式中，从图4A所示的比较例向末端侧移动了L／3，因此“向末端侧的偏移量”为L／3。

如该图6所示，旁瓣的影响变大的是“向末端侧的偏移量”为0的情况（图4A所示的比较例）、以及“向末端侧的偏移量”为约±L／2的情况（图4B所示的比较例）。也就是说，推测为旁瓣在电介质部件的边界位置对称的情况下显著地出现。

另一方面，旁瓣大幅轻减的是“向末端侧的偏移量”为约L／3的情况（本实施方式）、以及“向末端侧的偏移量”为约－L／6的情况（即，约5L／6的情况）。由于5L／6－L／3＝L／2，因此推测为旁瓣大幅轻减的结构彼此的偏移量之差是约L／2。

如上所述，天线装置10具备放射部20以及电介质部16、17、18、19。放射部20放射电磁波。电介质部16、17、18、19配置在放射部20的电磁波放射侧，由沿放射部20的长边方向排列的多个电介质部件构成。以下述虚拟线S为基准沿放射部20的长边方向排列的多个电介质部件的边界位置不对称，上述虚拟线是以通过电介质部16、17、18、19的长边方向上的中央部的方式与该长边方向垂直引出的虚拟线。

由此，能够减轻以电介质部件彼此的边界位置为波源的旁瓣的影响。因此，能够向希望的方向可靠地放射电磁波。此外，通过采用本结构，能够使用多个短的电介质（电介质部件）。因此，能够实现材料成本以及部品管理成本的降低、组装操作的容易化。

以上说明了本发明的优选的实施方式，但上述的结构例如能够如以下这样变更。

构成电介质部的电介质部件的数量以及各电介质部件的长度不限于上述的例子，只要电介质部件的边界位置以虚拟线S为基准不对称，则可以是任意的。

放射部20不限于端部馈电型，也可以是在放射部20的长边方向上的中央部配置探针33的中心馈电型。

探针33的形状不限于上述的结构，也可以使用任意的形状的探针。例如可以根据钣金的厚度及宽度、波导管的形状等，决定形状以适当地传递电磁波。

天线装置10不限于上述的裂缝阵列天线，只要是具备在水平方向上排列配置的电介质的结构，则能够使用任意的天线装置。

天线装置10不限于上述的船舶用雷达天线，也可以是搭载于其他移动体上的雷达天线、设置于灯塔等上监视移动体的位置等的雷达装置用的雷达天线。此外，除雷达天线以外，例如还可以在仅用于规定的信息的发送的天线中适用本发明。

Claims (10)

1.一种天线装置，其特征在于，具备：

放射部，放射电磁波；以及

电介质部，配置在上述放射部的电磁波放射侧，由沿与该放射部的电磁波放射方向垂直的该放射部的长边方向排列的多个电介质部件构成；

以下述虚拟线为基准，沿上述放射部的长边方向排列的多个上述电介质部件的边界位置不对称，上述虚拟线通过上述电介质部在上述放射部的长边方向上的中央部，并与该长边方向垂直地引出。

2.如权利要求1记载的天线装置，其特征在于，

在上述电介质部的至少一端部配置的上述电介质部件与在端部以外配置的上述电介质部件在上述放射部的长边方向上的长度不同。

3.如权利要求1或2记载的天线装置，其特征在于，

构成上述电介质部的上述电介质部件为四个以上，

在上述电介质部的端部以外配置的多个上述电介质部件中的至少两个电介质部件在上述放射部的长边方向上的长度相同。

4.如权利要求3记载的天线装置，其特征在于，

在上述电介质部的两端部以外配置的多个上述电介质部件在上述放射部的长边方向上的长度全部相同，在上述两端部配置的上述电介质部件在上述放射部的长边方向上的长度之和与在上述两端部以外配置的上述电介质部件在上述放射部的长边方向上的长度相等。

5.如权利要求4记载的天线装置，其特征在于，

将在上述电介质部的两端部以外配置的上述电介质部件在上述放射部的长边方向上的长度设为L时，在上述两端部中的一端部配置的上述电介质部件在上述放射部的长边方向上的长度为L/3，在上述两端部中的另一端部配置的上述电介质部件在上述放射部的长边方向上的长度为2L/3。

6.如权利要求1或2记载的天线装置，其特征在于，

上述放射部具备形成有多个裂缝的波导管；

上述波导管从上述裂缝放射电磁波。

7.如权利要求1或2记载的天线装置，其特征在于，

用作发送电磁波并且接收该电磁波的反射波的雷达天线。

8.一种雷达装置，其特征在于，具备：

权利要求7记载的天线装置；以及

雷达影像生成部，基于电磁波的反射波，生成雷达影像。

9.一种电介质部件的配置方法，是天线装置中的电介质部件的配置方法，该天线装置具备：放射部，放射电磁波；以及电介质部，由沿与上述放射部的电磁波放射方向垂直的该放射部的长边方向排列的多个电介质部件构成；该电介质部件的配置方法的特征在于，

以下述虚拟线为基准，将上述电介质部件配置为该电介质部件的边界位置不对称，上述虚拟线通过上述电介质部在上述放射部的长边方向上的中央部，并与该长边方向垂直地引出。

10.如权利要求9记载的电介质部件的配置方法，其特征在于，

将相同长度的至少三个上述电介质部件中的一个电介质部件分割，并将各电介质部件配置成：分割后的上述电介质部件配置在上述电介质部的两端部，并且在该两端部以外配置上述放射部的长边方向上的长度相同的上述电介质部件。