DE102022114754A1

DE102022114754A1 - Antennenarray für hochfrequenzvorrichtung

Info

Publication number: DE102022114754A1
Application number: DE102022114754.1A
Authority: DE
Inventors: Masato KOHTANI
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Mirise Technologies Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Mirise Technologies Corp
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2022-06-13
Publication date: 2022-12-22
Also published as: JP2022191769A; US11967774B2; US20220407225A1; CN115483535A

Abstract

Ein Antennenarray für eine Hochfrequenzvorrichtung weist mehrere Antennenelemente (11) auf, die für ein Radargerät verwendet werden und in einem zweidimensionalen Array in einem vorbestimmten Bereich angeordnet sind. Die mehreren Antennenelemente umfassen gruppierte Ein-Elemente (11 a) und einzelne Ein-Elemente (11c) mit einem spezifischen Abstand zur Gitterkeulenauslöschung, die jeweils elektrisch mit einem Phasenschieber (14) verbunden sind. Die Ein-Elemente sind so angeordnet, dass eine Dichte der Ein-Elemente an einem zentralen Abschnitt in dem zweidimensionalen Array hoch und eine Dichte der Ein-Elemente an vier Ecken in dem zweidimensionalen Array niedrig ist.

Description

QUERVERWEIS AUF IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der am 16. Juni 2021 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-100206, auf deren Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Antennenarray für eine Hochfrequenzvorrichtung.
HINTERGRUND
Die technologische Entwicklung von Phased-Array-Antennen für Hochfrequenzvorrichtungen schreitet voran (siehe z. B. US 2017 / 207 547 A1 ). Gemäß einer Phased-Array-Antenne, die in der US 2017 / 207 547 A1 beschrieben ist, sind einzelne Array-Elemente zweidimensional angeordnet, wobei die einzelnen Array-Elemente in Einheiten von beispielsweise acht angeordnet sind. Die einzelnen Array-Elemente sind als 4x2 und 8x1 quadratisches Sub-Array gruppiert. Die mehreren quadratischen Sub-Arrays sind so gekachelt, dass eine Periodizität eines Phasenzentrums unterbrochen wird, um so eine Gitterkeule zu reduzieren.
KURZDARSTELLUNG
Bei der Technik, die in der US 2017 / 207 547 A1 beschrieben ist, wird die Periodizität des Phasenzentrums unterbrochen, um die Gitterkeule zu unterdrücken. Andererseits werden jedoch, durch die Verringerung der Periodizität des Phasenzentrums, alle der Phasenzentren unregelmäßig von Elementkoordinaten verschoben, was die Berechnung des Phasenwerts und die Berechnung der Ausdünnung bzw. Reduzierung (tapering) erschwert.
D. h., wenn das Off-Grid in der Phasenzentrumsposition sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung zunimmt, ändert sich der Abstand zwischen benachbarten Elementen vom idealen Abstand von 0,5 λ, und es gibt keine Prämisse, was die Berechnung des Phasenwerts erschwert. Der Erfinder fand ebenso heraus, dass durch vertikale oder horizontale Gruppierung benachbarter einzelner Array-Elemente, um die Anzahl von Phasenschiebern zu verringern und das System zu vereinfachen, beim Scannen bzw. Abtasten in der vertikalen oder horizontalen Richtung, die mit der Gruppierungsrichtung übereinstimmt, eine Gitterkeule erzeugt wird. Andererseits ist es zum Beispiel bei einem Radarsensor vom Scan- bzw. Abtasttyp aus Kostengründen und zur Vereinfachung des Systems besonders wichtig, die Anzahl von Phasenschiebern zu reduzieren, die elektrisch mit dem Ein-Element des phasengesteuerten Arrays (Phased-Array) verbunden sind.
In Anbetracht der vorgenannten Schwierigkeiten ist es Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Antennenarray für eine Hochfrequenzvorrichtung bereitzustellen, mit dem eine Erzeugung von Gitterkeulen (und Nebenkeulen und dergleichen) unterdrückt und gleichzeitig die Anzahl von Phasenschiebern verringert werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Antennenarray für eine Hochfrequenzvorrichtung mehrere Antennenelemente auf, die für ein Radargerät verwendet werden und in einem zweidimensionalen Array in einem vorbestimmten Bereich angeordnet sind. Die mehreren Antennenelemente umfassen Ein-Elemente, die elektrisch mit einem Phasenschieber verbunden sind. Die Ein-Elemente sind so angeordnet, dass eine Dichte der Ein-Elemente an einem zentralen Abschnitt in dem zweidimensionalen Array hoch und eine Dichte der Ein-Elemente an vier Ecken in dem zweidimensionalen Array niedrig ist.
Da bei dem obigen Antennenarray die Anzahl der Ein-Elemente reduziert werden kann, kann auch die Anzahl der Phasenschieber, die elektrisch mit den Ein-Elementen verbunden sind, verringert werden. Ferner kann, da die Dichte der Ein-Elemente in der Mitte hoch und an den vier Ecken niedrig ist, die Erzeugung unnötiger Nebenkeulen und dergleichen unterdrückt werden.
Figurenliste
Die Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines realen und eines virtuellen Strahls in einem Hybridradar gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ein elektrisches Konfigurationsdiagramm zur Veranschaulichung eines Hybridradargeräts gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ein elektrisches Konfigurationsdiagramm zur Veranschaulichung von mehreren Empfängerantennenarrays, die mit Phasenschiebern und Abwärtswandlern verbunden sind, gemäß der ersten Ausführungsform;
4 eine Abbildung zur Veranschaulichung des realen Strahls und des virtuellen Strahls gemäß der ersten Ausführungsform;
5 eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung einer Anordnung von Empfängerantennenarrays mit Phasenschieber-ICs und Transceiver-ICs mit mehreren Mischern in einer Hybridradararchitektur gemäß der ersten Ausführungsform;
6 eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung einer Anordnung von Ein-Elementen in einem Antennenarray und einer Verbindung von Phasenschiebern und eines Abwärtswandlers gemäß der ersten Ausführungsform;
7 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Abmessung der Ein-Element-Anordnung gemäß der ersten Ausführungsform;
8 ein erläuterndes Diagramm zur Veranschaulichung eines Plots einer theoretischen Berechnung von Gitterkeulenwinkel vs. Abtastwinkel mit verschiedenen Werten von d/λ, gleichzeitig geplottet mit simuliertem Gitterkeulenwinkel bei verschiedenen Abtastwinkeln in einem idealen URA (Uniform Rectangular Array oder rechtwinkliges Antennenarray) mit vertikaler Gruppierung benachbarter Elemente;
9 simulierte Strahlenmuster für zwei Arten von Nullfiltern, die in der E-Ebene auf 17,5° gelenkt bzw. gesteuert werden, um Nullen im gleichen Winkel der Gitterkeule gemäß der ersten Ausführungsform zu zeigen, gleichzeitig geplottet mit einem simulierten Strahlenmuster für das URA mit vertikaler Gruppierung benachbarter Elemente, in der E-Ebene auf 17,5° gelenkt bzw. gesteuert, um die Gitterkeule als eine Referenz zu zeigen;
10 simulierte Strahlenmuster für TX und RX (TX = RX in diesem Fall) und die kombinierten Strahlenmuster von TX und RX, in der E-Ebene auf 17,5° gelenkt bzw. gesteuert, wobei der Hauptkeulenpeak auf 0 dB normiert ist, für ein Antennenarray gemäß der ersten Ausführungsform;
11 ein simuliertes RX-Strahlenmuster für das Antennenarray mit drei Arten von Null-Filtern in einem Antennenarray 7, gleichzeitig geplottet mit dem URA mit vertikaler Gruppierung benachbarter Elemente gemäß der ersten Ausführungsform, wenn der Hauptstrahlwinkel in der E-Ebene auf 5° gelenkt bzw. gesteuert wird;
12 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines simulierten RX-Strahlenmusters eines Antennenarrays gemäß der ersten Ausführungsform, wenn der Hauptstrahlwinkel in der E-Ebene auf 17,5° gelenkt bzw. gesteuert wird, gleichzeitig geplottet mit dem URA mit vertikaler Gruppierung benachbarter Elemente;
13 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines Übergangs eines Gitterkeulenerzeugungswinkels, wenn der Hauptstrahlwinkel von 0° auf 40° in der E-Ebene geändert wird, sowie ein Simulationsergebnis von Nullwinkeln bei verschiedenen Abtastwinkeln für zwei Arten von Nullfiltern, die in dem Antennenarray gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden;
14 eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung einer Anordnung von Ein-Elementen für ein Antennenarray gemäß einer zweiten Ausführungsform;
15 eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung einer Anordnung von Ein-Elementen für ein Antennenarray gemäß einer dritten Ausführungsform;
16 eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung eines Teils der Anordnung der Ein-Elemente für das Antennenarray gemäß der dritten Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend sind einige Ausführungsformen, bei denen ein Antennenarray für eine Hochfrequenzvorrichtung für ein Radargerät 1 verwendet wird, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen sind gleiche oder ähnliche Konfigurationen mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen und je nach Bedarf nicht wiederholt beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend ist eine erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 bis 13 beschrieben. Das Radargerät 1 ist, wie in 1 dargestellt, an einem vorderen Ende eines Fahrzeugs 40 angebracht und wird für eine LRR-Anwendung (LRR: Long Range Radar oder Fernbereichsradar) verwendet, die einen vorbestimmten Bereich von einigen hundert Metern vor dem Fahrzeug abtastet. Das Radargerät 1 kann an mehreren Stellen an der Front, dem Heck, der linken und rechten Seite des Fahrzeugs 40 angebracht werden.
Das in 2 dargestellte Fahrzeugradargerät 1 weist hauptsächlich eine integrierte Transceiver-Schaltung IC1 und eine integrierte Phasenschieberschaltung IC2 auf. Das Radargerät 1 berechnet die Entfernung zu einem Ziel, den Vorhandenseinswinkel und dergleichen, indem es Signale von Empfängerkanälen (RX-Kanälen) synthetisiert. Die Anzahl der RX-Kanäle beträgt 4. Im folgenden Beispiel ist die Anzahl von Sendekanälen (TX-Kanälen) 1, ist die Anzahl von RX-Kanälen 4 und sind die RX-Kanäle als Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 kodiert. Die Anzahl von RX-Kanälen n kann jedoch eine beliebige Zahl größer als zwei sein.
Die integrierte Phasenschieberschaltung IC2 weist eine RX-Phasenschiebereinheit 10 für jeden der RX-Kanäle Rx1 bis Rx4 auf. Ein Antennenarray 7 für eine Hochfrequenzvorrichtung (im Folgenden als Antennenarray 7 abgekürzt) ist mit jeder der RX-Phasenschiebereinheiten 10 verbunden. Wie in 3 dargestellt, wird das Antennenarray 7 als eine Phased-Array-Antenne (phasengesteuerte Antenne) verwendet. Das Antennenarray 7 wird konfiguriert, indem Ein-Elemente 11a und 11c, die elektrisch mit der integrierten Phasenschieberschaltung IC2 verbunden sind, sowie ein Aus-Element 11b und ein Dummy-Element 11d, das nicht elektrisch mit der integrierten Phasenschieberschaltung IC2 verbunden ist, kombiniert werden. Hierauf ist nachstehend noch näher eingegangen.
Wie in 2 dargestellt, ist die RX-Phasenschiebereinheit 10 mit einer IC-Kontaktstelle 20 verbunden. Die Ein-Elemente 11a und 11c, die das Antennenarray 7 bilden, sind über Leiterplatten- bzw. PCB-Verdrahtungen mit den entsprechenden IC-Kontaktstellen 20 verbunden. Ferner weist die RX-Phasenschiebereinheit 10 einen Verstärker mit variabler Verstärkung 13, einen Phasenschieber 14 und einen Verstärker 15 als eine Hochfrequenzeinheit 12 auf.
Wenn im RX-Phasenschieber IC10 ein Signal von dem Antennenarray 7 über die IC-Kontaktstelle 20 empfangen wird, verstärkt der Verstärker mit variabler Verstärkung 13 das von dem Antennenarray 7 empfangene Signal, verschiebt der Phasenschieber 14 die Phase des verstärkten Signals des Verstärkers mit variabler Verstärkung 13 um einen Phasenverschiebungswert φ und verstärkt der Verstärker 15 das Phasenverschiebungssignal des Phasenschiebers 14 und gibt das Signal an einen Mischer 9 aus. Durch die Konfiguration mit dem Verstärker 13 mit variabler Verstärkung zwischen dem Antennenarray 7 und dem Phasenschieber 14 kann der Trade-off zwischen der NF (noise figure oder Rauschzahl) und der Verzerrungsleistung auf dem System des Radargeräts 1 je nach Anwendung verbessert werden. Eine hohe Verstärkungseinstellung (NF-Minimum) verbessert beispielsweise das Erfassungsvermögen eines weit entfernten Ziels (nachstehend als Fernziel bezeichnet), und eine niedrige Verstärkungseinstellung ermöglicht es, die Sättigung bei Erfassung eines Ziels in geringer Entfernung (nachstehend als Nahziel bezeichnet) zu verringern.
Im Konfigurationsbeispiel von 3, das insbesondere die Verbindung von 2 zeigt, verarbeitet die RX-Phasenschiebereinheit 10 der RX-Kanäle Rx1 bis Rx4 das von dem Antennenarray 7 empfangene Signal und synthetisiert anschließend die Signale über die Knoten N1 bis N5, um sie an den Mischer 9 auszugeben. Der Knoten N1 synthetisiert die Empfangssignale, die von den beiden Ein-Elementen 11a empfangen werden. Der Knoten N2 synthetisiert die Empfangssignale, die von den beiden Ein-Elementen 11a und 11c empfangen werden.
Der Knoten N3 in 3 synthetisiert die Empfangssignale, die von den beiden Ein-Elementen 11a und 11c empfangen werden. Der Knoten N4 synthetisiert die Empfangssignale, die von den beiden Ein-Elementen 11a empfangen werden. Am Knoten N5 werden die über die Knoten N1 bis N4 erhaltenen Signale kombiniert und an den Mischer 9 ausgegeben. Die Leitungslängen von den Ein-Elementen 11 a und 11c bis zum Mischer 9 können so konfiguriert sein, dass sie zueinander gleich lang sind.
Andererseits ist, wie in 2 dargestellt, die integrierte Transceiver-Schaltung IC1 als ein Block mit einer Steuereinheit 2, einer Signalverarbeitungseinheit 3, einer PLL 4, einer TX-Einheit 5 und einer RX-Einheit 6 aufgebaut. Die Steuereinheit 2 der integrierten Transceiver-Schaltung IC1 führt verschiedene Steuerfunktionen aus, wie die Ausgangsfrequenz-Steuereinheit 2a, die Amplituden-Steuereinheit 2b und die Phasen-Steuereinheit 2c, indem sie eine vorbestimmte Steuerlogik ausführt. Die Ausgangsfrequenz-Steuereinheit 2a steuert die Ausgangsfrequenz der PLL 4. Die Phasen-Steuereinheit 2c steuert den Phasenverschiebungswert φ des Phasenschiebers 14 in der integrierten Phasenschieberschaltung IC2. Die Amplituden-Steuereinheit 2b steuert die Amplitude des Verstärkers mit variabler Verstärkung 13 in der integrierten Phasenschieberschaltung IC2. Die Steuereinheit 2 steuert die RX-Strahlabtastwinkel der RX-Kanäle Rx1 bis Rx4, indem sie den Phasenverschiebungswert φ des Phasenschiebers 14 jedes RX-Kanals Rx1 bis Rx4 unter Verwendung der Phasen-Steuereinheit 2c steuert.
Die RX-Einheit 6 weist einen LO-Verstärker 8 und einen Mischer 9 auf und ist mit einer RX-Phasenschiebereinheit 10 der integrierten Phasenschieberschaltung IC2 verbunden. Die PLL 4 verwendet einen Referenztakt CLK, der von einem Referenzschwingkreis (nicht dargestellt) eingegeben wird, und gibt durch Einstellen von Parametern wie einem Vielfachen des Referenztakts CLK ein lokales Signal (mit z. B. 77 GHz) im Millimeterwellenband mit derselben Frequenz an den Mischer 9 in allen RX-Kanälen Rx1 bis Rx4 aus. Der Mischer 9 kann ein ZF-Ausgangssignal mit einer zur Entfernung proportionalen Frequenz gewinnen, indem er das lokale Signal und das Signal mischt, das durch Reflexion der von der TX-Einheit 5 ausgegebenen Funkwellen an dem Ziel empfangen wird. Obgleich nicht hierin beschrieben, kann ein Multiplizierer vorgesehen sein, um die Frequenz mit einer gewünschten Frequenz zu multiplizieren, woraufhin das lokale Signal an jeden RX-Kanal Rx1 bis Rx4 ausgegeben werden kann.
Der LO-Verstärker 8 verstärkt das lokale Signal der PLL 4 mit einer vorbestimmten Amplitude und gibt es an den Mischer 9 in jedem RX-Kanal Rx1 bis Rx4 aus. Der Mischer 9 jedes RX-Kanals Rx1 bis Rx4 nimmt das Ausgangssignal der RX-Phasenschiebereinheit 10 jedes RX-Kanals Rx1 bis Rx4 und das vom LO-Verstärker 8 verstärkte lokale Signal als ZF-Signale IF1 bis IF4 auf und mischt sie.
Da dieselbe PLL 4 das lokale Signal an den Mischer 9 aller RX-Kanäle Rx1 bis Rx4 liefert, weist das ZF-Signal eine hohe Korrelation mit der Frequenzänderung des Referenztakts CLK und der Änderung der Frequenzcharakteristik in Bezug auf die Änderung der äußeren Umgebung auf.
Außerdem gibt der Mischer 9 jedes RX-Kanals Rx1 bis Rx4 das Ausgangssignal jedes Mischers 9 an die Signalverarbeitungseinheit 3 aus. Die Signalverarbeitungseinheit 3 weist einen Prozessor und eine vorbestimmte elektronische Steuerlogik auf und kann den Winkel eines Ziels schätzen, das sich in einem Sektor befindet, in dem das Sichtfeld durch Signalverarbeitung wie digitale Strahlformung (DBF) eingeengt ist.
Die Signalverarbeitungseinheit 3 gibt das vom Mischer 9 verarbeitete ZF-Signal über einen ZF-Filter (nicht dargestellt) an den A/D-Wandler 3a. Der A/D-Wandler 3a wandelt das ZF-Signal durch einen Analog-Digital-Wandlungsprozess in die digitalen Daten um. Die Signalverarbeitungseinheit 3 führt eine vorbestimmte digitale Signalverarbeitung durch die FFT 3b durch und misst, wie in 1 gezeigt, den Abstand zwischen dem Subjektfahrzeug 40 und dem anderen Fahrzeug 41, die relative Geschwindigkeit in Bezug auf das Fahrzeug 41 und den Vorhandenseinswinkel des Fahrzeugs 41.
Die Signalverarbeitungseinheit 3 engt das Sichtfeld durch analoge Strahlformung mit Hilfe des Phasenschiebers 14 auf den in 1 dargestellten Sektorbereich Sb ein. Durch die Ausführung einer Signalverarbeitung durch den DBF-Algorithmus bildet die Signalverarbeitungseinheit 3, wie in 4 gezeigt, einen schmalen virtuellen Strahl Sc in dem Sektorbereich Sb und identifiziert das Fahrzeug 41 mit höherer Auflösung als ein Abtastziel. Dadurch kann das andere Fahrzeug 42 aus dem Abtastziel ausgeschlossen werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, MUSIC (MUltiple Signal Classification bzw. Mehrfachsignalklassifizierung) oder dergleichen anzuwenden, das eine höhere Auflösung als DBF (vorstehend beschrieben) für mehrere Ziele erzielen kann.
Wie in den 1 und 4 dargestellt, verwendet die Signalverarbeitungseinheit 3 beispielsweise den DBF-Algorithmus, um das Sichtfeld auf den Sektorbereich Sb anstelle des gesamten Weitwinkel-Sichtfeldes Sa einzugrenzen, und erfasst einen virtuellen Strahl Sc für jeden Sektorbereich Sb. Daher kann das Fahrzeug 41, das ein Ziel ist, mit hoher Auflösung in dem engen Sektorbereich Sb identifiziert werden. Da das Sichtfeld auf den Sektorbereich Sb eingegrenzt werden kann, lässt sich der Rechenaufwand im Vergleich zum herkömmlichen MIMO-Radar reduzieren. Die Hybridmethode ist somit eine effiziente Scan- bzw. Abtastmethode, die den Trade-off zwischen verkürzter Abtastzeit und hohem Auflösungsvermögen mildert.
Nachfolgend ist ein Aufbau des Antennenarrays 7 beschrieben, das in einem solchen Radargerät 1 verwendet wird. Da die Strukturen des Antennenarrays 7 für die TX-Einheit 5 und die RX-Einheit 6 identisch sind, ist im Folgenden das mit der RX-Einheit 6 verbundene Antennenarray 7 beschrieben.
Wie in den 5 und 6 dargestellt, wird das Antennenarray 7 jedes RX-Kanals Rx1 bis Rx4 konfiguriert, indem Elemente 11a bis 11d in Form von rechteckigen Metallflächen in gitterförmig unterteilten Bereichen angeordnet werden. Der äußere Rahmen des Antennenarrays 7 weist eine rechteckige Form auf, und rechteckige Elemente 11a bis 11d sind in dem Bereich der gitterförmigen Vertices im äußeren Rahmen des Antennenarrays 7 angeordnet. In dieser Ausführungsform, wie in 5 oder 6 gezeigt, sind wirksame Elemente in einem zweidimensionalen Array-Bereich angeordnet, der in 16 Reihen und 12 Spalten unterteilt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in 5 oder 6 gezeigt, in jedem Antennenarray 7 achtzehn Elemente 11a bis 11d nebeneinander im Gitterunterteilungsbereich entlang der langen Seite in Y-Richtung angeordnet, und vierzehn Elemente 11a bis 11d sind nebeneinander im Gitterunterteilungsbereich entlang der kurzen Seite in X-Richtung angeordnet. Außerdem ist der Abstand zwischen den benachbarten Elementen 11a bis 11d auf die Hälfte der Radarwellenlänge λ festgelegt, und jedes der Elemente 11a bis 11d weist eine rechteckige Form auf. Das Antennenarray 7 ist in der XY-Ebene angeordnet und sendet einen Strahl in +Z-Achsen-Richtung orthogonal zur XY-Ebene aus. Wie in 5 dargestellt, ist das Antennenfeld 7 mit einem Basisarray von 16 × 12 kontinuierlich in X-Achsen-Richtung angeordnet, um mit den vier RX-Kanälen Rx1 bis Rx4 verbunden zu werden. Mit anderen Worten, in dem Hybridsystem sind beispielsweise 16 × 48 Antennenarrays in 16 × 12 Antennenarrays 7 für N unterteilt, und eine ZF-Signalverarbeitung erfolgt für N unter Verwendung der N RX-Mischer. In dieser Ausführungsform ist ein Beispiel mit N = 4 beschrieben.
Wie oben beschrieben, weist das Antennenarray 7 Ein-Elemente 11 a und 11c, Aus-Elemente 11b und Dummy-Elemente 11d auf. Das Ein-Element 11a ist ein Element, das elektrisch mit der integrierten Phasenschieberschaltung IC2 verbunden ist, in einem Paar der Ein-Elemente 11a, die in Y-Richtung nebeneinander liegen. Das Ein-Element 11c ist ein Element, das elektrisch mit der integrierten Phasenschieberschaltung IC2 verbunden ist, in einem Paar der Ein-Elemente 11c, die in Y-Richtung voneinander getrennt sind. Daher sind die Ein-Elemente 11a und 11c mit unterschiedlichen Bezugszeichen dargestellt. Die gefüllten Flächen in den 5 und 6 zeigen das Ein-Element 11a, und das Ein-Element 11c ist mit Schraffuren dargestellt. Das Aus-Element 11b ist durch einen Rahmen mit durchgezogener Linie und das Dummy-Element 11d durch einen Rahmen mit gestrichelter Linie dargestellt.
Am äußersten Umfang des zweidimensionalen Arrays des Antennenarrays 7 sind Dummy-Elemente 11d angeordnet. Das Dummy-Element 11d ist wie das Aus-Element 11b nicht mit der RX-Phasenschiebereinheit 10 verbunden. Da das Dummy-Element 11d am äußersten Umfang des zweidimensionalen Arrays angeordnet ist, kann die Qualität des TX- und RX-Signals bei Verwendung des Antennenarrays 7 verbessert werden.
In der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform können, wenn die Ein-Elemente 11a am Vertex des inneren Gitters mit Ausnahme des Dummy-Elements 11d des äußersten Rahmens angeordnet sind, insgesamt 16 × 12 = 192 Ein-Elemente 11a angeordnet werden. Es ist jedoch nicht vorteilhaft, die Ein-Elemente 11a an allen Vertices des Gitters anzuordnen, da die Phasenverschiebungssteuerung in einem Fall, in dem alle Ein-Elemente 11a von der integrierten Phasenschieberschaltung IC2 gesteuert werden, kompliziert wird. Daher wird in dieser Ausführungsform die Anzahl der phasenverschiebungsgesteuerten Ein-Elemente 11a und 11c reduziert, indem die zweidimensionale Anordnung der Ein-Elemente 11a und 11c und des Aus-Elements 11b konstruiert wird, und die Phasenverschiebungssteuerung wird weiter vereinfacht.
In der folgenden Beschreibung sind die Reihen der einzelnen Antennenarrays 7, wie in 6 dargestellt, als Reihen X1 bis X12 bezeichnet. Ferner sind beide Enden der Y-Reihe, in der das Dummy-Element 11d angeordnet ist, als Reihen Yd1 und Yd2 bezeichnet, und die dazwischen liegenden Reihen sind als Reihen Y1 bis Y16 bezeichnet. Wenn der Anordnungsbereich der Elemente 11a bis 11d gezeigt ist, ist dieser durch die Koordinatenschreibweise (X, Y) dargestellt. Ferner ist, wenn beispielsweise das Ein-Element 11a in Reihe Y3 und das Ein-Element 11a in Reihe Y4 elektrisch verbunden und gruppiert sind, die Gruppierung durch ein Minuszeichen angezeigt, wie beispielsweise „Y3 - Y4“.
Wie in 6 gezeigt, sind eine große Anzahl von IC-Kontaktstellen 20 und ein Paar von Ein-Elementen 11a und ein Paar von Ein-Elementen 11c des Antennenarrays 7 durch eine TX-Leitung 21 unter Verwendung einer Leiterplatte verbunden, wodurch Signale von den Ein-Elementen 11a und 11c empfangen werden können. Ein Beispiel für die Anordnung der Elemente 11a bis 11d ist unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Wie in 6 gezeigt, befindet sich, im Antennenarray 7, die Zeilen- bzw. Reihenmitte zwischen den Reihen Y8 und Y9 und die Spaltenmitte zwischen den Spalten X6 und X7. Die Ein-Elemente 11a sind in vertikaler Richtung symmetrisch zur Reihenmitte und in horizontaler Richtung symmetrisch zur Spaltenmitte angeordnet. Ferner sind die Ein-Elemente 11a so angeordnet, dass sie punktsymmetrisch zur Mitte des Antennenarrays 7 sind.
Insbesondere sind, im Antennenarray 7, die Ein-Elemente 11a in dem Bereich der linken Hälfte von 6 in vertikaler Richtung symmetrisch angeordnet an:

Koordinaten (X1, Y3 - Y4) und Koordinaten (X1, Y13 - Y14),
Koordinaten (X2, Y2 - Y3) und Koordinaten (X2, Y14 - Y15),
Koordinaten (X2, Y5 - Y6) und Koordinaten (X2, Y11 - Y12),
Koordinaten (X2, Y8 - Y9),
Koordinaten (X3, Y4 - Y5) und Koordinaten (X3, Y12 - Y13), und
Koordinaten (X3, Y7 - Y8) und Koordinaten (X3, Y9 - Y10).

Ferner sind die Ein-Elemente 11a in vertikaler Richtung symmetrisch angeordnet an:

Koordinaten (X4, Y1 - Y2) und Koordinaten (X4, Y15 - Y16),
Koordinaten (X4, Y3 - Y4) und Koordinaten (X4, Y13 - Y14),
Koordinaten (X4, Y6 - Y7) und Koordinaten (X4, Y10 - Y11),
Koordinaten (X5, Y4 - Y5) und Koordinaten (X5, Y12 - Y13),
Koordinaten (X5, Y6 - Y7) und Koordinaten (X5, Y10 - Y11),
Koordinaten (X5, Y8 - Y9),
Koordinaten (X6, Y2 - Y3) und Koordinaten (X6, Y14 - Y15), und
Koordinaten (X6, Y7 - Y8) und Koordinaten (X6, Y9 - Y10).

Ferner sind, im Antennenarray 7, die Ein-Elemente 11a in dem Bereich der rechten Hälfte von 6 in vertikaler Richtung symmetrisch angeordnet an:

Koordinaten (X12, Y3 - Y4) und Koordinaten (X12, Y13 - Y14),
Koordinaten (X11, Y2 - Y3) und Koordinaten (X11, Y14 - Y15),
Koordinaten (X11, Y5 - Y6) und Koordinaten (X11, Y11 - Y12),
Koordinaten (X11, Y8 - Y9),
Koordinaten (X10, Y4 - Y5) und Koordinaten (X10, Y12 - Y13), und
Koordinaten (X10, Y7 - Y8) und Koordinaten (X10, Y9 - Y10).

Koordinaten (X9, Y1 - Y2) und Koordinaten (X9, Y15 - Y16),
Koordinaten (X9, Y3 - Y4) und Koordinaten (X9, Y13 - Y14),
Koordinaten (X9, Y6 - Y7) und Koordinaten (X9, Y10 - Y11),
Koordinaten (X8, Y4 - Y5) und Koordinaten (X8, Y12 - Y13),
Koordinaten (X8, Y6 - Y7) und Koordinaten (X8, Y10 - Y11),
Koordinaten (X8, Y8 - Y9),
Koordinaten (X7, Y2 - Y3) und Koordinaten (X7, Y14 - Y15), und
Koordinaten (X7, Y7 - Y8) und Koordinaten (X7, Y9 - Y10).

Die Gruppierungsrichtung der Ein-Elemente 11a ist die Y-Richtung und nicht die X-Richtung. Daher können die Ein-Elemente 11a angeordnet werden, ohne dass eine Gitterkeule in X-Richtung erzeugt wird, die bei einer Gruppierung voraussichtlich auftreten würde, da die horizontalen Ein-Elemente ohne Gruppierung mit einem idealen halben Lambda-Abstand angeordnet sind.
Ein Verbindungsmittelabschnitt, mit dem das Paar von Ein-Elementen 11a verbunden ist, ist als RX-Einspeisepunkt für die Übertragungsleitung 21 definiert, und das Phasenzentrum des gruppierten Paares von Ein-Elementen 11a befindet sich an dem Verbindungsmittelabschnitt. Die Übertragungsleitung 21 ist unter Verwendung der auf der Leiterplatte befindlichen Verdrahtung konfiguriert. Die Leitungslängen der Übertragungsleitungen 21, die die IC-Kontaktstelle 20 und jedes der Paare von Ein-Elementen 11a verbinden, können einander gleich sein oder in einem Verhältnis von p × λ (wobei p eine ganze Zahl ist) zueinander stehen, um die Phase für alle Kanäle anzugleichen. Mit dieser Konfiguration lässt sich die Anordnung der Ein-Elemente 11a im Antennenarray 7 einfach gestalten.
Ferner sind, wie in 6 gezeigt, die Ein-Elemente 11c ebenfalls im Antennenarray 7 angeordnet, aber jedes der Ein-Elemente 11c ist in Y-Richtung zwischen den Aus-Elementen 11b angeordnet bzw. eingebettet, so dass sie voneinander getrennt sind. Zwei einzelne Ein-Elemente 11c sind in der gleichen Richtung wie die Y-Richtung, in der die Ein-Elemente 11a gruppiert sind, voneinander getrennt und liniensymmetrisch zur Reihenmitte angeordnet.
Die Ein-Elemente 11c sind in einem Paar an Koordinaten (X6, Y5) und an Koordinaten (X6, Y12) vorgesehen. Die Ein-Elemente 11c sind in einem Paar an Koordinaten (X7, Y5) und an Koordinaten (X7, Y12) vorgesehen. Der Abstand zwischen den Mitten des Ein-Elements 11c von Reihe Y5 und des Ein-Elements 11c von Reihe Y12 beträgt 3,5 λ. Diese Ein-Elemente 11c, die 3,5 λ getrennt sind, fungieren als erste Nullfilter (steuerbare Nullfilter).
Die Ein-Elemente 11c sind in einem Paar an Koordinaten (X5, Y1) und an Koordinaten (X5, Y16) vorgesehen. In ähnlicher Weise sind die Ein-Elemente 11c in einem Paar an Koordinaten (X8, Y1) und an Koordinaten (X8, Y16) vorgesehen. Der Abstand zwischen den Mitten des Ein-Elements 11c von Reihe Y1 und des Ein-Elements 11c von Reihe Y16 beträgt 7,5 λ. Diese Ein-Elemente 11c, die 7,5 λ getrennt sind, fungieren als zweite Nullfilter.
Die Ein-Elemente 11c sind in einem Paar an Koordinaten (X3, Y2) und an Koordinaten (X3, Y15) vorgesehen. In ähnlicher Weise sind die Ein-Elemente 11c in einem Paar an Koordinaten (X10, Y2) und an Koordinaten (X10, Y15) vorgesehen. Da der Abstand von Reihe zu Reihe oder von Spalte zu Spalte zwischen benachbarten Elementen 11a bis 11d 0,5 λ beträgt, ist der Abstand zwischen den Mitten des Ein-Elements 11c von Reihe Y3 und des Ein-Elements 11c von Reihe Y15 6,5 X. Diese Ein-Elemente 11c, die 6,5 λ getrennt sind, fungieren als dritte Nullfilter.
Wie oben beschrieben, ist das Ein-Element 11c als ein einzelnes Element im Abstand zueinander angeordnet, und der Abstand zwischen den Mitten der Ein-Elemente 11c ist auf den spezifischen Abstand von (0,5 + m) λ (wobei m eine ganze Zahl ist) festgelegt. D. h., die Ein-Elemente 11c sind liniensymmetrisch von der Mitte der Reihe des Antennenarrays 7 in einem Intervall von (0,5 + m) λ (m = 1, 2, ...) angeordnet. Ferner ist es, um die Dichte der Ein-Elemente 11a und 11c im zentralen Abschnitt zu erhöhen, wünschenswert, m größer oder gleich drei zu setzen. Wenn m größer oder gleich drei ist, kann das wirksame Element im zentralen Abschnitt des Antennenarrays 7 für bessere Nebenkeulenleistungen verdichtet werden, und es kann eine Maßnahme für Nebenkeulen durchgeführt werden. In Es ist zu beachten, dass 6 ein Beispiel für m = 3, 6 und 7 zeigt. Ferner ist es, um die Charakteristik des Nullfilters zu ändern, wünschenswert, mehrere Sätze von Ein-Elementen 11c im Antennenarray 7 vorzusehen, die Bedingungen erfüllen, bei denen die Werte von m voneinander verschieden sind. Da die Gitterkeule auch eine Winkelbreite aufweist, ist es möglich, die Gitterkeule mit einer Winkelbreite zu unterdrücken, indem Nullfilter mit unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften in der Nähe des Winkels, in dem die Gitterkeule erzeugt wird, überlagert werden.
7 zeigt die Elementanordnungen der Spalten X6 und X7 extrahiert. Die Ein-Elemente 11a der Reihen Y7 - Y8, die in Y-Richtung nebeneinander liegenden, werden so gesteuert, dass der Phasenverschiebungswert φ durch den Phasenschieber 14 gleich ist. Daher ist das Phasenzentrum der Ein-Elemente 11a der Reihen Y7 - Y8 eine Zwischenposition zwischen den Reihen Y7 - Y8. Da den Ein-Elementen 11a der Reihen Y9 - Y10 das gleiche Signal zugeführt wird, ist das Phasenzentrum der Ein-Elemente 11a der Reihen Y9 - Y10 eine Zwischenposition zwischen den Reihen Y9 - Y10.
Da der Abstand zwischen den Elementen der Reihen Y7 - Y8 und der Reihen Y9 - Y10 λ /2 beträgt, ist der Phasenzentrumsabstand d der Ein-Elemente 11a in den Reihen Y7 - Y8 und den Reihen Y9 - Y10 λ, also das Doppelte von λ /2. 8 plottet eine theoretische Berechnung von Gitterkeulenwinkel vs. Abtastwinkel mit verschiedenen Werten von d/λ, gleichzeitig geplottet mit simuliertem Gitterkeulenwinkel bei verschiedenen Abtastwinkeln in einem idealen URA (Uniform Rectangular Array oder rechtwinkliges Antennenarray) mit vertikaler Gruppierung benachbarter Elemente. Wie in 8 gezeigt, ist die Beziehung des Gitterkeulenerzeugungswinkels zwischen dem Phasenzentrumsabstand d und der Radarwellenlänge λ äquivalent zu derjenigen im Falle eines Designs mit d = 1λ.
Infolgedessen besteht eine Schwierigkeit dahingehend, dass die Gitterkeule prinzipiell stark ausgeprägt sein wird. Dies ist ein Phänomen, das durch die Gruppierung benachbarter Elemente in Y-Richtung verursacht wird, um die Anzahl von Phasenschiebern 14 zu reduzieren, aber wie oben beschrieben, kann durch die Anordnung eines einzelnen Elements 11c, wie in 7 gezeigt, der Phasenzentrumsabstand d auf etwa 1,25 λ gebildet werden, und die λ-Periodizität des Phasenzentrumsabstands d kann unterbrochen bzw. gebrochen werden. Dadurch kann die Gitterkeule um mehrere dB reduziert werden. Außerdem weist das Ein-Element 11c eine Dämpfungscharakteristik wie ein steuerbares Nullfilter auf und kann der Gitterkeule folgen und sie unterdrücken.
Mit anderen Worten, das Paar benachbarter Ein-Elemente 11a ist liniensymmetrisch in Y-Richtung im Antennenarray 7 angeordnet, und ein einzelnes Ein-Element 11c ist zwischen den Aus-Elementen 11b auf beiden Seiten der Y-Richtung angeordnet. Daher kann die Periodizität des Phasenzentrums unterbrochen werden, selbst wenn die benachbarten Ein-Elemente 11 a in einem Paar gruppiert sind.
Ferner ist die Anordnungsposition des einzelnen Ein-Elements 11c weiter umschrieben und beschrieben. Die Ein-Elemente 11c sind punktsymmetrisch in Bezug auf die Mitte des Antennenarrays 7 an Vertices eines zweidimensionalen Vierecks angeordnet. Die Vertices des Vierecks zeigen zum Beispiel:

ein Paar von Koordinaten (X6, Y5) und Koordinaten (X6, Y12) und ein Paar von Koordinaten (X7, Y5) und Koordinaten (X7, Y12);
ein Paar von Koordinaten (X5, Y1) und Koordinaten (X5, Y16) und ein Paar von Koordinaten (X8, Y1) und Koordinaten (X8, Y16); und
ein Paar von Koordinaten (X3, Y2) und Koordinaten (X3, Y15) und ein Paar von Koordinaten (X10, Y2) und Koordinaten (X10, Y15).

Durch eine solche Anordnung kann die Symmetrie in X- und Y-Richtung beibehalten werden. Ferner kann, da ein einzelnes Ein-Element 11c in Y-Richtung von einem Paar benachbarter Ein-Elemente 11a getrennt angeordnet ist, die Gleichmäßigkeit des Phasenzentrumsabstands bei der Gruppierung der Ein-Elemente 11a verringert werden. Die Gitterkeule kann unterdrückt werden und die Nebenkeulenpegel können verfolgt und unterdrückt werden.
Außerdem sind die Ein-Elemente 11a und 11c im Bereich der linken Hälfte und die Ein-Elemente 11 a und 11c im Bereich der rechten Hälfte symmetrisch angeordnet. In der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform werden bei der Anordnung der Ein-Elemente 11a und der Aus-Elemente 11b die Dichten, die von den Ein-Elementen 11a und 11c im zentralen Abschnitt des Antennenarrays 7 eingenommen werden, erhöht und die Dichten an den vier Ecken davon verringert. Wenn bestimmt wird, dass N = Anzahl ist, so ist eine Referenz für den zentralen Abschnitt der Belegungsdichte (N - 2) / 3 + 2 = (16 - 2) / 3 + 2 ≈ 6 Elemente und eine Referenz für die vier Ecken der Belegungsdichte ist (N - 2) / 3 = (16 - 2) / 3 ≈ 4 Elemente.
Insbesondere in dem 6 × 6 quadratischen Bereich im zentralen Abschnitt des Antennenarrays 7 liegt die Belegungsdichte der Ein-Elemente 11a und 11c in dem 3 × 3 quadratischen Bereich zwischen 7/9 und 9/9, d. h. bei mehr als 75%. Andererseits beträgt die Belegungsdichte der Ein-Elemente 11a und 11c an den vier Ecken des Antennenarrays 7 4/9, d. h. etwa 44%. Das rechteckige Antennenarray 7 hat eine Belegungsdichte von 5/9, d. h. etwa 56% der Ein-Elemente 11a und 11c in der Mitte der beiden Enden der vier Seiten. Unter dem Gesichtspunkt der Ausdünnung bzw. Reduzierung (tapering) ist das Design, das die Ein-Elemente 11a und 11c an den vier Ecken eliminiert, wirksam. Dies liegt daran, dass der Abstand zum zentralen Abschnitt des Antennenarrays 7 groß ist, so dass für den Verstärker mit variabler Verstärkung 13 innerhalb des Phasenschiebers IC2 von 2 eine große Dämpfung erforderlich ist, um die Ausdünnung bzw. Reduzierung (tapering) zu realisieren.
Als ein allgemeines Vergleichsbeispiel ist eine zufällige Anordnung der Ein-Elemente 11a denkbar. In diesem Fall ist die Belegungsdichte der Ein-Elemente 11a und 11c in dem gesamten Bereich im Wesentlichen konstant. Wenn jedoch angenommen wird, dass die Belegungsdichte in der Nähe des Zentrums ein Durchschnittswert ist, so beträgt die Belegungsdichte nur 4/9 bis 5/9, d. h. 44% bis 56%, so dass eine Verschlechterung des Nebenkeulenpegels zu befürchten ist. Gemäß der Konfiguration dieser Ausführungsform ist es, da die Belegungsdichte in der Nähe des zentralen Abschnitts höher ist als in den vier Ecken, möglich, die Verschlechterung des Nebenkeulenpegels zu unterdrücken und gleichzeitig die Anzahl von angeordneten Ein-Elementen 11a und 11c beizubehalten.
Wenn die Ein-Elemente 11a im Antennenarray 7 an den oben erwähnten Positionen angeordnet sind, beträgt das Belegungsverhältnis der Ein-Elemente 11a in Bezug auf das Antennenarray 7 60,4%. Ferner kann, indem zwei Ein-Elemente 11a in Y-Richtung (vertikale Richtung) gruppiert werden, das Belegungsverhältnis der Ein-Elemente 11a, die eine Phasenverschiebungssteuerung erfordern, auf etwa die Hälfte reduziert werden. Eigentlich sollten es 33% sein, unter Berücksichtigung der Ein-Elemente 11c, die nicht gruppiert sind. Dies bedeutet, dass eine Steuerung für 192 × 33% = 64 Kanäle ausreichend ist.
Wenn beispielsweise ein Phasenschieber IC2 für 16 Kanäle verwendet wird, kann das Antennenarray 7 mit nur vier Phasenschiebern IC2 gesteuert werden.
Die Simulationsergebnisse sind im Folgenden beschrieben. Der Erfinder hat die Struktur des Antennenarrays 7 simuliert, in dem die Ein-Elemente 11 a und 11c wie oben beschrieben angeordnet sind. 9 zeigt simulierte Strahlenmuster für zwei Arten von Nullfiltern mit d = 3,5 λ und d = 7,5 λ, in der E-Ebene auf 17,5° gelenkt bzw. gesteuert, um Nullen im gleichen Winkel der Gitterkeule gemäß der ersten Ausführungsform zu zeigen, gleichzeitig geplottet mit einem simulierten Strahlenmuster für das URA mit vertikaler Gruppierung benachbarter Elemente, in der E-Ebene auf 17,5° gelenkt bzw. gesteuert, um eine Gitterkeule als eine Referenz zu zeigen.
Durch die Konfiguration des ersten oder zweiten Nullfilters kann der Verlust des Hauptstrahlwinkels im Vergleich zu einer zufälligen Anordnung minimiert werden, und der Nebenkeulenpegel und der Gitterkeulenpegel können unterdrückt werden, und der Gitterkeulenwinkel kann verfolgt und unterdrückt werden.
Ferner zeigt 10 simulierte Strahlenmuster für TX und RX (TX = RX in diesem Fall) und die kombinierten Strahlenmuster von TX und RX, in der E-Ebene auf 17,5° gelenkt bzw. gesteuert, wobei der Hauptkeulenpeak auf 0 dB normiert ist, für ein Antennenarray gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 10 gezeigt, kann im Spektrum nach der Kombination von TX und RX die in der Nähe von -43° erzeugte Gitterkeule während des vertikalen 17,5°-Scans auf kleiner oder gleich -40 dBc unterdrückt werden. Außerdem kann der Nebenkeulenpegel auf etwa -35 dBc unterdrückt werden.
Ferner zeigt 11 ein simuliertes RX-Strahlenmuster für das Antennenarray mit Null-Filtern gleichzeitig geplottet mit einem herkömmlichen Array mit vertikaler Gruppierung benachbarter Elemente gemäß der ersten Ausführungsform, wenn der Hauptstrahlwinkel in der E-Ebene auf 5° gelenkt bzw. gesteuert wird. 12 zeigt ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines simulierten RX-Strahlenmusters eines Antennenarrays gemäß der ersten Ausführungsform, wenn der Hauptstrahlwinkel in der E-Ebene auf 17,5° gelenkt bzw. gesteuert wird. Alle dieser Fälle in 11 können den Nebenkeulenpegel und den Gitterkeulenpegel verglichen mit dem Fall dieser zufälligen Anordnung unterdrücken.
Wenn der Gitterkeulenpegel im Falle des Radargeräts 1 für den Fahrzeugeinsatz bei der Einstellung des zu erfassenden Hauptstrahls in Vorwärtsrichtung stark, wird er durch die in vertikaler Richtung des Installationsortes des Radargeräts 1 vorhandene Reflexion von der Fahrbahnoberfläche stark beeinflusst, wobei die Reflexion das empfangene Signal stört. Folglich kann, durch die Unterdrückung des Gitterkeulenpegels, der Einfluss der Reflexion von der Fahrbahnoberfläche unterdrückt werden, selbst wenn die Anwendung in dem Radargerät 1 erfolgt, und eine falsche Erfassung kann verhindert werden.
13 zeigt einen Übergang des Gitterkeulenerzeugungswinkels, wenn der Winkel des Hauptstrahls von 0° auf 40° geändert wird, und das Simulationsergebnis des Gitterkeulenpegels. Wenn der Winkel des Hauptstrahls durch Einstellung des Phasenverschiebungswerts φ des Phasenschiebers 14 in der RX-Phasenschiebereinheit 10 kontinuierlich von 0° auf 40° geändert wird, ändert sich auch der Winkel, in dem die Gitterkeule erzeugt wird. Die Gitterkeule kann jedoch unterdrückt werden, indem der Gitterkeulenwinkel aufgrund des Einflusses des in dem zweidimensionalen Array eingebetteten Nullfilters verfolgt wird.
(Schlussfolgerung)
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann, da die Belegungsdichte der Ein-Elemente 11a in der Nähe des zentralen Abschnitts des Antennenarrays 7 höher ist als die Belegungsdichte der vier Ecken, die Konfiguration die Anzahl der angeordneten Ein-Elemente 11a im Vergleich zu derjenigen der Konfiguration mit zufälliger Anordnung verringern, während die Verschlechterung des Nebenkeulenpegels unterdrückt werden kann. Daher kann die Konfiguration die Erzeugung von Gitterkeulen unterdrücken und gleichzeitig die Anzahl der angeordneten Ein-Elemente 11 a reduzieren.
Des Weiteren ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Ein-Element 11c zwischen den Aus-Elementen 11b angeordnet, um die Periodizität des Phasenzentrums zu reduzieren, nachdem die Ein-Elemente 11a gruppiert wurden, wobei die Ein-Elemente 11c in einem bestimmten Abstand liniensymmetrisch und punktsymmetrisch angeordnet sind. Gemäß dieser Konfiguration kann der Nullfilter konfiguriert und kann die Gitterkeule verfolgt und unterdrückt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bei der Gestaltung bzw. dem Design der Ein-Elemente 11a und der Aus-Elemente 11b die Dichte der Ein-Elemente 11a im zentralen Abschnitt erhöht und die Dichte der vier Ecken verringert. Gemäß dieser Konfiguration kann, da die Phasenverschiebungssteuerung weiter vereinfacht werden kann, die Anzahl der Phasenschieber 14 in der Schaltung IC2 verringert und der Nebenkeulenpegel ebenso verringert werden. Ferner kann, durch die Gruppierung der benachbarten Ein-Elemente 11a, die Konfiguration mehrere Ein-Elemente 11a, die demselben Phasenschieber 14 entsprechen, gemeinsam steuern, und die Anzahl der installierten Phasenschieber 14 kann auf etwa die Hälfte reduziert werden. Die zu dieser Zeit erzeugte Gitterkeule kann bei allen erforderlichen Scan- bzw. Abtastwinkeln unterdrückt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend ist eine zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. Wie in 14 gezeigt, können die Ein-Elemente 11 a und 11c auch in einer Form verschieden von einem Viereck gebildet sein, wie beispielsweise in Form eines Polygons wie eines Achtecks. 14 zeigt nur die Ein-Elemente 11a und 11c, die in einer achteckigen Form gebildet sind, während die Aus-Elemente 11b und die Dummy-Elemente 11d nicht dargestellt sind. Die zweite Ausführungsform bringt eine ähnliche Wirkung wie die oben beschriebene erste Ausführungsform hervor. Darüber hinaus können sich die Formen der Ein-Elemente 11a und 11c voneinander unterscheiden.
(Dritte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine dritte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 15 und 16 beschrieben. 15 zeigt, dass die Ein-Elemente 11a und 11c wie in der zweiten Ausführungsform in einer achteckigen Form konfiguriert sind. Wie in 15 gezeigt, weisen die Ein-Elemente 11a Koordinatenzentren auf, die in mindestens einem Teil des zweidimensionalen Gitterpunktarrays in einer vorbestimmten Regelmäßigkeit angeordnet sind. Es ist wünschenswert, dass das Koordinatenzentrum zweidimensional verschoben von der Position des Gitterpunktes nach oben, unten, links oder rechts von der Mitte des Gitterpunktarrays angeordnet ist. Es ist wünschenswert, dass das Ein-Element 11c fest im Gitterpunktarray angeordnet ist.
15 zeigt gewünschten Richtungen für die Verschiebung der Ein-Elemente 11a von der Mitte des Gitterpunktarrays. Es ist wünschenswert, dass die auf der mittleren Seite in X-Richtung angeordneten Ein-Elemente 11a entlang der X-Richtung um ein vorbestimmtes Intervall von weniger als dem Gitterpunktintervall von 0,5 λ nach außen verschoben werden. Ferner ist es wünschenswert, dass die auf der mittleren Seite in Y-Richtung angeordneten Ein-Elemente 11a entlang der Y-Richtung um ein vorbestimmtes Intervall von weniger als dem Gitterpunktintervall von 0,5 λ verschoben werden, so dass sie auf das Ein-Element 11c gerichtet sind.
Ferner ist es, wie in Pfeilrichtung in 15 gezeigt, wünschenswert, dass die Ein-Elemente 11a in der diagonalen Richtung von XY in Richtung der Mitte um ein vorbestimmtes Intervall verschoben werden, das kleiner ist als das Gitterpunktintervall von 0,5 λ. Es ist wünschenswert, dass diese Verschiebungsintervalle in X- und Y-Richtung liniensymmetrisch sind, d. h. punktsymmetrisch in der Mittelposition um den gleichen Abstand. Es ist denkbar, dass die Ein-Elemente 11 a leicht in einem Winkel verschoben werden, der den Bereich des Aus-Elements 11b ausfüllt, um die Periodizität des Phasenzentrums zu brechen. Infolgedessen ist zu erwarten, dass diese Konfiguration die Gitterkeule unterdrücken kann.
Ferner zeigt 16 den Anordnungsabstand der Ein-Elemente 11 a und 11c der vier Reihen X5 bis X8 auf der mittleren Seite in X-Richtung. Der Y-Richtungsabstand der Ein-Elemente 11c in den Reihen X6 und X7 ist auf 3,5 λ festgelegt. Der Y-Richtungsabstand der Ein-Elemente 11c in den Reihen X5 und X8 in Y-Richtung ist auf 7,5 λ festgelegt. Dadurch kann die Charakteristik des Ein-Elements 11c als Nullfilter beibehalten werden.
(Weitere Ausführungsformen)
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedenen Variationen realisiert und auf verschiedene Ausführungsformen angewandt werden, ohne dass sie von ihrem Kern abweicht. Die vorliegende Offenbarung ist z. B. wie folgt modifizierbar.
Die beiden Ein-Elemente 11a sind in Y-Richtung, d. h. in vertikaler Richtung, gruppiert, doch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Zwei Ein-Elemente 11a können in X-Richtung, d. h. in horizontaler Richtung, gruppiert werden. Obwohl die Ausführungsform beschrieben ist, in der zwei einzelne Ein-Elemente 11c so angeordnet sind, dass sie in Y-Richtung, d. h. in vertikaler Richtung, getrennt sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Vier oder mehr Ein-Elemente 11c können in Y-Richtung getrennt angeordnet sein.
Vorstehend ist die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen und Strukturen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Modifikationen und Änderungen im Rahmen von Äquivalenten. Darüber hinaus können verschiedene Modi/Kombinationen, ein oder mehrere Elemente, die hinzugefügt/subtrahiert werden, ebenfalls als die vorliegende Offenbarung betrachtet und als deren technischer Gedanke verstanden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017207547 A1 [0003, 0004]

Claims

Antennenarray für eine Hochfrequenzvorrichtung, aufweisend: - mehrere Antennenelemente (11), die für ein Radargerät verwendet werden und in einem zweidimensionalen Array in einem vorbestimmten Bereich angeordnet sind, wobei - die mehreren Antennenelemente Ein-Elemente (11a, 11c) umfassen, die elektrisch mit einem Phasenschieber (14) verbunden sind, und - die Ein-Elemente so angeordnet sind, dass eine Dichte der Ein-Elemente an einem zentralen Abschnitt in dem zweidimensionalen Array hoch und eine Dichte der Ein-Elemente an vier Ecken im zweidimensionalen Array niedrig ist.
Antennenarray nach Anspruch 1, wobei - die Ein-Elemente (11a), die im zweidimensionalen Array in vertikaler oder horizontaler Richtung zueinander benachbart sind, als erste Ein-Elemente definiert sind; und - die ersten Ein-Elemente, die zueinander benachbart sind, gruppiert und durch den Phasenschieber gesteuert werden.
Antennenarray nach Anspruch 2, wobei - die mehreren Antennenelementen Aus-Elemente (11b) umfassen, die nicht elektrisch mit dem Phasenschieber verbunden sind; - ein einzelnes Ein-Element (11c), das elektrisch mit einem einzelnen Phasenschieber verbunden ist, als ein zweites Ein-Element definiert ist; und - die zweiten Ein-Elemente so angeordnet sind, dass sie in derselben Richtung voneinander getrennt sind wie eine Richtung, in der die ersten Ein-Elemente gruppiert sind.
Antennenarray nach Anspruch 3, wobei die zweiten Ein-Elemente als ein Nullfilter vorgesehen und liniensymmetrisch in Bezug auf eine Mitte des Antennenarrays in einem Intervall von (0,5 + m) λ angeordnet sind (vorausgesetzt, dass m = 1, 2, ... ist).
Antennenarray nach Anspruch 4, wobei in dem Intervall von (0,5 + m) λ ein Wert von m größer oder gleich als drei ist.
Antennenarray nach Anspruch 4 oder 5, wobei - mehrere Sätze der zweiten Ein-Elemente vorgesehen sind; und - in jedem der mehreren Sätze der zweiten Ein-Elemente ein Wert von m im Intervall von (0,5 + m) λ unterschiedlich ist.
Antennenarray nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die zweiten Ein-Elemente punktsymmetrisch in Bezug auf die Mitte des Antennenarrays an Vertices eines zweidimensionalen Vierecks angeordnet sind.
Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei - die Ein-Elemente (11a), die im zweidimensionalen Array in vertikaler oder horizontaler Richtung zueinander benachbart sind, als erste Ein-Elemente definiert sind; - die ersten Ein-Elemente Koordinatenzentren aufweisen, die in mindestens einem Teil eines zweidimensionalen Gitterpunktarrays mit einer vorbestimmten Regelmäßigkeit angeordnet sind; und - das Koordinatenzentrum von einem Gitterpunkt nach oben, unten, links oder rechts verschoben ist.
Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Ein-Element eine polygonale Form verschieden von einem Viereck aufweist.
Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Dummy-Elemente (11d) an einem äußersten Umfang des zweidimensionalen Arrays angeordnet sind.
Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei Leitungslängen von Übertragungsleitungen (21), die eine IC-Kontaktstelle (20) mit dem Phasenschieber und den Ein-Elementen verbinden, einander gleich sind oder in einem Verhältnis von p × λ zueinander stehen (wobei p eine ganze Zahl ist), um die Phase für alle Kanäle anzugleichen.
Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Antennenarray durch eine hybride Radararchitektur mit mehreren Mischern (9) bereitgestellt ist.
Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Antennenarray als eine phasengesteuerte Array-Antenne oder Phased-Array-Antenne einer Sendeeinheit (5) und einer Empfangseinheit (6) des Radargeräts verwendet wird.