JP2005094440A - Antenna system and radar system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射素子および配電回路をそれぞれ備えた平面アンテナが同一回路基板の一面に少なくとも一対形成されて構成されているアンテナ装置、およびこのアンテナ装置を備えたレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device in which at least a pair of planar antennas each including a radiating element and a power distribution circuit are formed on one surface of the same circuit board, and a radar device including the antenna device.
この種のアンテナ装置では、同一の回路基板の一面に複数の平面アンテナを形成することになるために、平面アンテナ同士が近接する構造となる結果、平面アンテナ同士の相互干渉をいかに低減するかが問題となる。この点について、特開平4−140905号公報に開示されたアンテナ装置では、同公報中の第1図に示すように、平面アンテナ間(送信アンテナ2と受信アンテナ3との間)のアンテナ基板1上に、カーボンなどを含浸させた樹脂発泡体等よりなる電波吸収体7を設けることにより、送信アンテナ2から受信アンテナ3への電波を吸収減衰させている。
ところが、従来のアンテナ装置には、以下の問題点がある。すなわち、このアンテナ装置では、アンテナ基板1上に電波吸収体7を配設する構成のため、この電波吸収体7の高さ分だけアンテナ装置自体の高さが増加する。一方、近年では、自動車などの移動体にレーダ装置を搭載しようとする試みがなされており、このレーダ装置にこの種のアンテナ装置を使用しようすることも考えられているが、移動体に搭載するレーダ装置で使用されるアンテナ装置には、小形で、かつ高さの低いタイプのものが求められている。しかしながら、従来のアンテナ装置では、アンテナ基板1上に電波吸収体7を配設することによってその高さが高くなるために、移動体に搭載されるレーダ装置に使用することが困難になるという問題点がある。
However, the conventional antenna device has the following problems. That is, in this antenna device, since the
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、小形でかつ高さを低く維持しつつ平面アンテナ同士の相互干渉を低減し得るアンテナ装置を提供することを主目的とする。また、そのアンテナ装置を備えたレーダ装置を提供することを他の主目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and a main object of the present invention is to provide an antenna device that is small and can reduce mutual interference between planar antennas while maintaining a low height. Another main object is to provide a radar apparatus provided with the antenna apparatus.
上記目的を達成すべく本発明に係るアンテナ装置は、放射素子と、給電点および前記放射素子を接続する配電回路とをそれぞれ備えた平面アンテナが同一回路基板の一面に少なくとも一対形成され、前記一対の平面アンテナは、当該各平面アンテナの前記配電回路が当該各平面アンテナの前記放射素子間に配置されて構成されている。なお、本発明における配電回路とは、伝送線路、インピーダンス変換器、分配器、移相器および線路変換器等で構成された回路をいう。 In order to achieve the above object, in the antenna device according to the present invention, at least a pair of planar antennas each including a radiating element, a feeding point and a power distribution circuit that connects the radiating element are formed on one surface of the same circuit board, The planar antenna is configured such that the distribution circuit of each planar antenna is disposed between the radiating elements of each planar antenna. The power distribution circuit in the present invention refers to a circuit composed of a transmission line, an impedance converter, a distributor, a phase shifter, a line converter, and the like.
この場合、前記一対の平面アンテナを仕切るようにして前記回路基板の前記一面における当該各平面アンテナの前記各配電回路間に接地導体を形成するのが好ましい。 In this case, it is preferable to form a ground conductor between the distribution circuits of the planar antennas on the one surface of the circuit board so as to partition the pair of planar antennas.
また、前記一対の平面アンテナを囲むようにして前記回路基板の前記一面における当該各平面アンテナの周囲に接地導体を形成するのが好ましい。 Preferably, a ground conductor is formed around each planar antenna on the one surface of the circuit board so as to surround the pair of planar antennas.
さらに、前記回路基板の他面に形成されると共に当該回路基板の前記一面に形成された前記接地導体と複数のスルーホールを介して接続された他の接地導体を備えるのが好ましい。 Furthermore, it is preferable to include another ground conductor formed on the other surface of the circuit board and connected to the ground conductor formed on the one surface of the circuit board via a plurality of through holes.
また、送信または受信する電磁波の波長の1/4以下の間隔で前記各スルーホールを形成するのが好ましい。 The through holes are preferably formed at intervals of 1/4 or less of the wavelength of electromagnetic waves to be transmitted or received.
さらに、ミリ波または準ミリ波を送信または受信可能に前記平面アンテナを構成することができる。 Furthermore, the planar antenna can be configured to transmit or receive millimeter waves or quasi-millimeter waves.
また、本発明に係るレーダ装置は、上記のアンテナ装置を備え、前記一対の平面アンテナのうちの一方が送信アンテナとして機能し、他方が受信アンテナとして機能するように構成されている。 A radar apparatus according to the present invention includes the antenna apparatus described above, and is configured such that one of the pair of planar antennas functions as a transmission antenna and the other functions as a reception antenna.
この場合、レーダ装置としては、変調信号を生成して出力する変調信号生成回路と、搬送波を生成する搬送波生成回路と、入力した前記変調信号で前記搬送波を変調して生成した高周波信号を出力する変調回路と、前記送信アンテナを介して送信された前記高周波信号のうちの測定対象体で反射されて前記受信アンテナで受信された前記高周波信号から前記変調信号を抽出する変調信号抽出回路と、当該変調信号抽出回路によって抽出された前記変調信号に基づいて前記測定対象体までの距離を測定可能な検出信号を生成する検出信号生成回路とを備えて構成される。 In this case, the radar apparatus outputs a modulation signal generation circuit that generates and outputs a modulation signal, a carrier wave generation circuit that generates a carrier wave, and outputs a high-frequency signal generated by modulating the carrier wave with the input modulation signal. A modulation circuit; a modulation signal extraction circuit that extracts the modulation signal from the high-frequency signal that is reflected by the measurement object of the high-frequency signal transmitted through the transmission antenna and received by the reception antenna; And a detection signal generation circuit that generates a detection signal capable of measuring the distance to the measurement object based on the modulation signal extracted by the modulation signal extraction circuit.
また、前記変調信号生成回路、前記搬送波生成回路、前記変調回路、前記変調信号抽出回路および前記検出信号生成回路を一体的にモジュール化するのが好ましい。 Preferably, the modulation signal generation circuit, the carrier wave generation circuit, the modulation circuit, the modulation signal extraction circuit, and the detection signal generation circuit are integrated into a module.
本発明に係るアンテナ装置およびレーダ装置によれば、放射素子と、給電点および放射素子を接続する配電回路とをそれぞれ備えた平面アンテナを同一回路基板の一面に少なくとも一対形成し、各平面アンテナの配電回路を各平面アンテナの放射素子間に配置して一対の平面アンテナを構成したことにより、小形でかつ高さを低く(小形低背化を)維持しつつ、各平面アンテナにおける放射素子間の物理的な距離を拡げることができるため、各平面アンテナの放射素子間の空間における電磁界結合を弱めて各平面アンテナ間の相互干渉を低減することができる。この結果、各平面アンテナ間のアイソレーション特性を十分に向上させることができる。 According to the antenna device and the radar device of the present invention, at least a pair of planar antennas each including a radiating element and a power distribution point that connects the feeding point and the radiating element are formed on one surface of the same circuit board. By arranging a pair of planar antennas by arranging the power distribution circuit between the radiating elements of each planar antenna, the radiating elements in each planar antenna are kept small while maintaining a small height (small and low profile). Since the physical distance can be extended, the electromagnetic interference in the space between the radiating elements of each planar antenna can be weakened to reduce mutual interference between the planar antennas. As a result, the isolation characteristics between the planar antennas can be sufficiently improved.
また、本発明に係るアンテナ装置およびレーダ装置によれば、一対の平面アンテナを仕切るようにして回路基板の一面における各平面アンテナの各配電回路間に接地導体を形成したことにより、各平面アンテナの放射素子間の空間における各平面アンテナ同士の電磁界結合のみならず、各平面アンテナ間の回路基板における表面を伝搬する漏洩波(表面波)を接地導体によって遮断して各平面アンテナ間の相互干渉を低減することができる。したがって、各平面アンテナ間のアイソレーション特性を一層向上させることができる。 Further, according to the antenna device and the radar device according to the present invention, the ground conductor is formed between the power distribution circuits of the planar antennas on one surface of the circuit board so as to partition the pair of planar antennas. Not only electromagnetic coupling between the planar antennas in the space between the radiating elements, but also leakage waves (surface waves) propagating on the surface of the circuit board between the planar antennas are blocked by the ground conductor, thereby causing mutual interference between the planar antennas. Can be reduced. Therefore, the isolation characteristics between the planar antennas can be further improved.
さらに、本発明に係るアンテナ装置およびレーダ装置によれば、一対の平面アンテナを囲むようにして回路基板の一面における各平面アンテナの周囲に接地導体を形成したことにより、一方の平面アンテナから出力されて回路基板の外縁側から外方に放射された電磁波の他方の平面アンテナへの漏洩を接地導体によって遮断して各平面アンテナ間の相互干渉を低減することができる。したがって、各平面アンテナ間のアイソレーション特性をさらに向上させることができる。 Furthermore, according to the antenna device and the radar device of the present invention, the ground conductor is formed around each planar antenna on one surface of the circuit board so as to surround the pair of planar antennas, so that the circuit is output from one planar antenna. Leakage of electromagnetic waves radiated outward from the outer edge side of the substrate to the other planar antenna can be blocked by the ground conductor to reduce mutual interference between the planar antennas. Therefore, the isolation characteristics between the planar antennas can be further improved.
また、本発明に係るアンテナ装置およびレーダ装置によれば、回路基板の他面に形成されると共に回路基板の一面に形成された接地導体と複数のスルーホールを介して接続された他の接地導体を備えたことにより、回路基板の一面に形成された接地導体と他面に形成された他の接地導体との間を平行平板モードの電磁波が伝搬することに起因するその電磁波の漏洩を規制することができるため、各平面アンテナ間のアイソレーション特性をさらに向上させることができる。 Further, according to the antenna device and the radar device of the present invention, the other ground conductor formed on the other surface of the circuit board and connected to the ground conductor formed on the one surface of the circuit board via the plurality of through holes. By limiting the leakage of the electromagnetic wave caused by the propagation of the electromagnetic wave in the parallel plate mode between the ground conductor formed on one surface of the circuit board and the other ground conductor formed on the other surface. Therefore, the isolation characteristics between the planar antennas can be further improved.
また、本発明に係るアンテナ装置およびレーダ装置によれば、送信または受信する電磁波の波長の1/4以下の間隔で各スルーホールを形成したことにより、回路基板の一面に形成した接地導体と他面に形成した他の接地導体との間を平行平板モードの電磁波が伝搬することに起因するその電磁波の漏洩をより確実に規制することができる。この場合、送信用電磁波または受信用電磁波としては、ミリ波帯または準ミリ波帯の電磁波を用いることができる。 In addition, according to the antenna device and the radar device according to the present invention, each through hole is formed at an interval equal to or less than ¼ of the wavelength of the electromagnetic wave to be transmitted or received. The leakage of the electromagnetic wave caused by the propagation of the electromagnetic wave in the parallel plate mode between other ground conductors formed on the surface can be more reliably regulated. In this case, an electromagnetic wave in the millimeter wave band or the quasi-millimeter wave band can be used as the electromagnetic wave for transmission or the electromagnetic wave for reception.
また、本発明に係るレーダ装置によれば、変調信号生成回路、搬送波生成回路、変調回路、変調信号抽出回路および検出信号生成回路を一体的にモジュール化するのことにより、レーダ装置全体として小形化することができると共に、量産性を向上させることができる。 Further, according to the radar apparatus of the present invention, the modulation signal generation circuit, the carrier wave generation circuit, the modulation circuit, the modulation signal extraction circuit, and the detection signal generation circuit are integrated into a module, thereby reducing the size of the radar apparatus as a whole. It is possible to improve mass productivity.
以下、本発明に係るアンテナ装置およびレーダ装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。 The best mode of an antenna device and a radar device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
最初に、レーダ装置1の構成について、図面を参照して説明する。
First, the configuration of the
レーダ装置1は、図1に示すように、パルス生成回路(本発明における変調信号生成回路)2、搬送波生成回路3、分配回路4、変調回路5、アンテナ装置AT、ミキサ回路(本発明における変調信号抽出回路)12、増幅回路13、コンパレータ回路14および検出信号生成回路15を備え、測定対象体(例えば車両)21との間の距離Lを測定可能な検出信号Sdを生成可能に構成されている。また、レーダ装置1では、一例として、アンテナ装置ATを除く他の構成要素(パルス生成回路2、搬送波生成回路3、分配回路4、変調回路5、ミキサ回路12、増幅回路13、コンパレータ回路14および検出信号生成回路15)が1枚の回路基板(プリント基板)に搭載された状態で樹脂モールドされることによって一体化(モジュール化)されると共に、このパルス生成回路2等を含むモジュールMLとアンテナ装置ATとが2本の同軸ケーブルCB1,CB2で接続されている。
As shown in FIG. 1, the
アンテナ装置ATは、図1,2に示すように、1枚の回路基板PCの一面(表面)に導体パターンで形成された一対の平面アンテナ(送信アンテナ6と受信アンテナ11)を備えて構成されている。送信アンテナ6は、いわゆるマイクロストリップ型パッチアンテナであって、図2に示すように、1以上(一例として4つ)の放射素子6a,6a,6a,6aと、給電点6bおよび各放射素子6a間を接続する1つの配電回路6cとを備えて構成されている。この場合、配電回路6cは、導体パターンで形成された線路(マイクロストリップ線路)で構成され、1つの給電点6bと4つの放射素子6a,6a,6a,6aとを整合しつつ電気的に接続するために、伝送線路、インピーダンス変換回路、分配器、移相器および線路変換器(必要に応じてスルーホールも含む)として機能する(後述する配電回路11cも同じ)。同様にして、受信アンテナ11も、マイクロストリップ型パッチアンテナであって、1以上(一例として4つ)の放射素子11a,11a,11a,11aと、給電点11bおよび各放射素子11a間を接続する1つの配電回路11cとを備えて構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the antenna device AT is configured to include a pair of planar antennas (a
また、送信アンテナ6および受信アンテナ11は、各アンテナ6,11の給電点6b,11bが各アンテナ6,11の配電回路6c,11c間に配置され、かつ各アンテナ6,11の配電回路6c,11cが各アンテナ6,11の放射素子6a,11a間に配置されて構成されている。ただし、給電点6b,11bについては、配電回路6cにおける放射素子6a側(例えば、図2において中間に位置する2つの放射素子6a,6aの間)に給電点6bを配置することができるし、配電回路11cにおける放射素子11a側(例えば、同図において中間に位置する2つの放射素子11a,11aの間)に給電点11bを配置することもできる。つまり、このアンテナ6,11では、回路基板PCの外側に配置させた放射素子6a,11aの間(回路基板PCの中央部側)に配電回路6c,11cを配置することが重要な要件となる。言い換えれば、このアンテナ6,11では、1枚の回路基板PCという限られた領域内において、送信アンテナ6の各放射素子6aと受信アンテナ11の各放射素子11aとの間の物理的な距離が最も拡がるように、つまり各放射素子6a,11a同士が最も離間するように構成(配設)されている。また、各アンテナ6,11の周囲には、同図に示すように、各アンテナ6,11をそれぞれ囲むようにして接地導体7が配設(形成)されている。また、接地導体7は、図3に示すように、回路基板PCにおける他面(裏面)のほぼ全域に亘って形成された面状(ベタ)の導体パターン(本発明における他の接地導体。以下、「接地導体」ともいう)8と複数のスルーホール9,9・・を介して接続されている。この場合、スルーホール9は、図2,3に示すように、接地導体7の延出方向に沿って接地導体7の全域に形成されると共に、隣接するスルーホール9,9同士の間隔dがアンテナ装置ATで送受信される電磁波の波長の1/4以下の長さに規定されている。また、図3に示すように、回路基板PCの他面には、スルーホール(図示せず)を介して各給電点6b,11bに芯線が接続された一対の同軸コネクタCN1,CN2がそれぞれ配設されている。また、各同軸コネクタCN1,CN2の筐体は、接地導体8に接続されている。なお、この同軸コネクタCN1,CN2には、同軸ケーブルCB1,CB2の先端に取り付けられた同軸コネクタCN3,CN4がそれぞれ接続されるが、この構成に限らない。例えば、同軸コネクタCN1,CN2を用いることなく、同軸ケーブルCB1,CB2の各芯線を各給電点6b,11bに半田付け等で直接接続することもできる。
Further, in the
パルス生成回路2は、図1に示すように、パルス状のトリガ信号STGを生成して検出信号生成回路15に出力すると共に、トリガ信号STGに同期してパルス状のベースバンド信号(変調信号)STBを生成して変調回路5に出力する。搬送波生成回路3は、一例として準ミリ波帯の所定周波数(例えば24GHz)の搬送波Scを連続して生成して分配回路4に出力する。分配回路4は、入力した搬送波Scを変調回路5とミキサ回路12とに分配して出力する。変調回路5は、同軸ケーブルCB1および同軸コネクタCN3を介してアンテナ装置ATの同軸コネクタCN1に接続されている。また、変調回路5は、入力したベースバンド信号STBで搬送波Scを変調して高周波信号STRを生成すると共に、生成した高周波信号STRを同軸ケーブルCB1を介してアンテナ装置ATに出力して送信アンテナ6から送信させる。一方、受信アンテナ11は、同軸コネクタCN2,CN4および同軸ケーブルCB2を介してミキサ回路12に接続されている。また、受信アンテナ11は、送信アンテナ6を介して送信された高周波信号STRのうちの測定対象体としての車両21によって反射された高周波信号STRを受信して同軸ケーブルCB2を介して高周波信号SRRとしてミキサ回路12に出力する。
As shown in FIG. 1, the
ミキサ回路12は、図1に示すように、入力した高周波信号SRRと分配回路4から入力した搬送波Scとをミキシングしてダウンコンバートすることにより、高周波信号SRRからベースバンド信号STBに対応する信号成分をベースバンド信号SRBとして抽出して増幅回路13に出力する。増幅回路13は、同図に示すように、入力したベースバンド信号SRBを増幅してコンパレータ回路14に出力する。コンパレータ回路14は、入力したベースバンド信号SRBを基準電圧Vrと比較して、ベースバンド信号SRBを波形整形して検出信号生成回路15に出力する。これにより、ベースバンド信号SRBに含まれている基準電圧Vrを下回るノイズ成分がベースバンド信号SRBから除去される。
As shown in FIG. 1, the
検出信号生成回路15は、トリガ信号STGと波形整形されたベースバンド信号SRBとに基づいて、車両21までの距離を測定可能な検出信号Sdを生成して出力する。具体的には、検出信号生成回路15は、例えば、RSフリップフロップを備えて構成され、トリガ信号STGの入力に同期して(一例としてトリガ信号STGの立ち上がりに同期して)RSフリップフロップの出力信号をセットし、ベースバンド信号SRBの入力に同期して(一例としてベースバンド信号SRBの立ち上がりに同期して)RSフリップフロップの出力信号をリセットすることにより、トリガ信号STGの入力に同期して立ち上がり、ベースバンド信号SRBの入力に同期して立ち下がる検出信号Sdを生成する。
The detection
次に、レーダ装置1の全体的な動作について説明する。
Next, the overall operation of the
このレーダ装置1では、パルス生成回路2が、トリガ信号STGを生成して検出信号生成回路15に出力すると共に、トリガ信号STGに同期して生成したベースバンド信号STBを変調回路5に出力する。この際に、検出信号生成回路15は、パルス生成回路2から入力したトリガ信号STGに同期して検出信号Sdの生成を開始する。また、変調回路5は、パルス生成回路2から入力したベースバンド信号STBで分配回路4から入力した搬送波Scを変調して高周波信号STRを生成して、送信アンテナ6に出力する。これにより、送信アンテナ6から高周波信号STRが送信される。この際に、送信アンテナ6および受信アンテナ11は、図2に示すように、各アンテナ6,11の配電回路6c,11cが各アンテナ6,11の放射素子6a,11a間に位置するようにそれぞれ形成されることにより、同一の回路基板PC内に形成されるという条件下において、互いの各放射素子6a,11a同士の間の物理的な距離ができる限り拡がるように規定されている。加えて、送信アンテナ6および受信アンテナ11の周囲には、各アンテナ6,11をそれぞれ囲むようにして接地導体7が形成されると共に、この接地導体7が回路基板PCの他面に形成された接地導体8と複数のスルーホール9を介して接続されている。したがって、このアンテナ装置ATでは、送信アンテナ6から放射された電磁波の受信アンテナ11への漏洩(送信アンテナ6と受信アンテナ11との相互干渉)が極めて小さいレベルに低減されている。
In the
一方、受信アンテナ11は、パルス生成回路2によるベースバンド信号STB(つまり、トリガ信号STG)の出力から所定時間T1経過後に、車両21によって反射された高周波信号STRを入力する。この場合、所定時間T1は、高周波信号STRがレーダ装置1と車両21との間の距離Lを往復する時間、つまり距離Lの2倍の距離(2×L)を伝搬するのに必要とされる時間を意味する。
On the other hand, the receiving
ミキサ回路12は、受信アンテナ11から入力した高周波信号SRRと搬送波Scとをミキシングすることにより、ベースバンド信号SRBを抽出する。次いで、ミキサ回路12から出力されたベースバンド信号SRBは、増幅回路13によって増幅されると共に、コンパレータ回路14によって波形整形された後に、検出信号生成回路15に入力される。続いて、検出信号生成回路15は、入力したベースバンド信号SRBに同期してRSフリップフロップの出力信号をリセットすることにより、検出信号Sdの出力を停止する。これにより、検出信号生成回路15は、時間T1と同等のパルス幅を有する検出信号Sdを出力する。この後、外部装置が、レーダ装置1から出力された検出信号Sdをそのまま利用して、検出信号Sdのパルス幅(所定時間T1)の1/2の時間と光速とに基づいて、レーダ装置1と車両21との間の距離Lを算出する。
The
このように、このアンテナ装置ATおよびレーダ装置1によれば、放射素子6a,11a間に配電回路6c,11cが位置するように同一の回路基板PCの一面に両アンテナ6,11を形成したことにより、アンテナ装置ATの小形低背化、ひいてはレーダ装置1の小形化を図りつつ、各アンテナ6,11の放射素子6a,11a間の物理的な距離を拡げることができるため、各アンテナ6,11の放射素子6a,11a間の空間における電磁界結合を弱めて各アンテナ6,11間の相互干渉を低減することができる。したがって、各アンテナ6,11間のアイソレーション特性を十分に向上させることができる。
Thus, according to the antenna device AT and the
また、回路基板PCの一面における各アンテナ6,11の各給電点6b,11b(各配電回路6c,11c)間に、各アンテナ6,11を仕切るようにして接地導体7の一部7aを形成したことにより、空間における各アンテナ6,11同士の電磁界結合のみならず、各アンテナ6,11間の回路基板PCにおける表面を伝搬する漏洩波(表面波)を接地導体7の一部7aによって遮断することができる。したがって、各アンテナ6,11間のアイソレーション特性を一層向上させることができる。さらに、回路基板PCの一面における各アンテナ6,11の周囲に、各アンテナ6,11を囲むようにして接地導体7を形成したことにより、回路基板PCの放射素子6a側の外縁に形成された接地導体7が、送信アンテナ6から出力されて回路基板PCの外縁側から外方に放射された電磁波の受信アンテナ11への漏洩を遮断するため、各アンテナ6,11間のアイソレーション特性をさらに向上させることができる。また、回路基板PCの他面に他の接地導体8を形成すると共に、その接地導体8を回路基板PCの一面に形成された接地導体7と複数のスルーホール9を介して接続することにより、回路基板PCの一面に形成された接地導体7と他面に形成された他の接地導体8との間を平行平板モードの電磁波が伝搬することに起因するその電磁波の漏洩をスルーホール9で規制することができるため、各アンテナ6,11間のアイソレーション特性をさらに向上させることができる。特に、送信アンテナ6から送信される電磁波の波長の1/4以下の間隔で各スルーホール9を形成したことにより、上記平行平板モードの電磁波の漏洩をより確実に規制することができる。
Further, a
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記のアンテナ装置ATでは、送信アンテナ6および受信アンテナ11の周囲に、各アンテナ6,11をそれぞれ囲むようにして接地導体7を環状に形成した例について説明したが、図4に示すアンテナ装置AT1のように、回路基板PCの一面における各アンテナ6,11の各給電点6b,11b(各配電回路6c,11c)間にのみ、各アンテナ6,11を仕切るようにして接地導体7を帯状に形成する構成を採用することもできる。このアンテナ装置AT1であっても、各アンテナ6,11の放射素子6a,11a間の物理的な距離を拡げて、各アンテナ6,11の放射素子6a,11a間の空間における電磁界結合を弱めて各アンテナ6,11間の相互干渉を低減することができると共に、各アンテナ6,11間の回路基板PC表面を伝搬する漏洩波(表面波)を接地導体7によって遮断することができるため、各アンテナ6,11間のアイソレーション特性を十分に向上させることができる。また、アンテナ装置AT,AT1では、回路基板PCの他面に形成された接地導体8と接地導体7とを、接地導体7の全域に形成した複数のスルーホール9で接続して同電位に維持する例について説明したが、接地導体7の一部の領域にのみスルーホール9を形成して両接地導体7,8を同電位(接地電位)に維持する構成を採用することもできる。さらに、スルーホール9以外の方法(例えば、ジャンパー線)により、両接地導体7,8を同電位に規定する構成を採用することもできる。この構成においても、両接地導体7,8を同電位に規定することにより、両接地導体7,8間を平行平板モードの電磁波が伝搬することに起因するその電磁波の漏洩を規制することができる。
In addition, this invention is not limited to said structure. For example, in the antenna device AT described above, an example in which the
さらに、各アンテナ6,11の放射素子6a,11a間の物理的な距離を拡げることによって得られる各アンテナ6,11間のアイソレーション特性の向上だけで十分なときには、図5に示すアンテナ装置AT2のように、回路基板PCの表面に接地導体7を全く形成しない構成を採用することもできる。
Furthermore, when it is sufficient to improve the isolation characteristics between the
また、上記の構成では、1枚の回路基板PCに2つの平面アンテナ(送信アンテナ6と受信アンテナ11)を形成した例について説明したが、平面アンテナの数は2つに限定されず、3つ以上形成したアンテナ装置に対しても本発明を適用できることは勿論である。例えば、平面アンテナを3つ以上形成したアンテナ装置では、その内の一つを送信アンテナとして形成すると共に、残りの平面アンテナを受信アンテナとして形成する。
In the above configuration, an example in which two planar antennas (the transmitting
また、上記の各アンテナ装置AT,AT1,AT2等は、上記した構成のモジュールMLを使用したレーダ装置1のみならず、図6に示す構成のモジュールML1を使用したレーダ装置31に適用することもできる。この場合、モジュールML1は、同図に示すように、パルス生成回路(本発明における変調信号生成回路)32、搬送波生成回路3、分配回路4、変調回路5、分配回路33、アンテナ装置AT、合成回路34、ミキサ回路12、増幅回路13、コンパレータ回路14および検出信号生成回路35を備えている。なお、モジュールMLの構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。パルス生成回路32は、変調信号STBを生成して出力する。分配回路33は、変調回路5によって生成された高周波信号STRを分配して、送信アンテナ6と合成回路34とに出力する。合成回路34は、入力した高周波信号STRと高周波信号SRRとを合成してミキサ回路12に出力する。この場合、合成回路34は、分配回路33から出力された高周波信号STRを高周波信号SRR1 としてミキサ回路12に出力し、送信アンテナ6を介して送信された高周波信号STRのうちの車両21によって反射されて受信アンテナ11を経由して入力した高周波信号STRを高周波信号SRR2 としてミキサ回路12に出力する。検出信号生成回路35は、RSフリップフロップを備えて構成され、車両21までの距離に比例した時間を隔てて入力する2つのパルス状のベースバンド信号SRB1 とベースバンド信号SRB2 と(以下、総称して「ベースバンド信号SRB」ともいう)でRSフリップフロップの出力信号をセット、リセットすることにより、車両21までの距離を測定可能な検出信号Sdを生成して出力する。
Further, each of the antenna devices AT, AT1, AT2, etc. described above can be applied not only to the
次いで、レーダ装置31の全体的な動作について説明する。まず、変調回路5は、パルス生成回路32から入力したベースバンド信号STBで分配回路4から入力した搬送波Scを変調して高周波信号STRを生成して、分配回路33に出力する。分配回路33は、入力した高周波信号STRを分配して、送信アンテナ6と合成回路34とに出力する。これにより、送信アンテナ6から高周波信号STRが送信される。この際に、合成回路34には、最初に、分配回路33からの高周波信号STRが入力し、次いで、所定時間T1経過後に、車両21によって反射された高周波信号STRが受信アンテナ11を経由して入力する。この場合、所定時間T1は、高周波信号STRがレーダ装置31と車両21との間の距離Lを往復する時間を意味する。
Next, the overall operation of the
合成回路34は、受信アンテナ11から入力した高周波信号SRRと分配回路33から入力した高周波信号STRとを合成して、ミキサ回路12に出力する。ミキサ回路12は、入力した高周波信号SRR1 および高周波信号SRR2 を搬送波Scとミキシングすることにより、ベースバンド信号SRBを抽出する。この場合、このベースバンド信号SRBとして、図6に示すように、高周波信号SRR1 に対応するベースバンド信号SRB1 と、高周波信号SRR2 に対応するベースバンド信号SRB2 とが、所定時間T1の間隔でこの順に抽出される。次いで、ミキサ回路12から出力されたベースバンド信号SRBは、増幅回路13によって増幅されると共に、コンパレータ回路14によって波形整形された後に、検出信号生成回路35に入力される。続いて、検出信号生成回路35は、高周波信号SRR1 に対応するベースバンド信号SRB1 の入力に同期して(一例としてベースバンド信号SRB1 の立ち上がりに同期して)RSフリップフロップの出力信号をセットし、高周波信号SRR2 に対応するベースバンド信号SRB2 の入力に同期して(一例としてベースバンド信号SRB2 の立ち上がりに同期して)RSフリップフロップの出力信号をリセットすることにより、ベースバンド信号SRB1 の入力に同期して立ち上がり、ベースバンド信号SRB2 の入力に同期して立ち下がる検出信号Sdを生成する。この後、レーダ装置1のときと同様にして、外部装置が、レーダ装置31から出力された検出信号Sdをそのまま利用して、検出信号Sdのパルス幅(所定時間T1)の1/2の時間と光速とに基づいて、レーダ装置31と車両21との間の距離Lを算出する。
The combining
このレーダ装置31によれば、変調回路5と送信アンテナ6との間に分配回路33を設けて高周波信号STRを送信アンテナ6と共に合成回路34に出力し、合成回路34が分配回路33からの高周波信号STRと受信アンテナ11からの高周波信号SRRとを合成してミキサ回路12に出力することにより、レーダ装置1と比較して、レーダ装置31内の各回路(変調回路5、ミキサ回路12、増幅回路13およびコンパレータ回路14)での遅延時間を含むことなく、高周波信号STRの送信時点を起点として、車両21によって反射された高周波信号STRの受信時点を終点とする計測時間を測定することができる。したがって、高周波信号STRがレーダ装置31と車両21との間(距離L)を往復する時間、つまり距離Lの2倍の距離を伝搬するに必要とされる時間と同等のパルス幅の検出信号Sdを一層正確に生成することができる。この結果、検出信号Sdのパルス幅(所定時間T1)の1/2の時間と光速とに基づいて、レーダ装置31と車両21との間の距離Lを直ちにしかも正確かつ容易に算出することができる。
According to the
なお、上記のモジュールML,ML1では、変調信号抽出回路の一例としてミキサ回路12を使用した例について説明したが、ミキサ回路12に代えて、検波回路、またはローパスフィルタ回路を使用することもできる。また、ベースバンド信号STB(変調信号)を生成する変調信号生成回路の一例としてパルス生成回路2,32を用いた例について説明したが、パルス生成回路2,32に代えて、矩形波状の変調信号を生成し得る任意の変調信号生成回路を採用することもできる。また、上記のレーダ装置1では、パルス生成回路2、搬送波生成回路3、分配回路4、変調回路5、ミキサ回路12、増幅回路13、コンパレータ回路14および検出信号生成回路15を一体化(モジュール化)し、上記のレーダ装置31では、パルス生成回路32、搬送波生成回路3、分配回路4、変調回路5、分配回路33、合成回路34、ミキサ回路12、増幅回路13、コンパレータ回路14および検出信号生成回路35を一体化(モジュール化)しているが、さらにアンテナ装置AT(AT1,AT2)を含めて一体化(モジュール化)した構成を採用することもできる。この構成によれば、レーダ装置全体として、さらに小形化することができる。なお、パルス生成回路2等は、レーダ装置1,31全体を小形化するためにはモジュール化するのが好ましいが、モジュール化を必要としない場合、個別の各回路を回路基板上に搭載してレーダ装置1を構成することもできる。また、上記の構成では、搬送波生成回路3は、準ミリ波帯の所定周波数の搬送波Scを連続して生成する構成を例に挙げて説明したが、本発明に係るアンテナ装置AT,AT1,AT2は、ミリ波帯の周波数(例えば76GHz)の電磁波を利用するレーダ装置に対しても適用できるのは勿論である。
In the above-described modules ML and ML1, the example in which the
また、上記のモジュールML,ML1では、本発明の理解を容易にするために、変調信号STB等の各信号の極性を正極性に揃えると共に、検出信号生成回路15,35については、入力した信号の立ち上がりに同期してRSフリップフロップをセット、リセットする構成を例に挙げて説明したが、各構成要素間の信号の極性については任意に規定することができるのは勿論である。また、検出信号生成回路15,35については、入力した信号の立ち上がりに同期してRSフリップフロップをリセットおよびセットして、負極性の検出信号Sdを生成する構成を採用することもできる。さらに、増幅回路13やコンパレータ回路14の配設は必須ではなく、ベースバンド信号SRBのレベルやS/N比等に応じて適宜配設することができる。また、各回路同士や、各回路と各アンテナとの間に、増幅回路やフィルタなどの回路を適宜配設できるのは勿論である。
Further, in the above-described modules ML and ML1, in order to facilitate understanding of the present invention, the polarity of each signal such as the modulation signal STB is made positive, and the detection
1,31 レーダ装置
2,32 パルス生成回路(変調信号生成回路)
3 搬送波生成回路
5 変調回路
6 送信アンテナ
6a,11a 放射素子
6b,11b 給電点
6c,11c 配電回路
7,8 接地導体
9 スルーホール
11 受信アンテナ
12 ミキサ回路
15,35 検出信号生成回路
AT,AT1,AT2 アンテナ装置
PC 回路基板
1,31
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Carrier
Claims (9)
前記一対の平面アンテナは、当該各平面アンテナの前記配電回路が当該各平面アンテナの前記放射素子間に配置されて構成されているアンテナ装置。 At least a pair of planar antennas each including a radiating element and a power feeding point and a power distribution circuit connecting the radiating elements are formed on one surface of the same circuit board,
The pair of planar antennas is an antenna device configured such that the power distribution circuit of each planar antenna is disposed between the radiating elements of each planar antenna.
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