JP2006279525A - Antenna - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radar antenna which is equipped with a plurality of beam-tilted sub-arrays nearly in the same structure and suppresses tilt variation and a gain decrease due to it. <P>SOLUTION: The radar antenna is equipped with a transmitting antenna including a beam-tilted sub-array as a waveguide slot array 10 and a receiving antenna which is constituted by arranging L beam-tilted sub-arrays (waveguide slot arrays 11-1 to 11-L of a receiving array 11) whose beam tilt directions are reversely symmetrical with the sub-array of the transmitting antenna so that traveling directions of radio waves of the sub-arrays are reversely symmetrical with that of the sub-array of the transmitting antenna. Sub-array groups nearly in the same structure which constitute the transmitting antenna and receiving antenna are constituted/arranged so that the traveling directions of radio waves and the directions of beam tilts to the traveling directions are reversely symmetrical with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば車載用レーダ等のレーダ装置などに適用するのに好適なアンテナに係り、特に、ビームチルトが施された略同一構造のサブアレーを複数個備えたアンテナにおいて、チルト変動およびこれに起因する利得低下を抑制したアンテナに関する。       The present invention relates to an antenna suitable for application to, for example, a radar device such as a vehicle-mounted radar, and more particularly to an antenna including a plurality of sub-arrays having substantially the same structure to which beam tilt is applied. The present invention relates to an antenna that suppresses the resulting gain reduction.

車載用レーダにおいては、特に小型・軽量の装置が求められるため、ミリ波76GHz帯のように高い周波数帯が用いられるのが一般的である。レーダアンテナについても軽量・小型・薄型のものが求められ、マイクロストリップアンテナや導波管スロットアレーのような平面型アンテナの応用が考えられている(例えば、非特許文献1参照。)。       In a vehicle-mounted radar, since a small and light device is particularly required, a high frequency band such as a millimeter wave 76 GHz band is generally used. The radar antenna is also required to be light, small, and thin, and application of a planar antenna such as a microstrip antenna or a waveguide slot array is considered (for example, see Non-Patent Document 1).

また、レーダ走査の基本的な方式としては、アンテナ全体または給電部等を機械的に振動するような機械走査方式があるが、可動部を要さず信号位相等の電磁的制御或いは演算処理により等価的に走査を行う電子走査方式の方が、アンテナおよび装置の小型化、並びに広範囲の高速走査等の面で優位と考えられる。この電子走査方式の代表的な例として、フェーズドアレーアンテナがある。フェーズドアレーアンテナは、いくつかの放射素子を規則的に配列したアレーアンテナを用い、各々の素子に位相器を備えて所定の相対位相を与えることにより、ビーム方向を制御して電子的に走査を行うものである(例えば、非特許文献2参照。)。       As a basic method of radar scanning, there is a mechanical scanning method that mechanically vibrates the entire antenna or the power feeding unit, but it does not require a movable part and can be controlled by electromagnetic control such as signal phase or arithmetic processing. The electronic scanning method that performs scanning equivalently is considered to be superior in terms of miniaturization of the antenna and the apparatus, wide-range high-speed scanning, and the like. A typical example of this electronic scanning method is a phased array antenna. A phased array antenna uses an array antenna in which several radiating elements are regularly arranged, and each element is equipped with a phase shifter to give a predetermined relative phase, thereby controlling the beam direction and scanning electronically. (For example, refer nonpatent literature 2).

さらに、DBF(デジタルビームフォーミング)レーダまたはホログラフィックレーダと呼ばれる方式は、アレーアンテナの各素子の受信信号を複素デジタルデータに変換し、フェーズドアレーの位相・信号合成に相当するデジタル演算処理によって目標物を再現検出するものであり、高速・高精度デジタル処理に適した方式として知られている(例えば、非特許文献3参照。)。など)。       Furthermore, a method called DBF (digital beam forming) radar or holographic radar converts a received signal of each element of an array antenna into complex digital data, and performs a target operation by digital arithmetic processing corresponding to phase / signal synthesis of a phased array. Is known as a method suitable for high-speed and high-precision digital processing (see, for example, Non-Patent Document 3). Such).

以下では、DBFレーダに対応したアンテナについて述べる。
車載用レーダの目的は、自車両に対してほぼ水平方向に前方の先行車を検出することであり、レーダアンテナ特性としては、仰角方向について地表或いは道路上方の構造物の影響を減らすため、狭ビームのものが求められる。また、水平方向については、自走車線および隣接車線の先行車または割込み車等を検知するために広範囲の視野が必要であり、走査ビームはアレー合成によって鋭ビーム特性を得ることができるが、素子単体特性としては広ビーム特性が求められる。このため、アンテナ開口形状は、垂直方向に長く、水平方向に狭い、縦長のものとなる。このような特性条件を有する素子の代表的なものとして、導波管スロットアレーが知られている(例えば、非特許文献4参照。)。
飯塚他;「車載ミリ波レーダ用アンテナ」, 2001年電子情報通信学会総合大会SB−1−7 吉田孝監修;「改訂レーダ技術」,コロナ社,p119−p123,1996 松尾優、山根国義著;「レーダホログラフィ」,コロナ社,p162−p163,1980 手代、米山編著;「新ミリ波技術」,p112−p119,1999
Hereinafter, an antenna corresponding to the DBF radar will be described.
The purpose of the in-vehicle radar is to detect the preceding vehicle ahead in the horizontal direction with respect to the host vehicle. The radar antenna characteristics are narrow in order to reduce the influence of the structure on the ground surface or the road in the elevation direction. The thing of the beam is required. Further, in the horizontal direction, a wide field of view is necessary to detect the preceding vehicle or the interrupting vehicle of the self-propelled lane and the adjacent lane, and the scanning beam can obtain sharp beam characteristics by array synthesis. As a single characteristic, a wide beam characteristic is required. For this reason, the antenna aperture shape is long in the vertical direction and narrow in the horizontal direction, and is vertically long. A waveguide slot array is known as a typical element having such a characteristic condition (see, for example, Non-Patent Document 4).
Iizuka et al .; "In-vehicle millimeter-wave radar antenna", 2001 IEICE General Conference SB-1-7 Supervised by Takashi Yoshida; “Revised Radar Technology”, Corona, p119-p123, 1996 Yu Matsuo, Kuniyoshi Yamane; Radar Holography, Corona, p162-p163, 1980 Teshiro, edited by Yoneyama; “New Millimeter-wave Technology”, p112-p119, 1999

図8に、従来の導波管スロットアレーの基本的な構成図(同図(a))とその原理を説明する説明図(同図(b))を示す。図8(a)において、導波管スロットアレー1には、導波管2の壁面に多数のスロット3が設けられており、導波管スロットアレー1は各スロット3から順次電波を放射する進行波アンテナであり、各スロット3の給電電界を同相に揃えた場合にアンテナ面(スロット3を有する導波管2の壁面)に対して垂直方向に直線偏波放射ビームが得られる。このビーム特性は、導波管2の軸方向に鋭く、軸垂直方向には広い扇状ビームとなる。ここで、受信に用いた場合には、電波の進行方向は送信の場合と逆になるが、送信で用いた場合の電波入力端を入端4、入端4を起点として電波の進む方向を進行方向、導波管2の長さ方向の軸を管軸と呼称する。   FIG. 8 shows a basic configuration diagram of the conventional waveguide slot array (FIG. 8A) and an explanatory diagram for explaining the principle (FIG. 8B). In FIG. 8A, the waveguide slot array 1 is provided with a large number of slots 3 on the wall surface of the waveguide 2, and the waveguide slot array 1 progresses by sequentially radiating radio waves from each slot 3. In the case of a wave antenna, when the feeding electric field of each slot 3 is in-phase, a linearly polarized radiation beam is obtained in a direction perpendicular to the antenna surface (the wall surface of the waveguide 2 having the slot 3). This beam characteristic is a fan-shaped beam that is sharp in the axial direction of the waveguide 2 and wide in the direction perpendicular to the axis. Here, when used for reception, the traveling direction of the radio wave is opposite to that for transmission. However, when used for transmission, the radio wave input end is the input end 4, and the radio wave traveling direction starts from the input end 4. The axis in the traveling direction and the length direction of the waveguide 2 is referred to as a tube axis.

同相給電の条件は、スロットを導波管長辺面に管軸に対して垂直または斜めに切った軸垂直または斜めスロットの場合には、スロット間隔(P)が管内波長λgに等しい場合に得られる。一方、管軸に平行にスロットを切る軸平行スロットの場合には、導波管長辺面の中央では放射が生じないため、図8(a)のように左右にずらしてスロット3を切るが、右側または左側で位相が逆転するので、左右交互にスロット間隔Pをλg/2として配置することで同相給電にできる。すなわち、軸平行スロットでは、軸垂直または斜めスロットに比べて、同じ導波管長内に倍数のスロットを配置でき、利得・ビーム特性上で有利性を有する。以降では軸平行スロットの場合を想定して説明する。   The condition for in-phase power supply is obtained when the slot interval (P) is equal to the guide wavelength λg in the case of an axis perpendicular or oblique slot obtained by cutting the slot on the long side surface of the waveguide perpendicularly or obliquely to the tube axis. . On the other hand, in the case of the axial parallel slot which cuts the slot parallel to the tube axis, radiation does not occur at the center of the long side surface of the waveguide, so the slot 3 is cut by shifting left and right as shown in FIG. Since the phase is reversed on the right side or the left side, in-phase power feeding can be achieved by arranging the slot interval P as λg / 2 alternately left and right. That is, in the axial parallel slot, multiple slots can be arranged in the same waveguide length as compared with the axial vertical or oblique slot, which is advantageous in gain and beam characteristics. In the following description, the case of an axial parallel slot is assumed.

なお、各スロット3を完全に同相で給電(軸平行スロットではスロット3を左右交互にλg/2の間隔で配置)すればアンテナ開口面に対して真垂直方向ビームが得られるが、この場合には、全スロット3からの反射波も同相で重加されるため、アンテナの反射損失が著しく大きくなり、良好な利得が得られないという難点がある。これには、スロット間隔Pをλg/2から少しずらすことにより反射波を位相相殺して利得を最適化する設計法が知られている。但し、この場合ビーム方向は真垂直から幾分傾くことになり、これをビームチルトと称している。用途・設計等にもよるが、1〜5°程度のビームチルトを与えるのが一般的と考えられる。   Note that if each slot 3 is fed completely in phase (in the case of an axial parallel slot, slots 3 are alternately arranged at left and right intervals at intervals of λg / 2), a beam perpendicular to the antenna aperture can be obtained. Since the reflected waves from all the slots 3 are also added in the same phase, the reflection loss of the antenna becomes remarkably large, and a good gain cannot be obtained. For this purpose, a design method is known in which the slot interval P is slightly shifted from λg / 2 to phase cancel reflected waves to optimize the gain. However, in this case, the beam direction is slightly inclined from the true vertical, which is called beam tilt. Although it depends on the application and design, it is generally considered to give a beam tilt of about 1 to 5 °.

チルト角τとスロット間隔Pの関係は次の式(1)で求められる。
sinτ={(P−λg/2)/λg}/(P/λ) …(1)
ここで、λ:自由空間波長、λg:管内波長。
以降の説明では、チルトの向きを進行方向側への傾きを正値(+)として定める。
The relationship between the tilt angle τ and the slot interval P is obtained by the following equation (1).
sinτ = {(P−λg / 2) / λg} / (P / λ) (1)
Here, λ: free space wavelength, λg: guide wavelength.
In the following description, the tilt direction is defined as a positive value (+).

ここで、導波管スロットアレー1においては、周波数によってビーム方向に変動が生ずるという問題がある。式(1)から、周波数FoおよびF’=Fo+Δfにおけるそれぞれのチルト角をτおよびτ’としてチルト角の変動Δτを近似式で表すと、次式で与えられる。
Δτ=τ’−τ≒(λ/λg)・(Δf/Fo) …(2)
すなわち、周波数の変化Δfにほぼ比例するチルト変動Δτが生ずることが示される。なお、車載レーダに用いられる76GHz帯(Fo=76.5GHz、ΔF=±0.5GHz)においては、Δτ≒±0.6°と算出される。管内波長λgは導波管2の寸法によって異なるが、ここでは76GHz帯の標準導波管(長辺2.54mm)を想定した。
Here, the waveguide slot array 1 has a problem that the beam direction varies depending on the frequency. From the equation (1), if the tilt angles at the frequencies Fo and F ′ = Fo + Δf are τ and τ ′, and the tilt angle variation Δτ is expressed by an approximate expression, the following expression is given.
Δτ = τ′−τ≈ (λ / λg) · (Δf / Fo) (2)
That is, it is shown that a tilt fluctuation Δτ that is substantially proportional to the frequency change Δf occurs. In the 76 GHz band (Fo = 76.5 GHz, ΔF = ± 0.5 GHz) used for the on-vehicle radar, Δτ≈ ± 0.6 ° is calculated. The guide wavelength λg varies depending on the dimensions of the waveguide 2, but here, a standard waveguide of 76 GHz band (long side: 2.54 mm) was assumed.

チルト変動によるレーダ性能への影響の端的なものとして、レーダ利得の低下がある。周波数Fo=76.5GHzでビーム方向が水平になるよう装置を設置したとして、ビーム方向が変動すれば、水平方向ではビームピークよりチルト変動Δτのずれに相当する下記の利得低下ΔGが生ずる。
ΔG≒−24・(Δτ/β) …(3)
ここで、β:レーダ半値幅。
車載レーダでは、仰角ビーム幅は3〜4°が好適と考えられ、レーダ半値幅β=4°の場合、チルト変動Δτ=±0.6°では、0.5dB程度の利得低下となる。
As a simple effect of the tilt variation on the radar performance, there is a decrease in radar gain. Assuming that the apparatus is installed so that the beam direction is horizontal at a frequency Fo = 76.5 GHz, if the beam direction fluctuates, the following gain decrease ΔG corresponding to the deviation of the tilt fluctuation Δτ from the beam peak occurs in the horizontal direction.
ΔG≈−24 · (Δτ / β) 2 (3)
Where β: Radar half width.
In the in-vehicle radar, it is considered that the elevation beam width is preferably 3 to 4 °. When the radar half-value width β = 4 °, the gain drop is about 0.5 dB when the tilt fluctuation Δτ = ± 0.6 °.

さらに、装置の設置時に周波数が特定できない場合、例えば設置時の周波数がFo=76.0GHzで、運用時の最大変動が77.0GHz(Δf=1.0GHz)とすれば最大2dBの利得低下が起こり得る。車載レーダ装置では低廉・小型が優先要件であるため、レベル上の余裕は必ずしも大きくは取れず、最大2dBの利得低下は、レーダの最大検知距離性能に換算して約10%に相当する低下を来たす。   Furthermore, if the frequency cannot be specified at the time of installation of the device, for example, if the frequency at the time of installation is Fo = 76.0 GHz and the maximum fluctuation at the time of operation is 77.0 GHz (Δf = 1.0 GHz), a gain reduction of 2 dB at maximum is possible. Can happen. In-vehicle radar equipment is a priority requirement for low cost and small size, so the margin on the level is not necessarily large, and the maximum gain reduction of 2 dB is equivalent to about 10% in terms of radar maximum sensing distance performance. cause.

また、走行時の道路の起伏等によっても相対的なビームの上下動を生ずるので、実際の運用時にはビームの真中からある程度の角度ずれを見込む必要がある。周波数によるチルト変動が加算されると、式(3)により角度ずれに二乗比例して利得低下が増大する。またさらに、路面反射や陸橋など上方構造物による散乱反射等の外部擾乱を軽減するためにも、チルトの周波数変動は極力抑制することが望まれる。この対策として、先ずは周波数の変動を抑制することが考えられるが、これはミリ波ICまたは送受信モジュールの価格上昇に直結し、結果として装置コストが増大してしまう。   In addition, since the relative movement of the beam is caused by the undulation of the road during traveling, it is necessary to allow a certain degree of angular deviation from the middle of the beam during actual operation. When the tilt variation due to the frequency is added, the gain decrease increases in proportion to the square of the angular deviation according to the equation (3). Furthermore, in order to reduce external disturbances such as road surface reflections and scattering reflections due to upper structures such as overpasses, it is desirable to suppress tilt frequency fluctuations as much as possible. As a countermeasure, first, it is conceivable to suppress the fluctuation of the frequency, but this directly leads to an increase in the price of the millimeter wave IC or the transmission / reception module, resulting in an increase in apparatus cost.

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、ビームチルトが施された略同一構造のサブアレーを複数個備えたアンテナにおいて、チルト変動およびこれに起因する利得低下を抑制したアンテナを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and is an antenna including a plurality of subarrays having substantially the same structure to which beam tilt is applied, and an antenna that suppresses tilt fluctuations and gain reduction caused thereby. The purpose is to provide.

上記課題を解決するため、請求項1に記載の本発明のアンテナは、ビームチルトが施され該ビームチルトの方向が互いに同一のN個(Nは正整数)のサブアレーを、該サブアレーの電波の進行方向が互いに同一となるように配置した送信アンテナ(例えば、実施例1での導波管スロットアレー10)と、ビームチルトが施され該ビームチルトの方向が前記送信アンテナのN個のサブアレーとは逆対称のM個(Mは正整数)のサブアレーを、該サブアレーの電波の進行方向が前記送信アンテナのN個のサブアレーと逆対称となるように配置した受信アンテナ(例えば、実施例1での導波管スロットアレー11−1〜11−Lを含む受信アレー11)と、を備えることを特徴とする。       In order to solve the above-described problem, the antenna of the present invention according to claim 1 is configured such that N subarrays (N is a positive integer) whose beam tilts are applied and the beam tilt directions are the same as each other. A transmitting antenna (for example, the waveguide slot array 10 in the first embodiment) arranged so that the traveling directions are the same as each other, a beam tilt is applied, and the direction of the beam tilt is N sub-arrays of the transmitting antenna. Is a receiving antenna in which M subarrays (M is a positive integer) are arranged so that the traveling direction of radio waves of the subarray is inversely symmetric with the N subarrays of the transmitting antenna (for example, in the first embodiment) And a receiving array 11) including the waveguide slot arrays 11-1 to 11-L.

以上の構成を備えた本発明のアンテナは、送信アンテナおよび受信アンテナを構成する略同一構造のそれぞれのサブアレー群を、電波の進行方向並びに該進行方向に対するビームチルトの方向が互いに逆対称となるように構成・配置するので、送信アンテナおよび受信アンテナにおけるチルト変動は同じ大きさで互いに交差する方向となり、レーダビームとしての変動は送信アンテナおよび受信アンテナで相殺されて、常に一定方向の指向特性が得られることとなり、結果として、ビームチルトが施された略同一構造のサブアレーを複数個備えたアンテナにおいて、チルト変動およびこれに起因する利得低下を抑制することができる。       The antenna according to the present invention having the above-described configuration is configured so that the sub-array groups having substantially the same structure constituting the transmitting antenna and the receiving antenna are configured so that the traveling direction of the radio wave and the direction of the beam tilt with respect to the traveling direction are oppositely symmetric. Therefore, the tilt variation in the transmitting antenna and the receiving antenna is the same magnitude and intersects each other, and the variation as a radar beam is canceled out by the transmitting antenna and the receiving antenna, so that a directivity characteristic in a certain direction is always obtained. As a result, in the antenna including a plurality of subarrays having substantially the same structure subjected to beam tilt, tilt fluctuations and gain reduction resulting therefrom can be suppressed.

また、請求項2に記載の本発明のアンテナは、ビームチルトが施されたサブアレーをN個(Nは2以上の正整数)備えたアンテナであって、前記N個の内のR個(RはN/2以上の最小の正整数)のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が互いに同一となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が互いに同一となるように配置し、前記N個の内のN−R個のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が前記R個のサブアレーと逆対称となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が前記R個のサブアレーと逆対称となるように配置したことを特徴とする。       An antenna according to a second aspect of the present invention is an antenna including N subarrays (N is a positive integer of 2 or more) to which beam tilt is applied, and R antennas out of the N (R Are arranged such that the beam tilt directions are the same, and the traveling directions of the radio waves of the subarrays are the same. N-R subarrays are configured such that the beam tilt direction is inversely symmetric with the R subarrays, and the traveling direction of the radio waves of the subarrays is inversely symmetric with the R subarrays. It arrange | positions so that it may become.

以上の構成を備えた本発明のアンテナは、構成する略同一構造のサブアレー群を略同数に2分割し、2分割されたそれぞれのサブアレー群について、電波の進行方向並びに該進行方向に対するビームチルトの方向が互いに逆対称となるように構成・配置するので、2分割されたそれぞれのサブアレー群のチルト変動はほぼ同じ大きさで互いに交差する方向となり、レーダビームとしての変動は相殺されて、常に一定方向の指向特性が得られることとなり、結果として、ビームチルトが施された略同一構造のサブアレーを複数個備えたアンテナにおいて、チルト変動およびこれに起因する利得低下を抑制することができる。   The antenna of the present invention having the above-described configuration is configured to divide substantially the same number of sub-array groups having the same structure into two, and for each sub-array group divided into two, the direction of the radio wave and the beam tilt with respect to the direction of travel. Since the directions and configurations are arranged so as to be opposite to each other, the tilt variation of each of the sub-array groups divided into two is substantially the same size and intersects each other, and the variation as a radar beam is canceled out and is always constant. Directional directivity can be obtained, and as a result, tilt variation and a gain reduction caused by this can be suppressed in an antenna including a plurality of subarrays having substantially the same structure subjected to beam tilt.

また、請求項3に記載の本発明のアンテナは、ビームチルトが施されたサブアレーをN+M個(N,Mはそれぞれ2以上の正整数)備えたアンテナであって、前記N個の内のR個(RはN/2以上の最小の正整数)のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が互いに同一となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が互いに同一となるように配置し、前記N個の内のN−R個のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が前記R個のサブアレーと逆対称となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が前記R個のサブアレーと逆対称となるように配置した送信アンテナ(例えば、実施例3での導波管スロットアレー50−1,50−2)と、前記M個の内のS個(SはM/2以上の最小の正整数)のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が互いに同一となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が互いに同一となるように配置し、前記M個の内のM−S個のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が前記S個のサブアレーと逆対称となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が前記S個のサブアレーと逆対称となるように配置した受信アンテナ(例えば、実施例3での導波管スロットアレー51−1〜51−Lを含む受信アレー51)と、を備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an antenna of the present invention comprising N + M subarrays (N and M are each a positive integer of 2 or more) to which beam tilt is applied, wherein R out of the N The subarrays (R is the smallest positive integer of N / 2 or more) are arranged so that the beam tilt directions are the same, and the traveling directions of the radio waves of the subarrays are the same. NR of the N subarrays are configured such that the beam tilt direction is inversely symmetric to the R subarrays, and the radio wave traveling direction of the subarrays is the R subarrays. And the transmitting antennas (for example, the waveguide slot arrays 50-1 and 50-2 in the third embodiment) arranged in reverse symmetry with the S antennas among the M antennas (S is equal to or more than M / 2) The smallest positive integer) subarray The tilt directions are configured to be the same, and the sub-arrays are arranged so that the traveling directions of the radio waves are the same, and the M-S subarrays of the M are arranged in the beam tilt direction. Is configured to be inversely symmetric with the S sub-arrays, and the receiving antennas (for example, the waveguides in the third embodiment are arranged so that the traveling directions of the radio waves of the sub-arrays are inversely symmetric with the S sub-arrays). And a receiving array 51) including wave tube slot arrays 51-1 to 51-L.

以上の構成を備えた本発明のアンテナは、送信アンテナおよび受信アンテナにおいて、それぞれを構成する略同一構造のサブアレー群を略同数に2分割し、2分割されたそれぞれのサブアレー群について、電波の進行方向並びに該進行方向に対するビームチルトの方向が互いに逆対称となるように構成・配置するので、送信アンテナおよび受信アンテナのそれぞれにおいて、2分割されたそれぞれのサブアレー群のチルト変動はほぼ同じ大きさで互いに交差する方向となり、レーダビームとしての変動は送信アンテナおよび受信アンテナのそれそれで相殺されて、常に一定方向の指向特性が得られることとなり、結果として、ビームチルトが施された略同一構造のサブアレーを複数個備えたアンテナにおいて、チルト変動およびこれに起因する利得低下を抑制することができる。   The antenna according to the present invention having the above-described configuration is divided into approximately the same number of sub-array groups having the same structure in the transmitting antenna and the receiving antenna, and the progress of radio waves is divided into the two sub-array groups divided into two. Since the direction and the direction of the beam tilt with respect to the traveling direction are configured and arranged so as to be inversely symmetric with each other, the tilt variation of each of the subarray groups divided into two is almost the same in each of the transmitting antenna and the receiving antenna. Crossing each other, fluctuations in the radar beam are offset by the transmitting antenna and the receiving antenna, and a directivity characteristic in a fixed direction is always obtained. As a result, a subarray having a substantially identical structure subjected to beam tilting is obtained. Due to tilt fluctuations in antennas with multiple It is possible to suppress the gain reduction.

また、請求項4に記載の本発明のアンテナは、請求項1〜請求項3に記載のアンテナにおいて、前記サブアレーを、扇状ビームを要し縦長の素子形状を持つ進行波アンテナとするのが望ましい。       According to a fourth aspect of the present invention, in the antenna according to the first to third aspects, the subarray is preferably a traveling wave antenna that requires a fan-shaped beam and has a vertically long element shape. .

また、請求項5に記載の本発明のアンテナは、請求項1〜請求項4の何れか1つに記載のアンテナにおいて、前記サブアレーを導波管スロットアンテナとするのが望ましい。       According to a fifth aspect of the present invention, in the antenna according to any one of the first to fourth aspects, the subarray is preferably a waveguide slot antenna.

さらに、請求項6に記載の本発明のアンテナは、請求項1〜請求項4の何れか1つに記載のアンテナにおいて、前記サブアレーをプリントアンテナまたはマイクロストリップアンテナの平面アンテナとするのが望ましい。       Furthermore, the antenna of the present invention according to claim 6 is preferably the antenna according to any one of claims 1 to 4, wherein the subarray is a planar antenna of a printed antenna or a microstrip antenna.

例えば、車載用レーダのアンテナ開口形状は、垂直方向に長く、水平方向に狭い、縦長のものが要求されるが、コスト上昇を伴うことなくチルト変動およびこれに起因する利得低下を抑制して、このような車載用レーダ等に適用することができる。       For example, the antenna aperture shape of a vehicle-mounted radar is required to be vertically long, narrow in the horizontal direction, and vertically long, but without tilt increase and gain reduction caused by this without increasing the cost, The present invention can be applied to such a vehicle-mounted radar.

以上説明したように、本発明のアンテナによれば、送信アンテナおよび受信アンテナを構成する略同一構造のそれぞれのサブアレー群を、或いは、送信アンテナおよび受信アンテナにおいてそれぞれ構成する略同一構造のサブアレー群を略同数に2分割したサブアレー群を、電波の進行方向並びに該進行方向に対するビームチルトの方向が互いに逆対称となるように配置するので、送信アンテナおよび受信アンテナ、或いは、送信アンテナおよび受信アンテナのそれぞれにおける2分割されたそれぞれのサブアレー群について、チルト変動はほぼ同じ大きさで互いに交差する方向となり、レーダビームとしての変動は相殺されて、常に一定方向の指向特性が得られることとなり、チルト変動およびこれに起因する利得低下を抑制することができる。       As described above, according to the antenna of the present invention, each subarray group having substantially the same structure that constitutes the transmission antenna and the reception antenna, or each subarray group having substantially the same structure that constitutes the transmission antenna and the reception antenna, respectively. Since the subarray groups divided into approximately the same number of two are arranged so that the traveling direction of the radio wave and the direction of the beam tilt with respect to the traveling direction are opposite to each other, each of the transmitting antenna and the receiving antenna or the transmitting antenna and the receiving antenna For each of the two sub-array groups divided into two, the tilt fluctuations are in the direction of crossing each other with substantially the same magnitude, the fluctuations as radar beams are canceled out, and a directivity characteristic in a fixed direction is always obtained. It is possible to suppress the gain reduction caused by this. That.

以下、本発明のアンテナの実施例について、〔実施例1〕、〔実施例2〕、〔実施例3〕の順に図面を参照して詳細に説明する。       Hereinafter, embodiments of the antenna of the present invention will be described in detail in the order of [Embodiment 1], [Embodiment 2], and [Embodiment 3] with reference to the drawings.

〔実施例1〕
図1は本発明の実施例1に係るアンテナの構成図である。図1(a)は送信アンテナのサブアレー10と受信アンテナの受信アレー11の相対的な配置関係を示す斜視図であり、図1(b)はサブアレー10および11−i(i=1〜L;Lは正整数)の断面図である。
[Example 1]
FIG. 1 is a configuration diagram of an antenna according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1A is a perspective view showing a relative arrangement relationship between the subarray 10 of the transmitting antenna and the receiving array 11 of the receiving antenna, and FIG. 1B is a subarray 10 and 11-i (i = 1 to L; (L is a positive integer).

図1において、本実施例のアンテナはレーダ装置のレーダアンテナとして利用されるものであって、ビームチルトが施された略同一構造のサブアレーを1+L個備え、サブアレーとして従来例(図8)と同様の構造である軸平行スロットの導波管スロットアレーを用いた構成である。すなわち、送信アンテナとして導波管スロットアレー10を備え、受信アンテナとして導波管スロットアレー11−1〜11−Lを備える。       In FIG. 1, the antenna of the present embodiment is used as a radar antenna of a radar apparatus, and includes 1 + L sub-arrays having substantially the same structure to which beam tilt is applied, and is similar to the conventional example (FIG. 8) as a sub-array. This is a configuration using a waveguide slot array of axially parallel slots having the structure described above. That is, the waveguide slot array 10 is provided as a transmitting antenna, and the waveguide slot arrays 11-1 to 11-L are provided as receiving antennas.

まず、送信アンテナの導波管スロットアレー10は、導波管壁面に左右交互に間隔を略λg/2としてスロット22を配置して同相給電を行うものであり、アンテナ面(スロット22を有する導波管壁面)に対して垂直方向に直線偏波放射ビーム(扇状ビーム)を得る進行波アンテナである。また、スロット22からの反射波を位相相殺するために、スロット22の間隔をλg/2から少しずらすビームチルトが施されており、ここでは、スロット22の間隔(ピッチ)Pを中心周波数FoでP=λg/2+δとしている。       First, the waveguide slot array 10 of the transmitting antenna is configured to perform in-phase power feeding by arranging slots 22 at intervals of about λg / 2 on the waveguide wall surface alternately on the left and right sides. It is a traveling wave antenna that obtains a linearly polarized radiation beam (fan-shaped beam) in a direction perpendicular to the wave tube wall surface. In addition, in order to cancel the phase of the reflected wave from the slot 22, beam tilt is performed by slightly shifting the interval of the slot 22 from λg / 2. Here, the interval (pitch) P of the slot 22 is set at the center frequency Fo. P = λg / 2 + δ.

また、同図に示すように、電波の入力端である入端24を図に対して下側となるように配置しており、導波管内の電波の進行方向は図に対して下側から上側に向く方向となる。チルト角τとスロット間隔Pは、従来例でも述べたように、式(1)の関係を持つので、チルト角τは次式で与えられる。
τ≒sinτ=(δ/P)・(λ/λg) …(4)
つまり、送信アンテナの導波管スロットアレー10では、図に対して上向き(進行方向側への傾きが正値)の進行方向向きのチルトを有することになる。
Also, as shown in the figure, the input end 24 which is the input end of the radio wave is arranged so as to be on the lower side with respect to the figure, and the traveling direction of the radio wave in the waveguide is from the lower side with respect to the figure. The direction is upward. As described in the conventional example, the tilt angle τ and the slot interval P have the relationship of Expression (1), and therefore the tilt angle τ is given by the following expression.
τ≈sinτ = (δ / P) · (λ / λg) (4)
In other words, the waveguide slot array 10 of the transmitting antenna has a tilt in the traveling direction that is upward (positive in the traveling direction) with respect to the drawing.

一方、受信アレー11の導波管スロットアレー11−1〜11−Lにおいても、送信アンテナの導波管スロットアレー10と同様に、導波管壁面に左右交互に間隔を略λg/2としてスロット23を配置しているが、ビームチルトとして、スロット23の間隔(ピッチ)Pを中心周波数FoでP=λg/2−δとしており、チルト角は−τとなる。つまり、進行方向逆向きのチルトであり、送信アンテナの導波管スロットアレー10とは逆対称のチルト特性を持つことになる。       On the other hand, in the waveguide slot arrays 11-1 to 11-L of the receiving array 11, similarly to the waveguide slot array 10 of the transmitting antenna, the slots are alternately spaced on the left and right sides of the waveguide wall surface at approximately λg / 2. However, as the beam tilt, the interval (pitch) P between the slots 23 is P = λg / 2−δ at the center frequency Fo, and the tilt angle is −τ. That is, the tilt is in the direction opposite to the traveling direction and has a tilt characteristic that is inversely symmetric with respect to the waveguide slot array 10 of the transmitting antenna.

また、入端25を図に対して上側にして送信アンテナの導波管スロットアレー10と逆対称に配置しており、サブアレーとしての導波管内の電波の進行方向は図に対して上側から下側に向く方向となる。(但し、受信として用いているので、実際の電波の進行方向は送信の場合と逆に入端25に向かう方向となる。)この逆対称の配置により、受信アレー11の導波管スロットアレー11−1〜11−Lにおいても、チルトの方向は図に対して上向きとなり、レーダアンテナとして送受信のビーム方向は上向きに一致することになる。       In addition, the input end 25 is placed on the upper side with respect to the drawing and is arranged in an inverse symmetry with the waveguide slot array 10 of the transmitting antenna, and the traveling direction of the radio wave in the waveguide as the sub-array is lower from the upper side with respect to the drawing. The direction will be to the side. (However, since it is used for reception, the actual traveling direction of the radio wave is the direction toward the input end 25 as opposed to the case of transmission.) With this reverse symmetrical arrangement, the waveguide slot array 11 of the reception array 11 is used. Also in the case of −1 to 11-L, the tilt direction is upward with respect to the figure, and the beam direction of transmission / reception as a radar antenna coincides upward.

ところで、周波数によるビーム方向の変動は、周波数が上がるとビーム方向は進行方向向きに、周波数が下がるとビーム方向は進行方向逆向きにそれぞれ生ずる。これは中心周波数Foにおけるチルト方向(±τ)には因らない。周波数がF=Fo+Δfに変動した時の送信ビーム方向は次式で与えられる。
τt=τ+Δτ
Δτ≒(λ/λg)・(Δf/Fo) …(5)
By the way, the fluctuation of the beam direction due to the frequency occurs when the frequency is increased, the beam direction is in the traveling direction, and when the frequency is decreased, the beam direction is reversed in the traveling direction. This does not depend on the tilt direction (± τ) at the center frequency Fo. The transmission beam direction when the frequency changes to F = Fo + Δf is given by the following equation.
τt = τ + Δτ
Δτ≈ (λ / λg) · (Δf / Fo) (5)

また、受信ビームの方向は、サブアレーとしての進行方向に対して−τ+Δτとなるが、送信アンテナおよび受信アンテナの上下逆配置により、レーダアンテナに対しては次式で与えられることになる。
τr=−(−τ+Δτ)=τ−Δτ …(6)
したがって、送信アンテナおよび受信アンテナのチルト変動は同じ大きさで互いに交差する方向となるので、レーダアンテナのレーダビームとしては、変動は送信側および受信側で相殺され、常に一定方向の指向特性が得られることとなる。
The direction of the received beam is −τ + Δτ with respect to the traveling direction as the subarray, but is given by the following equation for the radar antenna due to the upside down arrangement of the transmitting antenna and the receiving antenna.
τr = − (− τ + Δτ) = τ−Δτ (6)
Therefore, the tilt fluctuations of the transmitting antenna and the receiving antenna are the same magnitude and intersect each other, so the radar beam of the radar antenna cancels the fluctuations on the transmitting side and the receiving side, and always obtains a directivity characteristic in a certain direction. Will be.

次に、図2には、本実施例のレーダアンテナが適用されるレーダ装置の一部構成図を示す。このレーダ装置は、デジタルビームフォーミング(DBF)を用いたレーダ装置であり、本実施例の送信アンテナ10および受信アレー11を備えたレーダアンテナ101の他に、送信機(Tx)102、受信機(Rx)103−1〜103−L、アナログ・デジタル変換器(A/D)104−1〜104−Lおよびデジタル・ビーム合成回路105を備えた構成である。   Next, FIG. 2 shows a partial configuration diagram of a radar apparatus to which the radar antenna of this embodiment is applied. This radar apparatus is a radar apparatus using digital beam forming (DBF). In addition to the radar antenna 101 having the transmission antenna 10 and the reception array 11 of this embodiment, the transmitter (Tx) 102 and the receiver ( Rx) 103-1 to 103-L, analog / digital converters (A / D) 104-1 to 104-L, and a digital beam combining circuit 105.

このレーダ装置においては、送信側で、例えば送信機102内のVCO(電圧制御発振器)により変調した送信波を、送信アンテナ10を介して送信し、受信側では、受信アレーを構成する複数のアンテナ11−1〜11−Lにより、送信した送信波の反射波を受信する。その受信信号に送信信号と同じ周波数を有するローカル信号(VCO出力)をそれぞれ混合することによりビート信号を生成し、このビート信号をアナログ・デジタル変換器104−1〜104−Lによってデジタル信号に変換し、該デジタル信号を取り込んだデジタル・ビーム合成回路105が、各信号の振幅および位相情報によりデジタルビームフォーミング処理(各ビート信号に位相演算を含む重み付けをして加算する等のデジタル信号処理)を行うことによりビーム形成を行う。   In this radar apparatus, on the transmission side, for example, a transmission wave modulated by a VCO (voltage controlled oscillator) in the transmitter 102 is transmitted via the transmission antenna 10, and on the reception side, a plurality of antennas constituting a reception array are transmitted. The reflected wave of the transmitted transmission wave is received by 11-1 to 11-L. A beat signal is generated by mixing the received signal with a local signal (VCO output) having the same frequency as that of the transmission signal, and the beat signal is converted into a digital signal by the analog / digital converters 104-1 to 104-L. Then, the digital beam synthesis circuit 105 that has captured the digital signal performs digital beam forming processing (digital signal processing such as weighting including phase calculation and addition to each beat signal) based on the amplitude and phase information of each signal. By doing so, beam forming is performed.

次に、本実施例のレーダアンテナによって得られる効果を、図3および図4を参照して定量的に示す。ここで、図3(a)は本実施例のレーダアンテナにおけるビーム指向性の周波数変化を説明する説明図であり、図3(b)はチルト変動の周波数特性を説明する説明図であり、それぞれシミュレーション実験による結果を示したものである。また、図4は本発明を適用しない従来のレーダアンテナによるビーム指向性の周波数変化(図4(b))並びにチルト変動の周波数特性(図4(b))の説明図である。   Next, the effect obtained by the radar antenna of the present embodiment will be quantitatively shown with reference to FIG. 3 and FIG. Here, FIG. 3A is an explanatory diagram for explaining the frequency change of the beam directivity in the radar antenna of the present embodiment, and FIG. 3B is an explanatory diagram for explaining the frequency characteristic of the tilt variation, The result by a simulation experiment is shown. FIG. 4 is an explanatory diagram of a beam directivity frequency change (FIG. 4B) and a tilt fluctuation frequency characteristic (FIG. 4B) by a conventional radar antenna to which the present invention is not applied.

図3(a)では、中心周波数Fo=76.5GHzでチルト角=1°を与えており、送信および受信における単体(1個のサブアレー)のビーム特性(図中、それぞれ1点鎖線および2点鎖線で示す)は、僅かに非対称性を持つが、送信および受信を合成したレーダビームについて(図中、破線で示す)はレーダ性能上の支障はない。   In FIG. 3 (a), a tilt angle = 1 ° is given at a center frequency Fo = 76.5 GHz, and beam characteristics of a single unit (one subarray) in transmission and reception (in the figure, one-dot chain line and two points, respectively) (Shown by a chain line) has a slight asymmetry, but there is no problem in radar performance with respect to a radar beam obtained by combining transmission and reception (shown by a broken line in the figure).

また、周波数が変動したF’=77GHzでは、送信および受信における単体のビーム特性は互いに交差する方向へ変動するが、送信および受信を合成したレーダビーム方向(図中、実線で示す)としては、中心周波数Foの場合と殆ど一致する。また、図3(b)に示すように、レーダビームの変動は管内波長λgの周波数特性が線形ではないことにより、完全に相殺されない変動成分が残るが、±0.5GHzの帯域内においてチルト角の変動はΔτ=±0.007°以内であり、ビーム幅に比べ十分小さく抑制できることが示されている。   In addition, at F ′ = 77 GHz in which the frequency fluctuates, the single beam characteristics in transmission and reception fluctuate in directions intersecting each other, but as a radar beam direction (indicated by a solid line in the figure) that combines transmission and reception, It almost coincides with the case of the center frequency Fo. Further, as shown in FIG. 3B, the fluctuation of the radar beam has a fluctuation component that is not completely canceled because the frequency characteristic of the guide wavelength λg is not linear, but the tilt angle is within a band of ± 0.5 GHz. Is within Δτ = ± 0.007 °, indicating that it can be suppressed sufficiently smaller than the beam width.

さらに、図4に示す従来のレーダアンテナによるビーム指向性の周波数変化並びにチルト変動の周波数特性と比較すれば、従来は周波数の変動Δf=±0.5GHzに対してΔτ=±0.6°のチルト変動を生じており、本発明による効果は明白に示される。   Further, when compared with the frequency characteristics of the beam directivity and the tilt fluctuation by the conventional radar antenna shown in FIG. 4, the conventional technique has Δτ = ± 0.6 ° with respect to the frequency fluctuation Δf = ± 0.5 GHz. The tilt variation is generated, and the effect of the present invention is clearly shown.

次に、本実施例のレーダアンテナによれば、温度変化によるチルト変動についても抑制できることを説明する。温度変化による機械的な伸縮によってもスロット間隔(ピッチ)Pおよび導波管幅が変化するため、チルトの変化が生じるが、本発明を適用することによって、周波数変動によるチルト変動の抑制と同様の作用により温度変化によるチルト変動も相殺解消できる。   Next, it will be described that the tilt variation due to the temperature change can be suppressed according to the radar antenna of the present embodiment. Although the slot interval (pitch) P and the waveguide width also change due to mechanical expansion and contraction due to temperature change, a change in tilt occurs. By applying the present invention, it is the same as the suppression of tilt change due to frequency change. The tilt fluctuation due to the temperature change can be canceled by the action.

上述したように、図1において、中心周波数Foで送信アンテナの導波管スロットアレー10におけるスロット22の間隔をPt=λg/2+δとし、受信アンテナ(受信アレー11)の導波管スロットアレー11−1〜11−Lにおけるスロット23の間隔をPr=λg/2−δとするビームチルトが施されている。   As described above, in FIG. 1, the interval between the slots 22 in the waveguide slot array 10 of the transmission antenna is Pt = λg / 2 + δ at the center frequency Fo, and the waveguide slot array 11− of the reception antenna (reception array 11). Beam tilt in which the interval between the slots 23 in 1 to 11-L is Pr = λg / 2−δ is performed.

温度変化Tによる送信アンテナおよび受信アンテナのピッチ伸縮Δpは次式で与えられる。
Δp=αT(λg/2±δ)≒αTλg/2 …(7)
ここで、α:線膨張係数。
The pitch expansion Δp of the transmitting antenna and the receiving antenna due to the temperature change T is given by the following equation.
Δp = αT (λg / 2 ± δ) ≈αTλg / 2 (7)
Here, α: linear expansion coefficient.

このとき、スロット間隔P=λg/2±δ+Δpとして、式(4)から送信アンテナおよび受信アンテナのチルト角τを求めると、次式となる。
τt= (+δ+Δp)/Pt・(λ/λg)≒τ+Δτ
τr=−(−δ+Δp)/Pr・(λ/λg)≒τ−Δτ
Δτ≒2Δp・λ/λg,τ≒2δ・λ/λg …(8)
したがって、送信アンテナおよび受信アンテナの温度変化によるスロット間隔の伸縮によるチルト変動は同じ大きさで互いに交差する方向となるので、レーダアンテナのレーダビームとしては、変動は送信側および受信側で相殺される。
At this time, when the tilt angle τ of the transmitting antenna and the receiving antenna is obtained from the equation (4) with the slot interval P = λg / 2 ± δ + Δp, the following equation is obtained.
τt = (+ δ + Δp) / Pt · (λ / λg) ≈τ + Δτ
τr = − (− δ + Δp) / Pr · (λ / λg) ≈τ−Δτ
Δτ ≒ 2Δp · λ / λg 2 , τ ≒ 2δ · λ / λg 2 ... (8)
Therefore, the tilt variation due to expansion and contraction of the slot interval due to the temperature change of the transmission antenna and the reception antenna becomes the same magnitude and intersects each other, so that the variation is canceled on the transmission side and the reception side as the radar beam of the radar antenna. .

また、温度変化による導波管幅の変化についても、送信アンテナおよび受信アンテナにおいて逆方向で且つほぼ同量のチルト変動となることが同様にして導かれる。したがって、温度変化による伸縮変動に対しても、本発明によるチルト変動相殺効果が有効であることを証明できた。   Similarly, with respect to the change in the waveguide width due to the temperature change, it is similarly derived that the transmission antenna and the reception antenna have the same amount of tilt fluctuation in the opposite direction. Therefore, it has been proved that the tilt fluctuation canceling effect of the present invention is effective against expansion and contraction fluctuation due to temperature change.

以上説明したように、本実施例のアンテナ(レーダアンテナ)では、ビームチルトが施されたサブアレーを導波管スロットアレー10とする送信アンテナと、ビームチルトが施され該ビームチルトの方向が送信アンテナのサブアレーとは逆対称のL個のサブアレー(受信アレー11の導波管スロットアレー11−1〜11−L)を、該サブアレーの電波の進行方向が送信アンテナのサブアレーと逆対称となるように配置した受信アンテナと、を備えた構成とし、送信アンテナおよび受信アンテナを構成する略同一構造のそれぞれのサブアレー群を、電波の進行方向並びに該進行方向に対するビームチルトの方向が互いに逆対称となるように構成・配置するので、送信アンテナおよび受信アンテナにおける(周波数変動または温度変化による)チルト変動は同じ大きさで互いに交差する方向となり、レーダビームとしての変動は送信アンテナおよび受信アンテナで相殺されて、常に一定方向の指向特性を得ることができる。その結果として、ビームチルトが施された略同一構造のサブアレーを複数個備えたレーダアンテナにおいて、チルト変動およびこれに起因する利得低下を抑制することができる。   As described above, in the antenna (radar antenna) of the present embodiment, the transmission antenna using the sub-array subjected to beam tilt as the waveguide slot array 10, and the direction of the beam tilt applied to the transmission antenna is the transmission antenna. L sub-arrays (waveguide slot arrays 11-1 to 11-L of the receiving array 11) that are inversely symmetric with respect to the sub-array of the sub-array so that the traveling direction of the radio waves of the sub-array is inversely symmetric with the sub-array of the transmitting antenna. The sub-array groups having substantially the same structure constituting the transmitting antenna and the receiving antenna are arranged so that the traveling direction of the radio wave and the direction of the beam tilt with respect to the traveling direction are inversely symmetric with each other. Since it is configured and arranged in the transmitter antenna and receiver antenna (due to frequency fluctuation or temperature change) Belt fluctuation becomes a direction crossing each other at the same size, the variation of the radar beam is offset by transmit and receive antennas can always be obtained a directivity of a predetermined direction. As a result, in a radar antenna having a plurality of sub-arrays having substantially the same structure subjected to beam tilt, tilt fluctuation and gain reduction caused by this can be suppressed.

〔実施例2〕
次に、図5は本発明の実施例2に係るアンテナの構成図である。図5(a)は送信アンテナのサブアレー30と受信アンテナの受信アレー31の相対的な配置関係を示す斜視図であり、図5(b)はサブアレー30および31−i(i=1〜L;Lは正整数)の断面図である。
[Example 2]
Next, FIG. 5 is a configuration diagram of an antenna according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 5A is a perspective view showing a relative arrangement relationship between the subarray 30 of the transmitting antenna and the receiving array 31 of the receiving antenna, and FIG. 5B is a subarray 30 and 31-i (i = 1 to L; (L is a positive integer).

図5において、本実施例のアンテナ(レーダアンテナ)は、ビームチルトが施された略同一構造のサブアレーを1+L個備え、サブアレーとして軸垂直スロットの導波管スロットアレーを用いた構成である。すなわち、送信アンテナとして導波管スロットアレー30を備え、受信アンテナとして導波管スロットアレー31−1〜31−Lを備える。       In FIG. 5, the antenna (radar antenna) of this embodiment has a configuration in which 1 + L sub-arrays having substantially the same structure subjected to beam tilt are provided, and a waveguide slot array having a vertical axis slot is used as the sub-array. That is, the waveguide slot array 30 is provided as a transmitting antenna, and the waveguide slot arrays 31-1 to 31-L are provided as receiving antennas.

まず、送信アンテナの導波管スロットアレー30は、導波管壁面に間隔を略λgとしてスロット42を配置して同相給電を行うものであり、アンテナ面(スロット42を有する導波管壁面)に対して垂直方向に直線偏波放射ビーム(扇状ビーム)を得る進行波アンテナである。また、スロット42からの反射波を位相相殺するために、スロット42の間隔をλgから少しずらすビームチルトが施されており、ここでは、スロット42の間隔(ピッチ)Pを中心周波数FoでP=λg+δとしている。       First, the waveguide slot array 30 of the transmission antenna is configured to perform in-phase power feeding by arranging the slots 42 with the interval of about λg on the waveguide wall surface, and is provided on the antenna surface (waveguide wall surface having the slot 42). The traveling wave antenna obtains a linearly polarized radiation beam (fan beam) in the vertical direction. Further, in order to cancel the phase of the reflected wave from the slot 42, beam tilt is performed by slightly shifting the interval between the slots 42 from λg. Here, the interval (pitch) P between the slots 42 is set to P = It is set as λg + δ.

また、同図に示すように、電波の入力端である入端44を図に対して下側となるように配置しており、導波管内の電波の進行方向は図に対して下側から上側に向く方向となる。ここで、チルト角τとスロット間隔Pは、次式の関係を持つ。
sinτ={(P−λg)/λg}/(P/λ) …(9)
式(9)より、チルト角τは次式で与えられる。
τ≒sinτ=(δ/P)・(λ/λg) …(10)
つまり、送信アンテナの導波管スロットアレー30では、図に対して上向き(進行方向側への傾きが正値)の進行方向向きのチルトを有することになる。
Also, as shown in the figure, the input end 44 that is the input end of the radio wave is arranged so as to be on the lower side with respect to the figure, and the traveling direction of the radio wave in the waveguide is from the lower side with respect to the figure. The direction is upward. Here, the tilt angle τ and the slot interval P have the following relationship.
sinτ = {(P−λg) / λg} / (P / λ) (9)
From the equation (9), the tilt angle τ is given by the following equation.
τ≈sinτ = (δ / P) · (λ / λg) (10)
In other words, the waveguide slot array 30 of the transmitting antenna has a tilt in the direction of travel that is upward (positive in the direction of travel) with respect to the drawing.

一方、受信アレー31の導波管スロットアレー31−1〜31−Lにおいても、送信アンテナの導波管スロットアレー30と同様に、導波管壁面に間隔を略λgとしてスロット43を配置しているが、ビームチルトとして、スロット43の間隔(ピッチ)Pを中心周波数FoでP=λg−δとしており、チルト角は−τとなる。つまり、進行方向逆向きのチルトであり、送信アンテナの導波管スロットアレー30とは逆対称のチルト特性を持つことになる。       On the other hand, also in the waveguide slot arrays 31-1 to 31-L of the receiving array 31, the slots 43 are arranged on the wall surface of the waveguide with a distance of about λg, similarly to the waveguide slot array 30 of the transmitting antenna. However, as the beam tilt, the interval (pitch) P of the slots 43 is P = λg−δ at the center frequency Fo, and the tilt angle is −τ. That is, the tilt is in the direction opposite to the traveling direction and has a tilt characteristic that is inversely symmetric with respect to the waveguide slot array 30 of the transmitting antenna.

また、入端45を図に対して上側にして送信アンテナの導波管スロットアレー30と逆対称に配置しており、サブアレーとしての導波管内の電波の進行方向は図に対して上側から下側に向く方向となる。(但し、受信として用いているので、実際の電波の進行方向は送信の場合と逆に入端45に向かう方向となる。)この逆対称の配置により、受信アレー31の導波管スロットアレー31−1〜31−Lにおいても、チルトの方向は図に対して上向きとなり、レーダアンテナとして送受信のビーム方向は上向きに一致することになる。       In addition, the input end 45 is placed on the upper side with respect to the drawing and is arranged in an inverse symmetry with the waveguide slot array 30 of the transmitting antenna, and the traveling direction of the radio wave in the waveguide as the sub-array is lower from the upper side with respect to the drawing. The direction will be to the side. (However, since it is used for reception, the actual traveling direction of the radio wave is the direction toward the input end 45 opposite to the case of transmission.) With this reverse symmetrical arrangement, the waveguide slot array 31 of the reception array 31 is used. Also in −1 to 31-L, the tilt direction is upward with respect to the figure, and the beam direction of transmission / reception as a radar antenna coincides upward.

また、実施例1と同様に、周波数によるビーム方向の変動について、周波数がF=Fo+Δfに変動した時の送信ビーム方向は次式で与えられる。
τt=τ+Δτ
Δτ≒(λ/λg)・(Δf/Fo) …(11)
Further, as in the first embodiment, regarding the variation in the beam direction due to the frequency, the transmission beam direction when the frequency varies to F = Fo + Δf is given by the following equation.
τt = τ + Δτ
Δτ≈ (λ / λg) · (Δf / Fo) (11)

また、受信ビームの方向は、サブアレーとしての進行方向に対して−τ+Δτとなるが、送信アンテナおよび受信アンテナの上下逆配置により、レーダアンテナに対しては次式で与えられることになる。
τr=−(−τ+Δτ)=τ−Δτ …(12)
したがって、送信アンテナおよび受信アンテナのチルト変動は同じ大きさで互いに交差する方向となるので、レーダアンテナのレーダビームとしては、変動は送信側および受信側で相殺され、常に一定方向の指向特性が得られることとなる。
The direction of the received beam is −τ + Δτ with respect to the traveling direction as the subarray, but is given by the following equation for the radar antenna due to the upside down arrangement of the transmitting antenna and the receiving antenna.
τr = − (− τ + Δτ) = τ−Δτ (12)
Therefore, the tilt fluctuations of the transmitting antenna and the receiving antenna are the same magnitude and intersect each other, so the radar beam of the radar antenna cancels the fluctuations on the transmitting side and the receiving side, and always obtains a directivity characteristic in a certain direction. Will be.

また、温度変化Tによる送信アンテナおよび受信アンテナのピッチ伸縮Δpは次式で与えられる。
Δp=αT(λg±δ)≒αTλg …(13)
ここで、α:線膨張係数。
Further, the pitch expansion Δp of the transmitting antenna and the receiving antenna due to the temperature change T is given by the following equation.
Δp = αT (λg ± δ) ≈αTλg (13)
Here, α: linear expansion coefficient.

このとき、スロット間隔P=λg±δ+Δpとして、式(10)から送信アンテナおよび受信アンテナのチルト角τを求めると、次式となる。
τt= (+δ+Δp)/Pt・(λ/λg)≒τ+Δτ
τr=−(−δ+Δp)/Pr・(λ/λg)≒τ−Δτ
Δτ≒Δp・λ/λg,τ≒δ・λ/λg …(14)
したがって、送信アンテナおよび受信アンテナの温度変化によるスロット間隔の伸縮によるチルト変動は同じ大きさで互いに交差する方向となるので、レーダアンテナのレーダビームとしては、変動は送信側および受信側で相殺される。
At this time, when the slot angle P = λg ± δ + Δp and the tilt angle τ of the transmitting antenna and the receiving antenna is obtained from the equation (10), the following equation is obtained.
τt = (+ δ + Δp) / Pt · (λ / λg) ≈τ + Δτ
τr = − (− δ + Δp) / Pr · (λ / λg) ≈τ−Δτ
Δτ≈Δp · λ / λg 2 , τ≈δ · λ / λg 2 (14)
Therefore, the tilt variation due to expansion and contraction of the slot interval due to the temperature change of the transmission antenna and the reception antenna becomes the same magnitude and intersects each other, so that the variation is canceled on the transmission side and the reception side as the radar beam of the radar antenna. .

また、温度変化による導波管幅の変化についても、送信アンテナおよび受信アンテナにおいて逆方向で且つほぼ同量のチルト変動となることが同様にして導かれる。したがって、温度変化による伸縮変動に対しても、本発明によるチルト変動相殺効果が有効であることを証明できる。   Similarly, with respect to the change in the waveguide width due to the temperature change, it is similarly derived that the transmission antenna and the reception antenna have the same amount of tilt fluctuation in the opposite direction. Therefore, it can be proved that the tilt fluctuation canceling effect according to the present invention is effective against expansion and contraction fluctuation due to temperature change.

以上説明したように、本実施例のアンテナ(レーダアンテナ)では、ビームチルトが施されたサブアレーを導波管スロットアレー30とする送信アンテナと、ビームチルトが施され該ビームチルトの方向が送信アンテナのサブアレーとは逆対称のL個のサブアレー(受信アレー31の導波管スロットアレー31−1〜31−L)を、該サブアレーの電波の進行方向が送信アンテナのサブアレーと逆対称となるように配置した受信アンテナと、を備えた構成とし、送信アンテナおよび受信アンテナを構成する略同一構造のそれぞれのサブアレー群を、電波の進行方向並びに該進行方向に対するビームチルトの方向が互いに逆対称となるように構成・配置するので、送信アンテナおよび受信アンテナにおける(周波数変動または温度変化による)チルト変動は同じ大きさで互いに交差する方向となり、レーダビームとしての変動は送信アンテナおよび受信アンテナで相殺されて、常に一定方向の指向特性を得ることができる。その結果として、ビームチルトが施された略同一構造のサブアレーを複数個備えたレーダアンテナにおいて、チルト変動およびこれに起因する利得低下を抑制することができる。       As described above, in the antenna (radar antenna) of this embodiment, the transmission antenna having the waveguide slot array 30 as the sub-array subjected to the beam tilt, and the direction of the beam tilt subjected to the beam tilt is the transmission antenna. L subarrays (waveguide slot arrays 31-1 to 31-L of the receiving array 31) that are inversely symmetric with respect to the subarray of the subarray so that the traveling direction of the radio waves of the subarray is inversely symmetric with the subarray of the transmitting antenna. The sub-array groups having substantially the same structure constituting the transmitting antenna and the receiving antenna are arranged so that the traveling direction of the radio wave and the direction of the beam tilt with respect to the traveling direction are inversely symmetric with each other. Since it is configured and arranged in the transmitter antenna and receiver antenna (due to frequency fluctuation or temperature change) Belt fluctuation becomes a direction crossing each other at the same size, the variation of the radar beam is offset by transmit and receive antennas can always be obtained a directivity of a predetermined direction. As a result, in a radar antenna having a plurality of sub-arrays having substantially the same structure subjected to beam tilt, tilt fluctuation and gain reduction caused by this can be suppressed.

以上説明した実施例1および実施例2においては、サブアレーを導波管スロットアレーとして、実施例1では軸平行スロットを、実施例2では軸垂直スロットのものを使用したが、導波管上に切られるスロットパターンには種々のパターンがある。       In the first and second embodiments described above, the subarray is a waveguide slot array, the first embodiment uses an axial parallel slot, and the second embodiment uses a vertical axis slot. There are various types of slot patterns to be cut.

図6には、導波管上に切られるスロットの位置関係を説明する説明図を示す。同図において、実施例1の軸平行スロットはスロットSeを用いたものであり、実施例2の軸垂直スロットはスロットScを用いたものである。また、スロットSaはスロットの方向と導波管壁面を流れる電流の方向が一致するので放射せず、用いられることはないが、導波管長辺面または短辺面に管軸に対して斜めに切った斜めスロットSdまたはSfや、導波管短辺面に管軸に平行に切った平行スロットSdを用いた導波管スロットアレーについては、本発明を適用することができる。この場合、スロット間隔は略λgで配置され、実施例2と同様の作用・効果を奏することとなる。       FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the positional relationship of slots cut on the waveguide. In the figure, the axial parallel slot of the first embodiment uses the slot Se, and the axial vertical slot of the second embodiment uses the slot Sc. In addition, the slot Sa does not radiate because the direction of the slot and the direction of the current flowing through the waveguide wall surface coincide with each other. The present invention can be applied to the oblique slot Sd or Sf that is cut or the waveguide slot array that uses the parallel slot Sd that is cut parallel to the tube axis on the short side surface of the waveguide. In this case, the slot interval is approximately λg, and the same operations and effects as in the second embodiment are achieved.

〔実施例3〕
次に、図7は本発明の実施例3に係るアンテナの構成図であり、送信アンテナの送信アレー50と受信アンテナの受信アレー51の相対的な配置関係を示す斜視図である。
Example 3
Next, FIG. 7 is a configuration diagram of an antenna according to the third embodiment of the present invention, and is a perspective view showing a relative arrangement relationship between a transmitting array 50 of a transmitting antenna and a receiving array 51 of a receiving antenna.

図7において、本実施例のアンテナ(レーダアンテナ)は、ビームチルトが施された略同一構造のサブアレーを2+L個(Lは2以上の正整数)備え、サブアレーとして従来例(図8)と同様の構造である軸平行スロットの導波管スロットアレーを用いた構成である。すなわち、送信アンテナとして導波管スロットアレー50−1および50−2並びに分配器106を備え、受信アンテナとして導波管スロットアレー51−1〜51−Lを備える。       In FIG. 7, the antenna (radar antenna) of this embodiment is provided with 2 + L sub-arrays (L is a positive integer of 2 or more) having substantially the same structure to which beam tilt is applied, and is similar to the conventional example (FIG. 8) as a sub-array. This is a configuration using a waveguide slot array of axially parallel slots having the structure described above. That is, waveguide slot arrays 50-1 and 50-2 and a distributor 106 are provided as transmitting antennas, and waveguide slot arrays 51-1 to 51-L are provided as receiving antennas.

まず、送信アンテナでは、入力信号は分配器106で等分され、同相で導波管スロットアレー対50−1および50−2に給電される。導波管スロットアレー50−1は、導波管壁面に左右交互に間隔を略λg/2としてスロットを配置して同相給電を行うものであり、アンテナ面に対して扇状ビームを得る進行波アンテナである。また、スロットからの反射波を位相相殺するために、スロット間隔をλg/2から少しずらすビームチルトが施されており、ここでは、スロット間隔(ピッチ)Pを中心周波数FoでP=λg/2+δとしている。       First, in the transmission antenna, the input signal is equally divided by the distributor 106 and fed to the waveguide slot array pairs 50-1 and 50-2 in the same phase. The waveguide slot array 50-1 is a traveling wave antenna for providing a fan-shaped beam with respect to the antenna surface by arranging slots on the wall surface of the waveguide alternately at the left and right intervals with an interval of about λg / 2. It is. In addition, in order to cancel the phase of the reflected wave from the slot, beam tilt is performed by slightly shifting the slot interval from λg / 2. Here, the slot interval (pitch) P is set to P = λg / 2 + δ at the center frequency Fo. It is said.

また、同図に示すように、電波の入力端である入端64−1を図に対して下側となるように配置しており、導波管内の電波の進行方向は図に対して下側から上側に向く方向となる。チルト角τとスロット間隔Pは、式(1)の関係を持つので、チルト角τは実施例1と同様に式(4)で与えられる。つまり、送信アンテナの導波管スロットアレー50−1では、図に対して上向き(進行方向側への傾きが正値)の進行方向向きのチルトを有することになる。       In addition, as shown in the figure, the input end 64-1 which is the input end of the radio wave is arranged so as to be on the lower side with respect to the figure, and the traveling direction of the radio wave in the waveguide is lower than the figure. The direction is from the side to the upper side. Since the tilt angle τ and the slot interval P have the relationship of Expression (1), the tilt angle τ is given by Expression (4) as in the first embodiment. That is, the waveguide slot array 50-1 of the transmitting antenna has a tilt in the traveling direction upward (positive in the traveling direction) with respect to the drawing.

一方、送信アンテナの導波管スロットアレー50−2においても、導波管スロットアレー50−1と同様に、導波管壁面に左右交互に間隔を略λg/2としてスロットを配置しているが、ビームチルトとして、スロット間隔(ピッチ)Pを中心周波数FoでP=λg/2−δとしており、チルト角は−τとなる。つまり、進行方向逆向きのチルトであり、送信アンテナの導波管スロットアレー50−1とは逆対称のチルト特性を持つことになる。       On the other hand, in the waveguide slot array 50-2 of the transmitting antenna, slots are arranged on the wall surface of the waveguide alternately at the left and right intervals of about λg / 2, similarly to the waveguide slot array 50-1. As the beam tilt, the slot interval (pitch) P is P = λg / 2−δ at the center frequency Fo, and the tilt angle is −τ. In other words, the tilt is in the direction opposite to the traveling direction, and has a tilt characteristic that is opposite to that of the waveguide slot array 50-1 of the transmitting antenna.

また、入端64−2を図に対して上側にして導波管スロットアレー50−1と逆対称に配置しており、導波管内の電波の進行方向は図に対して上側から下側に向く方向となる。この逆対称の配置により、導波管スロットアレー50−2においても、チルトの方向は図に対して上向きとなり、送信アンテナとして送信ビーム方向は上向きに一致することになる。       In addition, the inlet end 64-2 is located on the upper side with respect to the drawing, and is disposed in an inverse symmetry to the waveguide slot array 50-1. It will be the direction to face. With this inversely symmetric arrangement, also in the waveguide slot array 50-2, the direction of tilt is upward with respect to the figure, and the direction of the transmission beam as a transmission antenna coincides upward.

また、送信アンテナの導波管スロットアレー対50−1および50−2における周波数によるビーム方向の変動について説明すると、導波管スロットアレー50−1については周波数がF=Fo+Δfに変動した時の送信ビーム方向は式(5)で与えられ、導波管スロットアレー50−2については式(6)で与えられる。したがって、送信アンテナの導波管スロットアレー対50−1および50−2のチルト変動は同じ大きさで互いに交差する方向となるので、送信アンテナのレーダビームとしては、変動は互いに相殺され、常に一定方向の指向特性が得られることとなる。       Further, the change in the beam direction due to the frequency in the waveguide slot array pair 50-1 and 50-2 of the transmission antenna will be described. With respect to the waveguide slot array 50-1, transmission when the frequency changes to F = Fo + Δf. The beam direction is given by equation (5), and the waveguide slot array 50-2 is given by equation (6). Therefore, since the tilt fluctuations of the waveguide slot array pairs 50-1 and 50-2 of the transmitting antenna have the same magnitude and intersect each other, the fluctuations of the transmitting antenna radar beams cancel each other and are always constant. Directional characteristics in the direction can be obtained.

つまり、送信アンテナ50自体に、実施例1および実施例2における周波数変動または温度変化に基づくチルト変動の送信アンテナおよび受信アンテナによる相殺と同様の機能を持たせており、送信アンテナ50単独でチルト変動を解消し得る。したがって、この送信アンテナ50を単体の素子として用いることも可能である。       That is, the transmitting antenna 50 itself has the same function as the cancellation of the tilt variation based on the frequency variation or the temperature variation in the first and second embodiments by the transmitting antenna and the receiving antenna. Can be eliminated. Therefore, it is possible to use the transmission antenna 50 as a single element.

すなわち、ビームチルトが施されたサブアレーをN個(Nは2以上の正整数)備えたレーダアンテナであって、N個の内のR個(RはN/2以上の最小の正整数)のサブアレーを、ビームチルトの方向が互いに同一となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が互いに同一となるように配置し、N個の内のN−R個のサブアレーを、ビームチルトの方向がR個のサブアレーと逆対称となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向がR個のサブアレーと逆対称となるように配置した構成である。この構成によれば、レーダ以外の用途でもチルト変動およびこれに起因する利得低下を抑制し得るアンテナとして利用可能である。   That is, a radar antenna having N subarrays (N is a positive integer of 2 or more) subjected to beam tilting, and R out of N (R is the smallest positive integer of N / 2 or more). The subarrays are configured such that the beam tilt directions are the same, and the traveling directions of the radio waves of the subarrays are the same, and the N-R subarrays out of the N are arranged as beam tilts. Are arranged so as to be inversely symmetric with the R sub-arrays, and the traveling direction of the radio waves of the sub-arrays is inversely symmetric with the R sub-arrays. According to this configuration, the antenna can be used as an antenna capable of suppressing tilt fluctuation and gain reduction caused by the tilt even in applications other than radar.

また、受信アンテナ(受信アレー)51では、L個の内のS個(SはL/2以上の最小の正整数)の導波管スロットアレー51−1,51−3,…を、ビームチルトの方向が互いに同一となるように構成して、該導波管スロットアレー51−1,51−3,…の電波の進行方向が互いに同一となるように配置し、L個の内のM−S個の導波管スロットアレー51−2,51−4,…を、ビームチルトの方向がS個の導波管スロットアレー51−1,51−3,…と逆対称となるように構成して、該M−S個の導波管スロットアレー51−2,51−4,…の電波の進行方向がS個の導波管スロットアレー51−1,51−3,…と逆対称となるように配置する。つまり、L個のサブアレー(導波管スロットアレー)の半数ずつに互いに逆対称のチルト特性を与え、相互に上下振分けて配置することによって、2個のサブアレーによる対で変動を相殺している。   Further, in the receiving antenna (receiving array) 51, S of the L (S is the smallest positive integer of L / 2 or more) waveguide slot arrays 51-1, 51-3,. Are arranged so that the traveling directions of the radio waves of the waveguide slot arrays 51-1, 51-3,... Are the same. The S waveguide slot arrays 51-2, 51-4,... Are configured so that the direction of the beam tilt is inversely symmetric with the S waveguide slot arrays 51-1, 51-3,. The traveling direction of the radio waves of the M-S waveguide slot arrays 51-2, 51-4,... Is inversely symmetric with the S waveguide slot arrays 51-1, 51-3,. Arrange as follows. That is, half of the L sub-arrays (waveguide slot arrays) are given symmetrical tilt characteristics to each other, and are arranged so as to be vertically separated from each other, thereby canceling out the fluctuations in pairs of the two sub-arrays.

なお、図7では、導波管スロットアレー51−1,51−3,…を導波管スロットアレー50−1と同特性として入端65−1,65−3,…が下側となるように配置し、また、導波管スロットアレー51−2,51−4,…に導波管スロットアレー50−2と同特性を与えて入端65−2,65−4,…が上側となるように配置しているが、逆特性・逆配置の導波管スロットアレーの配列は交互である必要はなく、ほぼ同数であれば任意の配置であっても良い。   In FIG. 7, the waveguide slot arrays 51-1, 51-3,... Have the same characteristics as the waveguide slot array 50-1, and the input ends 65-1, 65-3,. And the waveguide slot arrays 51-2, 51-4,... Are given the same characteristics as the waveguide slot array 50-2, and the input ends 65-2, 65-4,. However, the waveguide slot arrays having the reverse characteristics and the reverse arrangement need not be alternately arranged, and any arrangement may be employed as long as the number is almost the same.

また、導波管スロットアレーの個数Lが奇数個の場合には、1個分だけ相殺されない変動が残るが、受信アンテナ(受信アレー)51全体として合成されるため。その寄与(変動量)は受信側で1/Lとなり、送信側と合成されたレーダアンテナの特性としては1/2Lに軽減され、やはり十分な改善効果が得られる。   Further, when the number L of the waveguide slot arrays is an odd number, fluctuations that are not canceled out by one remain, but are combined as the entire reception antenna (reception array) 51. The contribution (variation amount) is 1 / L on the receiving side, and the characteristic of the radar antenna combined with the transmitting side is reduced to 1 / 2L, so that a sufficient improvement effect can be obtained.

以上説明したように、本実施例のアンテナ(レーダアンテナ)では、ビームチルトが施されたサブアレーを2+L個(Lは2以上の正整数)備えたレーダアンテナであって、2個の内の一方のサブアレーを導波管スロットアレー50−1とし、他方のサブアレーを導波管スロットアレー50−2として、導波管スロットアレー50−2におけるビームチルトの方向が導波管スロットアレー50−1と逆対称となるように構成し、該導波管スロットアレー50−2の電波の進行方向が導波管スロットアレー50−1と逆対称となるように配置した送信アンテナと、L個の内のS個(SはL/2以上の最小の正整数)のサブアレーを導波管スロットアレー51−1,51−3,…とし、ビームチルトの方向が互いに同一となるように構成して、該導波管スロットアレー51−1,51−3,…の電波の進行方向が互いに同一となるように配置し、L個の内のL−S個の導波管スロットアレー51−2,51−4,…を、ビームチルトの方向がS個の導波管スロットアレー51−1,51−3,…と逆対称となるように構成して、該導波管スロットアレー51−2,51−4,…の電波の進行方向が前記S個の導波管スロットアレー51−1,51−3,…と逆対称となるように配置した受信アンテナと、を備えて構成する。       As described above, the antenna (radar antenna) according to the present embodiment is a radar antenna having 2 + L subarrays (L is a positive integer of 2 or more) subjected to beam tilt, and one of the two antennas. The sub-array is a waveguide slot array 50-1, the other sub-array is the waveguide slot array 50-2, and the direction of the beam tilt in the waveguide slot array 50-2 is the waveguide slot array 50-1. A transmitting antenna that is configured to be inversely symmetric and disposed such that the traveling direction of the radio wave of the waveguide slot array 50-2 is inversely symmetric with respect to the waveguide slot array 50-1, S sub-arrays (S is the smallest positive integer of L / 2 or more) are waveguide slot arrays 51-1, 51-3,..., And the beam tilt directions are the same. The wave guide slot arrays 51-1, 51-3,... Are arranged so that the traveling directions of the radio waves are the same, and LS waveguide slot arrays 51-2, 51-4 out of L pieces. ,... Are configured so that the beam tilt direction is inversely symmetric with the S waveguide slot arrays 51-1, 51-3,..., And the waveguide slot arrays 51-2, 51-4 are configured. ,... Are arranged so as to be reversely symmetric with respect to the S waveguide slot arrays 51-1, 51-3,.

このように、送信アンテナおよび受信アンテナにおいて、それぞれを構成する略同一構造のサブアレー群を略同数に2分割し、2分割されたそれぞれのサブアレー群について、電波の進行方向並びに該進行方向に対するビームチルトの方向が互いに逆対称となるように構成・配置するので、送信アンテナおよび受信アンテナのそれぞれにおいて、2分割されたそれぞれのサブアレー群の(周波数変動または温度変化による)チルト変動はほぼ同じ大きさで互いに交差する方向となり、レーダビームとしての変動は送信アンテナおよび受信アンテナのそれそれで相殺されて、常に一定方向の指向特性を得ることができる。その結果として、ビームチルトが施された略同一構造のサブアレーを複数個備えたレーダアンテナにおいて、チルト変動およびこれに起因する利得低下を抑制することができる。       As described above, in the transmitting antenna and the receiving antenna, the sub-array groups having substantially the same structure constituting each of the sub-array groups are divided into two in substantially the same number, and the traveling direction of the radio wave and the beam tilt with respect to the traveling direction for each of the divided sub-array groups. Are arranged and arranged so that their directions are inversely symmetrical with each other, the tilt variation (due to frequency variation or temperature variation) of each of the sub-array groups divided into two is approximately the same in each of the transmitting antenna and the receiving antenna. The directions cross each other, and the fluctuations as radar beams are canceled by those of the transmitting antenna and the receiving antenna, so that a directivity characteristic in a certain direction can always be obtained. As a result, in a radar antenna having a plurality of sub-arrays having substantially the same structure subjected to beam tilt, tilt fluctuation and gain reduction caused by this can be suppressed.

以上説明した実施例1〜実施例3においては、送信アンテナおよび受信アンテナにおけるサブアレーを、単列のスロットアレーから成る基本的な構成として説明したが、実際のレーダアンテナでは、複列のスロットアレーでサブアレーを構成することも考えられる。スロットアレー単列の軸垂直面指向特性、即ちレーダとしての水平面指向特性は、無指向性或いは非常にブロードなビームであり、所望のビーム幅特性および指向性利得を得るためにビーム成形を施す場合が多い。一般的な方法として、スロットアレーの列数を増すことにより、水平ビーム幅を絞り、正面方向の利得を増高できる。       In the first to third embodiments described above, the subarrays in the transmission antenna and the reception antenna have been described as a basic configuration including a single-row slot array. However, in an actual radar antenna, a double-row slot array is used. It is also possible to construct a subarray. The vertical axis directivity of a single slot array, that is, the horizontal plane directivity as a radar, is a non-directional or very broad beam. When beam shaping is performed to obtain the desired beam width characteristics and directivity gain. There are many. As a general method, the horizontal beam width can be narrowed and the gain in the front direction can be increased by increasing the number of rows of the slot array.

また、実施例1〜実施例3においては、導波管スロットアレーの入端をコーナ形状としているが、これは背面給電により装置正面積を縮減するという実装上の目的から来ているものであり、本発明の基本原理には係らないことは言うまでもない。       In the first to third embodiments, the inlet end of the waveguide slot array has a corner shape, but this is for the purpose of mounting to reduce the positive area of the device by backside feeding. Needless to say, this is not related to the basic principle of the present invention.

さらに、本発明は、実施例1〜実施例3において使用した導波管スロットアレーに限らず、例えばプリントアンテナまたはマイクロストリップアンテナの平面アンテナなど、進行波アンテナ全般に適用することが可能である。特に、扇状ビームを要し縦長形状の素子では進行波給電が有効で、反射改善のためビームチルトを与る技法は広く用いられている。例えば、マイクロストリップアンテナにおいてビームチルトを与えて設計したものとして、飯塚他;「車載ミリ波レーダ用アンテナ」, 2001年電子情報通信学会総合大会SB−1−7に開示されているものがある。       Furthermore, the present invention is not limited to the waveguide slot array used in the first to third embodiments, and can be applied to all traveling wave antennas such as a planar antenna of a printed antenna or a microstrip antenna. In particular, traveling wave power supply is effective for a vertically long element that requires a fan-shaped beam, and a technique for giving a beam tilt for improving reflection is widely used. For example, a microstrip antenna designed with a beam tilt is disclosed in Iizuka et al., “In-vehicle millimeter-wave radar antenna”, 2001 IEICE General Conference SB-1-7.

本発明の実施例1に係るアンテナの構成図であり、図1(a)は送信アンテナの導波管スロットアレー10と受信アンテナの受信アレー11の相対的な配置関係を示す斜視図、図1(b)は導波管スロットアレー10および11−iの断面図である。1 is a configuration diagram of an antenna according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1A is a perspective view showing a relative arrangement relationship between a waveguide slot array 10 of a transmitting antenna and a receiving array 11 of a receiving antenna. (B) is a cross-sectional view of the waveguide slot arrays 10 and 11-i. 実施例1のレーダアンテナが適用されるレーダ装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a radar apparatus to which a radar antenna of Example 1 is applied. 図3(a)は本実施例のレーダアンテナにおけるビーム指向性の周波数変化を説明する説明図であり、図3(b)はチルト変動の周波数特性を説明する説明図である。FIG. 3A is an explanatory diagram for explaining the frequency change of the beam directivity in the radar antenna of this embodiment, and FIG. 3B is an explanatory diagram for explaining the frequency characteristic of the tilt variation. 従来のレーダアンテナによるビーム指向性の周波数変化(図4(b))並びにチルト変動の周波数特性(図4(b))の説明図である。It is explanatory drawing of the frequency characteristic (FIG.4 (b)) of the beam directivity by the conventional radar antenna (FIG.4 (b)), and the frequency characteristic (FIG.4 (b)) of tilt fluctuation. 本発明の実施例2に係るアンテナの構成図であり、図5(a)は送信アンテナの導波管スロットアレー30と受信アンテナの受信アレー31の相対的な配置関係を示す斜視図、図5(b)は導波管スロットアレー30および31−iの断面図である。FIG. 5A is a configuration diagram of an antenna according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 5A is a perspective view showing a relative arrangement relationship between a waveguide slot array 30 of a transmitting antenna and a receiving array 31 of a receiving antenna; (B) is a cross-sectional view of the waveguide slot arrays 30 and 31-i. 導波管上に切られるスロットの位置関係を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the positional relationship of the slot cut | disconnected on a waveguide. 本発明の実施例3に係るアンテナの構成図であり、送信アンテナの送信アレー50と受信アンテナの受信アレー51の相対的な配置関係を示す斜視図である。It is a block diagram of the antenna which concerns on Example 3 of this invention, and is a perspective view which shows the relative arrangement | positioning relationship of the transmission array 50 of a transmitting antenna, and the receiving array 51 of a receiving antenna. 従来の導波管スロットアレーの基本的な構成図(同図(a))とその原理を説明する説明図(同図(b))である。FIG. 2 is a basic configuration diagram of the conventional waveguide slot array (FIG. 1A) and an explanatory diagram illustrating the principle thereof (FIG. 2B).

符号の説明Explanation of symbols

1,10,11−1〜11−L,30,31−1〜31−L,50−1,50−2,51−1〜51−L・・・導波管スロットアレー、2,20,21,40,41・・・導波管、3,22,23,42,43・・・スロット、4,24,25,44,45,64−1,64−2,65−1〜65−L・・・入端、10・・・送信アンテナ、11・・・受信アンテナ(受信アレー)、101・・・レーダアンテナ、102・・・送信機、103−1〜103−L・・・受信機、104−1〜104−L・・・アナログ/デジタル変換器、105・・・デジタル・ビーム合成回路、106・・・分配器


1, 10, 11-1 to 11-L, 30, 31-1 to 31-L, 50-1, 50-2, 51-1 to 51-L, waveguide slot array, 2, 20, 21, 40, 41... Waveguide, 3, 22, 23, 42, 43... Slot, 4, 24, 25, 44, 45, 64-1, 64-2, 65-1 to 65- L ... Inlet, 10 ... Transmitting antenna, 11 ... Receiving antenna (receiving array), 101 ... Radar antenna, 102 ... Transmitter, 103-1 to 103-L ... Receiving , 104-1 to 104-L ... analog / digital converter, 105 ... digital beam combining circuit, 106 ... distributor


Claims (6)

ビームチルトが施され該ビームチルトの方向が互いに同一のN個(Nは正整数)のサブアレーを、該サブアレーの電波の進行方向が互いに同一となるように配置した送信アンテナと、
ビームチルトが施され該ビームチルトの方向が前記送信アンテナのN個のサブアレーとは逆対称のM個(Mは正整数)のサブアレーを、該サブアレーの電波の進行方向が前記送信アンテナのN個のサブアレーと逆対称となるように配置した受信アンテナと、
を有することを特徴とするアンテナ。
A transmitting antenna in which beam tilt is applied and N subarrays (N is a positive integer) having the same beam tilt direction are arranged so that the traveling directions of radio waves of the subarray are the same;
The beam tilt is applied, and the direction of the beam tilt is M (M is a positive integer) subarrays that are inversely symmetric with respect to the N subarrays of the transmitting antenna, and the traveling direction of the radio waves of the subarrays is N of the transmitting antennas. A receiving antenna arranged to be inversely symmetric with the subarray of
An antenna comprising:
ビームチルトが施されたサブアレーをN個(Nは2以上の正整数)備えたアンテナであって、
前記N個の内のR個(RはN/2以上の最小の正整数)のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が互いに同一となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が互いに同一となるように配置し、
前記N個の内のN−R個のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が前記R個のサブアレーと逆対称となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が前記R個のサブアレーと逆対称となるように配置したことを特徴とするアンテナ。
An antenna having N subarrays (N is a positive integer of 2 or more) to which beam tilt is applied,
R subarrays (N is a minimum positive integer of N / 2 or more) out of the N subarrays are configured such that the beam tilt directions are the same, and the traveling directions of the radio waves of the subarrays are the same. Arrange to be the same,
The NR subarrays of the N are configured such that the beam tilt direction is inversely symmetric with the R subarrays, and the traveling direction of the radio waves of the subarrays is the R subarrays. An antenna characterized by being placed in reverse symmetry.
ビームチルトが施されたサブアレーをN+M個(N,Mはそれぞれ2以上の正整数)備えたアンテナであって、
前記N個の内のR個(RはN/2以上の最小の正整数)のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が互いに同一となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が互いに同一となるように配置し、前記N個の内のN−R個のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が前記R個のサブアレーと逆対称となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が前記R個のサブアレーと逆対称となるように配置した送信アンテナと、
前記M個の内のS個(SはM/2以上の最小の正整数)のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が互いに同一となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が互いに同一となるように配置し、前記M個の内のM−S個のサブアレーを、前記ビームチルトの方向が前記S個のサブアレーと逆対称となるように構成して、該サブアレーの電波の進行方向が前記S個のサブアレーと逆対称となるように配置した受信アンテナと、
を有することを特徴とするアンテナ。
An antenna provided with N + M subarrays (N and M are positive integers of 2 or more) each having a beam tilt,
R subarrays (N is a minimum positive integer of N / 2 or more) out of the N subarrays are configured such that the beam tilt directions are the same, and the traveling directions of the radio waves of the subarrays are the same. The NR subarrays out of the N subarrays are arranged so that the direction of the beam tilt is inversely symmetric with the R subarrays, and the radio waves of the subarrays travel. A transmitting antenna arranged such that its direction is inversely symmetric with respect to the R sub-arrays;
The S subarrays out of the M (S is the smallest positive integer greater than or equal to M / 2) are configured so that the beam tilt directions are the same, and the traveling directions of the radio waves of the subarrays are mutually different. The M-S subarrays of the M are arranged so as to be the same, and the direction of the beam tilt is inversely symmetric with the S subarrays, so that the radio waves of the subarrays travel A receiving antenna arranged such that its direction is inversely symmetric with respect to the S sub-arrays;
An antenna comprising:
前記サブアレーは、扇状ビームを要し縦長の素子形状を持つ進行波アンテナであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載のアンテナ。   The antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein the subarray is a traveling wave antenna that requires a fan-shaped beam and has a vertically long element shape. 前記サブアレーは、導波管スロットアンテナであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載のアンテナ。   The antenna according to claim 1, wherein the subarray is a waveguide slot antenna. 前記サブアレーは、プリントアンテナまたはマイクロストリップアンテナの平面アンテナであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載のアンテナ。


The antenna according to any one of claims 1 to 4, wherein the sub-array is a planar antenna of a printed antenna or a microstrip antenna.


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