JP2007300397A - フェーズドアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型かつビームチルトが高速な、車載レーダに用いて好適な、フェーズドアレイアンテナを実現する。
【解決手段】 互いに平行に配置された線路導体１０３と接地導体１０５とからなる給電回路１００を有し、給電回路１００全体の接地導体１０５を一体に構成し、移相線路１１２領域の接地導体１０５上に切欠き部１１３あるいは凹凸部を設ける。線路導体１０３と接地導体１０５とを互いに平行に動かし複数の移相線路１１２の移相量を同時に変化させることでビーム方向をチルトさせる。また接地導体１０５を動かす方向と放射素子１０６の配置方向とを平行とすることで車載時の耐振動性を向上させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビームチルトが可能なフェーズドアレイアンテナに関するものである。

より詳しくは、薄型かつビームチルトが高速な、車載レーダ等に用いて好適なフェーズドアレイアンテナを実現する技術に関する。

車載レーダは、ミリ波等の電磁波を使用して、レーダを搭載した車両とそのまわりの走行車両との距離や速度を検知し、追突等を防止するために使用される装置である。

車載レーダ等に使用される、ビームのチルトが可能なアンテナとして、先鋭なアンテナビームを形成するアンテナ反射板を、モータにて回転させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、ビームをチルトさせる為に、アンテナ反射板を回転させるのではなく、電気的に移相量が可変な可変移相器を、アンテナ給電回路に用いるもの（例えば、特許文献２もしくは特許文献３参照）や、機械的に移相量が可変な可変移相器を、アンテナ給電回路に用いるもの（例えば、特許文献４参照）がある。

ここで、前記従来のビームチルトが可能なアンテナおよび可変移相器について、図を用いて説明する。
図７は、従来の、モータを用いてビームをチルトさせることが可能なアンテナを示している。
図７において、７０１は回転モータ、７０２はアンテナ一次放射器、７０３はアンテナ反射板、７０４は電波レンズ、７０５は送受信機、７０６はデータプロセッサ、７０７はモータドライバである。
図７において、送受信機７０５はミリ波帯の送信信号をアンテナ一次放射器７０２に出力する。アンテナ一次放射器７０２から放射された電波は、放物面の一部をなすアンテナ反射板７０３の凹面にて反射，集光されて先鋭なビームとなる。このビームは電波レンズ７０４でさらに先鋭なビームに集光されて、このアンテナが搭載された車両の前方に放射される。

ここで、アンテナ反射板７０３は回転モータ７０１によってその向きが変えられ、よって放射されるビームの方向をチルトさせることが可能となっている。
放射されたビームは先行車両などの前方の物体で反射され、電波レンズ７０４およびアンテナ反射板７０３により、放射時とはほぼ逆の変換を受けてアンテナ一次放射器７０２に入射し、送受信機７０５の受信部に供給される。受信部による受信信号をデータプロセッサ７０６が解析し、前方に障害物が存在するか否かを判断する。

データプロセッサ７０６はモータドライバ７０７を介して回転モータ７０１の動作を制御し、モータの回転軸の回りにアンテナ反射板７０３を回転させることにより、ビームを水平面内で走査させる。データプロセッサ７０６は走査の際の走査角等を決定する。

次に、図８は電気的に移相量が可変な従来の可変移相器を示しており、図９は図８の可変移相器を用いて２つの制御電圧だけでビーム方向のチルトが可能なフェーズドアレイアンテナを示している。

図８において、８０１はマイクロストリップ線路により構成した９０度ハイブリッドカプラ、８０２は移相線路、８０３は誘電体、８０４は印加電界により誘電率を変化させられる可変誘電率誘電体であり、強誘電体や液晶等の材料が用いられる。

図８の可変移相器において、９０度ハイブリッドカプラ８０１の線路導体を介して移相線路８０２の線路導体にバイアス電圧が印加されると、移相線路を伝搬する高周波電力が作る電界とバイアス電圧が作る電界とが略平行になるため、バイアス電圧により変化した可変誘電率誘電体８０４の誘電率は、そのまま高周波電力の伝搬定数に影響を及ぼす。
つまり、９０度ハイブリッドカプラ８０１は、バイアス電圧を印加すると、通過する高周波電力の移相量を変化させる可変移相器として機能する。

また、図９において、９０１は右側チルト用移相器、９０２は左側チルト用移相器、９０３は右側チルト用制御電圧、９０４は左側チルト用制御電圧、９０５〜９０７はアンテナ素子、９０８は入力端子、９０９は位相調整部、Ｃは直流遮断用の容量、Ｌは高周波遮断用のインダクタンスである。

図９のフェーズドアレイアンテナにおいて、右側チルト用移相器９０１、左側チルト用移相器９０２には、それぞれ右側チルト用制御電圧９０３、左側チルト用制御電圧９０４が印加されるように構成されている。

尚、特許文献３では、アンテナ素子が４つで且つ給電回路が全て２分岐で構成される給電方式（トーナメント給電方式）が開示されているが、図９では図面を簡素化するために、アンテナ素子が３つで且つ給電回路は３分岐で構成される給電方式を示している。

また、図９では給電回路が３分岐である為、入力端子９０８と給電回路の各移相器との間の３つの給電線路での位相量が互いに等しくなるように、中央の給電線路には位相調整部９０９が設けられている。

今、図９において、右側チルト用移相器９０１の移相量をΦＲ（ΦＲ＞０で、位相が遅れる方向を＋にとる）とし、左側チルト用移相器９０２の移相量をΦＬ（ΦＬ＞０で、位相が遅れる方向を＋にとる）とすると、高周波電力の入力端子９０８からアンテナ素子９０５までの移相量は２ΦＲ、入力端子９０８からアンテナ素子９０６までの移相量はΦＲ＋ΦＬ、入力端子９０８からアンテナ素子９０７までの移相量は２ΦＬとなり、隣り合うアンテナ素子間の位相差は、
アンテナ素子９０５，９０６間では、（２ΦＲ）−（ΦＲ＋ΦＬ）＝ΦＲ−ΦＬ
アンテナ素子９０６，９０７間では、（ΦＲ＋ΦＬ）−（２ΦＬ）＝ΦＲ−ΦＬ
というように、全てΦＲ−ΦＬとなる。

よって、図９に示すように、このアンテナは、各アンテナ素子９０５〜９０７から放射された高周波電力に、放射された空間中での遅れ量を加えた結果が互いに同位相となる角度方向θに主ビームを形成するとともに、右側チルト用制御電圧９０３および左側チルト用制御電圧９０４に応じてビーム方向が可変なフェーズドアレイアンテナとして動作する。

また、図１０は移相量を機械的に可変な従来の可変移相器を示している。図において、１０００は絶縁体、１００１はマイクロストリップ接地導体、１００２はマイクロストリップ線路導体、１００３は可動誘電体、１００４は可動誘電体アクチュエータである。

図１０の可変移相器は、可動誘電体アクチュエータ１００４により可動誘電体１００３をマイクロストリップ線路導体１００２上に出し入れすることにより、マイクロストリップ線路の伝搬特性を変化させ、よって、マイクロストリップ線路を通過する高周波電力の移相量が可変な可変移相線路として用いることができる。

従って、図９に示したアンテナにおいて、図８に示した移相線路８０２部に代えて図１０に示す移相線路を用いることにより、機械的に制御可能なフェーズドアレイアンテナを実現することも可能である。
特開平１１−２９８２３５号公報（第４頁、第２図） 特開２０００−２３６２０７号公報（第６頁−第８頁、第１図、第２図） 特開２００４−０２３２２８号公報（第１６頁−第１７頁、第４図） 特開２００２−２６１５０３号公報（第４頁、第１図）

しかしながら、前記従来のアンテナではその薄型化が難しいという課題があった。
即ち、回転モータによりアンテナ反射板を回転させる方式では、アンテナの厚み方向にアンテナを回転できる空間を確保する必要があり、その薄型化は難しかった。

さらに、前記従来の可変移相器およびアンテナでは、ビームチルトの高速化が難しいという課題があった。
つまり、回転モータによりアンテナ反射板を回転させる方式では、アンテナ反射板が周辺の空気を扇ぐ動きとなることから、空気抵抗が大きく、よってビームチルトを高速化するのは困難であった。

また、可動誘電体を出し入れする方式では、図９のように複数の移相器を同時に制御するには各移相器の可動誘電体同士を機械的に接続する枝部が必要になるが、可動誘電体を高速に動かすと強度の弱い枝部が撓んでしまって各移相器の移相量が同じにならず、よってビームの先鋭度が崩れてしまい、ビームチルトを高速化するのは困難であった。

本発明は、前記のような従来の課題を解決するためになされたもので、薄型かつビームチルトが高速な、車載レーダに用いて好適なフェーズドアレイアンテナを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本願の請求項１の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、互いに平行に配置された線路導体と接地導体とを有する給電回路を備えたフェーズドアレイアンテナにおいて、該接地導体は、前記線路導体上の、所要位置に位置する複数の各移相器に対応する複数の領域を覆うよう、前記各領域に対応する接地導体が一体に形成され、前記接地導体は、前記複数の移相器に対応する領域に切欠き部あるいは凹凸部を有することを特徴とするものである。

また、本願の請求項２の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記複数の移相器の各線路導体と前記接地導体を、互いに平行な状態で相対的に移動させることにより前記複数の移相器の移相量を同時に変化させることを特徴とするものである。

また、本願の請求項３の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、請求項１または請求項２に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記線路導体は当該フェーズドアレイアンテナの筐体に固定され、前記接地導体は前記線路導体に対して平行に移動可能であることを特徴とするものである。

また、本願の請求項４の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記線路導体の外側にアンテナ接地導体およびアンテナ導体をさらに有するとともに、前記接地導体の外側に前記接地導体を移動させる駆動機構をさらに有することを特徴とするものである。

また、本願の請求項５の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記給電回路は、前記複数の移相器を有し、前記複数の移相器は、形成されるビームをそれぞれ右側，左側にチルトするための右側，および左側チルト用移相器からなり、前記線路導体と前記接地導体との相対的移動方向の各々に応じた前記右側，左側チルト用移相器間の移相量の差が互いに逆極性となるよう、前記接地導体上の切欠き部あるいは凹凸部が配置されていることを特徴とするものである。

また、本願の請求項６の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記接地導体を移動させる方向と、移相制御される前記アンテナ導体からなる放射素子アレイの配置方向とが互いに平行であることを特徴とするものである。

本発明によれば、薄型でビームチルトが高速な、車載レーダに用いて好適な、フェーズドアレイアンテナを実現することができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの構成図であり、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）における切断線Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆと切断線Ｇ−Ｆにてフェーズドアレイアンテナを切断した様子を示す正面方向の断面図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナは、サスペンデッド型（別称：インバーテッド型）マイクロストリップ構造による給電回路層１００と、マイクロストリップ構造による放射素子層１０１とが積層された多層平面アンテナ構造となっている。

さらに、図１に示すように、前記サスペンデッド型マイクロストリップ構造による給電回路層１００は、サスペンド誘電体１０２、線路導体１０３、空気層１０４、接地導体１０５から構成されている。

また、前記マイクロストリップ構造による放射素子層１０１は、放射素子導体１０６、誘電体１０７、接地導体１０８から構成されており、給電回路層１００のサスペンド誘電体１０２と放射素子層１０１の接地導体１０８とが互いに貼り合せられた構造となっている。
ここで、給電回路層１００とその接地導体１０５とは、給電回路１０９全体において一体的に、即ち同一の給電回路層１００および接地導体１０５により構成されている。

また、給電回路１０９において、給電線路１１０、９０度ハイブリッドカプラ１１１、および移相線路１１２は、線路導体１０３上に設けられ、切欠き部１１３は接地導体１０５に設けられている。

また、給電回路層１００における、給電線路１１０と放射素子層１０１の放射素子導体１０６とは、放射素子層１０１の接地導体１０８に設けた結合窓１１４を介して互いに電磁気的に結合されている。

また、図１に示すように、給電回路層１００の接地導体１０５は接続部１１５によりマグネットロッド１１６に接続され、さらにマグネットロッド１１６はアンテナ筐体１１７上に固定されたボイスコイル１１８内に挿入されており、マグネットロッド１１６とボイスコイル１１８とによりボイスコイルリニアモータ１１９が構成されている。

そして、給電回路層１００の線路導体１０３はサスペンド誘電体１０２を介してアンテナ筐体１１７に固定され、接地導体１０５はボイスコイルリニアモータ（駆動機構）１１９により、線路導体１０３が形成されたサスペンド誘電体１０２の表面に対して平行な平面内で移動するように構成されている。従って、線路導体１０３と接地導体１０５とは互いに平行な状態かつ相対的に移動可能である。

尚、１２０は接地導体１０５を線路導体１０３との距離を一定に保持しながら可動させるベアリングボール、１２１はレーダ回路、１２２は給電線路１１０の一部をジグザグ形状として形成した位相調整部である。

図１のように構成された本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの動作について以下に説明する。
図２は本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの等価回路を示す図であり、各等価回路要素を図１の構成図に対応させた配置にて示している。即ち、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）はその正面図である。
図２（ａ）の平面図において、２０１は主ビームをフェーズドアレイアンテナの正面より右側にチルトするための右側チルト用移相器、２０２は主ビームをフェーズドアレイアンテナの正面より左側にチルトするための左側チルト用移相器であり、これらは同数（図２（ａ）の例では３個ずつ）設けられている。また、２０３〜２０５はアンテナ素子、２０６は入力端子、２０７は位相調整部、２０８はレーダ回路である。

今、図２において、右側チルト用移相器２０１の移相量をΦＲ（ΦＲ＞０で、位相が遅れる方向を＋にとる）、左側チルト用移相器２０２の移相量をΦＬ（ΦＬ＞０で、位相が遅れる方向を＋にとる）とすると、入力端子２０６からアンテナ素子２０３までの移相量は２ΦＲ、入力端子２０６からアンテナ素子２０４までの移相量はΦＲ＋ΦＬ、入力端子２０６からアンテナ素子２０５までの移相量は２ΦＬとなり、隣り合うアンテナ素子間の位相差は、
アンテナ素子２０３，２０４間では、（２ΦＲ）−（ΦＲ＋ΦＬ）＝ΦＲ−ΦＬ
アンテナ素子２０４，２０５間では、（ΦＲ＋ΦＬ）−（２ΦＬ）＝ΦＲ−ΦＬ
というように、全てΦＲ−ΦＬとなる。

よって、図２（ｂ）に示すように、このアンテナは、各アンテナ素子２０３〜２０５から放射された高周波電力に、給電回路内の素子間の位相差ΦＲ−ΦＬに相当する空間中での遅れ量ΦＲ−ΦＬを加えた結果が、互いに同位相となる角度方向θに主ビームを有するフェーズドアレイアンテナとして動作する。

また、図３は本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの移相器部を拡大して示す図であり、図１および図２に示した領域Ｍを抜き出して示したものである。
図３（ａ）は、接地導体の位置をＸとすると、接地導体がＸ＝０の位置にある状態（接地導体が移動していない状態）を示す図、図３（ｂ）は接地導体がＸ＜０の位置にある状態（接地導体が図中左側に移動した状態）を示す図、図３（ｃ）は接地導体がＸ＞０の位置にある状態（接地導体が図中右側に移動した状態）を示す図である。

図３において、３００はサスペンデッド型マイクロストリップ構造による給電回路層、３０１はサスペンド誘電体、３０２は接地導体である。また、３０３は接地導体がＸ＝０の位置にある状態、３０４はＸ＜０の位置にある状態、３０５は接地導体がＸ＞０の位置にある状態を示す。

尚、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）における下側の断面図は、それぞれ上側の平面図を切断線Ｇ−Ｆで切断した様子を示している。

また、図３において、３０６は右側チルト用移相器、３０７は左側チルト用移相器、３０８は右側チルト用移相器の移相線路、３０９は左側チルト用移相器の移相線路、３１０は右側チルト用移相器入力端子、３１１は右側チルト用移相器出力端子、３１２は左側チルト用移相器入力端子、３１３は左側チルト用移相器出力端子、３１４は切欠き部である。

尚、切欠き部３１４は円形としており、切欠き部３１４の配置は、接地導体がＸ＝０の位置にある状態３０３のときに、右側チルト用移相器の移相線路３０８では切欠き部３１４が移相線路の左側に、左側チルト用移相器の移相線路３０９では切欠き部３１４が移相線路の右側にそれぞれ位置するように、その位置および間隔が決定されている。

さらに、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）の上側の平面図には、右側チルト用移相器の移相線路３０８上を流れる高周波電流に対する接地導体３０２上を流れる高周波電流３１５、および、左側チルト用移相器の移相線路３０９上を流れる高周波電流に対する接地導体３０２上を流れる高周波電流３１６、の形状を描いている。

以下、図３および図２を用いて、サスペンド誘電体３０１に対して接地導体３０２が、Ｘ＝０の位置にある状態、Ｘ＜０の位置にある状態、Ｘ＞０の位置にある状態、の各状態における、右側チルト用移相器３０６および左側チルト用移相器３０７の動作について説明する。

まず、図３（ａ）に示される、サスペンド誘電体３０１に対して接地導体３０２がＸ＝０の位置にある状態（３０３）では、右側チルト用移相器３０６および左側チルト用移相器３０７において、移相線路３０８と３０９に対する接地導体３０２に設けられた切欠き部３１４は移相線路３０８，３０９とは互いに重ならない領域に位置する為、接地導体３０２上を流れる高周波電流３１５と３１６は、ともに直線的な形状で流れている。

つまり、右側チルト用移相器の移相線路３０８に対する接地導体３０２上を流れる高周波電流３１５と、左側チルト用移相器の移相線路３０９に対する接地導体３０２上を流れる高周波電流３１６とが流れる経路長は等しく、よって右側チルト用移相器入力端子３１０から右側チルト用移相器出力端子３１１へ通過する高周波電流の位相ΦＲと、左側チルト用移相器入力端子３１２から左側チルト用移相器出力端子３１３へ通過する高周波電流の位相ΦＬとは同じになる。
つまり、図２において、ΦＲ−ΦＬ＝０となるので、主ビームの角度方向θは９０度、即ち、主ビームは正面方向となる。

次に、図３（ｂ）に示される、サスペンド誘電体３０１に対して接地導体３０２がＸ＜０の位置にある状態（３０４）では、右側チルト用移相器３０６においては移相線路３０８に対する接地導体３０２上に設けられた切欠き部３１４が移相線路３０８とは重ならない領域に位置するので、接地導体３０２上を流れる高周波電流３１５は直線的形状で流れているが、左側チルト用移相器３０７においては移相線路３０９に対する接地導体３０２に設けられた切欠き部３１４が移相線路３０９と重なる領域に位置するので、接地導体３０２上を流れる高周波電流３１６は切欠き部３１４を迂回するような形状で流れている。

つまり、右側チルト用移相器の移相線路３０８に対する接地導体３０２上を流れる高周波電流３１５に較べて、左側チルト用移相器の移相線路３０９に対する接地導体３０２上を流れる高周波電流３１６の方が、その流れる経路長が長くなり、よって右側チルト用移相器入力端子３１０から右側チルト用移相器出力端子３１１へ通過する高周波電流の位相ΦＲよりも、左側チルト用移相器入力端子３１２から左側チルト用移相器出力端子３１３へ通過する高周波電流の位相ΦＬの方が大きくなる（位相遅れが増大する）。
つまり、図２においてΦＲ−ΦＬ＜０となるので、主ビームの角度方向θは９０度よりも大きく、主ビームは左側方向へチルトする。

また、図３（ｃ）に示される、サスペンド誘電体３０１に対して接地導体３０２がＸ＞の位置にある状態（３０５）では、右側チルト用移相器３０６においては移相線路３０８に対する接地導体３０２上に設けられた切欠き部３１４が移相線路３０８と互いに重なる領域に位置するので、接地導体３０２上を流れる高周波電流３１５は切欠き部３１４を迂回するような形状で流れているが、左側チルト用移相器３０７においては移相線路３０９に対する接地導体３０２に設けられた切欠き部３１４が移相線路３０９とは互いに重ならない領域に位置するので、接地導体３０２上を流れる高周波電流３１６は直線的形状で流れている。

つまり、右側チルト用移相器の移相線路３０８に対する接地導体３０２上を流れる高周波電流３１５に較べて、左側チルト用移相器の移相線路３０９に対する接地導体３０２上を流れる高周波電流３１６の方が流れる経路長が短くなり、よって右側チルト用移相器入力端子３１０から右側チルト用移相器出力端子３１１へ通過する高周波電流の位相ΦＲよりも、左側チルト用移相器入力端子３１２から左側チルト用移相器出力端子３１３へ通過する高周波電流の位相ΦＬの方が小さくなる（位相遅れが減少する）。
つまり、図２においてΦＲ−ΦＬ＞０となるので、主ビームの角度方向θは９０度よりも小さく、主ビームは右側方向へチルトする。
ここで、接地導体の位置Ｘと各位相器を通過する高周波電流の位相の関係とを図４に示す。

以上のように、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナにおいては、図１に示すように、互いに平行に配置された線路導体１０３と接地導体１０５とからなる給電回路１００を有し、給電回路全体の接地導体１０５を一体的に、即ち同一の接地導体１０５により各移相線路１１２の領域を覆うように形成するとともに、線路導体１０３上に設けた移相線路１１２の領域の接地導体１０５に切欠き部を設け、線路導体１０３と接地導体１０５とを互いに平行に動かすことにより、複数の移相線路の移相量を同時に変化させる構成となっている。

さらに、線路導体１０３は、サスペンド誘電体１０２を介して筐体１１７に固定し、接地導体１０５を線路導体１０３に対して互いに平行に動かす構成となっている。

また、線路導体１０３の外側に設けたアンテナ接地導体１０８およびアンテナ導体１０６と、接地導体１０５の外側に設けた接地導体１０５を動かす駆動機構１１９とを有する構成となっている。

さらに、給電回路１０９はそれぞれ移相線路１１２を有する複数の右側チルト用移相器および複数の左側チルト用移相器を備え、線路導体１０３と接地導体１０５とを互いに平行に動かしたとき、その動かす方向により右側チルト用移相器とチルト用移相器との移相量の差が互いに逆極性となるよう、接地導体１０５の切欠き部１１３を配置した構成となっている。

そして、上記の構成により、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナでは、従来の先鋭なアンテナビームを形成するアンテナ反射板を回転モータにて回転させる方式がアンテナを回転させる為のアンテナ厚み方向の空間を確保する必要があるのに較べて、アンテナを回転させる為のアンテナ厚み方向の空間を確保する必要が無いので、薄型なフェーズドアレイアンテナを構成することが可能となっている。

さらに、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナでは、従来の先鋭なアンテナビームを形成するアンテナ反射板を回転モータにて回転させる方式がアンテナを回転させる時に周囲の空気を扇ぐことになり空気抵抗が大きく高速なビームチルトに限界があるのに較べて、接地導体は空気を扇がない方向に移動させるよう構成されているので、高速なビームチルトが可能となっている。

このように、本実施の形態１によるフェーズドアレイアンテナによれば、アンテナ導体の裏面側に線路導体を形成し、線路導体の裏面側に、給電回路に含まれる各移相器を構成する接地導体を一体的に、即ち同一の接地導体が各移相器間で共用されるように、形成するとともに、この一体的に形成した接地導体を線路導体に対して移動させることで、移相器の移相量を変化させ、ビームチルトを行うようにしたので、フェーズドアレイアンテナを平面状の薄型のものとして形成できるとともに、接地導体を移動させる際空気を扇ぐことなく高速に移動できるため、ビームチルトの高速化が可能であり、しかも各移相器に対して設けられる接地導体が一体的に形成されているので、接地導体の強度が確保され、各移相器ごとに同じ移相量とすることが可能なため、先鋭なビームを形成できる。

なお、上記実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナでは、接地導体３０２に切欠き部３１４を設けることにより、右側チルト用移相器の移相線路３０８に対する接地導体３０２上を流れる高周波電流３１５が流れる経路長と、左側チルト用移相器の移相線路３０９に対する接地導体３０２上を流れる高周波電流３１６が流れる経路長とを異ならせているが、図５に示すように、接地導体３０２上に凹凸部５００を設けても、接地導体３０２をＸ方向に動かすことにより移相線路５０１および接地導体３０２の互いの導体間の距離を変化させることが可能であり、よって電流経路長を異ならせることが可能である。

また、上記実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナでは、説明を簡素化するため移相制御される放射素子アレイ数が３つで、各放射素子は１つのアンテナパッチを有する場合を示したが、特にこの数に限定されるものではない。

さらに、上記実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナでは、切欠き部３１４が円形な場合を示したが、三角形や四角形としても良く、特に円形に限定されるものではなく、また凹凸部５００も凹形状な場合を示したが、右側チルト用移相器の移相線路に対する接地導体上を流れる高周波電流が流れる経路長と、左側チルト用移相器の移相線路に対する接地導体上を流れる高周波電流が流れる経路長とを異ならせるものであれば凸形状であっても良く、さらに凹凸部の頂上形状も円形や三角形や四角形等、任意の形状であっても良いことは言うまでもない。

さらに、上記実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナでは、接地導体１０５が金属板である場合を示したが、樹脂等の表面に金属をメッキしたものでも良いことは言うまでもない。

さらに、上記実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナでは、線路導体１０３と接地導体１０５との間には空気層１０４しか存在しない場合を示したが、線路導体１０３を表面保護する絶縁体等を入れても良いことは言うまでもない。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２は、実施の形態１に示したフェーズドアレイアンテナを車載レーダに適用したものである。
図６は本発明の実施の形態２によるフェーズドアレイアンテナの構成図である。
図６において、６００は車載レーダ、６０１は車載レーダ６００を搭載した車両、６０２は車載レーダのアンテナ本体、６０３は本発明の実施の形態１に示したものと同様のフェーズドアレイアンテナ、６０４は移相制御される放射素子アレイ、６０５は移相制御されない放射素子アレイ、６０８はボイスコイルリニアモータである。

尚、図６ではフェーズドアレイアンテナ６０３の中央部が透視されて、給電回路の接地導体が接続されたボイスコイルリニアモータが見えている状態を示している。

また、実施の形態１ではフェーズドアレイアンテナ６０３を、移相制御される放射素子アレイ数が３つ、移相制御されない放射素子アレイ数が１つとしていたが、本実施の形態２における車載レーダでは、より先鋭なビームが必要とされることから、移相制御される放射素子アレイ数が８つ、移相制御されない放射素子アレイ数が７つに増加した場合を示している。

また、図６において、６０７は走行時の車両の主な振動方向、６０６は移相制御される放射素子アレイの配置方向、６０９は移相制御されない放射素子アレイの配置方向、６１０は給電回路の接地導体の移動方向である。

一般に、図６に示すように、車載レーダ６００は、前方の障害物が地面に平行な面内でどの方向にあるかを検出するために、アンテナが地面に平行な面内でビームチルト（スキャン）する向きとなるように、車両６０１の前面に搭載されて使用される。

つまり、フェーズドアレイアンテナ６０３を車載レーダ６００に用いる場合には、移相制御される放射素子アレイ６０４は地面に平行な方向に配置される必要がある。

ここで、車載レーダが搭載された車両６０１が走行する場合、車両の主な振動原因は地面の凹凸によることから、走行時の車両の主な振動方向は図６に示すような矢印６０７の方向となる。

一方、フェーズドアレイアンテナ６０３を車載レーダに使用するには、前方障害物の方向を正確に検知する為にビームチルトの角度制御はできるだけ高精度であることが要求される。

しかし、実施の形態１に示したフェーズドアレイアンテナ６０３では、ビームチルトの角度制御は給電回路の接地導体が接続されたボイスコイルリニアモータにより行っているので、高精度な制御を行うためには、最も精度に影響を与える要因である外部振動が接地導体の動きに伝わらないようにする必要がある。

よって、本実施の形態２によるフェーズドアレイアンテナでは、図６に示すように、ボイスコイルリニアモータ６０８による接地導体を動かす方向６１０と移相制御される放射素子アレイの配置方向６０６とが互いに平行となるように構成している。

これによって、車載レーダが要求する移相制御される放射素子アレイの配置方向とフェーズドアレイアンテナの移相制御される放射素子アレイの配置方向とを合わせた場合に、接地導体を動かす方向６１０と走行時の車両の主な振動方向６０７とが垂直となり、車両の縦振動によるビーム制御の影響が少なく、ビームチルト角度の高精度な制御が可能となる。

このように、本発明の実施の形態２によるフェーズドアレイアンテナによれば、接地導体を動かす方向６１０と移相制御される放射素子アレイの配置方向６０６とを平行とすることにより、車載レーダが要求する移相制御される放射素子アレイの配置方向とフェーズドアレイアンテナの移相制御される放射素子アレイの配置方向とを合わせた場合に、接地導体を動かす方向６１０と走行時の車両の主な振動方向６０７とが垂直となり、よってビームチルト角度の高精度な制御が可能な、車載レーダに好適なフェーズドアレイアンテナを実現することが可能となる。

以上のように、本発明は、薄型でビームチルトが高速な、さらに車両の走行時にも高精度なビームチルト角度制御が可能なフェーズドアレイアンテナを実現できるという特長を有し、特に車載レーダに用いて有用であるとともに、衛星通信用アンテナ等に用いても有用である。

（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの構成を示す平面図、（ｂ）は、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの構成を示す正面方向の断面図 （ａ）は、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの等価回路を示す平面図、（ｂ）は、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの等価回路を示す正面図 （ａ）は、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの移相器部において、接地導体がＸ＝０の位置にある状態を拡大して示す図、（ｂ）は、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの移相器部において、接地導体がＸ＜０の位置にある状態を拡大して示す図、（ｃ）は、本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの移相器部において、接地導体がＸ＞０の位置にある状態を拡大して示す図 接地導体の位置Ｘと各位相器を通過する高周波電流の位相の関係を示す図 本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの他の構成図 本発明の実施の形態２におけるフェーズドアレイアンテナの構成図 従来の回転モータを用いてビームチルトさせるアンテナの構成図 従来の電気的に移相量の可変な可変移相器の構成図 従来の可変移相器を用いたフェーズドアレイアンテナの構成図 従来の機械的に移相量の可変な可変移相器の構成図

符号の説明

１００ 給電回路層
１０１ 放射素子層
１０２ サスペンド誘電体
１０３ 線路導体
１０４ 空気層
１０５ 接地導体
１０６ 放射素子導体
１０７ 誘電体
１０８ 接地導体
１０９ 給電回路
１１０ 給電線路
１１１ ９０度ハイブリッドカプラ
１１２ 移相線路
１１３ 切欠き部
１１４ 結合窓
１１５ 接続部
１１６ マグネットロッド
１１７ アンテナ筐体
１１８ ボイスコイル
１１９ ボイスコイルリニアモータ
１２０ ベアリングボール
１２１ レーダ回路
１２２ 位相調整部
２０１ 右側チルト用移相器
２０２ 左側チルト用移相器
２０３〜２０５ アンテナ素子
２０６ 入力端子
２０７ 位相調整部
２０８ レーダ回路
３００ サスペンデッド型マイクロストリップ構造による給電回路層
３０１ サスペンド誘電体
３０２ 接地導体
３０３ 接地導体がＸ＝０の位置にある状態
３０４ 接地導体がＸ＜０の位置にある状態
３０５ 接地導体がＸ＞０の位置にある状態
３０６ 右側チルト用移相器
３０７ 左側チルト用移相器
３０８ 右側チルト用移相器の移相線路
３０９ 左側チルト用移相器の移相線路
３１０ 右側チルト用移相器入力端子
３１１ 右側チルト用移相器出力端子
３１２ 左側チルト用移相器入力端子
３１３ 左側チルト用移相器出力端子
３１４ 切欠き部
３１５ 右側チルト用移相線路上を流れる高周波電流に対する接地導体上電流
３１６ 左側チルト用移相線路上を流れる高周波電流に対する接地導体上電流
５００ 凹凸部
５０１ 移相線路
６００ 車載レーダ
６０１ 車載レーダが搭載された車両
６０２ 車載レーダのアンテナ本体
６０３ 実施の形態１と同様のフェーズドアレイアンテナ
６０４ 移相制御される放射素子アレイ
６０５ 移相制御されない放射素子アレイ
６０６ 移相制御される放射素子アレイの配置方向
６０７ 走行時の車両の主な振動方向
６０８ ボイスコイルリニアモータ
６０９ 移相制御されない放射素子アレイの配置方向
６１０ 給電回路の接地導体の移動方向
７０１ 回転モータ
７０２ アンテナ一次放射器
７０３ アンテナ反射板
７０４ 電波レンズ
８０１ ９０度ハイブリッドカプラ
８０２ 移相線路
８０３ 誘電体
８０４ 印加電界により誘電率を変化させられる可変誘電率誘電体
９０１ 右側チルト用移相器
９０２ 左側チルト用移相器
９０３ 右側チルト用制御電圧
９０４ 左側チルト用制御電圧
９０５〜９０７ アンテナ素子
９０８ 入力端子
９００ 位相調整部
１０００ 絶縁体
１００１ マイクロストリップ接地導体
１００２ マイクロストリップ線路導体
１００３ 可動誘電体
１００４ 可動誘電体アクチュエータ

Claims (6)

1. 互いに平行に配置された線路導体と接地導体とを有する給電回路を備えたフェーズドアレイアンテナにおいて、
   該接地導体は、前記線路導体上の、所要位置に位置する複数の各移相器に対応する複数の領域を覆うよう、前記各領域に対応する接地導体が一体に形成され、
   前記接地導体は、前記複数の移相器に対応する領域に切欠き部あるいは凹凸部を有する、
   ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
2. 請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、
   前記複数の移相器の各線路導体と前記接地導体を、互いに平行な状態で相対的に移動させることにより前記複数の移相器の移相量を同時に変化させる、
   ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
3. 請求項１または請求項２に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、
   前記線路導体は当該フェーズドアレイアンテナの筐体に固定され、
   前記接地導体は前記線路導体に対して平行に移動可能である、
   ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、
   前記線路導体の外側にアンテナ接地導体およびアンテナ導体をさらに有するとともに、
   前記接地導体の外側に前記接地導体を移動させる駆動機構をさらに有する、
   ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、
   前記給電回路は、前記複数の移相器を有し、
   該複数の移相器は、形成されるビームをそれぞれ右側，左側にチルトするための右側，および左側チルト用移相器からなり、
   前記線路導体と前記接地導体との相対的移動方向の各々に応じた前記右側，左側チルト用移相器間の移相量の差が互いに逆極性となるよう、前記接地導体上の切欠き部あるいは凹凸部が配置されている、
   ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、
   前記接地導体を移動させる方向と、移相制御される前記アンテナ導体からなる放射素子アレイの配置方向とが互いに平行である、
   ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。

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