JP2010093399A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法でサイドローブを抑圧させたアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置は、複数のアレイアンテナから構成され、上記アレイアンテナの長さは異なっており、当該長さの異なる複数のアレイアンテナを組み合わせることによって、アンテナ装置全体の指向性パターンにおけるサイドローブを抑圧することを特徴とする。また、アンテナ装置は、受信アレイアンテナと送信アレイアンテナとから構成されてもよく、送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナの長さの比は、一方のアレイアンテナで抑圧したいサイドローブの位置に他方のアレイアンテナのヌルが生じるように設計されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、複数のアレイアンテナを備えるアンテナ装置に関する。

従来、ある特定の方向に送信、受信感度を高めた指向性アンテナがある。上記指向性アンテナの一例として、例えば、規則的に配置された複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナが知られている。図１０に一般的なアレイアンテナの指向性パターンの一例を示す。図１０に示すように、指向性パターンが複数のローブに分かれているとき、その最大のものをローブと言い、それ以外のものをサイドローブという。サイドローブの中でメインローブの左右にあるものを特に第１サイドローブと称す。

ここで、特定の方向に電波を放射し、対象物からの反射波を受信し、当該対象物の方向を特定するような、例えば車載用レーダのアンテナとしてアレイアンテナを用いた場合、サイドローブレベル（特に第１サイドローブ）が大きいと、対象物の観測における方向特定の際に障害の原因（ゴーストの原因）となることがある。このような問題を解決する技術として、例えば、アレイアンテナを構成するアンテナ素子の励振分布を変えてサイドローブレベルを抑圧させる技術が知られている。例えば、特許文献１には、アンテナ素子の素子幅によって放射係数を変える例が開示されている。
特許第３３０６５９２号公報

上記特許文献１に開示されている技術は、放射アンテナ素子の横幅を変化させたときの透過量および反射量の変化から放射アンテナ素子の励振振幅（放射量）を求める。そして、必要となる放射アンテナ素子の励振振幅（放射量）に対する、放射アンテナ素子の幅を決定する。これによって、各放射アンテナ素子の所定の励振振幅（放射量）に応じて、当該各放射アンテナ素子の横幅を決定し、要求されるサイドローブレベルを目的に応じたものにしている。しかしながら、所望のサイドローブレベルを得るために高度な設計技術が要求され、設計が難しくなる場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易な方法でサイドローブを抑圧させたアンテナ装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち第１の発明は、アレイアンテナを複数備えるアンテナ装置である。アレイアンテナを複数備えるアンテナ装置である。上記アンテナ装置は、少なくとも第１サイドローブが生じる位置が異なるようにそれぞれ長さが設定された複数のアレイアンテナを組み合わせることで、当該アンテナ装置全体における指向性パターンのサイドローブレベルを抑圧することを特徴とする。

第２の発明は、上記第１の発明において、アンテナ装置は、互いに長さの異なる少なくとも２本のアレイアンテナを備える。上記長さの異なるアレイアンテナの長さの比は、一方のアレイアンテナのサイドローブが生じる位置に他方のアレイアンテナのヌルが生じるように設定されることを特徴とする。

第３の発明は、上記第１の発明において、アンテナ装置は、互いに長さの異なる少なくとも２本のアレイアンテナを備える。当該２本のアレイアンテナの長さの比は、おおよそ１：０．７２であることを特徴とする。

本発明によれば、長さの異なる複数のアレイアンテナを組み合わせることによって、アンテナ装置全体の指向性パターンにおけるサイドローブを抑圧することができ、簡易な構成でサイドローブを抑圧させたアンテナ装置を提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係るアンテナ装置は、複数の受信アレイアンテナから構成されている。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成の一例を示した図である。図１に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置は、複数の受信アレイアンテナＲ１〜Ｒ５（以下、上記複数の受信アレイアンテナＲ１〜Ｒ５を総称して、受信アンテナ群と称す）から構成される。また、各受信アレイアンテナＲ１〜Ｒ５は、予め定められた間隔で配置された複数のアンテナ素子を有する。なお、詳細は後述するが、受信アレイアンテナ群を構成する各受信アレイアンテナＲ１〜Ｒ５の長さはそれぞれ異なっている。そして、各受信アレイアンテナＲ１〜Ｒ５には、加算器２が接続され、当該加算器２から受信信号が出力される。

なお、本実施形態に係るアンテナ装置を構成する受信アレイアンテナの数は、図１に示すような、受信アレイアンテナＲ１〜Ｒ５の５本で構成される場合に限られない。つまり、複数の受信アレイアンテナを備えていればよく、例えば、上記アンテナ装置は、受信アレイアンテナＲ１とＲ２との２本で構成されてもよい。以下の説明では、まず、上記アンテナ装置が、受信アレイアンテナＲ１とＲ２とで構成される形態を説明し、その後、図１に示した、受信アレイアンテナＲ１〜Ｒ５から構成される形態を説明する。

まず、上記アンテナ装置が受信アレイアンテナＲ１とＲ２とで構成されている場合を考える。なお、以下の説明では、図１に示すように、一例として受信アレイアンテナは８個のアンテナ素子（ｒ１〜ｒ８）からなるアレイアンテナで、受信アレイアンテナＲ２は、７個のアンテナ素子（ｒ１〜ｒ７）からなるアレイアンテナである場合を想定して、各受信アレイアンテナＲ１、Ｒ２の長さおよびアンテナ利得について説明する。

図２は、受信アレイアンテナＲ１の概略図である。一般的に、複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナの長さは、当該アレイアンテナのアンテナ素子が配列されている方向の長さのことをいう。ここで、説明のために、図２おいて、受信アレイアンテナＲ１の正面方向をＺ方向、各アンテナ素子が配列されている方向をＹ方向、受信アレイアンテナＲ１の横幅をＸ方向とする。このようにすると、受信アレイアンテナＲ１の長さとは、図２に示す、受信アレイアンテナＲ１のＹ方向の長さと定義される。なお、受信アレイアンテナＲ１の長さを以下の説明では長さＬ１とする。

次に、受信アレイアンテナＲ１の長さＬ１についてさらに説明する。一般的にアレイアンテナの長さとは、当該アレイアンテナを構成するアンテナ素子の数、幅およびアンテナ素子の間隔を考慮して算出される。具体的には、例えば、一定の幅のアンテナ素子が等間隔で配置されているような受信アレイアンテナＲ１の場合、当該受信アレイアンテナＲ１の長さＬ１は、図２に示すように、アンテナ素子の幅（例えば図２に示した幅ａ）とアンテナ素子の間隔（例えば図２に示した幅ｂ）とに加えて、幅ｃ（本実施形態では、幅ｃは、素子間隔ｂの半分とした）を考慮して算出される。なお、当該アンテナ素子の数や幅は、当該アレイアンテナの用途や機能によって適宜変更されるものである。

また、同様に、受信アレイアンテナＲ２の長さをＬ２とすると、当該受信アレイアンテナＲ２の長さＬ２は、上述した受信アレイアンテナＲ１の長さＬ１と同様の考え方で算出することができる。つまり、図示は省略するが、受信アレイアンテナＲ２を構成するアンテナ素子の数や幅、およびアンテナ素子の間隔を考慮して、受信アレイアンテナＲ２の長さＬ２（アンテナ素子が配列されている方向（Ｙ方向）の長さ）が算出されればよい。

また、本実施形態では、一例として、受信アレイアンテナＲ１はアンテナ素子を８個備え、受信アレイアンテナＲ２はアンテナ素子を７個備えている場合を例に説明するが、アンテナ素子の数はこれに限られるものではない。本実施形態に係るアンテナ装置を構成する複数の受信アレイアンテナは、長さが異なっていればよく、アンテナ素子の数、幅、および各アンテナ素子の間隔は、当該アレイアンテナの用途や機能によって適宜変更されてもよい。なお、本実施形態においては受信アレイアンテナＲ２の方が、受信アレイアンテナＲ１と比べてその長さは短くなっている。

次に、受信アレイアンテナＲ１および受信アレイアンテナＲ２の指向性について説明する。一般的に、複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナの指向性は、当該アレイアンテナ上の励振分布を一定（一様励振）と仮定すると、周知の数式、例えば、下記数式（１）で与えられる。

数式（１）において、ｕは下記数式（２）で表される。

また、Ｌはアレイアンテナの長さ（受信アレイアンテナＲ１であれば長さＬ１）、λは電波波長、θはビーム方向（受信アレイアンテナＲ１であれば、図２のＹ方向）からの角度である。

ここで、受信アレイアンテナＲ１の長さＬ１が、例えば、１０波長（Ｌ１＝１０λ）の場合の当該受信アレイアンテナＲ１の指向性パターンを図３に示す。具体的には、図３に示した図は、数式（１）および（２）にＬ＝１０λを、θに様々な角度を代入して、得られた結果をメインローブの極大値で正規化し、利得［ｄＢ］としてｙ軸に、角度θ［ｄｅｇ］をｘ軸とした図である。図３に示すように、長さＬ１を１０波長（Ｌ１＝１０λ）とすると、第１サイドローブの極大値は、具体的には８［ｄｅｇ］、−８［ｄｅｇ］付近にみられる。

また、受信アレイアンテナＲ１よりアンテナの長さが短い受信アレイアンテナＲ２において、受信アレイアンテナＲ２の長さＬ２を、例えば、７．２波長（Ｌ２＝７．２λ）とする。このときの受信アレイアンテナＲ２の指向性パターンを図４に示す。図４に示すように、受信アレイアンテナＲ２においては、長さＬ２を７．２波長（Ｌ２＝７．２λ）とすると、第１サイドローブの極大値は、具体的には１１．５［ｄｅｇ］、−１１．５［ｄｅｇ］付近にみられる。

ところで、上述したように、本実施形態に係るアンテナ装置は、長さの異なる複数の受信アレイアンテナから構成されている。例えば、対象物からの反射波を受信し当該対象物の方向を特定するための車載用レーダ装置の受信アレイアンテナとして、長さの異なる複数の受信アレイアンテナを用いた場合、各受信アレイアンテナの受信信号は合成され、当該合成された受信信号に基づいて上記車載用レーダ装置は、対象物の方向を特定する。具体的には、上記アンテナ装置が複数の受信アレイアンテナからなる場合、当該アンテナ装置の指向性は、それぞれの受信アレイアンテナの指向性の合成により求められる。つまり、例えば、上記アンテナ装置が、受信アレイアンテナＲ１と受信アレイアンテナＲ２とで構成されていた場合、上記アンテナ装置の指向性は、受信アレイアンテナＲ１の指向性と、受信アレイアンテナＲ２の指向性との合成により求められる。

また、各受信アレイアンテナの指向性パターンは、上記式（１）および（２）で計算されるため、アンテナの長さが異なれば、サイドローブの位置（サイドローブが観測される角度）が異なるため、長さの異なる受信アレイアンテナを組み合わせることによって、サイドローブレベルを抑圧させることができると考えられる。

例えば、一様励振アレイアンテナの場合、受信アレイアンテナＲ１の長さＬ１と受信アレイアンテナＲ２の長さＬ２との比を１：０．７２としてもよい。図５は、長さＬ１が１０波長（Ｌ１＝１０λ）の受信アレイアンテナＲ１と、長さＬ２が７．２波長（Ｌ２＝７．２λ）の受信アレイアンテナＲ２とを組み合わせた場合の指向性パターン（図５の実線）を示した図である。図５に示すように、長さがＬ１が１０波長、長さＬ２が７．２波長である受信アレイアンテナを組み合わせると、合成なしの場合、例えば、長さが１０波長の受信用アレイアンテナＲ１のみ（図５の破線）と比べてサイドローブレベルを抑圧させることができる。

次に、図１に示すような、上記アンテナ装置が、受信アレイアンテナＲ１〜Ｒ５から構成される形態、つまり、これまで説明した受信アレイアンテナＲ１、Ｒ２に加え、受信アレイアンテナＲ３、Ｒ４、Ｒ５から構成される形態について説明する。ここで、受信アレイアンテナＲ３の長さをＬ３、受信アレイアンテナＲ４の長さをＬ４、受信アレイアンテナＲ５の長さをＬ５とする。なお、各受信アンテナＲ３〜Ｒ５の長さＬ３〜Ｌ５については、上述した受信アレイアンテナＲ１の長さの説明（図２参照）で類推適応可能であるので説明は省略する。

なお、以下の説明では、図１に示すように、一例として、受信アレイアンテナＲ３は６個のアンテナ素子、受信アレイアンテナＲ４のアンテナ素子は５個のアンテナ素子、受信アレイアンテナＲ５は４個のアンテナ素子からなるアレイアンテナである場合を想定する。

図１に示すようなアンテナ装置、つまり互いに長さの異なる３つ以上のアレイアンテナから構成されるアンテナ装置において、各アレイアンテナのサイドローブ位置が重ならないように設定されればよい。

なお、上述の説明では、本実施形態に係るアンテナ装置が、受信アレイアンテナ２本からなる場合、受信アレイアンテナ５本からなる場合を例に説明したが、受信アレイアンテナの本数はこれに限られない。つまり、用途などに応じて所望のサイドローブレベルが得られるよう、長さの異なる複数の受信アレイアンテナを組み合わせてアンテナ装置を構成すればよい。

また、上述した実施形態では複数の受信アレイアンテナを備えるアンテナ装置を例に説明したが、本発明は、複数の送信アレイアンテナを備えるアンテナ装置にも適用できる。つまり、上記アンテナ装置は、長さの異なる複数の送信アレイアンテナで構成されてもよい。例えば、図６に示すように、電力分配回路３に接続された５本の送信アレイアンテナＳ１〜Ｓ５から構成されてもよい。なお、この場合においても、送信アンテナの本数は上記本数に限ったものではなく、上述した受信アレイアンテナでの説明と同様の考え方で複数の送信アレイアンテナを備えていればよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。上述した第１の実施形態では、上記アンテナ装置が長さの異なる複数の受信アレイアンテナから構成される形態を説明した。第２の実施形態では、上記アンテナ装置が、長さの異なる送信アレイアンテナと受信アレイアンテナとから構成される形態について説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成の一例を示した図である。図７に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置は、送信アレイアンテナＳ１と受信アレイアンテナＲ１とを備えている。例えば、対象物からの反射波を受信し当該対象物の方向を特定するための車載用レーダ装置において、当該車載用レーダ装置に送信アレイアンテナＳ１および受信アレイアンテナＲ１が搭載されている場合を想定すると、送信アレイアンテナＳ１は、一定の励振条件で給電されることによって電波を放射する。受信アレイアンテナＲ１は、対象物で反射した反射波を受信する。

図７には、送信アレイアンテナＳ１は６個のアンテナ素子、受信アレイアンテナＲ１は８個のアンテナ素子からなる場合を一例として示したが、この数に限られない。また、送信アレイアンテナの長さをＬＳ、受信アレイアンテナの長さをＬＲとするが、それぞれの長さＬＳ、ＬＲについての説明は、第１の実施形態で説明した考え方と同様であるので説明は省略する。つまり、送信アレイアンテナＳ１および受信アレイアンテナＲ１の長さは、アンテナ素子の数、幅、およびアンテナ素子の間隔に基づいて、第１の実施形態で説明した考え方と同様に算出すればよい。

なお、本実施形態に係るアンテナ装置を構成する、送信アレイアンテナＳ１および受信アレイアンテナＲ１の長さの比は、一方のアレイアンテナで抑圧したいサイドローブ（特に第１サイドローブ）の位置（角度）に他方のアレイアンテナのヌルが生じるように設計されている。

ここで、具体的な例として、受信アレイアンテナＲ１の長さＬＲを１０波長とし、他方、送信アレイアンテナＳ１の長さＬＳを７．２波長とした場合を考える。図８は一様励振アレイアンテナであるときの、長さＬＳが７．２波長（ＬＳ＝７．２λ）の送信アレイアンテナＳ１と長さＬＲが１０波長（ＬＲ＝１０λ）の受信アレイアンテナＲ１との指向性パターンを示した図である。図８に示すように、受信アレイアンテナＲ１の長さＬＲを１０波長としたとき、送信アレイアンテナＳ１の長さＬＳを７．２波長とすると、受信アレイアンテナＲ１の第１サイドローブの極大値がみられる角度に送信アレイアンテナＳ１のヌルが一致する。

図９は、受信アレイアンテナＲ１と送信アレイアンテナＳ１とを組み合わせることによって得られる、アンテナ装置全体の指向性パターンを示した図である。なお、比較のため、同じ長さ（一例としてＬＳ＝ＬＲ＝１０波長とした）の受信アレイアンテナと送信アレイアンテナとを組み合わせた場合の指向性パターンを図９の破線で示した。図９に示すように、受信アレイアンテナＲ１と送信アレイアンテナＳ１とを組み合わせることによって得られるアンテナ装置全体の指向性パターンは、同じ長さの受信アレイアンテナと送信アレイアンテナとを組み合わせた場合と比べて、第１サイドローブレベルを抑圧することができる。

このように、一様励振のアレイアンテナでアンテナの長さの比を１：０．７２付近に設定すれば、サイドローブレベルを効果的に抑圧することができる。

なお、励振分布が一様ではないアレイアンテナの場合でも抑圧したいサイドローブの位置に他方のアレイアンテナのヌル位置を合わせることでサイドローブの抑圧が可能になる。

以上説明したように、本実施形態に係るアンテナ装置によれば、長さの異なる複数のアレイアンテナを組み合わせることでサイドローブを抑圧することができ、簡易な構成でサイドローブを抑圧させたアンテナ装置を提供することができる。

上述した実施形態で説明した態様は、単に具体例を示すものであり、本願発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。よって、本願の効果を奏する範囲において任意の構成を採用することが可能である。

本発明に係るアンテナ装置は、アンテナ装置全体の指向性パターンにおけるサイドローブレベルを抑圧することができる、複数のアレイアンテナを備えるアンテナ装置等として有用である。

第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成の一例を示した図 受信アレイアンテナＲ１の概略図 長さＬ１が１０波長の場合の受信アレイアンテナＲ１の指向性パターンを示した図 長さＬ２が７．２波長の場合の受信アレイアンテナＲ２の指向性パターンを示した図 受信アレイアンテナＲ１（Ｌ１＝１０λ）と受信アレイアンテナＲ２（Ｌ２＝７．２λ）とを組み合わせた場合の指向性パターンを示した図 アンテナ装置が複数の送信アレイアンテナで構成された場合を示す図 第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成の一例を示した図 一様励振アレイアンテナであるときの、長さＬＳが７．２波長の送信アレイアンテナＳ１と長さＬＲが１０波長の受信アレイアンテナＲ１との指向性パターンを示した図 受信アレイアンテナＲ１と送信アレイアンテナＳ１とを組み合わせることによって得られるアンテナ装置全体の指向性パターンを示した図 アレイアンテナの一般的な指向性パターンを示した図

符号の説明

Ｒ１〜Ｒ５…受信アレイアンテナ
Ｓ１〜Ｓ５…送信アレイアンテナ
ｒ１〜ｒ８…アンテナ素子
２…加算器
３…電力分配回路

Claims (3)

1. アレイアンテナを複数備えるアンテナ装置であって、
   前記アンテナ装置は、少なくとも第１サイドローブが生じる位置が異なるようにそれぞれ長さが設定された複数のアレイアンテナを組み合わせることで、前記アンテナ装置全体における指向性パターンのサイドローブレベルを抑圧することを特徴とする、アンテナ装置。
2. 前記アンテナ装置は、互いに長さの異なる少なくとも２本のアレイアンテナを備え、
   前記長さの異なるアレイアンテナの長さの比は、一方のアレイアンテナのサイドローブが生じる位置に他方のアレイアンテナのヌルが生じるように設定されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナ装置は、互いに長さの異なる少なくとも２本のアレイアンテナを備え、
   当該２本のアレイアンテナの長さの比は、おおよそ１：０．７２であることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。

Images