JP2012147158A - マイクロ波用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】主反射器の開口部の面積が決定されている状況において、アンテナの利得、リターンロス及びサイドローブ比が最適となる特性を容易に得る。
【解決手段】導波管１１、スロット１２から給電されたマイクロ波を放射する主反射器１３と、この主反射器１３の開口部に配置したプリント基板１５とを設け、この基板１５に、六角形金属小体１６をハニカム状に配置した副反射パターンを形成し、この副反射パターンでは、磁界方向中央部の２列の金属小体１６同士を第１間隙Ｇａで配置し、中央部外側の金属小体１６同士を第１間隙Ｇａよりも小さい第２間隙Ｇｂで配置する。この間隙Ｇａによりアンテナ共振周波数を調整し、間隙Ｇｂによりリターンロスを最適に設定する。また、主反射器１３の磁界方向の開口部縁側の金属小体１６を第２間隙Ｇｂよりも大きい第３間隙Ｇｃで開口部縁から配置し、この間隙Ｇｃによりサイドローブ比を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明はマイクロ波帯のレーダーやセンサーに搭載されるマイクロ波用アンテナ、特に副反射器を有するアンテナの構造に関する。

従来から、各種のマイクロ波用の薄型アンテナが提案されているが、この薄型アンテナとして、例えば図８のような下記特許文献１に示されるショートバックファイヤアンテナがある。図８に示されるように、このアンテナは、主反射器１、小反射器２及びダイポール（給電放射器）３を有する構造となっている。

しかし、この種のアンテナは、給電放射器にダイポール３を使用するため導波管インターフェースの場合は不向きであり、また小反射器（副反射器）２と主反射器１との距離が一定に保たれるような保持機構が必要となる。

一方、導波管インターフェースを使用するものとして、例えば図９のような下記特許文献２に示される導波管アレイアンテナも提案されている。図９に示されるように、このアンテナは、先端をノズル状にした導波管５、前面にスロットアンテナパターン６を設けた放射エレメント７を有する構造となっている。このアンテナでは、放射エレメント７の前面（開口部）にスロットアンテナパターン６を配設するため構造が簡素となり、上記ショートバックファイヤアンテナよりも薄型化が図られている。

特開昭５７−２０００２号公報 特開平２−２２３２０６号公報

しかしながら、上記図８，図９の構成では、アンテナの利得、リターンロス及びサイドローブ比が最適となるアンテナ特性を得ることが難しいという問題があり、図８の構成では、保持機構等が必要で構造が複雑になるという不都合もある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、主反射器の開口部の面積が決定されている状況において、アンテナの利得、リターンロス及びサイドローブ比が最適となる特性を容易に得ることができるマイクロ波用アンテナを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明に係るマイクロ波用アンテナは、マイクロ波を放射するための主反射器と、この主反射器の開口部に配置され、複数の金属小体（小板、パッチ、プリント面部）からなる副反射パターンが形成された支持基板（例えばプリント基板）と、を設け、上記副反射パターンは、磁界方向の中央部の金属小体同士を所定の第１間隙で配置し、この中央部の金属小体の外側の金属小体同士を上記第１間隙よりも小さい第２間隙で配置するようにしたことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記副反射パターンにおいて、上記主反射器の磁界方向の開口部縁側の金属小体を該開口部縁に対し上記第２間隙よりも大きい第３間隙で配置し、この第３間隙によりサイドローブ比を設定することを特徴とする。
請求項３の発明は、上記金属小体を、六角形としたことを特徴とする。

上記請求項１の構成によれば、副反射パターンの第１間隙（又は間隔）を設定し、第２間隙（又は間隔）をこの第１間隙よりも小さく、これら第１間隙及び第２間隙の各々を調整することにより、アンテナの利得、リターンロスが最適となるアンテナ特性を得ることができる。即ち、上記従来図９のアンテナでは、メインローブのビーム幅が主に主反射器(放射エレメント７)の開口幅に依存し、アンテナ利得が決定するが、本発明では、上記第１間隙と第２間隙の調整によって、アンテナの共振周波数とリターンロスを最適なものとし、かつアンテナ利得を向上させることが可能になる。
上記請求項２の構成によれば、第２間隙よりも大きい第３間隙の調整によりサイドローブ比を最適な状態に設定することができる。

上記請求項３の構成によれば、金属小体を六角形（正六角形）とし、副反射パターンがハニカム状（パッチ）パターンとなるが、この六角形は、等間隔で配置した場合の四角形や円形に比べて、占有面積が小さくなるので、金属小体で反射されるマイクロ波を減少させてアンテナ利得を増加させることができると共に、六角形金属小体間の第２間隙の調整・設定がし易いので、良好な利得、リターンロスを持つ指向特性の設定が行い易くなる。

本発明のように副反射パターンを持つアンテナでは、金属小体の形状と金属小体間の間隙（又は間隔）がアンテナの利得、リターンロス及びサイドローブ比の特性に直接的な影響を与える。例えば、この金属小体を方形で形成した場合は、金属小体間の間隙（の大きさ或いは面積）が調整し易いため、所要のリターンロス特性は得易いが、方形は六角形と比較して面積が大きいことから、副反射器としては反射される成分が大きくなり、結果的に利得が低下することになる。また、金属小体を円形若しくは楕円形で形成した場合は、その面積は方形よりも小さくなるため利得は向上するが、金属小体間の間隙が複雑な形状となるためリターンロスの調整が難しい。本発明のように、金属小体を六角形とすれば、方形よりも小さい面積で、規則的な配置が可能となり、金属小体間の間隙（の大きさ或いは面積）の調整が行い易くなるので、アンテナ特性の設定が容易となる。

本発明のマイクロ波用アンテナによれば、主反射器の開口部の面積が決定されている状況において、アンテナの利得、リターンロス及びサイドローブ比が最適となるアンテナ特性を容易に得ることが可能となる。
また、請求項３の発明によれば、金属小体を方形や円形等の他の形状とした場合と比較して、複数の金属小体を同一間隙で規則的に配置でき、しかも各金属小体の間隙の制御が容易となり、また小さな面積の金属小体によって利得を高くできるので、最適なアンテナの利得、リターンロス及びサイドローブ比が得られるという効果がある。

本発明の実施例に係るマイクロ波用アンテナの構成を示す断面図である。 実施例のマイクロ波用アンテナのプリント基板（副反射パターン）の構成をアンテナの内側から見た図である。 実施例のマイクロ波用アンテナの構成を示し、図（Ａ）は外観斜視図、図（Ｂ）は中央部の金属小体の配置関係を示す図である。 実施例のマイクロ波用アンテナでのマイクロ波の放射及び反射状態を示す図である。 実施例の金属小体の六角形状を他の形状と比較したときの図である。 実施例のマイクロ波用アンテナの指向特性（放射特性及びサイドローブ比）を示す図である。 実施例のマイクロ波用アンテナのリターンロス特性（周波数−リターンロス）を示すグラフ図である。 従来のマイクロ波用アンテナの一構成例を示し、図（Ａ）は側断面図、図（Ｂ）は正面図である。 従来のマイクロ波用アンテナの他の構成例を示す断面図である。

図１乃至図３には、本発明の実施例に係るマイクロ波用アンテナの構成が示されており、図１に示されるように、本体１０には、導波管１１及びスロット（給電部）１２、図３（Ａ）のように方形の開口面を有する主反射器１３が形成される。そして、この主反射器１３の開口面を塞ぐように、マイクロ波を透過する支持基板、具体的には樹脂製のプリント基板１５が設けられ、このプリント基板１５の内側には、図２及び図３（Ａ）に示されるように、六角形の金属小体（プリント薄板−金属エレメント）１６がハニカム状に多数配置された副反射パターン（パッチパターン）が形成されている。なお、この金属小体１６は、プリント基板１５の外側に形成・配置してもよい。また、導波管給電部の上記スロット１２は、インピーダンス整合を行うためのものであり、導波管１１に金属ポストを設けたり、階段状に導波管寸法を変化させたりする等の構造としてもよい。

図２に示されるように、実施例では、主反射器１３の開口部における磁界方向中央部に配置された２列の金属小体１６同士を所定の第１間隙（ギャップの長さ）Ｇａで配置し、この中央部２列の外側に配置される金属小体１６については第１間隙Ｇａよりも小さい第２間隙（長さ）Ｇｂでそれぞれを配置している。また、主反射器１３の磁界方向の開口部縁側の金属小体１６は、開口部縁に対し第２間隙Ｇｂよりも大きい第３間隙（長さ）Ｇｃで配置する。

即ち、図３（Ｂ）に示されるように、第１間隙Ｇａ、金属小体１６の間隔（中心位置間）ｄＰ、金属小体１６の対角線の長さｄＨ、自由空間波長（λ_０）のそれぞれの関係は、
λ_０／２＝ｄＰ＝ｄＨ＋Ｇａ … 式１
となる。

従って、この式１に沿って第１間隙Ｇａが設定され、アンテナの共振周波数が決定されると共に、中央の２列から磁界方向外側（主反射器開口部縁）へ向けて順次配列される各金属小体１６の第２間隙Ｇｂについては、上記第１間隙Ｇａよりも小さい値に設定される。即ち、第１間隙Ｇａと第２間隙Ｇｂの調整により利得が最適となるようにされ、かつ第２間隙Ｇｂの調整によりリターンロスが最適となるよう設定される。そして、最外列（左右）の金属小体１６と主反射器１３の開口部縁との間の第３間隙Ｇｃは、第２間隙Ｇｂよりも大きい値とし、サイドローブ比が最適となるように調整設定される。

実施例は以上の構成からなり、図４に示されるように、導波管１２に設けられたスロット１１から放射されたマイクロ波の一部は、中央部の金属小体１６間の第１間隙Ｇａと、その外側の金属小体１６間の第２間隙Ｇｂからプリント基板１５を透過して空間に放射され、また一部は主反射器１３の縁端に達して第３間隙Ｇｃから空間に放射され、その他のマイクロ波は副反射パターンの各金属小体１６で反射されて主反射器１３に戻される。この主反射器１３に戻された成分のうち、一部は漏れ波となって主反射器１３の縁端に達して、第３間隙Ｇｃから放射され、その他の成分は主反射器１３で反射されて、再びプリント基板１５の上記第１及び第２間隙Ｇａ，Ｇｂから放射される。この結果、最終的には直接と反射により、副反射パターンの金属小体１６間の第１及び第２間隙Ｇａ，Ｇｂから空間に放射されたものと、主反射器１３の縁端に達して間隙Ｇｃから放射されるものとでアンテナ特性が形成されることになる。

このようにして、第１間隙Ｇａを自由空間波長λ_０との関係の下にアンテナの共振周波数が決定されるように調整設定し、第２間隙Ｇｂをリターンロスが最適となるように調整することで、アンテナ利得、メインローブのビーム幅を最良なものとし、更に第３間隙Ｇｃをサイドローブ比が最適となるように調整設定することで、最良のアンテナ特性を得ることが可能となる。

図６には、実施例のアンテナ指向性（放射特性及びサイドローブ比）が示され、図７には、実施例のリターンロス特性が示されており、図示のように、良好なアンテナ特性が得られる結果となった。

更に、実施例では、副反射パターンを六角形の金属小体１６のハニカム状とすることにより、方形や円形等と比べて金属小体１６間の間隙の大きさ或いは面積の調整が行いやすくなり、アンテナ特性の設定が容易になる。即ち、図５（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、正方形、円形（それぞれを等間隔で配置した場合）と比較すると、六角形（正六角形）の金属小体１６の面積は斜線分だけ少なくなるので、金属小体１６により反射されるマイクロ波もその分減少する。この金属小体１６によるマイクロ波の減少は、アンテナから放射されるマイクロ波の総量の増加に繋がるため、アンテナ利得を増加させる。従って、利得の増加とそれに伴うサイドローブ比の改善をもたらすことになる。

また、プリント基板１５の副反射パターンをハニカム状に形成すれば、比較的小さな面積の金属小体１６の規則的な配置により、第２間隙Ｇｂの大きさ或いは面積の調整が行い易いので、アンテナの利得、リターンロスおよびサイドローブ比の最適化も容易となる。

本発明は、特にマイクロ波レーダー又はセンサーに搭載する送信用、受信用或いは送受共用のアンテナとして利用可能である。

１，７，１３…主反射器、 ５,１１…導波管、
１０…本体、 １２…スロット、
１５…プリント基板、 １６…金属小体、
Ｇａ〜Ｇｃ…第１〜第３間隙。

Claims (3)

1. マイクロ波を放射するための主反射器と、
   この主反射器の開口部に配置され、複数の金属小体からなる副反射パターンが形成された支持基板と、を設け、
   上記副反射パターンは、磁界方向の中央部の金属小体同士を所定の第１間隙で配置し、この中央部の金属小体の外側の金属小体同士を上記第１間隙よりも小さい第２間隙で配置するようにしたマイクロ波用アンテナ。
2. 上記副反射パターンは、上記主反射器の磁界方向の開口部縁側の金属小体を該開口部縁に対し上記第２間隙よりも大きい第３間隙で配置し、この第３間隙によりサイドローブ比を設定することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波用アンテナ。
3. 上記金属小体は、六角形としたことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ波用アンテナ。

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