JP2014187507A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ装置において不要放射の影響を抑制し、アンテナ装置の特性を向上させる。
【解決手段】送信アンテナ部１０と受信アンテナ部２０との間に配置された遮蔽部３０は、断面形状がＬ字状に形成された金属板からなり、送信アンテナ部１０を構成する給電ライン１２の主線（不要放射源）１２ａに沿って、その主線１２ａより受信アンテナ部１０側に立設された側壁部３１と、側壁部３１の先端から主線１２ａの上部に張り出した上壁部３２とを備える。不要放射源１２ａからの不要放射のうち、受信アンテナ部２０が形成された方向に向かう成分は遮蔽部３０によって遮蔽され、送信アンテナ部１０の放射素子１１が形成された方向に向かう成分は、不要放射源１２ａからの直接波と、遮蔽部３０で反射した反射波とが干渉し合うことによって抑制されたものとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電波レーダに使用するアンテナ装置に関する。

電波レーダにおいて、アンテナ指向性を制御する手法の一つとして、放射素子の側方に金属壁等で構成されたガイドを設けることにより、サイドローブレベルを低減させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平２０１２−４７００号公報

ところで、近年では、製造が容易であること、低コストであることから、放射素子としてマイクロストリップアンテナを用い、給電ラインとしてマイクロストリップラインを用いて構成されたアンテナ装置が多用されている。

しかし、このようなマイクロストリップアンテナとマイクロストリップラインとで構成されたアンテナ装置では、給電ラインから生じる不要放射成分がサイドローブ上昇を引き起こし、アンテナ指向性を劣化させる原因の一つとなっている。

しかし、放射素子からの放射成分に着目してこれを制御する従来装置では、上述のような不要放射の影響を抑制することができないという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するために、アンテナ装置において不要放射の影響を抑制し、アンテナ装置の特性を向上させることを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、基板の同一面に、放射素子群と給電ラインとが形成されている。ここで、放射素子群が形成された部位の外縁に沿って配線された給電ラインの部位を主線という。

また、基板上には、遮蔽部が設けられている。この遮蔽部は、主線に沿って、主線を挟んで放射素子群とは反対側に立設された側壁部、及び該側壁部から前記給電ラインの上部に張り出した上壁部からなる。

このように構成された本発明アンテナ装置によれば、給電ラインの主線からの不要放射の影響を遮蔽部によって単に抑制することができるだけでなく、不要放射の放射特性を遮蔽部によって制御することによって、その不要放射を利用して、放射素子群からの放射によって生じるサイドローブを抑制すること、即ち、装置の特性を向上させることができる。

第１実施形態のアンテナ装置の全体構成図である。 遮蔽部の構成及び作用を示す説明図である。 不要放射源の指向性を示すグラフである。 送信アンテナ部全体の指向性を示すグラフである。 側壁部の高さと受信アンテナ側方向への放射レベルとの関係を示すグラフである。 第２実施形態のアンテナ装置の送信アンテナ部周辺の構成を示す構成図である。 第２実施形態における遮蔽部の構成を示す説明図であり、（ａ）が図７において受信アンテナ部が位置する側から見た図であり、（ｂ）はその断面図である。 第２実施形態における送信アンテナ部全体の指向性を示すグラフである。 第２実施形態で示した遮蔽部の変形例を示す説明図である。 遮蔽部の他の形状を例示する説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
＜構成＞
アンテナ装置１は、車載レーダのアンテナとして使用され、図１に示すように、送信アンテナ部１０、受信アンテナ部２０、遮蔽部３０を備える。これら各部は、長方形の誘電体基板３の一方の面（表面）に形成されている。なお、誘電体基板３の他方の面（裏面）にはその全体に渡ってグランドパターン（図示せず）が形成されている。以下では、誘電体基板３の長手方向をＸ軸方向、短手方向をＹ軸方向、面に直交する方向をＺ軸方向ともいう。

送信アンテナ部１０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って二次元的に配列された複数の放射素子１１からなる放射素子群ＳＡと、放射素子群ＳＡを構成する各放射素子１１への給電を行う給電ライン１２とで構成されている。給電ライン１２は、放射素子群ＳＡの形成部位より受信アンテナ部２０側に、その放射素子群ＳＡの形成部位の外縁（Ｙ軸方向）に沿って配線された主線１２ａと、Ｘ軸方向に沿った放射素子１１の列毎に、その放射素子列に沿って配線され、一端が主線１２ａに接続された支線１２ｂとを備え、放射素子列を構成する各放射素子１１は、該放射素子列に対応する支線１２ｂに個別線を介して接続されている。

受信アンテナ部２０は、Ｘ軸方向に沿って配置されたｎ（ｎは２以上）個の単位アンテナＲＡｉ（ｉ＝１〜ｎ）からなる。単位アンテナＲＡｉは、いずれも同様の構成を有し、矩形状に形成された複数の放射素子２１と、各放射素子２１への給電を行う給電ライン２２とで構成されている。放射素子２１は、Ｙ軸に沿って２列に配列され、その２列の放射素子列の間に給電ライン２２が配線され、個別線を介して給電ライン２２に接続されている。

なお、これら送信アンテナ部１０及び受信アンテナ部２０を構成する各放射素子１１，２１，及び各給電ライン（個別線を含む）１２，２２は、誘電体基板３裏面のグランドパターンと共に、マイクロストリップアンテナ及びマイクロストリップラインを構成する。

遮蔽部３０は、断面形状がＬ字状に形成された金属板からなり、図２（ａ）に示すように、送信アンテナ部１０を構成する給電ライン１２の主線１２ａに沿って、その主線１２ａより受信アンテナ部１０側に立設された側壁部３１と、側壁部３１の先端から主線１２ａの上部に張り出した上壁部３２とを備えている。以下では、給電ライン１２の主線１２ａを不要放射源１２ａとも呼ぶ。

＜効果＞
このように構成されたアンテナ装置１では、不要放射源１２ａからの不要放射のうち、
受信アンテナ部２０が形成された方向（図２（ａ）中の右方向）である受信アンテナ側方向に向かう成分は、遮蔽部３０によって遮蔽され、抑制されたものとなる。また、不要放射源１２ａからの不要放射のうち、送信アンテナ部１０の放射素子群ＳＡが形成された方向（図２（ａ）中の左方向）である送信アンテナ側方向に向かう成分は、図２（ｂ）に示すように、不要放射源１２ａからの直接波と、遮蔽部３０で反射した反射波とが干渉し合うことによって抑制されたものとなる。更に、その送信アンテナ側に向かう不要放射成分は、放射素子群ＳＡからの放射成分のうち、不要放射成分と同じ方向を向き且つサイドローブを形成する放射成分と干渉し合うことによって、サイドローブの強度を抑制する。

このようにアンテナ装置１によれば、不要放射源１２ａからの不要放射の影響を抑制することができるだけでなく、その不要放射を利用してサイドローブも抑制すること、即ち、装置の特性を向上させることができる。

＜シミュレーション＞
シミュレーションを行った結果を図３〜図５に示す。
但し、ここでは、７６．５ＧＨｚ（波長λ＝３．９２ｍｍ）のミリ波を使用するものとして、側壁部３１の高さをＬ１＝３［ｍｍ］、上壁部３２の張り出し長さをＬ２＝６［ｍｍ］、不要放射源１２ａから側壁部３１までの間隔をＷ１＝４．７［ｍｍ］に設定した。

図３は、不要放射源１２ａ単体の指向性をシミュレーションによって求めたグラフであり、遮蔽部３０ありの場合を実線、遮蔽部３０なしの場合を点線で示す。図からは、遮蔽部３０が存在することによって、正面方向から受信アンテナ側方向への不要放射が大幅に抑制され、送信アンテナ側方向に集中して不要放射が現れることがわかる。

図４は、送信アンテナ部１０全体の指向性をシミュレーションによって求めたグラフであり、遮蔽部３０ありの場合を実線、遮蔽部なしの場合を点線で示す。図からは、メインローブに対して受信アンテナ側方向（図中左側）のサイドローブは、その方向への不要放射源１２ａからの不要放射が遮蔽部３０によって遮蔽されることによって低減し、送信アンテナ側方向（図中右側）のサイドローブは、遮蔽部３０によって導かれる不要放射源１２ａからの不要放射と干渉し合うことによって低減していることがわかる。

図５は、側壁部３１の高さＬ１を変化させて、送信アンテナ部１０の受信アンテナ側方向への放射レベルをシミュレーションによって求めたグラフである。図からは、３ｍｍ（３λ／４）付近で、受信アンテナ側方向への遮蔽効果が最大となることがわかる。

つまり、レーダ装置１の設計時には、Ｌ１＝３λ／４に設定し、他のパラメータ（Ｌ２，Ｗ２）を、以下の（１）（２）に示す条件を満たすように、シミュレーションの結果等を用いて設定すればよい。

（１）不要放射源１２ａから送信アンテナ側方向に向かう不要放射が、不要放射源１２ａからの直接波と、遮蔽部３０で反射した反射波とが効率よく打ち消し合うこと。
（２）不要放射源１２ａから送信アンテナ側方向に向かう不要放射と、放射素子１１の指向性においてサイドローブを形成する不要放射とが効率よく打ち消し合うこと。

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。
本実施形態のアンテナ装置２では、遮蔽部４０の形状が、アンテナ装置１の遮蔽部３０とは異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。

アンテナ装置２において、遮蔽部４０は、図６に示すように、送信アンテナ部１０を、
受信アンテナ部２０に向いた側（以下、開放側という）を除いて包囲する形状を有する基部４１と、基部４１の開放側端に立設された側壁部４２と、側壁部４２の先端から不要放射源１２ａの上部に張り出した上壁部４３とを備えている。なお、遮蔽部４０を構成する各部４１〜４３は、金属板を加工成形することで一体に構成されている。但し、図７に示すように、側壁部４２は、その長手方向（Ｙ軸方向）の両端付近で基部４１と一体化されており、それ以外の部分では、側壁部４２の下端と誘電体基板３との間に、隙間（以下、側壁下隙間という）４４が形成されるように構成されている。

このように構成されたアンテナ装置２では、側壁下隙間４４の大きさを適宜調整し、この側壁下隙間４４からの電波の漏洩量を調整することによって、送信アンテナ部１０の指向性特性におけるサイドローブのバランスを調整することができる。

なお、側壁下隙間４４の大きさは、具体的には、シミュレーションなどによって求めた結果から、サイドローブが効果的に抑制されるような大きさに設定すればよい。
図８は、送信アンテナ部１０全体の指向性をシミュレーションによって求めたグラフであり、側壁下隙間４４がない場合を実線、側壁下隙間４４がある場合を点線で示す。ここでは側壁下隙間４４の大きさはＷ２＝０．３［ｍｍ］とした。

＜変形例＞
アンテナ装置２では、遮蔽部４０が側壁下隙間４４を形成するように構成されているが、更に、図９に示すように、側壁下隙間４４の上部に、上壁部４３の張り出し方向とは反対側に向けて側壁部４２から突出する突出部４５を設け、その突出部４５の突出方向への長さＬ３を、λ／４の奇数倍に設定してもよい。これにより、側壁下隙間４４からの電波の漏洩を抑制しつつ、不要放射源１２ａからの不要放射の放射特性、ひいては送信アンテナ部１０全体の指向性を調整することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。
上記実施形態では、遮蔽部３０，４０の側壁部３１，４２を、給電ライン１２の主線（不要放射源）１２ａに沿って直線状に形成しているが、図１０に示す遮蔽部５０のように、側壁部を主線１２ａに対して湾曲した形状に形成し、この形状によって、送信アンテナ１０全体の指向性におけるサイドローブの特性をより緻密に制御するようにしてもよい。

１，２…アンテナ装置 ３…誘電体基板 １０…送信アンテナ部 １１，２１…放射素子 １２，２２…給電ライン １２ａ…主線（不要放射源） １２ｂ…支線 ２０…受信アンテナ部 ３０，４０，５０…遮蔽部 ３１，４２…側壁部 ３２，４３…上壁部 ４１…基部 ４３…上壁部 ４４…側壁下隙間 ４５…突出部

Claims (8)

1. 複数の放射素子からなる放射素子群、及び該放射素子群を構成する各放射素子への給電を行うための給電ラインが同一面に形成された基板と、
   前記放射素子群が形成された部位の外縁に沿って配線された前記給電ラインの部位を主線として、該主線に沿って該主線を挟んで前記放射素子群とは反対側に立設された側壁部、及び該側壁部から前記給電ラインの上部に張り出した上壁部を有し、電波を遮蔽する遮蔽部と、
   を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記放射素子群で送信又は受信される信号の波長をλとして、前記側壁部の高さが、３λ／４に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記遮蔽部は、側壁部と基板との間に、前記主線からの不要放射の漏洩量を調整するための隙間を有する形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記隙間の上部に前記上壁部とは反対方向に突出する突出部を備えることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記放射素子群で送信又は受信される信号の波長をλとして、前記突出部の突出方向への長さが、λ／４の奇数倍に設定されていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記遮蔽の側壁部は、湾曲した形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記放射素子群は、送信アンテナを構成することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記基板上には、前記遮蔽部を挟んで前記放射素子群とは反対側に、受信アンテナが形成されていることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。