JP2016516324A - 可変な指向性特性を有するアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

アンテナ装置であって、互いに平行に整列された第１および第２のパネルアンテナを有している。この場合、前記各パネルアンテナは、直線状に配置された複数の放射エレメントを有している。前記パネルアンテナの隣接し合う前記放射エレメントはそれぞれ一定の間隔を有していて、かつ、互いに接続されている。さらに、前記パネルアンテナの隣接し合う端部間に接続ラインが設けられていて、前記パネルアンテナの残りの２つの端部がそれぞれ、電気振動を伝送するように構成されている。この場合、前記第１のパネルアンテナの隣接し合う前記放射エレメント間の間隔が、前記第２のパネルアンテナの間隔よりも大きい。【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナ装置の指向性特性の変向に関する。特に本発明はレーダセンサのためのアンテナ装置に関する。

自動車において、レーダセンサは、例えば自動車と先行する自動車との間の間隔を決定するために使用される。別の実施例では、第１の自動車の周囲の別の対象物もレーダセンサによって決定される。レーダセンサによって対象物の正確な検出若しくは検知を確実に行うために、レーダセンサの縦軸が水平面に対して所定の角度をとるようにしなければならない。例えば自動車の積載荷重が自動車の重心の前または後ろにあるために、実際の角度が所定の角度からずれていると、レーダ信号はレーダセンサから上方にまたは下方に送信され、間違って調節されたレーダセンサを用いることになる。

レーダセンサを機械的に調節する可能性は特許文献１に記載されている。特許文献１には、光学ミラーをレーダセンサに取り付けて、ミラーの位置を自動車の縦軸線に関連してレーザ源によって決定し、場合によっては適合させることが提案されている。

特許文献２には、レーダセンサがシミュレートされた目標を測定することによって、レーダセンサの縦軸線と自動車の縦軸線との間の角度を決定する方法について記載されている。

いずれの提案も、レーダセンサの送信装置を自動車の縦軸線に対する所望の角度にもたらすために、レーダセンサの機械的な調節を必要とする。

外部の器具なしで、レーダセンサの縦軸線と自動車の縦軸線との間の角度を決定するための方法も公知である。この場合、一般的にレーダセンサの運転中に、様々な対象物の後方散乱特性が算出され、それに基づいて角度が決定される。それに続く目標対象物の位置決定時において、このようにして算出された角度が関連つけられ、それによって、改善された精度を有する対象物の検出若しくは位置決めが得られる。

レーダセンサによって使用される送信器周波数において、いわゆるパネルアンテナ（patch antenna）が一般的に使用される。このような形式のアンテナは、高周波特性の基板上にパターン形成プロセス、特にエッチングによって実現される。高周波の放射線は、例えば個別の放射エレメント（patch:パッチ）から出射される。放射された高周波のより強い集群を得るために、複数の放射エレメントを配置することによって、より大きい開口面、およびひいてはより細いアンテナローブが得られる。すべての放射エレメントが同じ源から供給されるようにしたい場合、放射エレメントは、分配ネットワークを介して平行に供給されるか、または直列に配置されてよい。このような直列の供給は、例えば特許文献３に提案されている。

アンテナ装置の主ローブ方向に、重畳によって影響を与える可能性も公知である。これは、様々な周波数または様々な位相を有する振動を重畳させて、アンテナ装置の主ローブの放射方向が所定の形式で変えられる可能性を開示している。しかしながら、位相を変えるための移相器は製造が高価であって、しかも温度安定性が低いために簡単に取り扱うことができない。周波数の変化によって、主放射方向は変えられるが、各周波数に別の主放射方向が明確に割り当てられている。周波数変化は、一般的に主放射方向に対して僅かな影響しか及ぼすことができないので、周波数は、放射方向の十分な変向のために、場合によっては、許容された周波数帯域の外にくるまで変えられなければならない。これは、特に自動車の遠位範囲用のレーザセンサのために重要である。

ドイツ連邦共和国特許第１９８５７８７１号明細書 ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００７０４１５１１号明細書 アメリカ合衆国特許公告第２００７／０２７９３０３号明細書

本発明の課題は、安価なコストで主放射方向の変化をサポートするアンテナ装置および送信装置を提供することである。

この課題は、本発明によれば、独立請求項に記載した特徴を有するアンテナ装置および送信装置によって解決される。従属請求項には、好適な実施例が記載されている。

本発明によるアンテナ装置は、第１および第２のパネルアンテナを有しており、これらのパネルアンテナは互いに平行に整列されている。この場合、各パネルアンテナは、放射エレメントの線状の配置を有している。１つのパネルアンテナの隣接し合う放射エレメントは、それぞれ互いに一定の間隔を保っていて、かつ、互いに接続されている。さらに、２つのパネルアンテナの隣接し合う端部間に接続ラインが設けられていて、パネルアンテナの残りの２つの端部は、それぞれ電気振動を伝送するように構成されている。この場合、第１のパネルアンテナの隣接し合う放射エレメント間の間隔は、第２のパネルアンテナの放射エレメント間の間隔よりも大きい。

２つのパネルアンテナは、Ｕ字形装置の平行な脚を形成しており、この装置の端部は電気振動を伝送するために構成されている。各パネルアンテナの放射エレメント間の間隔は、好適な形式で、放射エレメントの直列的な配置によって、パネルアンテナが位置する面に対する直交面から放射方向の変向が得られるように、選定されている。パネルアンテナは両側で逆平行に配置されているので、変向方向は互いに逆向きである。パネルアンテナに、両側で同じ周波数の振動が供給される。２つの振動の振幅が同じであれば、全体的に変向は行われない。また一方の振動の振幅が優勢になると、装置全体の放射方向は、Ｕ字形の上側または下側に向かって割り当てられた方向に変向される。

これによって、パネルアンテナの両端部における、電気振動の振幅の比較的簡単な処理によって、放射方向をコントロールすることができる。様々な周波数または位相をずらした振動はもはや必要ない。このアンテナ装置が自動車の車内のレーダセンサに使用される場合、例えば垂直方向の主放射方向は、電気的な手段により制御可能であり、このために、レーダセンサ若しくはアンテナ装置の機械的な調節はもはや必要ない。アンテナ装置を相応に回転させることによって、主放射方向の変化を、別の方向、例えば水平方向で行うこともできる。

これによって、特にアンテナ装置の間違った調節が補正される。自動的な誤調節検知と連携して、アンテナ装置の主放射方向が全自動的に最適化可能である。

好適な実施例では、放射エレメントが基板上に配置されていて、放射エレメントの間隔が、基板内のそれぞれ変換しようとする振動の半分の波長範囲内にある。特に、個別のパネルアンテナの主放射方向の逆平行な傾きをできるだけうまく利用するために、一方の間隔が半分の波長の上側に位置していて、他方の間隔が半分の波長の下側に位置していてよい。

別の実施例によれば、パネルアンテナのうちの少なくとも一方が、平行な線状に配置された複数の放射エレメントを有しており、これらの放射エレメントが互いに並列接続されている。これによって、変向方向に対して直交する方向に、強い集群が得られる。接続ラインによって、電気振動のための１つの振動源だけを有するすべての放射エレメントの全開口面を使用することができる。

本発明による送信装置は、前記アンテナ装置と、振動源に接続するためのインターフェースと、このインターフェースに加えられた振動を第１のパネルアンテナに供給するための第１の伝送装置と、インターフェースに加えられた振動を第２のパネルアンテナに供給するための第２の伝送装置とを有しており、この場合、少なくとも１つの伝送装置が、可変な増幅係数を有している。

これによって、増幅係数を簡単に適合させることによって、主放射方向の変向をサポートする、組み込み式の送信装置が提供される。

好適な実施例によれば、増幅係数は、２つの値のうちの一方だけをとる。この最後の実施例と組み合わせ可能な別の実施例によれば、前記値のうちの一方が１である。これによって、１つまたは２つの伝送装置がスイッチとして設計されていることで、主放射方向に同様に影響を及ぼすことができる。

さらに、伝送装置のうちの一方の増幅係数は、最大１であってよい。これによって、伝送するために、容易に能動回路として構成され得る補整素子を使用することができる。

送信装置は追加的に、少なくとも１つの伝送装置の増幅係数を変えるための制御装置を有している。別の実施例によれば、制御装置は、２つの伝送装置の増幅係数を互いに逆に変えるために設けられている。

アンテナ装置を備えた送信装置を示す図である。 図１の送信装置のゲインチャートを示す図である。 図１に示したアンテナ装置の別の実施例を示す図である。

本発明を以下に添付の図面を用いて詳しく説明する。

図１は、アンテナ装置１０５を備えた送信装置１００を示す。アンテナ装置１０５は、第１のパネルアンテナ１１０と第２のパネルアンテナ１１５とを有している。各パネルアンテナ１１０，１１５は、複数の放射エレメント１２０を有している。各パネルアンテナ１１０，１１５の放射エレメント１２０は、それぞれ一列に配置されていて、互いに電気的に直列に接続されている。第１のパネルアンテナ１１０の隣接し合う放射エレメント１２０はそれぞれ１つの第１の間隔１２５を有していて、第２のパネルアンテナ１１５の隣接し合う放射エレメントは第２の間隔１３０を有している。第１のパネルアンテナ１１０におけるすべての第１の間隔１２５、および第２のパネルアンテナ１１５におけるすべての間隔１３０はそれぞれ互いに同じであるが、第１の間隔１２５は、第２の間隔１３０よりも大きい。選択的な実施例によれば、間隔１２５および間隔１３０の代わりに、異なるパネルアンテナ１１０および１１５のそれぞれ隣接し合う放射エレメント１２０間の電気的な接続エレメントの長さも、前記形式で異なる長さに構成されていてよい。

２つのパネルアンテナ１１０および１１５は、互いに平行に位置していて、その図１で上側の端部は、接続ライン１３５によって電気的に互いに接続されている。

送信装置１００はさらに、第１のパネルアンテナ１１０の、図１の下側の自由端部に接続された第１の伝送装置１４０と、第２のパネルアンテナ１１５の第２の端部に接続された第２の伝送装置１４５とを有している。少なくとも１つの伝送装置１４０，１４５は、制御可能な増幅係数を有している。増幅係数は、１より大きくてよく、この場合、伝送装置は能動増幅器を有しており、また増幅係数が０と１との間である場合は、伝送装置は減衰器を有しているか、または選択的に０または１である場合は、伝送装置は制御可能なスイッチを有している。図示の実施例では、２つの伝送装置１４０，１４５は制御可能であって、伝送装置１４０，１４５の増幅係数を変えるために制御装置１５０が設けられている。１実施例では、これらの増幅係数の変更は互いに逆に行われる。

伝送装置１４０，１４５のインプットはインターフェース１５５に接続されており、このインターフェース１５５は、振動源１６０の電気振動を受信するように構成されている。振動源１６０は、送信装置１００に含まれていてもよい。

アンテナ装置１０５の機能形式を説明するために、例えば７６．５ＧＨｚの送信周波数を前提とする。パネルアンテナ１１０および１１５並びに接続ライン１３５を備えたアンテナ装置は、例えばTyp Rogers Ro 3003の基板１６５上に析出されていてよい。基板１６５内での波動伝播は、所定の周波数において波長が約２．２ｍｍの範囲内にあるように、行われる。第１の間隔１２５は１．１９ｍｍであり、波長の半分よりもやや大きい、第２の間隔１３０はこれよりもやや小さく１．０４ｍｍである。

伝送装置１４０，１４５の増幅係数は同じであり、振動源１６０は前記送信周波数を供給するので、第１のパネルアンテナ１１０の主放射方向は、図１では、選択された間隔１２５に基づいて接続ライン１３５に向かって上方に変向されている。第２のパネルアンテナ１１５の主放射方向は、選択された間隔１３０に基づいてやはり変向されているが、逆方向、つまり接続ライン１３５とは逆方向に変向されている。パネルアンテナ１１０および１１５から放射される電磁振動は、変向が相互に補整され、共通の主放射方向が図平面に対して直交する方向に向けられるように、重畳される。

第１の伝送装置１４０の増幅係数が第２の伝送装置１４５の増幅係数よりも大きければ、接続ライン１３５に向かう方向の変向効果が優勢となり、共通の主放射方向は接続ライン１３５に向かって傾けられる。これとは逆に、第２の伝送装置１４５の増幅係数が第１の伝送装置１４０よりも大きければ、アンテナ装置１０５の共通の主放射方向は、接続ライン１３５に向かう方向とは逆方向に変向される。

送信装置１００または送信装置１００の部分は、特に約１０ｍ以上離れた領域に存在する自動車に使用するために、レーダセンサに組み込まれている。通常のレーダセンサは、伝送装置１４０，１４５および振動源１６０を含有しているので、その他の必要な素子の実装は、安価な追加費用で実施することができる。

図２は、図１の送信装置１００のゲインチャート２００を示す。水平方向には、図１の垂直方向に沿った値の変向角度αが示され、垂直方向にはアンテナゲインＧがｄＢｉで示されている。

第１の伝送装置１４０の増幅係数が１と選択され、第２の伝送装置１４５の第２の増幅係数が０と選択されている場合、第１の曲線２０５が得られる。この場合、主放射方向は約＋４°である。

第１の伝送装置１４０の増幅係数が０と選択され、第２の伝送装置１４５の増幅係数が１と選択されている場合、第２の曲線２１０が得られる。この場合、主放射方向は約−４°である。

２つの増幅係数が１と選択されていれば、第３の曲線２１５が得られ、この場合、主放射方向は約０°である。

第１の伝送装置１４０の増幅係数が０．５であり、第２の伝送装置１４５の増幅係数が１と選択されると、約−２°の主放射方向を有する第４の曲線２２０が得られる。

これに対して、第１の伝送装置１４０の増幅係数が１、第２の伝送装置１４５の増幅係数が０．５と選択されると、約＋２°の主放射方向を有する第５の曲線２２が得られる。

つまり、選択された実施例によれば、アンテナ装置１０５若しくは送信装置１００の主放射方向の変向は、約±４°だけ実施される。この場合、選択された増幅係数が簡単に得られ、安価な回路技術的な費用を必要とするだけである。

図３は、図１のアンテナ装置１０５の別の実施例を示す。各パネルアンテナ１１０，１１５は、それぞれ平行に配置され、かつ互いに並列接続された、図１に示した複数のパネルアンテナより成っている。この場合、第１のパネルアンテナ１１０の各列の隣接し合う放射エレメント１２０の間隔は、第１の間隔１２５に相当し、第２のパネルアンテナ１１５の放射エレメント１２０の間隔は、図１に示した第２の間隔に相当する。

前記制御によって、アンテナ装置１０５の主放射方向は、図３の垂直な方向で電気的に調節される。放射エレメント１２０の電気的な連続を第１のパネルアンテナ１１０若しくは第２のパネルアンテナ１１５に並列接続することによって、図１で見て水平方向の指向性が改善される。しかも、アンテナ装置１０５の拡大された開口面を利用することができる。

１００ 送信装置
１０５ アンテナ装置
１１０ 第１のパネルアンテナ
１１５ 第２のパネルアンテナ
１２０ 放射エレメント
１２５ 第１の間隔
１３０ 第２の間隔
１３５ 接続ライン
１４０ 第１の伝送装置
１４５ 第２の伝送装置
１５０ 制御装置
１５５ インターフェース
１６０ 振動源
１６５ 基板
２００ ゲインチャート
２０５ 第１の曲線
２１０ 第２の曲線
２１５ 第３の曲線
２２０ 第４の曲線
２２５ 第５の曲線

Claims (9)

1. アンテナ装置（１０５）であって、
   互いに平行に整列された第１（１００）および第２のパネルアンテナ（１１５）を有しており、
   前記各パネルアンテナ（１１０，１１５）が、直線状に配置された複数の放射エレメント（１２０）を有しており、
   前記パネルアンテナ（１１０，１１５）の隣接し合う前記放射エレメント（１２０）がそれぞれ一定の間隔（１２５，１３０）を有していて、かつ、互いに接続されており、
   前記パネルアンテナ（１１０，１１５）の隣接し合う端部間に接続ライン（１３５）が設けられており、
   前記パネルアンテナ（１１０，１１５）の他方の２つの端部がそれぞれ、電気振動を伝送するように構成されている、
   形式のものにおいて、
   前記第１のパネルアンテナ（１１０）の隣接し合う前記放射エレメント（１２０）間の間隔（１２５）が、前記第２のパネルアンテナ（１１５）の間隔（１３０）よりも大きいことを特徴とする、アンテナ装置（１０５）。
2. 前記放射エレメント（１２０）が基板（１６５）上に配置されていて、前記放射エレメント（１２０）の前記間隔（１２５，１３０）が、前記基板（１６５）内のそれぞれ変換しようとする振動の半分の波長範囲内にある、請求項１に記載のアンテナ装置（１０５）。
3. 前記パネルアンテナ（１１０，１１５）の一方が、平行な線状に配置された複数の前記放射エレメント（１２０）を有しており、これらの放射エレメント（１２０）が互いに並列接続されている、請求項１または２に記載のアンテナ装置（１０５）。
4. 送信装置（１００）において、該送信装置（１００）が、
   先行請求項のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１０５）を有しており、
   振動源（１６０）に接続するためのインターフェース（１５５）を有しており、
   前記インターフェース（１５５）に加えられた振動を前記第１のパネルアンテナ（１１０）に供給するための第１の伝送装置（１４０）を有しており、
   前記インターフェース（１５５）に加えられた振動を前記第２のパネルアンテナ（１１５）に供給するための第２の伝送装置（１４５）を有しており、
   前記伝送装置（１４０，１４５）が可変な増幅係数を有している、
   ことを特徴とする、送信装置（１００）。
5. 前記増幅係数が２つの値のうちの一方だけをとる、請求項４に記載の送信装置（１００）。
6. 前記値のうちの一方が０である、請求項５に記載の送信装置（１００）。
7. 前記値のうちの一方が１である、請求項５または６に記載の送信装置（１００）。
8. 一方の前記伝送装置（１４０，１４５）の増幅係数が最大で１である、請求項５から７のいずれか１項に記載の送信装置（１００）。
9. さらに、少なくとも１つの前記伝送装置（１４０，１４５）の前記増幅係数を変えるために制御装置（１５０）を有している、請求項４から８のいずれか１項に記載の送信装置（１００）。

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