JP2018013501A

JP2018013501A - 送受信アンテナ、スリットの設計方法

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Publication number: JP2018013501A
Application number: JP2017208078A
Authority: JP
Inventors: 臣也岩澤; Omiya Iwazawa
Original assignee: Koden Electronics Co Ltd
Current assignee: Koden Electronics Co Ltd
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: JP6433567B2

Abstract

【課題】設計が容易な構造の送受信アンテナを提供する。【解決手段】送受信アンテナは、２つのリフレクタ、背面板、アイソレータ、複数の送信素子、複数の受信素子、レドームを備える。２つのリフレクタは、導電性の板であり、互いに対向して配置される。背面板は、導電性の平板であり、２つのリフレクタの両方に接触する。アイソレータは、導電性の平板であり、２つのリフレクタの間に、両方のリフレクタと対向するように配置され、背面板に直線状に接触する。また、アイソレータは、複数の送信素子からの電波を複数の受信素子側に回り込ませるためのスリットを有する。複数の送信素子は、２つのリフレクタの一方とアイソレータとの間に配列される。複数の受信素子は、２つのリフレクタの他方とアイソレータとの間に配列される。【選択図】図２

Description

本発明は、レーダ用の送受信アンテナとその送受信アンテナが有するスリットの設計方法に関する。

レーダ用の送受信アンテナとしては、特許文献１のアンテナなどが従来技術として知られている。特許文献１では、レドームに仕切壁を設け、送信アンテナ部から受信アンテナ部への回り込みを抑制し、送受信間のアイソレーションを向上させている。また、逆位相の信号を合成することで送受信間のアイソレーションを向上させる技術としては、特許文献２の技術が知られている。

特開２０１２−０９３３０５号公報特開２００５−２６９５９２号公報

特許文献１のアンテナではリフレクタがレドーム内にないため、ビームの形状を制御しにくい。そこで、レドーム内にリフレクタも備える送受信アンテナを考えると、図６〜８に示すような送受信アンテナが考えられる。図６はリフレクタを有する送受信アンテナの平面図、図７はその送受信アンテナの図６のＡ−Ａ線での断面図、図８はその送受信アンテナの図６のＢ−Ｂ線での断面図である。送受信アンテナ９００は、図６〜８に示すように、背面板９２０、２つのリフレクタ９３０、２つのリフレクタ兼アイソレータ９４０、複数の送信素子９５０、複数の受信素子９６０、レドーム９１０で構成される。

送受信アンテナ９００は、背面板９２０を共用しているが、送信アンテナ９０１と受信アンテナ９０２とを１つのレドーム９１０内に配置した構成である。送受信アンテナ９００では、送信アンテナ９０１のｘｚ平面のビームの形状は、送信アンテナ９０１側のリフレクタ９３０とリフレクタ兼アイソレータ９４０で決まり、受信アンテナ９０２のｘｚ平面のビームの形状は、受信アンテナ９０２側のリフレクタ９３０とリフレクタ兼アイソレータ９４０で決まる。また、リフレクタ９３０とリフレクタ兼アイソレータ９４０の長さａ、および送信アンテナ９０１と受信アンテナ９０２との間隔ｂを調整すれば、送受信間の回り込みを調整できる。そして、レドーム９１０での反射波と回り込みの電波の強度と位相を、同じ強度の逆位相に調整すれば、アイソレーションの向上を図ることができる。

しかしながら、送受信アンテナ９００の構成では、レドーム９１０で生じる反射を打ち消すための回り込みの位相と強度の調整を、ビームの形状を決めるリフレクタ９３０とリフレクタ兼アイソレータ９４０の長さａおよび送信アンテナ９０１と受信アンテナ９０２との間隔ｂで行わなければならない。したがって、回り込みの調整とビームの形状の両方を満足させる設計が難しいという課題がある。

本発明の目的は、設計が容易な構造の送受信アンテナと、その送受信アンテナが有するスリットの設計方法を提供することである。

本発明の送受信アンテナは、２つのリフレクタ、背面板、アイソレータ、複数の送信素子、複数の受信素子、レドームを備える。２つのリフレクタは、導電性の板であり、互いに対向して配置される。背面板は、導電性の平板であり、２つのリフレクタの両方に接触する。アイソレータは、導電性の平板であり、２つのリフレクタの間に、両方のリフレクタと対向するように配置され、背面板に直線状に接触する。また、アイソレータは、複数の送信素子からの電波を複数の受信素子側に回り込ませるためのスリットを有する。複数の送信素子は、２つのリフレクタの一方とアイソレータとの間に配列される。複数の受信素子は、２つのリフレクタの他方とアイソレータとの間に配列される。レドームは、２つのリフレクタ、背面板、アイソレータ、複数の送信素子、複数の受信素子を覆う。

本発明の送受信アンテナによれば、ビームの形状はリフレクタで決め、送信素子側から受信素子側への回り込みはアイソレータに設けたスリットで調整できるので、送受信アンテナ設計が容易である。

本発明の送受信アンテナの平面図。本発明の送受信アンテナの図１のＡ−Ａ線での断面図。本発明の送受信アンテナの図１のＢ−Ｂ線での断面図。本発明の送受信アンテナの図２のＣ−Ｃ線での断面図。本発明のスリットの設計方法のフローを示す図。リフレクタを有する送受信アンテナの平面図。リフレクタを有する送受信アンテナの図６のＡ−Ａ線での断面図。リフレクタを有する送受信アンテナの図６のＢ−Ｂ線での断面図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

図１に本発明の送受信アンテナの平面図、図２に本発明の送受信アンテナの図１のＡ−Ａ線での断面図、図３に本発明の送受信アンテナの図１のＢ−Ｂ線での断面図、図４に本発明の送受信アンテナの図２のＣ−Ｃ線での断面図を示す。図中に示したように、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は、互いに直交する方向とする。本発明の送受信アンテナ１００は、２つのリフレクタ１３０、背面板１２０、アイソレータ１４０、複数の送信素子１５０、複数の受信素子１６０、レドーム１１０を備える。

２つのリフレクタ１３０は、導電性の板であり、互いに対向して配置される。背面板１２０は、導電性の平板であり、２つのリフレクタの両方に接触する。図中では、背面板１２０は、ｚ方向を法線方向としている。また、２つのリフレクタ１３０は、背面板１２０と接触する線がｙ方向の平行な２つの直線となるように、互いに対向して配置されている。

アイソレータ１４０は、導電性の平板であり、２つのリフレクタ１３０の間に、両方のリフレクタ１３０と対向するように配置され、背面板１２０に直線状に接触する。図では、アイソレータ１４０は、２つのリフレクタ１３０の間にｘ方向を法線方向とし、背面板１２０と直線状に接触するように配置されている。また、アイソレータ１４０は、複数の送信素子１５０からの電波を複数の受信素子１６０側に回り込ませるためのスリット１４５を有する。スリット１４５は複数備えてもよく、その場合は、ｙ方向に配列すればよい。ただし、複数のスリット１４５は、それぞれ背面板１２０からの距離を変えてもよいし、形状が異なってもよい。なお、スリット１４５の形状は、細長い穴に限るものではなく、例えば円形や正方形などの穴でもよい。

複数の送信素子１５０は、２つのリフレクタ１３０の一方とアイソレータ１４０との間に配列される。複数の受信素子１６０は、２つのリフレクタ１３０の他方とアイソレータ１４０との間に、複数の送信素子１５０の配列と平行に配列される。図中では、送信素子１５０も受信素子１６０も、配列の方向はｙ方向である。例えば、誘電体基板上の一面に背面板１２０を形成し、他方の面に送信素子１５０、受信素子１６０を、パッチアンテナによって形成すればよい。レドーム１１０は、２つのリフレクタ１３０、背面板１２０、アイソレータ１４０、複数の送信素子１５０、複数の受信素子１６０を覆う。

送受信アンテナ１００においては、ｘｚ平面のビームの形状はリフレクタ１３０の形状で決めればよい。また、ｙｚ平面のビームの形状は、複数の送信素子１５０と複数の受信素子１６０のそれぞれに供給する電力によって決めればよい。そして、レドーム１１０での反射による影響を打ち消すように、送信素子１５０から受信素子１６０への回り込みをアイソレータ１４０とスリット１４５で調整すればよい。つまり、アイソレータ１４０とスリット１４５で、回り込む電波が反射波と同じ強度、かつ、逆位相に近くなるように調整すればよい。したがって、設計が容易である。また、送受信アンテナ１００は、送信アンテナと受信アンテナとを一体にした構成にできるので、送受信アンテナ９００よりも小型にできる。

＜スリットの設計方法＞
送受信アンテナ１００は、例えば、ＦＭ−ＣＷレーダに使用されるアンテナであり、周波数を変更しながら一定のパワーを出力し、観測対象からの反射波を受信する。この場合、周波数が変化するので、すべての周波数で完全に逆位相にすることはできない。また、スリット１４５は電波のニアフィールドパターンの位置にあり、シミュレーションなどの手法を用いても、計算結果と実際の特性とが一致しないことも多い。そこで、次に、実際の送受信アンテナでの観測によって特性を確認しながらスリット１４５を設計（調整）するための方法を示す。

図５にスリットの設計方法のフローを示す。設計用の送受信アンテナ１００では、背面板１２０は、アイソレータ１４０を着脱可能な構造にしておく。例えば、挿入用の穴を設け、そこにアイソレータ１４０を挿入して固定すればよい。そして、スリットの設計方法は、無反射データ取得ステップ（Ｓ１０）、反射データ取得ステップ（Ｓ２０）、目標データ取得ステップ（Ｓ３０）、比較ステップ（Ｓ４０）を有する。無反射データ取得ステップ（Ｓ１０）では、レドーム１１０がない状態で、スリット１４５がないアイソレータ１４０を取り付けたときの複数の受信素子１６０で受信する電波のデータを取得し、無反射データとする。無反射データ取得ステップ（Ｓ１０）では、レドーム１１０での反射がないときの電波のデータが取得できるので、できるだけ高い性能が得られるようにリフレクタ１３０やアイソレータ１４０などを調整すればよい。反射データ取得ステップ（Ｓ２０）では、レドーム１１０を備えた状態で、スリット１４５がないアイソレータを取り付けたときの複数の受信素子１６０で受信する電波のデータを取得し、反射データとする。無反射データと反射データとの差が、レドーム１１０によって生じた反射波の影響である。目標データ取得ステップ（Ｓ３０）では、無反射データと反射データから、レドーム１１０によって生じる反射波と同じ強度で逆位相の電波が無反射データに付加されたときの電波のデータを求め、目標データとする。

比較ステップ（Ｓ４０）では、レドーム１１０がない状態で、スリット１４５を有するアイソレータ１４０を取り付けたときの複数の受信素子１６０で受信する電波のデータを取得して回り込みデータとし、当該回り込みデータを目標データと比較する。比較ステップ（Ｓ４０）は、少なくともアイソレータ１４０のスリット１４５の数と位置と形状の中の１つを変えながら繰り返し、回り込みデータが目標データに近くなるスリット１４５を求めればよい（Ｓ５０）。例えば、あらかじめいくつかのアイソレータ１４０を用意しておき、それらでの回り込みデータを取得する。そして、最も目標データに近い回り込みデータが得られたアイソレータ１４０をさらに調整していけばよい。そして、送受信アンテナ１００の要求条件を満たすアイソレータ１４０が見つかるまで繰り返せばよい。本発明のスリットの設計方法によれば、比較ステップ（Ｓ４０）は繰り返し処理となるが、レドーム１１０がない状態でアイソレータ１４０を背面板１２０に着脱すればよいだけなので、容易に繰り返し処理を行うことができる。

１００、９００送受信アンテナ１１０、９１０レドーム
１２０、９２０背面板１３０、９３０リフレクタ
１４０アイソレータ１４５スリット
１５０、９５０送信素子１６０、９６０受信素子
９０１送信アンテナ９０２受信アンテナ
９４０リフレクタ兼アイソレータ

Claims

導電性の板であり、互いに対向して配置された２つのリフレクタと、
導電性の平板であり、前記２つのリフレクタの両方に接触する背面板と、
導電性の平板であり、前記２つのリフレクタの間に、両方のリフレクタと対向するように配置され、前記背面板に直線状に接触するアイソレータと、
前記２つのリフレクタの一方と前記アイソレータとの間に配列された複数の送信素子と、
前記２つのリフレクタの他方と前記アイソレータとの間に配列された複数の受信素子と、
前記２つのリフレクタ、前記背面板、前記アイソレータ、前記複数の送信素子、前記複数の受信素子を覆うレドームと、
を備え、
前記アイソレータは、前記複数の送信素子からの電波を前記複数の受信素子側に回り込ませるためのスリットを有し、
前記レドームがない状態で、前記スリットを有するアイソレータを取り付けたときの前記複数の受信素子で受信する電波のデータを取得できる
ことを特徴とする送受信アンテナ。
ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は、互いに直交する方向とし、
導電性の平板であり、ｚ方向を法線方向とする背面板と、
導電性の板であり、前記背面板と接触する線がｙ方向の平行な２つの直線となるように、互いに対向して配置された２つのリフレクタと、
導電性の平板であり、前記２つのリフレクタの間にｘ方向を法線方向とし、前記背面板と直線状に接触するように配置されたアイソレータと、
前記２つのリフレクタの一方と前記アイソレータとの間に、ｙ方向に配列された複数の送信素子と、
前記２つのリフレクタの他方と前記アイソレータとの間に、ｙ方向に配列された複数の受信素子と、
前記２つのリフレクタ、前記背面板、前記アイソレータ、前記複数の送信素子、前記複数の受信素子を覆うレドームと、
を備え、
前記アイソレータは、前記複数の送信素子からの電波を前記複数の受信素子側に回り込ませるためのスリットを有し、
前記レドームがない状態で、前記スリットを有するアイソレータを取り付けたときの前記複数の受信素子で受信する電波のデータを取得できる
ことを特徴とする送受信アンテナ。
請求項２記載の送受信アンテナであって、
前記スリットは複数あり、ｙ方向に配列されている
ことを特徴とする送受信アンテナ。
請求項３記載の送受信アンテナであって、
複数の前記スリットには、前記背面板からの距離が異なるものがある
ことを特徴とする送受信アンテナ。
導電性の板であり、互いに対向して配置された２つのリフレクタと、
導電性の平板であり、前記２つのリフレクタの両方に接触する背面板と、
導電性の平板であり、前記２つのリフレクタの間に、両方のリフレクタと対向するように配置され、前記背面板に直線状に接触するアイソレータと、
前記２つのリフレクタの一方と前記アイソレータとの間に配列された複数の送信素子と、
前記２つのリフレクタの他方と前記アイソレータとの間に配列された複数の受信素子と、
前記２つのリフレクタ、前記背面板、前記アイソレータ、前記複数の送信素子、前記複数の受信素子を覆うレドームと、
を備え、
前記アイソレータは、前記複数の送信素子からの電波を前記複数の受信素子側に回り込ませるための複数のスリットを有し、
複数の前記スリットには、前記背面板からの距離が異なるものがある
ことを特徴とする送受信アンテナ。
ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は、互いに直交する方向とし、
導電性の平板であり、ｚ方向を法線方向とする背面板と、
導電性の板であり、前記背面板と接触する線がｙ方向の平行な２つの直線となるように、互いに対向して配置された２つのリフレクタと、
導電性の平板であり、前記２つのリフレクタの間にｘ方向を法線方向とし、前記背面板と直線状に接触するように配置されたアイソレータと、
前記２つのリフレクタの一方と前記アイソレータとの間に、ｙ方向に配列された複数の送信素子と、
前記２つのリフレクタの他方と前記アイソレータとの間に、ｙ方向に配列された複数の受信素子と、
前記２つのリフレクタ、前記背面板、前記アイソレータ、前記複数の送信素子、前記複数の受信素子を覆うレドームと、
を備え、
前記アイソレータは、前記複数の送信素子からの電波を前記複数の受信素子側に回り込ませるためのスリットを有し、
前記スリットは複数あり、ｙ方向に配列されており、
複数の前記スリットには、前記背面板からの距離が異なるものがある
ことを特徴とする送受信アンテナ。
請求項１〜６のいずれかに記載の送受信アンテナが有するスリットの設計方法であって、
前記背面板は、アイソレータを着脱可能な構造であり、
前記レドームがない状態で、前記スリットがないアイソレータを取り付けたときの前記複数の受信素子で受信する電波のデータを取得し、無反射データとする無反射データ取得ステップと、
前記レドームを備えた状態で、前記スリットがないアイソレータを取り付けたときの前記複数の受信素子で受信する電波のデータを取得し、反射データとする反射データ取得ステップと、
前記無反射データと前記反射データから、前記レドームによって生じる反射波と同じ強度で逆位相の電波が前記無反射データに付加されたときの電波のデータを求め、目標データとする目標データ取得ステップと、
前記レドームがない状態で、前記スリットを有するアイソレータを取り付けたときの前記複数の受信素子で受信する電波のデータを取得して回り込みデータとし、当該回り込みデータを前記目標データと比較する比較ステップと
を有し、
少なくともアイソレータのスリットの数と位置と形状の中の１つを変えながら、前記比較ステップを繰り返し、前記回り込みデータが前記目標データに近くなる前記スリットを求める
ことを特徴とするスリットの設計方法。