JP2018182396A - 平面アンテナ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】不要電波の放射によって発生する歪を軽減することができる平面アンテナ装置を提供する。【解決手段】平面アンテナ装置は、上下方向に平行となる基板表面に、第１アンテナと第２アンテナとが設けられる。前記第１アンテナと前記第２アンテナとのそれぞれは、前記基板表面に設けられる接続部に一端が電気的に接続され、電波を伝送する伝送線路部と、前記伝送線路部の上下方向に延びる直線部の側辺に接続されるアンテナ素子と、を有する。前記第１アンテナと前記第２アンテナとは、前記伝送線路部の所定区間の長さの差の大きさが前記伝送線路部を伝送される電波の管内波長の半波長の正の奇数倍、および、前記管内波長の半波長の正の偶数倍のいずれかとなるように設けられ、前記所定区間は、前記接続部から前記アンテナ素子までの間に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、平面アンテナ装置に関する。
特許文献１には、アンテナの切替に伴う切替ノイズの発生を効果的に防止できる送受信機が開示される。送受信機は、複数の送信アンテナまたは複数の受信アンテナを有し、複数の送信アンテナまたは複数の受信アンテナを切替手段で切り替えて送受信する。切替手段と各アンテナとの間の線路長は、同一長にされるか、各アンテナから切替手段に至る反射波の位相が同位相になるように設定される。
特開２００１−２５１２０８号公報
ところで、平面アンテナが形成されるアンテナ基板においては、放射素子等のアンテナ素子と、当該アンテナ素子と同一面に配置されるＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）とを接続する伝送線路がカーブ形状を有すると、不要電波が放射されることがある。また、アンテナ基板上において、アンテナ素子と導波管変換器とが伝送線路によって接続される構成では、導波管変換器から不要電波が放射されることがある。これらの不要電波の放射は、アンテナのビームパターンに歪を発生させる原因となる。特に、アンテナの構成や基板サイズの制約等によって伝送線路を引き回す必要がある場合に、不要電波の放射によるビーム歪が問題となりやすい。
本発明は、上記課題に鑑みて、不要電波の放射によって発生する歪を軽減することができる平面アンテナ装置を提供することを目的とする。
本発明の平面アンテナ装置は、上下方向に平行となる基板表面に、第１アンテナと第２アンテナとが設けられた平面アンテナ装置であって、前記第１アンテナと前記第２アンテナとのそれぞれは、前記基板表面に設けられる接続部に一端が電気的に接続され、電波が伝送される伝送線路部と、前記伝送線路部の上下方向に延びる直線部の側辺に接続されるアンテナ素子と、を有し、前記第１アンテナと前記第２アンテナとは、前記伝送線路部の所定区間の長さの差の大きさが前記伝送線路部を伝送される電波の管内波長の半波長の正の奇数倍、および、前記管内波長の半波長の正の偶数倍のいずれかとなるように設けられ、前記所定区間は、前記接続部から前記アンテナ素子までの間に設けられている構成（第１の構成）である。
上記第１の構成の平面アンテナ装置は、前記第１アンテナは電波を送信する送信アンテナであり、前記第２アンテナは電波を受信する受信アンテナであり、前記所定区間の長さの差の大きさは、前記管内波長の半波長の正の奇数倍である構成（第２の構成）であってよい。
上記第１の構成の平面アンテナ装置は、前記第１アンテナと前記第２アンテナとは、いずれも振幅モノパルスレーダ用の送信アンテナ或いは受信アンテナであり、前記所定区間の長さの差の大きさは、前記管内波長の半波長の正の奇数倍である構成（第３の構成）であってよい。
上記第１の構成の平面アンテナ装置において、前記第１アンテナと前記第２アンテナとは、いずれも位相モノパルスレーダ用の受信アンテナであり、前記所定区間の長さの差の大きさは、前記管内波長の半波長の正の偶数倍である構成（第４の構成）であってよい。
上記第１から第４のいずれかの構成の平面アンテナ装置において、前記伝送線路部は、前記アンテナ素子から左右方向に離れた位置にカーブ形状部を有し、前記所定区間は、前記カーブ形状部から前記アンテナ素子までである構成（第５の構成）であってよい。
上記第１から第４のいずれかの構成の平面アンテナ装置において、前記伝送線路部は、前記アンテナ素子から上下方向に離れた位置にカーブ形状部を有し、前記所定区間は、前記カーブ形状部から前記アンテナ素子までである構成（第６の構成）であってよい。
上記第１から第４のいずれかの構成の平面アンテナ装置において、前記第１アンテナと前記第２アンテナとのそれぞれは、左右方向に並ぶ複数の前記直線部と、複数の前記直線部を連結する連結部と、を有し、前記伝送線路部は、前記アンテナ素子から左右方向に離れた位置にカーブ形状部を有し、前記所定区間は、前記カーブ形状部から前記連結部までである構成（第７の構成）であってよい。
上記第１から第４のいずれかの構成の平面アンテナ装置において、前記第１アンテナと前記第２アンテナとのそれぞれは、左右方向に並ぶ複数の前記直線部と、複数の前記直線部を連結する連結部と、を有し、前記伝送線路部は、前記アンテナ素子から上下方向に離れた位置にカーブ形状部を有し、前記所定区間は、前記カーブ形状部から前記連結部までである構成（第８の構成）であってよい。
上記第１から第４のいずれかの構成の平面アンテナ装置において、前記接続部は導波管変換部であり、前記導波管変換部は、前記アンテナ素子から左右方向に離れて位置し、前記所定区間は、前記導波管変換部から前記アンテナ素子までである構成（第９の構成）であってよい。
上記第１から第４のいずれかの構成の平面アンテナ装置において、前記接続部は導波管変換部であり、前記導波管変換部は、前記アンテナ素子から上下方向に離れて位置し、前記所定区間は、前記導波管変換部から前記アンテナ素子までである構成（第１０の構成）であってよい。
上記第１から第４のいずれかの構成の平面アンテナ装置において、前記第１アンテナと前記第２アンテナとのそれぞれは、左右方向に並ぶ複数の前記直線部と、複数の前記直線部を連結する連結部と、を有し、前記接続部は導波管変換部であり、前記導波管変換部は、前記アンテナ素子から左右方向に離れて位置し、前記所定区間は、前記導波管変換部から前記連結部までである構成（第１１の構成）であってよい。
上記第１から第４のいずれかの構成の平面アンテナ装置において、前記第１アンテナと前記第２アンテナとのそれぞれは、左右方向に並ぶ複数の前記直線部と、複数の前記直線部を連結する連結部と、を有し、前記接続部は導波管変換部であり、前記導波管変換部は、前記アンテナ素子から上下方向に離れて位置し、前記所定区間は、前記導波管変換部から前記連結部までである構成（第１２の構成）であってよい。
本発明によると、不要電波の放射によって発生する歪を軽減することができる平面アンテナ装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置の概要を説明するための模式図 第１実施形態に係る平面アンテナ装置の構成を示す概略平面図 図２のＡ−Ａ位置における概略断面図 第１実施形態の効果を説明するための模式図 第２実施形態に係る平面アンテナ装置の構成を示す概略平面図 第２実施形態に係る平面アンテナ装置の構成を示す概略分解斜視図 第３実施形態に係る平面アンテナ装置の構成を示す概略平面図 第４実施形態に係る平面アンテナ装置の構成を示す概略平面図 第５実施形態に係る平面アンテナ装置の一部の構成を示す概略平面図 第５実施形態の効果を説明するための模式図 第６実施形態に係る平面アンテナ装置の一部の構成を示す概略平面図 第７実施形態に係る平面アンテナ装置の一部の構成を示す概略平面図 第７実施形態の効果を説明するための模式図 第８実施形態に係る平面アンテナ装置の一部の構成を示す概略平面図
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜１．平面アンテナ装置の概要＞
図１は、本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置１の概要を説明するための模式図である。本実施の形態の平面アンテナ装置１は、 車両２の前方を走査するレーダ装置３に搭載される。レーダ装置３は、車両２の前部のバンパ２ａ内に搭載される。平面アンテナ装置１は、ミリ波帯の電波をパンパ２ａの前面の外装板を透過して車両２の前方に送出する。また、平面アンテナ装置１は、先行車、対向車、路側設置物といった目標物体によって反射された電波を受信する。平面アンテナ装置１は、水平な路面ＲＳに対してアンテナが形成される基板表面が垂直となる状態（基板表面が垂直軸ＶＡと平行となる状態）で、レーダ装置３を構成する筐体中に配置される。
本明細書では、平面アンテナ装置の基板表面が水平面に垂直に配置された場合に、基板表面における水平面と平行となる方向を左右方向とし、基板表面における左右方向と垂直となる方向を上下方向とする。なお、上下方向及び左右方向は単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。
＜２．第１実施形態＞
図２は、第１実施形態に係る平面アンテナ装置１０の構成を示す概略平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ位置における概略断面図である。図２及び図３に示すように、平面アンテナ装置１０は、基板１１と、グランド１２と、第１アンテナ１３と、第２アンテナ１４と、第１のＭＭＩＣ１５と、第２のＭＭＩＣ１６と、を備える。平面アンテナ装置１０は、上下方向に平行となる基板１１の表面に、第１アンテナ１３と第２アンテナ１４とが設けられた構成である。
なお、平面アンテナ装置１０は、基板１１の裏面にグランド１２を設けてなるアンテナ基板を支持するベース板を更に備えてもよい。ベース板は、ある程度の剛性を有する例えばアルミニウム等の金属で構成されてよい。
基板１１は誘電体基板である。詳細には、基板１１は、例えばフッ素樹脂や液晶ポリマー等の誘電体で構成されるフレキシブルなフィルムで構成される。グランド１２は、基板１１の裏面側に設けられる。グランド１２及びアンテナ１３、１４は、例えば基板１１に貼り合せられる銅箔等の金属箔であってよい。また、グランド１２及びアンテナ１３、１４は、導電性金属の薄膜パターンとして形成されてよい。薄膜パターンは、スパッタリングや蒸着法といった手法を用いて銅などの薄膜を基板１１の表面及び裏面に形成した後、かかる薄膜をフォトエッチング法などによってパターニングして形成されてよい。アンテナ１３、１４は、マイクロストリップアンテナである。
ＭＭＩＣ１５、１６は、例えば高周波信号の発振、増幅、変調、周波数変換といった信号処理を行う高周波集積回路である。ＭＭＩＣ１５、１６は、基板１１の、アンテナ１３、１４が設けられる面と同一面に配置される。ＭＭＩＣ１５、１６は、例えば基板１１にフリップチップ実装される。本実施の形態において、第１のＭＭＩＣ１５と第２のＭＭＩＣ１６とは、左右方向に間隔をあけて配置され、上下方向の高さ位置は同じである。
詳細には、第１アンテナ１３と第２アンテナ１４とは、左右方向に間隔をあけて並列に配置される。第１アンテナ１３と第２アンテナ１４とのそれぞれは、伝送線路部１３０、１４０と、アンテナ素子１３１、１４１とを有する。伝送線路部１３０、１４０は、電波を伝送する。また、伝送線路部１３０、１４０は、基板１１の表面に設けられる接続部に一端が電気的に接続される。本実施の形態では、接続部はＭＭＩＣ１５、１６である。すなわち、第１伝送線路部１３０は、その一端が第１のＭＭＩＣ１５に電気的に接続される。また、第２伝送線路部１４０は、その一端が第２のＭＭＩＣ１６に電気的に接続される。
アンテナ素子１３１、１４１は、伝送線路部１３０、１４０の上下方向に延びる直線部１３０ａ、１４０ａの側辺に接続される。本実施の形態では、アンテナ素子１３１、ｌ４１は矩形状であり、例えば４５°傾けて伝送線路部１３０、１４０に接続される。アンテナ素子１３１、１４１は、直線部１３０ａ、１４０ａの片方（左方）の側辺に設けられる。ただし、アンテナ素子１３１、１４１は、直線部１３０ａ、１４０ａの両方の側辺に設けられてよい。また、アンテナ素子１３１、１４１を直線部１３０ａ、１４０ａの片方の側辺に設ける場合に、本実施の形態と反対側に配置してもよい。
本実施の形態では、アンテナ素子１３１、１４１は、上下方向に複数設けられる。すなわち、アンテナ１３、１４は、一次元のアレーアンテナである。上下方向に並ぶ複数のアンテナ素子１３１、１４１は同相で励振される。上下方向に並ぶ複数のアンテナ素子１３１、１４１の各配置間隔は、例えば伝送線路部１３０、１４０を伝送される電波の管内波長と同じ長さに設定されてよい。なお、アンテナ素子１３１、１４１の数は適宜変更されてよい。また、アンテナ１３、１４は、一次元のアレーアンテナが左右方向に多数配列された二次元のアレーアンテナであってもよい。
本実施の形態では、アンテナ１３、１４は、伝送線路部１３０、１４０の他端に形成される反射抑制用の終端素子１３２、１４２を有する。終端素子１３２、１４２は、場合によっては設けられなくてよい。
本実施の形態では、第１アンテナ１３は電波を送信する送信アンテナである。第２アンテナ１４は電波を受信する受信アンテナである。すなわち、第１伝送線路部１３０は電源等から電力を供給する給電線路である。第１アンテナ素子１３１は放射素子である。第２伝送線路部１４０は受信された電波を伝送する受電線路である。第２アンテナ素子１４１は電波を受信して励振される受信素子である。第１のＭＭＩＣ１５は、ミリ波長帯の送信信号を発生させる発振部と、送信信号を増幅する増幅部とを有する。第２のＭＭＩＣ１６は、受信信号を増幅する増幅部と、受信信号をダウンコンバートする周波数変換部と、ダウンコンバートしたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部とを有する。
第１アンテナ１３と第２アンテナ１４とは、伝送線路部１３０、１４０の所定区間の長さが伝送線路部１３０、１４０を伝送される電波の管内波長の半波長に応じた差を有するように設けられている。所定区間は、接続部からアンテナ素子１３１、１４１までの間に設けられる。すなわち、第１アンテナ１３においては、所定区間は、第１のＭＭＩＣ１５から第１アンテナ素子１３１までの区間に設けられる。第２アンテナ１４においては、所定区間は、第２のＭＭＩＣ１６から第２アンテナ素子１４１までの区間に設けられる。なお、本実施の形態では、アンテナ素子１３１、１４１が上下方向に複数設けられる。このような場合、上述の区間を決めるアンテナ素子１３１、１４１は、伝送線路１３０、１４０に沿って接続部１５、１６に最も近いアンテナ素子１３１、１４１のことを指す。
本実施の形態では、伝送線路部１３０、１４０における、不要電波が放射される可能性がある部分の長さを、第１アンテナ１３と第２アンテナ１４との両方で管内波長の半波長に応じて異なる設定としている。このために、不要電波によって発生する歪を軽減することが可能である。
本実施の形態では、より詳細には、所定区間の長さの差の大きさは、管内波長の半波長の正の奇数倍である。すなわち、所定区間の長さの差の大きさΔが以下の式（１）を満たす。
Δ＝１／２×λｇ×（２ｎ＋１） （１）
λｇ：使用周波数の電波が伝送線路部を伝送される際の管内波長
ｎ：０,１,２・・・
このために、送信アンテナ１３から送信されるビームのパターンと、受信アンテナ１４で受信されるビームのパターンと、を掛け合わせて得られる送受合成ビームのパターンにおける歪を低減することができる。すなわち、平面アンテナ装置１において、不要電波の放射による影響を抑制して適切なビーム走査を行うことが可能になる。これについて、以下に更に詳細に説明する。なお、以下においては、不要電波の放射のことを、単に不要放射と表現する場合がある。
本実施の形態では、図２に示すように、伝送線路部１３０、１４０は、アンテナ素子１３１、１４１から左右方向に離れて位置するカーブ形状部１３０ｂ、１４０ｂを有する。上述の所定区間は、カーブ形状部１３０ｂ、１４０ｂからアンテナ素子１３１、１４１まである。本実施の形態では、カーブ形状部１３０ｂ、１４０ｂを敢えてアンテナ素子１３１、１４１から水平方向に離した位置に設ける構成としている。このために、送受合成ビームの水平方向のビームパターンの歪を軽減することが可能になっている。
詳細には、第１伝送線路部１３０は、第１アンテナ素子１３１から左方向に離れた位置にＵ字状の第１カーブ形状部１３０ｂを有する。第２伝送線路部１４０は、第２アンテナ素子１４１から左方向に離れた位置にＵ字状の第２カーブ形状部１４０ｂを有する。第１カーブ形状部１３０ｂと第２カーブ形状部１４０ｂとは同一サイズ、同一形状である。なお、カーブ形状部１３０ａ、１４０ｂは、アンテナ素子１３１、１４１から左方向ではなく、右方向に離れた構成とされてよい。
第１伝送線路部１３０において、所定区間は、第１カーブ形状部１３０ｂから第１アンテナ素子１３１までである。第２伝送線路部１４０において、所定区間は、第２カーブ形状部１４０ｂから第２アンテナ素子１４１までである。詳細には、第１伝送線路部１３０の所定区間の長さＬ１は、第１カーブ形状部１３０ｂの上側の端部から最も下側の第１アンテナ素子１３１までの距離である。第２伝送線路部１４０の所定区間の距離Ｌ２は、第２カーブ形状部１４０ｂの上側の端部から最も下側の第２アンテナ素子１４１までの距離である。
所定区間の長さＬ１と所定区間の長さＬ２との差の大きさは、管内波長λｇの半波長の正の奇数倍になっている。本実施の形態では、所定区間には、カーブ形状部１３０ｂ、１４０ｂに繋がって左右方向に延びる直線部分１３０ｃ、１４０ｃと、最も下側に位置するアンテナ素子１３１、１４１に繋がって上下方向に延びる直線部分１３０ｄ、１４０ｄと、これらの直線部分を繋ぐ曲線部１３０ｅ、１４０ｅとが含まれる。長さＬ１と長さＬ２との差は、これらの全ての部分において長さの差を設けることによって得てもよい。また、長さＬ１と長さＬ２との差は、これら全ての部分のうちのいずれか１つの部分、或いは、いずれか２つの部分において長さの差を設けることによって得てもよい。例えば、単に、上下方向に延びる直線部分１３０ｄ、１４０ｄの長さに差を設けて、第１アンテナ素子１３１と第２アンテナ素子１４１との上下方向の位置が管内波長λｇの半波長だけずれる構成等としてもよい。
なお、本実施の形態では、長さＬ１の方が長さＬ２よりも長く設定しているが、これは例示である。長さＬ２の方が長さＬ１より長く設定されてもよい。
電波がカーブ形状部１３０ｂ、１４０ｂを伝送される場合に、不要電波が放射されやすい。この不要放射は、カーブのＲ（曲がり具合）がきついほど発生しやすい。例えば基板１１のサイズの制約等がある場合、引き回された伝送線路のカーブのＲはきつくなりやすく、不要放射が生じやすくなる。このように伝送線路のカーブの曲率半径Ｒが所定値よりも小さいほど不要放射が生じやすくなり、送信アンテナ１３及び受信アンテナ１４のビームパターンに歪を発生させる。そして、本実施の形態のように、アンテナ素子１３１、１４１と、不要電波が放射されるカーブ形状部１３０ｂ、１４０ｂとの左右方向の距離が大きくなると、水平方向のビームパターンに大きな歪が発生しやすくなる。
図４は、第１実施形態の効果を説明するための模式図である。図４には、水平方向のビームパターンが示される。図４に示すように、送信アンテナ１３から送信される水平方向のビームのパターンＢＰ１は、不要放射によるノイズパターンが重畳すると歪を生じて破線で示すようなパターンになる。また、受信アンテナ１４で受信される水平方向のビームのパターンＢＰ２は、不要放射によるノイズパターンが重畳すると歪を生じて破線で示すようなパターンになる。
送信ビームパターンＢＰ１及び受信ビームパターンＢＰ２において、歪が生じる位置はアンテナン素子１３１、１４１を励振させる電力の位相に応じて変動する。伝送線路部１３０、１４０において、不要電波の発生箇所（本例ではカーブ形状部１３０ａ、１４０ａ）からアンテナ素子１３１、１４１までの長さが管内波長λｇの半波長の奇数倍ずらされると、励振電力の位相が半周期分ずれる。この結果、ずらす前後で歪の出方が変わる。具体的には、ビームパターンＢＰ１、ＢＰ２において、歪として生じる山と谷の位置が、位相をずらず前後で逆転する。
本実施の形態では、送信アンテナ１３と受信アンテナ１４とで、不要電波の発生箇所からアンテナ素子までの長さＬ１、Ｌ２が異なっており、その差の大きさは、管内波長λｇの半波長の奇数倍となっている。このために、水平方向の送信ビームパターンＢＰ１に生じる歪と、水平方向の受信ビームパターンＢＰ２に生じる歪とは、山と谷の位置が反対となる。この結果、送信ビームパターンＢＰ１に生じる歪は、受信ビームパターンＢＰ２で生じる歪によって弱められる。すなわち、図４に示すように、水平方向の送受合成ビームパターンＢＰ３は、歪が軽減された綺麗なパターンになる。
本実施の形態では、基板１１の表面（上面）に設けるアンテナ１３、１４の伝送線路を引き回す必要がある場合に、あえて所定の不要放射を送信アンテナ１３と受信アンテナ１４とに発生させることによって、全体として不要放射の影響を抑制可能としている。また、本実施の形態では、伝送線路部１３０、１４０の所定区間の長さを調整することによって不要放射の影響を抑制することができるために、不要放射を抑制するために不要放射箇所をカバーで覆うことを省略することができる。また、本実施の形態では、不要放射が発生する箇所を基板１１の表面に配置することができるために、平面アンテナ装置１の構造が複雑になることを避けられる。
＜３．第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態と同様に、水平方向の送受合成ビームパターンの歪を抑制する構成である。第１実施形態と重複する構成及び効果については、特に説明の必要がない場合には説明を省略する。
図５は、第２実施形態に係る平面アンテナ装置２０の構成を示す概略平面図である。図６は、第２実施形態に係る平面アンテナ装置２０の構成を示す概略分解斜視図である。図５及び図６に示すように、平面アンテナ装置２０は、基板２１と、グランド２２と、第１アンテナ２３と、第２アンテナ２４と、第１導波管変換部２５と、第２導波管変換部２６と、筐体２７と、回路板２８とを備える。
基板２１及びグランド２２は、第１実施形態と同様の構成のために、その説明は省略する。また、アンテナ２３、２４については、概ね第１実施形態と同じである。第１実施形態と同じ部分については説明を省略し、異なる部分に絞って以下において説明する。
本実施の形態では、ＭＭＩＣ（不図示）は、アンテナ２３、２４が形成される基板２１の表面ではなく、回路板２８に配置されている。この点、第１実施形態と異なる。この構成の違いのために、平面アンテナ装置２０は、導波管変換部２５、２６と、導波管として作用する筐体２７とを備える。導波管変換部２５、２６は、基板２１の表面側に導電性部材を設けて構成される。本実施の形態では、導波管変換部２５、２６は矩形状である。
筐体２７は、例えばアルミニウム等の導電性素材で構成される直方体形状のブロック体であり、基板２１の表面に垂直な方向に貫通する２つの中空部２７ａ、２７ｂを有する。左右方向に間隔をあけて配置される２つの中空部２７ａ、２７ｂは電波を伝播する。筐体２７は、グランド２２を挟んで基板２１に接合される。第１導波管変換部２５は、第１中空部２７ａに対応する位置に設けられる。第２導波管変換部２６は、第２中空部２７ｂに対応する位置に設けられる。導波管変換部２５、２６は、筐体２７及びアンテナ２３、２４の伝送電力を相互に変換する。筐体２７の基板２１と接合される側と反対側の面は回路板２８に接合される。これにより、アンテナ２３、２４とＭＭＩＣとが筐体２７を介して導波管接続される。
第１アンテナ２３と第２アンテナ２４とのそれぞれは、伝送線路部２３０、２４０と、アンテナ素子２３１、２４１とを有する。伝送線路部２３０、２４０は、基板２１の表面に設けられる接続部に一端が電気的に接続される。本実施の形態では、接続部は導波管変換部２５、２６である。すなわち、第１伝送線路部２３０は、その一端が第１導波管変換部２５に電気的に接続される。また、第２伝送線路部２４０は、その一端が第２導波管変換部２６に電気的に接続される。アンテナ素子２３１、２４１は、伝送線路部２３０、２４０の上下方向に延びる直線部２３０ａ、２４０ａの側辺に接続される。
導波管変換部２５、２６は、アンテナ素子２３１、２４１から左右方向に離れて位置する。詳細には、第１導波管変換部２５は第１アンテナ素子２３１から右方向に離れて位置する。第２導波管変換部２６は第２アンテナ素子２４１から右方向に離れて位置する。導波管変換部２５、２６と、アンテナ素子２３１、２４１とが左右方向に離れた構成は、伝送線路部２３０、２４０がＳ字形状の部分を有することによって実現されている。なお、導波管変換部２５、２６は、アンテナ素子２３１、２４１から左方向に離れた構成とされてよい。
本実施の形態でも、第１実施形態と同様に、第１アンテナ２３は電波を送信する送信アンテナである。第２アンテナ２４は電波を受信する受信アンテナである。そして、第１実施形態と同様に、第１アンテナ２３と第２アンテナ２４とは、伝送線路部２３０、２４０の所定区間の長さの差の大きさが、伝送線路部２３０、２４０を伝送される電波の管内波長λｇの半波長の正の奇数倍となるように設けられている。
ただし、本実施の形態では、所定区間は、導波管変換部２５、２６からアンテナ素子２３１、２４１までである。詳細には、第１伝送線路部２３０において、所定区間は、第１導波管変換部２５から第１アンテナ素子２３１までである。第２伝送線路部２４０において、所定区間は、第２導波管変換部２６から第２アンテナ素子２４１までである。詳細には、第１伝送線路部２３０の所定区間の長さＬ３は、第１導波管変換部２５の上端中央から最も下側の第１アンテナ素子２３１までの距離である。第２伝送線路部２４０の所定区間の距離Ｌ４は、第２導波管変換部２６の上端中央から最も下側の第２アンテナ素子２４１までの距離である。所定区間の長さＬ３と所定区間の長さＬ４との差は、Ｓ字状の所定区間のいずれの部分で生じさせてもよい。例えば、アンテナ素子２３１、２４１と繋がる直線部分の長さのみに差を設ける構成等としてよい。また、本実施の形態では、長さＬ３が長さＬ４に比べて長くなっているが、この逆であってもよい。
導波管を電波が伝播される場合に、不要電波が放射されやすい。この不要放射は、送信アンテナ２３及び受信アンテナ２４のビームパターンに歪を発生させる。そして、本実施の形態のように、アンテナ素子２３１、２４１と、不要電波が放射される導波管変換部２５、２６との左右方向の距離が大きくなると、水平方向のビームパターンに大きな歪が発生しやすくなる。
本実施の形態では、敢えて導波管変換部２５、２６をアンテナ素子２３１、２４１から左右方向に離した構成として、水平方向に不要放射が生じやすい構成としている。そして、第１実施形態と同様に、送信アンテナ２３と受信アンテナ２４とは、不要電波の発生箇所からアンテナ素子までの長さＬ３、Ｌ４の差の大きさが管内波長λｇの半波長の奇数倍となるように設けられている。このために、水平方向の送信ビームパターンに生じる歪と、水平方向の受信ビームパターンに生じる歪とは、山と谷の位置が反対となる。この結果、送信ビームパターンに生じる歪は、受信ビームパターンで生じる歪によって弱められる。この結果、水平方向の送受合成ビームパターンは、歪が軽減された綺麗なパターンになる。
＜４．第３実施形態＞
第３実施形態は、第１実施形態と同様に、カーブ形状部によって生じる不要放射の影響を抑制して、送受合成ビームパターンの歪を軽減する構成である。ただし、第３実施形態では、水平方向でなく、鉛直方向の送受合成ビームパターンの歪が低減される構成である点が、第１実施形態と異なる。第１実施形態と重複する構成及び効果については、特に説明の必要がない場合には説明を省略する。
図７は、第３実施形態に係る平面アンテナ装置３０の構成を示す概略平面図である。図７に示すように、平面アンテナ装置３０は、基板３１の表面に設けられる、第１アンテナ３３、第２アンテナ３４、第１のＭＭＩＣ３５、及び、第２のＭＭＩＣ３６を備える。ＭＭＩＣ３５、３６は、本発明の接続部の一例である。
第１アンテナ３３と第２アンテナ３４とのそれぞれは、伝送線路部３３０、３４０と、アンテナ素子３３１、３４１とを有する。詳細には、第１伝送線路部３３０は、その一端が第１のＭＭＩＣ３５に電気的に接続される。また、第２伝送線路部３４０は、その一端が第２のＭＭＩＣ３６に電気的に接続される。アンテナ素子３３１、３４１は、伝送線路部３３０、３４０の上下方向に延びる直線部３３０ａ、３４０ａの側辺に接続される。
本実施の形態でも、第１実施形態と同様に、第１アンテナ３３は電波を送信する送信アンテナである。第２アンテナ３４は電波を受信する受信アンテナである。そして、第１実施形態と同様に、第１アンテナ３３と第２アンテナ３４とは、伝送線路部３３０、３４０の所定区間の長さの差の大きさが伝送線路部３３０、３４０を伝送される電波の管内波長λｇの半波長の正の奇数倍となるように設けられている。
本実施の形態では、伝送線路部３３０、３４０は、アンテナ素子３３１、３４１から上下方向に離れて位置するカーブ形状部３３０ｂ、３４０ｂを有する。詳細には、第１伝送線路部３３０は、最も下側に位置する第１アンテナ素子３３１から下方に離れた位置に第１カーブ形状部３３０ｂを有する。第２伝送線路部３４０は、最も下側に位置する第２アンテナ素子３４１から下方に離れた位置に第２カーブ形状部３４０ｂを有する。第１カーブ形状部３３０ｂと第２カーブ形状部３４０ｂとは同一サイズ、同一形状である。なお、第１カーブ形状部３３０ｂと、第２カーブ形状部３４０ｂとのサイズや形状は、伝送線路部３３０、３４０の所定区間の長さの差の大きさが、伝送線路部３３０、３４０を伝送される電波の管内波長λｇの半波長の正の奇数倍となるのであれば、異なるサイズや形状であってもよい。
また、本実施の形態では、所定区間は、カーブ形状部３３０ｂ、３４０ｂからアンテナ素子３３１、３４１までである。詳細には、第１伝送線路部３３０において、所定区間は、第１カーブ形状部３３０ｂから第１アンテナ素子３３１までの直線状の区間である。第２伝送線路部３４０において、所定区間は、第２カーブ形状部３４０ｂから第２アンテナ素子３４１までの直線状の区間である。詳細には、第１伝送線路部３３０の所定区間の長さＬ５は、第１カーブ形状部３３０ｂの上側の端部から最も下側の第１アンテナ素子３３１までの距離である。第２伝送線路部３４０の所定区間の距離Ｌ６は、第２カーブ形状部３４０ｂの上側の端部から最も下側の第２アンテナ素子３４１までの距離である。なお、本実施の形態では、長さＬ６が長さＬ５に比べて長くなっているが、この逆であってもよい。
カーブ形状部３３０ｂ、３４０ｂを電波が伝送される場合に、不要電波が放射されやすい。この不要放射は、送信アンテナ３３及び受信アンテナ３４のビームパターンに歪を発生させる。そして、本実施の形態のように、アンテナ素子３３１、３４１と、不要電波が放射されるカーブ形状部３３０ｂ、３４０ｂとの上下方向の距離が大きくなると、鉛直方向のビームパターンに大きな歪が発生しやすくなる。
本実施の形態では、敢えてカーブ形状部３３０ｂ、３４０ｂをアンテナ素子３３１、３４１から上下方向に離した構成として、鉛直方向に不要放射が生じやすい構成としている。そして、第１実施形態と同様に、送信アンテナ３３と受信アンテナ３４とは、不要電波の発生箇所からアンテナ素子までの長さＬ５、Ｌ６の差の大きさが管内波長λｇの半波長の奇数倍となるように設けられている。このために、鉛直方向の送信ビームパターンに生じる歪と、鉛直方向の受信ビームパターンに生じる歪とは、山と谷の位置が反対となる。この結果、送信ビームパターンに生じる歪は、受信ビームパターンで生じる歪によって弱められる。この結果、鉛直方向の送受合成ビームパターンは、歪が軽減された綺麗なパターンになる。
＜５．第４実施形態＞
第４実施形態は、第２実施形態と同様に、導波管変換部によって生じる不要放射の影響を抑制して、送受合成ビームパターンの歪を軽減する構成である。ただし、第４実施形態では、水平方向でなく、鉛直方向の送受合成ビームパターンの歪が低減される構成である点が、第２実施形態と異なる。第２実施形態と重複する構成及び効果については、特に説明の必要がない場合には説明を省略する。
図８は、第４実施形態に係る平面アンテナ装置４０の構成を示す概略平面図である。図８に示すように、平面アンテナ装置４０は、基板４１の表面に設けられる、第１アンテナ４３、第２アンテナ４４、第１導波管変換部４５、及び、第２導波管変換部４６を備える。
第１アンテナ４３と第２アンテナ４４とのそれぞれは、伝送線路部４３０、４４０と、アンテナ素子４３１、４４１とを有する。伝送線路部４３０、４４０は、基板４１の表面に設けられる接続部に一端が電気的に接続される。本実施の形態では、接続部は導波管変換部４５、４６である。すなわち、詳細には、第１伝送線路部４３０は、その一端が第１導波管変換部４５に電気的に接続される。また、第２伝送線路部４４０は、その一端が第２導波管変換部４６に電気的に接続される。アンテナ素子４３１、４４１は、伝送線路部４３０、４４０の上下方向に延びる直線部４３０ａ、４４０ａの側辺に接続される。
導波管変換部４５、４６は、アンテナ素子４３１、４４１から上下方向に離れて位置する。詳細には、第１導波管変換部４５は第１アンテナ素子４３１から下方に離れて位置する。第２導波管変換部４６は第２アンテナ素子４４１から下方に離れて位置する。導波管変換部４５、４６と、アンテナ素子４３１、４４１とが上下方向に離れた構成は、伝送線路部４３０、４４０が上下方向に延びる直線状の部分を有することによって実現されている。
本実施の形態でも、第２実施形態と同様に、第１アンテナ４３は電波を送信する送信アンテナである。第２アンテナ４４は電波を受信する受信アンテナである。そして、第２実施形態と同様に、第１アンテナ４３と第２アンテナ４４とは、伝送線路部４３０、４４０の所定区間の長さの差の大きさが伝送線路部４３０、４４０を伝送される電波の管内波長λｇの半波長の正の奇数倍となるように設けられている。
本実施の形態では、所定区間は、導波管変換部４５、４６からアンテナ素子４３１、４４１までである。詳細には、第１伝送線路部４３０において、所定区間は、第１導波管変換部４５から第１アンテナ素子４３１までの直線状の区間である。第２伝送線路部４４０において、所定区間は、第２導波管変換部４６から第２アンテナ素子４４１までの直線状の区間である。詳細には、第１伝送線路部４３０の所定区間の長さＬ７は、第１導波管変換部４５の上端中央から最も下側の第１アンテナ素子４３１までの距離である。第２伝送線路部４４０の所定区間の距離Ｌ８は、第２導波管変換部４６の上端中央から最も下側の第２アンテナ素子４４１までの距離である。なお、本実施の形態では、長さＬ８が長さＬ７に比べて長くなっているが、この逆であってもよい。
導波管を電波が伝播される場合に、不要電波が放射されやすい。この不要放射は、送信アンテナ４３及び受信アンテナ４４のビームパターンに歪を発生させる。そして、本実施の形態のように、アンテナ素子４３１、４４１と、不要電波が放射される導波管変換部４５、４６との上下方向の距離が大きくなると、鉛直方向のビームパターンに大きな歪が発生しやすくなる。
本実施の形態では、敢えて導波管変換部４５、４６をアンテナ素子４３１、４４１から上下方向に離した構成として、鉛直方向に不要放射が生じやすい構成としている。そして第２実施形態と同様に、送信アンテナ４３と受信アンテナ４４とは、不要電波の発生箇所からアンテナ素子までの長さＬ７、Ｌ８の差の大きさが管内波長λｇの半波長の奇数倍となるように設けられている。このために、鉛直方向の送信ビームパターンに生じる歪と、鉛直方向の受信ビームパターンに生じる歪とは、山と谷の位置が反対となる。この結果、送信ビームパターンに生じる歪は、受信ビームパターンで生じる歪によって弱められる。この結果、鉛直方向の送受合成ビームパターンは、歪が軽減された綺麗なパターンになる。
＜６．第５実施形態＞
第５実施形態は、第２実施形態と同様に、導波管変換部によって生じる不要放射の影響を抑制する構成である。ただし、第５実施形態の平面アンテナ装置は、水平方向の送受合成ビームパターンの歪を軽減する構成ではなく、振幅モノパルス方式における水平方向の振幅差の歪を軽減する構成である。第２実施形態と重複する構成及び効果については、特に説明の必要がない場合には説明を省略する。
なお、振幅モノパルス方式は、１つのビーム位置で１つのパルス（モノパルス）を処理することにより測角情報が得られるモノパルス方式の一つである。振幅モノパルス方式では、一部が重なり合った２つのビームを一組として用い、物体の角度を検出する。２つのビームの受信信号の振幅差を算出し角度検出が行われる。通常、差信号は和信号で正規化される。
図９は、第５実施形態に係る平面アンテナ装置５０の一部の構成を示す概略平面図である。図９に示すように、平面アンテナ装置５０は、基板５１の表面に設けられる、第１アンテナ５３、第２アンテナ５４、第１導波管変換部５５、及び、第２導波管変換部５６を備える。
第１アンテナ５３及び第２アンテナ５４は、いずれも振幅モノパルスレーダ用の送信アンテナである。第１アンテナ５３及び第２アンテナ５４は、物体の水平方向の角度情報を取得するためのアンテナである。
なお、基板５１の表面には、これらの送信アンテナ５３、５４の他に受信アンテナが設けられるが、図９においては省略されている。基板５１の表面に設けられる受信アンテナは、不要放射をなるべく生じさせない構成であることが好ましい。例えば、当該受信アンテナは、伝送線路部中にカーブ形状は有さないことが好ましい。また、当該受信アンテナは、上下方向及び左右方向において、アンテナ素子から導波管変換部までの距離が可能な範囲で小さく設けられることが好ましい。
第１アンテナ５３と第２アンテナ５４とのそれぞれは、伝送線路部５３０、５４０と、アンテナ素子５３１、５４１とを有する。伝送線路部５３０、５４０は、基板５１の表面に設けられる接続部に一端が電気的に接続される。本実施の形態では、接続部は導波管変換部５５、５６である。すなわち、詳細には、第１伝送線路部５３０は、その一端が第１導波管変換部５５に電気的に接続される。また、第２伝送線路部５４０は、その一端が第２導波管変換部５６に電気的に接続される。アンテナ素子５３１、５４１は、伝送線路部５３０、５４０の上下方向に延びる直線部５３０ａ、５４０ａの側辺に接続される。
本実施の形態では、第１アンテナ５３と第２アンテナ５４とのそれぞれは、左右方向に並ぶ複数の直線部５３０ａと、複数の直線部５３０ａを連結する連結部５３０ｂ、５４０ｂを有する。詳細には、第１アンテナ５３は第１直線部５３０ａを５つ有する。５つの第１直線部５３０ａの側辺には、それぞれ、上下方向に複数の第１アンテナ素子５３１が接続される。５つの第１直線部５３０ａの第１導波管変換部５５に近い側の端部が、左右方向に延びる第１連結部５３０ｂによって連結される。また、第２アンテナ５４は第２直線部５４０ａを５つ有する。５つの第２直線部５４０ａの側辺には、それぞれ、上下方向に複数の第２アンテナ素子５４１が接続される。５つの第２直線部５４０ａの第２導波管変換部５６に近い側の端部が、左右方向に延びる第２連結部５３０ｂによって連結される。すなわち、第１アンテナ５３及び第２アンテナ５４は、それぞれ二次元のアレーアンテナとなっている。
なお、第１アンテナ５３及び第２アンテナ５４は、水平方向において左右にビームを打ち分ける。第１アンテナ５３と第２アンテナ５４とのそれぞれにおいて、各直線部５３０ａ、５４０ａには異なる位相の電力が供給され、これにより、ビームの方向を所定の向きに傾けている。第１アンテナ５３と第２アンテナ５４のうち、一方が右向きに傾いてビームを打ち、他方が左向きに傾いてビームを打つ。これらの傾き角の大きさは同じである。各直線部５３０ａ、５４０ａの数は、複数であればよく、５つ以外の数であってもよい。
導波管変換部５５、５６は、アンテナ素子５３１、５４１から左右方向に離れて位置する。詳細には、第１導波管変換部５５は第１アンテナ素子５３１から右方向に離れて位置する。第２導波管変換部５６は第２アンテナ素子５４１から左方向に離れて位置する。導波管変換部５５、５６と、アンテナ素子５３１、５４１とが左右方向に離れた構成は、伝送線路部５３０、５４０がＳ字形状の部分を有することによって実現されている。
本実施の形態において、第１アンテナ５３と第２アンテナ５４とは、伝送線路部５３０、５４０の所定区間の長さの差の大きさが伝送線路部５３０、５４０を伝送される電波の管内波長λｇの半波長の正の奇数倍となるように設けられている。所定区間は、接続部５５、５６からアンテナ素子５３１、５４１までの区間に設けられている。
本実施の形態では、所定区間は、導波管変換部５５、５６から連結部５３０ｂ、５４０ｂまでである。詳細には、第１伝送線路部５３０において、所定区間は、第１導波管変換部５５から第１連結部５３０ｂまでである。第２伝送線路部５４０において、所定区間は、第２導波管変換部５６から第２連結部５４０ｂまでである。詳細には、第１伝送線路部５３０の所定区間の長さＬ９は、第１導波管変換部５５の上端中央から第１連結部５３０ｂの中央部までの距離である。第２伝送線路部５４０の所定区間の距離Ｌ１０は、第２導波管変換部５６の上端中央から第２連結部５４０ｂの中央部までの距離である。なお、所定区間の長さＬ９と所定区間の長さＬ１０との差は、Ｓ字状の所定区間のいずれの部分で生じさせてもよい。例えば、連結部５３０ｂ、５４０ｂと繋がる直線部分の長さや、左右方向に延びる直線部分の長さに差を設ける構成としてよい。また、本実施の形態では、長さＬ９が長さＬ１０に比べて長くなっているが、この逆であってもよい。
導波管を電波が伝播される場合に、不要電波が放射されやすい。この不要放射は、２つの送信アンテナ５３、５４から放射されるビームに歪を発生させる。そして、本実施の形態のように、アンテナ素子５３１、５４１と、不要電波が放射される導波管変換部５５、５６との左右方向の距離が大きくなると、水平方向に大きな歪が発生しやすくなる。
図１０は、第５実施形態の効果を説明するための模式図である。図１０には、振幅モノパルス方式における、水平方向の角度と振幅差との関係が示される。不要放射が発生すると、図１０において破線で示すように、振幅差が波打ったパターンとなる。すなわち、水平方向の振幅差に歪が生じる。振幅差が波打つと、同一の振幅差で複数の方位が検出されることがあり、物体の方位が正しく検出されないことが起り得る。
この点、本実施の形態では、敢えて導波管変換部５５、５６をアンテナ素子５３１、５４１から左右方向に離した構成として、水平方向に不要放射が生じやすい構成としている。そして、２つの送信アンテナ５３、５４の間で、不要電波の発生箇所から連結部（アンテナ部）までの長さＬ９、Ｌ１０の差の大きさが管内波長λｇの半波長の奇数倍となるように設けて、放射される不要電波の位相を半周期ずらしている。これにより、２つの送信アンテナ５３、５４から放射される不要電波は互いに弱め合う。この結果、図１０に実線で示すように、水平方向の振幅差の歪を軽減することができる。
なお、本実施の形態では、第１アンテナと第２アンテナとが、いずれも、振幅モノパルスレーダ用の送信アンテナである構成としたが、これに限らず、第１アンテナと第２アンテナとは、いずれも、振幅モノパルスレーダ用の受信アンテであってもよい。この場合も、第１アンテナと第２アンテナとは左右に異なる指向性を有する。また、受信アンテナと同一の基板表面に設けられる送信アンテナは、不要放射をなるべく生じさせない構成であることが好ましい。
＜７．第６実施形態＞
第６実施形態は、第５実施形態と同様に、導波管変換部によって生じる不要放射の影響を抑制して、振幅モノパルス方式における振幅差の歪を軽減する構成である。ただし、第６実施形態では、水平方向ではなく、鉛直方向の振幅差の歪を抑制する構成である。第５実施形態と重複する構成及び効果については、特に説明の必要がない場合には説明を省略する。
図１１は、第６実施形態に係る平面アンテナ装置６０の一部の構成を示す概略平面図である。図１１に示すように、平面アンテナ装置６０は、基板６１の表面に設けられる、第１アンテナ６３、第２アンテナ６４、第１導波管変換部６５、及び、第２導波管変換部６６を備える。
第１アンテナ６３及び第２アンテナ６４は、いずれも振幅モノパルスレーダ用の送信アンテナである。第１アンテナ６３及び第２アンテナ６４は、物体の鉛直方向の角度情報を取得するためのアンテナである。
基板６１の表面には、これらの送信アンテナ６３、６４の他に受信アンテナが設けられる点は、第５実施形態と同様である。第１アンテナ６３と第２アンテナ６４とのそれぞれは、伝送線路部６３０、６４０と、アンテナ素子６３１、６４１とを有する。伝送線路部６３０、６４０は、基板６１の表面に設けられる接続部に一端が電気的に接続される。本実施の形態では、接続部は導波管変換部６５、６６である。第１伝送線路部６３０は、その一端が第１導波管変換部６５に電気的に接続される。また、第２伝送線路部６４０は、その一端が第２導波管変換部６６に電気的に接続される。アンテナ素子６３１、６４１は、伝送線路部６３０、６４０の上下方向に延びる直線部６３０ａ、６４０ａの側辺に接続される。
なお、第１アンテナ６３及び第２アンテナ６４は、鉛直方向において上下にビームを打ち分ける。例えば、第１アンテナ６３においては、一番下に位置するアンテナ素子６３１を基準アンテナとし、基準アンテナ素子に供給される電力の位相を基準位相とした場合に、基準アンテナ素子から上側に離れる距離が大きくなるほど、アンテナ素子６３１に供給される電力の位相が基準位相から大きくずれる。また、第２アンテナ６４においても、一番下に位置するアンテナ素子６４１を基準アンテナとし、基準アンテナ素子に供給される電力の位相を基準位相とした場合に、基準アンテナ素子から上側に離れる距離が大きくなるほど、アンテナ素子６４１に供給される電力の位相が基準位相から大きくずれる。第１アンテナ６３と第２アンテナ６４とでは、基準位相に対して位相をずらす方向は逆にされる。これにより、第１アンテナ６３と第２アンテナ６４のうち、一方が上向きに傾いてビームを打ち、他方が下向きに傾いてビームを打つ。上側と下側とで、傾き角の大きさは同じである。
導波管変換部６５、６６は、アンテナ素子６３１、６４１から上下方向に離れて位置する。詳細には、第１導波管変換部６５は第１アンテナ素子６３１から下方に離れて位置する。第２導波管変換部６６は第２アンテナ素子６４１から下方に離れて位置する。導波管変換部６５、６６と、アンテナ素子６３１、６４１とが上下方向に離れた構成は、伝送線路部６３０、６４０が上下方向に延びる直線状の部分を有することによって実現されている。
本実施の形態において、第１アンテナ６３と第２アンテナ６４とは、伝送線路部６３０、６４０の所定区間の長さの差の大きさが伝送線路部６３０、６４０を伝送される電波の管内波長λｇの半波長の正の奇数倍となるように設けられている。
本実施の形態では、所定区間は、導波管変換部６５、６６からアンテナン素子６３１、６４１までである。詳細には、第１伝送線路部６３０において、所定区間は、第１導波管変換部５５から第１アンテナ素子６３１までの直線状の区間である。第２伝送線路部６４０において、所定区間は、第２導波管変換部６６から第２アンテナ素子６４１までの直線状の区間である。詳細には、第１伝送線路部６３０の所定区間の長さＬ１１は、第１導波管変換部５５の上端中央から最も下側の第１アンテナ素子６３１までの距離である。第２伝送線路部６４０の所定区間の距離Ｌ１２は、第２導波管変換部６６の上端中央から最も下側の第２アンテナ素子６４１までの距離である。なお、本実施の形態では、長さＬ１２が長さＬ１１に比べて長くなっているが、この逆であってもよい。
導波管を電波が伝播される場合に、不要電波が放射されやすい。この不要放射は、２つの送信アンテナ６３、６４から放射されるビームに歪を発生させる。そして、本実施の形態のように、アンテナ素子６３１、６４１と、不要電波が放射される導波管変換部６５、６６との上下方向の距離が大きくなると、上下方向に大きな歪が発生しやすくなる。
本実施の形態では、敢えて導波管変換部６５、６６をアンテナ素子６３１、６４１から上下方向に離した構成として、上下方向に不要放射が生じやすい構成としている。そして、２つの送信アンテナ６３、６４の間で、不要電波の発生箇所からアンテナ素子までの長さＬ１１、Ｌ１２の差の大きさが管内波長λｇの半波長の奇数倍となるように設けて、放射される不要電波の位相を半周期ずらしている。これにより、２つの送信アンテナ６３、６４から放射される不要電波は互いに弱め合う。この結果、鉛直方向の振幅差の歪を軽減することができる。
なお、本実施の形態では、第１アンテナと第２アンテナとが、いずれも、振幅モノパルスレーダ用の送信アンテナである構成としたが、これに限らず、第１アンテナと第２アンテナとは、いずれも、振幅モノパルスレーダ用の受信アンテであってもよい。この点は、第５実施形態と同様である。
＜８．第７実施形態＞
第７実施形態は、第２実施形態と同様に、導波管変換部によって生じる不要放射の影響を抑制する構成である。ただし、第７実施形態の平面アンテナ装置は、水平方向の送受合成ビームパターンの歪を軽減する構成ではなく、位相モノパルス方式における水平方向の位相差の歪を軽減する構成である。第２実施形態と重複する構成及び効果については、特に説明の必要がない場合には説明を省略する。
なお、位相モノパルス方式は、１つのビーム位置で１つのパルス（モノパルス）を処理することにより測角情報が得られるモノパルス方式の一つである。位相モノパルス方式では、基準チャンネルとなる受信アンテナと、基準チャンネルと比較される他チャンネルの受信アンテナとを有し、基準チャネルと他チャンネルとの間で位相差を算出して物体の角度を検出する。他チャンネルの受信アンテナは、一つでも良いが、角度検出の精度を上げるために複数であることが好ましい。
図１２は、第７実施形態に係る平面アンテナ装置７０の一部の構成を示す概略平面図である。図１２に示すように、平面アンテナ装置７０は、基板７１の表面に設けられる、第１アンテナ７２、第２アンテナ７３、第３アンテナ７４、第４アンテナ７５、第１導波管変換部７６、第２導波管変換部７７、第３導波管変換部７８、及び、第４導波管変換部７９を備える。
第１アンテナ７２及び第２アンテナ７３は、いずれも位相モノパルスレーダ用の受信アンテナである。なお、第３アンテナ７４及び第４アンテナ７５も位相パルスモノレーダ用の受信アンテナである。第１アンテナ７２は、上述の基準チャンネル用のアンテナである。他のアンテナ７３〜７５は、上述の他チャンネル用のアンテナである。本実施の形態では、４つのアンテナ７２〜７５は、左右方向に等間隔に並んでいる。
基板７１の表面には、これらの受信アンテナ７２〜７５の他に送信アンテナが設けられるが、図１２においては省略されている。基板７１の表面に設けられる送信アンテナは、不要放射をなるべく生じさせない構成であることが好ましい。例えば、当該送信アンテナは、伝送線路部中にカーブ形状は有さないことが好ましい。また、当該送信アンテナは、上下方向及び左右方向において、アンテナ素子から導波管変換部までの距離が可能な範囲で小さく設けられることが好ましい。
各受信アンテナ７２〜７５は、伝送線路部７２０、７３０、７４０、７５０と、アンテナ素子７２１、７３１、７４１、７５１とを有する。第１伝送線路部７２０は、その一端が第１導波管変換部７６に電気的に接続される。第２伝送線路部７３０は、その一端が第２導波管変換部７７に電気的に接続される。第３伝送線路部７４０は、その一端が第３導波管変換部７８に電気的に接続される。第４伝送線路部７５０は、その一端が第４導波管変換部７９に電気的に接続される。なお、導波管変換部７６〜７９は本発明の接続部の一例である。アンテナ素子７２１、７３１、７４１、７５１は、伝送線路部７２０、７３０、７４０、７５０の上下方向に延びる直線部７２０ａ、７３０ａ、７４０ａ、７５０ａの側辺に接続される。
導波管変換部７６〜７９は、アンテナ素子７２１、７３１、７４１、７５１から左右方向に離れて位置する。詳細には、第１導波管変換部７６は第１アンテナ素子７２１から左方向に離れて位置する。第２導波管変換部７７は第２アンテナ素子７３１から左方向に離れて位置する。第３導波管変換部７８は第３アンテナ素子７４１から左方向に離れて位置する。第４導波管変換部７９は第４アンテナ素子７５１から左方向に離れて位置する。導波管変換部７６〜７９と、アンテナ素子７２１、７３１、７４１、７５１とが左右方向に離れた構成は、伝送線路部７２０、７３０、７４０、７５０がＳ字形状の部分を有することによって実現されている。
本実施の形態において、第１アンテナ７２と第２アンテナ７３とは、伝送線路部７２０、７３０の所定区間の長さの差の大きさが伝送線路部７２０、７３０を伝送される電波の管内波長λｇの半波長の正の偶数倍となるように設けられている。すなわち、所定区間の長さの差の大きさΔが以下の式（２）を満たす。
Δ＝１／２×λｇ×２ｍ （２）
λｇ：使用周波数の電波が伝送線路部を伝送される際の管内波長
ｍ：１,２・・・
更に、換言すると、所定区間の長さの差の大きさは管内波長λｇの自然数倍である。なお、本実施の形態において、第３アンテナ７４及び第４アンテナ７５は、第２アンテナ７３と同じに設けられている。ただし、これは例示であり、第１アンテナ７２と第３アンテナ７４、及び、第１アンテナ７２と第４アンテナ７５とは、上述した所定区間の長さの差の大きさΔが式（２）を満たすように設けられればよい。また、場合によっては、第１アンテナ７２と第３アンテナ７４、及び、第１アンテナ７２と第４アンテナ７５とは、上述した所定区間の長さの差がゼロであってもよい。
本実施の形態では、所定区間は、導波管変換部７６〜７９からアンテナ素子７２１、７３１、７４１、７５１までである。詳細には、第１伝送線路部７２０において、所定区間は、第１導波管変換部７６から第１アンテナ素子７２１までである。第２伝送線路部７３０において、所定区間は、第２導波管変換部７７から第２アンテナ素子７３１までである。第３伝送線路部７４０において、所定区間は、第３導波管変換部７８から第３アンテナ素子７４１までである。第４伝送線路部７５０において、所定区間は、第４導波管変換部７９から第４アンテナ素子７５１までである。
詳細には、第１伝送線路部７２０の所定区間の長さＬ１３は、第１導波管変換部７６の上端中央から最も下側にある第１アンテナ素子７２１までの距離である。第２伝送線路部７３０の所定区間の長さＬ１４は、第２導波管変換部７７の上端中央から最も下側にある第２アンテナ素子７３１までの距離である。第３伝送線路部７４０の所定区間の長さＬ１５は、第３導波管変換部７８の上端中央から最も下側にある第３アンテナ素子７４１までの距離である。第４伝送線路部７５０の所定区間の長さＬ１６は、第４導波管変換部７９の上端中央から最も下側にある第４アンテナ素子７５１までの距離である。なお、所定区間の長さＬ１３と所定区間の長さＬ１４〜Ｌ１６との差は、Ｓ字状の所定区間のいずれの部分で生じさせてもよい。例えば、アンテナ素子７２１、７３１、７４１、７５１と繋がる直線部分の長さに差を設ける構成としてよい。また、本実施の形態では、長さＬ１４〜Ｌ１６が長さＬ１３に比べて長くなっているが、この逆であってもよい。
導波管を電波が伝播される場合に、不要電波が放射されやすい。この不要放射は、受信アンテナ７２〜７５においてビームに歪を発生させる原因となる。そして、本実施の形態のように、アンテナ素子７２１、７３１、７４１、７５１と、不要電波が放射される導波管変換部７６〜７９との左右方向の距離が大きくなると、水平方向に大きな歪が発生しやすくなる。
図１３は、第７実施形態の効果を説明するための模式図である。図１３には、位相モノパルス方式における、水平方向の角度と位相差との関係が示される。位相モノパルス方式では、基準チャンネルとなる第１アンテナ７２の信号と他チャンネルとなる各アンテナ７３〜７５の信号との位相差を求めて物体の方位を算出する。このために、不要放射によってビームに歪が発生しても、基準チャンネルと他チャンネルとの間で不要放射の位相が同じであれば、位相差を算出する際に、その影響をキャンセルして正しく位相差を算出することができる。
本実施の形態では、敢えて導波管変換部７６〜７９をアンテナ素子７２１、７３１、７４１、７５１から左右方向に離した構成として、水平方向に不要放射が生じやすい構成としている。そして、基準チャンネル用の第１アンテナ７２と、他チャンネル用のアンテナ７３〜７５との間で、不要電波の発生箇所からアンテナ素子までの長さＬ１３〜Ｌ１６の差の大きさが管内波長λｇの自然数倍となるように設けて、水平方向に放射される不要電波の位相が同じになるようにしている。このために、水平方向の位相差を算出する際に不要放射の影響をキャンセルすることができ、図１３で示すように、水平方向の位相差の歪を抑制することができる。なお、図１３の破線は、不要放射によって水平方向の位相差歪が生じている状態を示す。
＜９．第８実施形態＞
第８実施形態は、第７実施形態と同様に、導波管変換部によって生じる不要放射の影響を抑制して、位相モノパルス方式における位相差の歪を軽減する構成である。ただし、第８実施形態では、水平方向ではなく、鉛直方向の位相差の歪を軽減する構成である。第７実施形態と重複する構成及び効果については、特に説明の必要がない場合には説明を省略する。
図１４は、第８実施形態に係る平面アンテナ装置８０の一部の構成を示す概略平面図である。図１４に示すように、平面アンテナ装置８０は、基板８１の表面に設けられる、第１アンテナ８２、第２アンテナ８３、第３アンテナ８４、第４アンテナ８５、第１導波管変換部８６、第２導波管変換部８７、第３導波管変換部８８、及び、第４導波管変換部８９を備える。
第１アンテナ８２及び第２アンテナ８３は、いずれも位相モノパルスレーダ用の受信アンテナである。なお、第３アンテナ８４及び第４アンテナ８５も位相パルスモノレーダ用の受信アンテナである。第１アンテナ８２は、上述の基準チャンネル用のアンテナである。他のアンテナ８３〜８５は、上述の他チャンネル用のアンテナである。
基板８１の表面には、これらの受信アンテナ８２〜８５の他に送信アンテナを備えるが、図１４においては省略されている。この点は、第７実施形態と同様である。
各受信アンテナ８２〜８５は、伝送線路部８２０、８３０、８４０、８５０と、アンテナ素子８２１、８３１、８４１、８５１とを有する。第１伝送線路部８２０は、その一端が第１導波管変換部８６に電気的に接続される。第２伝送線路部８３０は、その一端が第２導波管変換部８７に電気的に接続される。第３伝送線路部８４０は、その一端が第３導波管変換部８８に電気的に接続される。第４伝送線路部８５０は、その一端が第４導波管変換部８９に電気的に接続される。なお、導波管変換部８６〜８９は本発明の接続部の一例である。アンテナ素子８２１、８３１、８４１、８５１は、伝送線路部８２０、８３０、８４０、８５０の上下方向に延びる直線部８２０ａ、８３０ａ、８４０ａ、８５０ａの側辺に接続される。
４つのアンテナ８２〜８５は、左右方向の等間隔に配置されている。また、４つのアンテナ８２〜８５は、上下方向に互いにずれている。詳細には、第１アンテナ８２の第１アンテナ素子８２１が設けられる範囲（破線枠で囲った範囲）に比べて、第２アンテナ８３の第２アンテナ素子８３１が設けられる範囲（破線枠で囲った範囲）は上側にずれている。第２アンテナ８３の第２アンテナ素子８３１が設けられる範囲に比べて、第３アンテナ８４の第３アンテナ素子８４１が設けられる範囲は上側にずれている。第３アンテナ８４の第３アンテナ素子８４１が設けられる範囲に比べて、第４アンテナ８５の第４アンテナ素子８５１が設けられる範囲は上側にずれている。
導波管変換部８６〜８９は、アンテナ素子８２１、８３１、８４１、８５１から上下方向に離れて位置する。詳細には、第１導波管変換部８６は第１アンテナ素子８２１から下方に離れて位置する。第２導波管変換部８７は第２アンテナ素子８３１から下方に離れて位置する。第３導波管変換部８８は第３アンテナ素子８４１から下方に離れて位置する。第４導波管変換部８９は第４アンテナ素子８５１から下方に離れて位置する。導波管変換部８６〜８９と、アンテナ素子８２１、８３１、８４１、８５１とが上下方向に離れた構成は、伝送線路部８２０、８３０、８４０、８５０がアンテナ素子８２１、８３１、８４１、８５１より下方に直線状の部分を有することによって実現されている。
本実施の形態において、第１アンテナ８２と第２アンテナ８３とは、伝送線路部８２０、８３０の所定区間の長さの差の大きさが伝送線路部８２０、８３０を伝送される電波の管内波長λｇの半波長の正の偶数倍となるように設けられている。換言すると、所定区間の長さの差の大きさは管内波長λｇの自然数倍である。同様に、第１アンテナ８２と第３アンテナ８４、及び、第１アンテナ８２と第４アンテナ８５とは、上述した所定区間の長さの差の大きさが管内波長λｇの自然数倍となるように設けられている。
本実施の形態では、所定区間は、導波管変換部８６〜８９からアンテナ素子８２１、８３１、８４１、８５１までである。詳細には、第１伝送線路部８２０において、所定区間は、第１導波管変換部８６から第１アンテナ素子８２１までの直線状の区間である。第２伝送線路部８３０において、所定区間は、第２導波管変換部８７から第２アンテナ素子８３１までの直線状の区間である。第３伝送線路部８４０において、所定区間は、第３導波管変換部８８から第３アンテナ素子８４１までの直線状の区間である。第４伝送線路部８５０において、所定区間は、第４導波管変換部８９から第４アンテナ素子８５１までの直線状の区間である。
詳細には、第１伝送線路部８２０の所定区間の長さＬ１７は、第１導波管変換部８６の上端中央から最も下側にある第１アンテナ素子８２１までの距離である。第２伝送線路部８３０の所定区間の長さＬ１８は、第２導波管変換部８７の上端中央から最も下側にある第２アンテナ素子８３１までの距離である。第３伝送線路部８４０の所定区間の長さＬ１１９は、第３導波管変換部８８の上端中央から最も下側にある第３アンテナ素子８４１までの距離である。第４伝送線路部８５０の所定区間の長さＬ２０は、第４導波管変換部７８９の上端中央から最も下側にある第４アンテナ素子８５１までの距離である。なお、本実施の形態では、基準チャンネルのアンテナの長さＬ１７が他チャンネルのアンテナの長さＬ１８〜２０に比べて短くなっているが、基準チャンネルの長さの方が他のチャンネルの長さよりも長くてもよい。
導波管を電波が伝播される場合に、不要電波が放射されやすい。この不要放射は、受信アンテナ８２〜８５においてビームに歪を発生させる原因となる。そして、本実施の形態のように、アンテナ素子８２１、８３１、８４１、８５１と、不要電波が放射される導波管変換部８６〜８９との上下方向の距離が大きくなると、上下方向に大きな歪が発生しやすくなる。
本実施の形態では、敢えて導波管変換部８６〜８９をアンテナ素子８２１、８３１、８４１、８５１から上下方向に離した構成として、上下方向に不要放射が生じやすい構成としている。そして、基準チャンネル用の第１アンテナ８２と、他チャンネル用のアンテナ８３〜８５との間で、不要電波の発生箇所からアンテナ素子までの長さＬ１７〜Ｌ２０の差の大きさが管内波長λｇの自然数倍となるように設けて、放射される不要電波の位相が同じになるようにしている。このために、位相差を算出する際に不要放射の影響をキャンセルすることができ、鉛直方向の位相差の歪を軽減することができる。
＜１０．留意点＞
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で適宜組み合わせて実施されてよい。
例えば、各実施形態において示したアンテナの数は例示に過ぎず、アンテナの数は適宜変更されてよい。
また、以上では、第５実施形態を除いて、各アンテナは、１次元のアレーアンテナとしたが、これは、例示にすぎない。例えば、第５実施形態以外の構成においても、各アンテナは、一次元のアレーアンテナが左右方向に複数並べられる二次元のアレーアンテナであってよい。この場合、例えば、所定区間は、カーブ形状部からアンテナ素子までではなく、カーブ形状部から連結部までになる。また、例えば、所定区間は、導波管変換部からアンテナ素子までではなく、導波管変換部から連結部までになる。連結部は、伝送線路部を構成する左右方向に並ぶ複数の直線部を連結する部分で、伝送線路部の一部である。直線部は、上下方向に延びて側辺にアンテナ素子が接続される部分である。このような構成においても、不要放射によって発生する歪を適切に軽減することができる。
また、振幅モノパルス方式及び位相モノパルス方式について説明する第５〜第８実施形態においては、不要放射が導波管変換部から発生する場合の構成のみを説明した。これは例示にすぎない。これらの各実施形態で示した技術的思想は、第１実施形態や第３実施形態で示した、不要放射がカーブ形状によって発生する構成に対しても勿論適用することができる。
１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０・・・平面アンテナ装置
１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１・・・基板
１３、２３、３３、４３、５３、６３、７２、８２・・・第１アンテナ
１４、２４、３４、４４、５４、６４、７３、８３・・・第２アンテナ
１５、１６、３５、３６・・・ＭＭＩＣ（接続部）
２５、２６、４５、４６、５５、５６、６５、６６、７６〜７９、８６〜８９・・・導波管変換部（接続部）
１３０、１４０、２３０、２４０、３３０、３４０、４３０、４４０、５３０、５４０、６３０、６４０、７２０、７３０、７４０、７５０、８２０、８３０、８４０、８５０・・・伝送線路部
１３０ａ、１４０ａ、２３０ａ、２４０ａ、３３０ａ、３４０ａ、４３０ａ、４４０ａ、５３０ａ、５４０ａ、６３０ａ、６４０ａ、７２０ａ、７３０ａ、７４０ａ、７５０ａ、８２０ａ、８３０ａ、８４０ａ、８５０ａ・・・直線部
１３０ｂ、１４０ｂ、３３０ｂ、３４０ｂ・・・カーブ形状部
１３１、１４１、２３１、２４１、３３１、３４１、４３１、４４１、５３１、５４１、６３１、６４１、７２１、７３１、７４１、７５１、８２１、８３１、８４１、８５１・・・アンテナ素子
５３０ｂ、５４０ｂ・・・連結部

Claims (12)

  1. 上下方向に平行となる基板表面に、第１アンテナと第２アンテナとが設けられた平面アンテナ装置であって、
    前記第１アンテナと前記第２アンテナとのそれぞれは、
    前記基板表面に設けられる接続部に一端が電気的に接続され、電波を伝送する伝送線路部と、
    前記伝送線路部の上下方向に延びる直線部の側辺に接続されるアンテナ素子と、
    を有し、
    前記第１アンテナと前記第２アンテナとは、前記伝送線路部の所定区間の長さの差の大きさが前記伝送線路部を伝送される電波の管内波長の半波長の正の奇数倍、および、前記管内波長の半波長の正の偶数倍のいずれかとなるように設けられ、
    前記所定区間は、前記接続部から前記アンテナ素子までの間に設けられている、平面アンテナ装置。
  2. 前記第１アンテナは電波を送信する送信アンテナであり、
    前記第２アンテナは電波を受信する受信アンテナであり、
    前記所定区間の長さの差の大きさは、前記管内波長の半波長の正の奇数倍である、請求項１に記載の平面アンテナ装置。
  3. 前記第１アンテナと前記第２アンテナとは、いずれも振幅モノパルスレーダ用の送信アンテナ或いは受信アンテナであり、
    前記所定区間の長さの差の大きさは、前記管内波長の半波長の正の奇数倍である、請求項１に記載の平面アンテナ装置。
  4. 前記第１アンテナと前記第２アンテナとは、いずれも位相モノパルスレーダ用の受信アンテナであり、
    前記所定区間の長さの差の大きさは、前記管内波長の半波長の正の偶数倍である、請求項１に記載の平面アンテナ装置。
  5. 前記伝送線路部は、前記アンテナ素子から左右方向に離れた位置にカーブ形状部を有し、
    前記所定区間は、前記カーブ形状部から前記アンテナ素子までである、請求項１から４のいずれか１項に記載の平面アンテナ装置。
  6. 前記伝送線路部は、前記アンテナ素子から上下方向に離れた位置にカーブ形状部を有し、
    前記所定区間は、前記カーブ形状部から前記アンテナ素子までである、請求項１から４のいずれか１項に記載の平面アンテナ装置。
  7. 前記第１アンテナと前記第２アンテナとのそれぞれは、
    左右方向に並ぶ複数の前記直線部と、
    複数の前記直線部を連結する連結部と、
    を有し、
    前記伝送線路部は、前記アンテナ素子から左右方向に離れた位置にカーブ形状部を有し、
    前記所定区間は、前記カーブ形状部から前記連結部までである、請求項１から４のいずれか１項に記載の平面アンテナ装置。
  8. 前記第１アンテナと前記第２アンテナとのそれぞれは、
    左右方向に並ぶ複数の前記直線部と、
    複数の前記直線部を連結する連結部と、
    を有し、
    前記伝送線路部は、前記アンテナ素子から上下方向に離れた位置にカーブ形状部を有し、
    前記所定区間は、前記カーブ形状部から前記連結部までである、請求項１から４のいずれか１項に記載の平面アンテナ装置。
  9. 前記接続部は導波管変換部であり、
    前記導波管変換部は、前記アンテナ素子から左右方向に離れて位置し、
    前記所定区間は、前記導波管変換部から前記アンテナ素子までである、請求項１から４のいずれか１項に記載の平面アンテナ装置。
  10. 前記接続部は導波管変換部であり、
    前記導波管変換部は、前記アンテナ素子から上下方向に離れて位置し、
    前記所定区間は、前記導波管変換部から前記アンテナ素子までである、請求項１から４のいずれか１項に記載の平面アンテナ装置。
  11. 前記第１アンテナと前記第２アンテナとのそれぞれは、
    左右方向に並ぶ複数の前記直線部と、
    複数の前記直線部を連結する連結部と、
    を有し、
    前記接続部は導波管変換部であり、
    前記導波管変換部は、前記アンテナ素子から左右方向に離れて位置し、
    前記所定区間は、前記導波管変換部から前記連結部までである、請求項１から４のいずれか１項に記載の平面アンテナ装置。
  12. 前記第１アンテナと前記第２アンテナとのそれぞれは、
    左右方向に並ぶ複数の前記直線部と、
    複数の前記直線部を連結する連結部と、
    を有し、
    前記接続部は導波管変換部であり、
    前記導波管変換部は、前記アンテナ素子から上下方向に離れて位置し、
    前記所定区間は、前記導波管変換部から前記連結部までである、請求項１から４のいずれか１項に記載の平面アンテナ装置。
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