JP2020039122A - ホーンアンテナ、アンテナアレイおよびレーダ - Google Patents

Abstract

【課題】電波の放射方向を傾斜させるとともに、帯域幅を容易に確保することができるホーンアンテナを提供する。【解決手段】ホーンアンテナ１は、ホーン内側面を含むホーン１１と、ホーン底部１２とを備える。ホーン底部１２は、ホーン底面１２の中心からずれた位置にて電波を放射する放射部１２２を含む。好ましくは、ホーン底面１２は第１の方向に長く、放射部１２２の位置は、ホーン底面１２の中心から第１の方向にずれている。好ましい例では、放射部１２２はホーン底面１２において開口するスロットであり、スロットへの給電方向はホーン底面１２に平行かつ第１の方向に垂直な第２の方向である。【選択図】図１

Description

本発明は、ホーンアンテナおよびホーンアンテナを含むレーダに関連する。

近年、自動車の事故防止や自動運転を目的として車両にレーダが搭載される。車載レーダの改良は活発に行われている。車載レーダは、例えば、ミリ波を用いて車両の周囲を監視する。レーダのアンテナとして、好ましくは、ホーンアンテナが用いられる。このようなアンテナの一つとして、特開２００４−１２５７４６号公報に開示されたものがある。

特開２００４−１２５７４６号公報の図４のホーンアンテナのホーンは、ホーンの開口に対向してホーンを見た場合に、奥側から手前に向かって導波管が伸びる。ホーンの左右の壁および下の壁は導波管から連続して真っ直ぐ手前に伸びる。ホーンの上の壁は上側に傾斜するように広がる。すなわち、ホーンはＸ方向に関して対称であり、Ｙ方向に関して非対称に広がる。これにより、電波の放射方向を傾斜させることができる。例えば、下方への電波の放射が抑制される。
特開２００４−１２５７４６号公報

ところで、特開２００４−１２５７４６号公報のホーンアンテナでは、ホーンのＸ方向の幅が導波管の幅と同じであるため、ホーンの開口から自由空間へと放射される電波の帯域幅を広げることが困難である。

なお、特開２００４−１２５７４６号公報のホーンアンテナでは、導波管の伸びる方向とホーンの開口が向く方向とが一致する。そのため、ホーンアンテナを配置するに際して、奥行き方向に大きなスペースが必要になる。このような構造は、奥行き方向の設置スペースが制限される車載レーダには適さない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、電波の放射方向を傾斜させるとともに、帯域幅を容易に確保することができるホーンアンテナを提供することを主たる目的としている。

本発明の例示的な一の実施形態に係るホーンアンテナは、ホーン内側面を含むホーンと、ホーン底面を含むホーン底部と、を備える。前記ホーン底部は、前記ホーン底面の中心からずれた位置にて電波を放射する放射部、を含む。

本発明によれば、電波の放射方向を傾斜させるとともに、帯域幅を容易に確保することができる。

図１は、ホーンアンテナの平面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩの位置でのホーンアンテナの縦断面図である。 図３は、ホーンアンテナの変形例を示す平面図である。 図４は、ホーンアンテナの他の変形例を示す平面図である。 図５は、ホーンアンテナのさらに他の変形例を示す平面図である。 図６は、ホーンアンテナのさらに他の変形例を示す平面図である。 図７は、ホーンアンテナのさらに他の変形例を示す平面図である。 図８は、ホーンアンテナの放射特性を示す図である。 図９は、ホーンアンテナの放射特性を示す図である。 図１０は、ホーンアンテナの放射特性を示す図である。 図１１は、他の好ましいホーンアンテナを示す斜視図である。 図１２は、図１１のホーンアンテナを示す平面図である。 図１３は、ホーンアンテナの変形例を示す平面図である。 図１４は、ホーンアンテナの他の変形例を示す平面図である。 図１５は、他の構造のホーンアンテナを示す平面図である。 図１６は、図１２のホーンアンテナのさらに他の変形例を示す斜視図である。 図１７は、アンテナアレイを示す平面図である。 図１８は、導波路の他の例を示す斜視図である。 図１９は、導波路に複数のホーンアンテナを配置した他の例を示す斜視図である。 図２０、導波路のさらに他の例をアンテナアレイと共に示す斜視図である。 図２１は、図２０の導波路の一部である導電部材の斜視図である。 図２２は、さらに他の好ましいホーンアンテナを示す斜視図である。 図２３は、レーダの構成を示す図である。 図２４は、レーダを含む車両を示す図である。 図２５は、レーダの斜視図である。 図２６は、レーダの正面図である。 図２７は、第１導電部材の平面図である。 図２８は、第２導電部材の平面図である。 図２９は、第３導電部材の平面図である。 図２９は、受信アンテナの拡大図である。

図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係るホーンアンテナ１の平面図である。図１では、導波管である導波路２も示している。ホーンアンテナ１は、導波路２上に配置される。図２は、図１のＩＩ−ＩＩの位置でのホーンアンテナ１の縦断面図である。図１および図２に示すように、ホーンアンテナ１は、ホーン１１と、ホーン底部１２と、を含む。ホーン１１およびホーン底部１２は、１つの金属部材を切削することにより、形成される。ホーン１１およびホーン底部１２は切削以外の手法により形成されてもよい。ホーン１１は、ホーン１１の内側面であるホーン内側面１１１を含む。ホーン底部１２は、ホーン底部１２の上面であるホーン底面１２１を含む。ホーン１１は、ホーン底部１２の外周部から上方に突出する。

ホーン底部１２は、放射部１２２をさらに含む。放射部１２２は、電波を放射する。放射部１２２は、ホーン底面１２１の中心からずれた位置に設けられる。したがって、放射部１２２は、ホーン底面１２１の中心からずれた位置にて電波を放射する。本実施形態では、放射部１２２は、ホーン底面１２１において開口するスロットである。放射部１２２は、Ｈ字状である。Ｈ字の形状は、Ｘ方向である横方向に延びる部位と、一対の縦方向に延びる部位とを有し、一対の縦方向に延びる部位は、横方向に延びる部位により接続される。放射部１２２が、ホーン底面１２１の中心からずれた位置に設けられることは、放射部１２２の中心の位置がホーン底面１２１の中心の位置と異なることを意味する。

図１中に示すＸ方向およびＹ方向は、ホーン底面１２１に平行である。Ｘ方向とＹ方向とは互いに垂直である。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に対して垂直である。すなわち、Ｚ方向はホーン底面１２１に垂直である。

ホーンアンテナ１は、段差１３をさらに含む。段差１３は、図２に示すように、ホーン底面１２１およびホーン内側面１１１から突出する。図２の例では、段差１３は２段になっている。以下の説明では、ホーン内側面１１１およびホーン底面１２１の形状は、段差１３が存在しないと仮定した場合の形状を指すものとする。したがって、ホーン底面１２１は、略矩形であり、ホーン内側面１１１は、ホーン底面１２１の各辺から（＋Ｚ）方向に立ち上がる。図１では、４つの段差１３が、矩形のホーン底面１２１の四隅に設けられる。（＋Ｙ）側の２つの段差１３の形状は、細部を除いて同形状である。（−Ｙ）側の２つの段差１３の形状は、細部を除いて同形状である。（＋Ｙ）側の２つの段差１３の形状と（−Ｙ）側の２つの段差１３の形状とは、Ｘ方向に平行かつホーン底面１２１に垂直な面であってホーン底面１２１の中心を通る対称面に関して対称である。

本実施形態では、ホーン底部１２およびホーン底面１２１は略矩形である。ホーン底面１２１は、第１の方向であるＸ方向に長い。すなわち、矩形の長辺が伸びる方向がＸ方向である。放射部１２２の位置は、ホーン底面１２１の中心から（＋Ｘ）方向にずれている。（＋Ｙ）側の２つの段差１３は、（＋Ｙ）方向に向かうに従って（＋Ｚ）方向に２段階に突出する。（−Ｙ）側の２つの段差１３は、（−Ｙ）方向に向かうに従って（＋Ｚ）方向に２段階に突出する。（＋Ｘ）側の２つの段差１３は、Ｙ方向において、放射部１２２とホーン内側面１１１との間に位置する。

導波路２は、金属で形成された管である。導波路２は、第２の方向であるＹ方向に伸びる。放射部１２２であるスロットは、導波路２の内側まで開口する。すなわち、放射部１２２の開口は、導波路２に繋がる。導波路２によるスロットへの給電方向はＹ方向である。スロットは、Ｙ方向を向くＨ字状である。すなわち、Ｈ字の上下方向がＹ方向に平行となるように、スロットが設けられる。

本実施形態では、放射部１２２をホーン底面１２１の中心からずれた位置に設けることにより、簡単な構造で主ローブの方向を正面方向から傾斜させることができる。正面方向は（＋Ｚ）方向である。以下の説明における電波の放射方向は、主ローブの方向を指す。図１の場合、放射部１２２がホーン底面１２１の中心から（＋Ｘ）側にずれた位置に設けられるため、放射される電波の主ローブは、（＋Ｚ）方向から（−Ｘ）方向に傾斜する。特に、ホーン底面１２１の長手方向であるＸ方向に放射部１２２の位置をずらすことにより、より効果的に電波の放射方向を傾斜させることができる。例えば、電波の放射方向を、ホーン底面１２１の法線に対して１０〜３０°傾斜させることができる。

電波の放射方向を傾斜させるという観点からは、ホーン１１の高さ、すなわち、ホーン内側面１１１の高さは、低い方が好ましい。好ましくは、ホーン１１の高さは、放射部１２２から放射される電波の周波数帯域の中心周波数における波長の２倍未満である。例えば、中心周波数が７６ＧＨｚのミリ波の帯域を使用する場合、ホーン１１の高さは、８ｍｍ未満であることが好ましく、さらに好ましくは、５ｍｍ以下である。ホーン１１の高さは、３．５ｍｍ以上であることが好ましい。ホーン１１の高さとは、ホーン底面１２１に垂直な方向におけるホーン底面１２１からのホーン１１の高さである。また、放射部１２２の周囲の少なくとも一部にホーン底面１２１が存在することにより、放射する電波の帯域幅を容易に確保することができる。これにより、多くの情報を送受信することができる。

放射部１２２であるスロットをＨ字状とすることにより、放射部１２２を横置きしたＩ字状の場合（図３参照）に比べて放射部１２２のＸ方向の幅を小さく抑えることができる。その結果、放射部１２２の中心を（＋Ｘ）側のホーン内側面１１１に近づけることができる。設計上、放射部１２２の位置の選択範囲が広がる。

ホーンアンテナ１では、給電方向がＹ方向であるため、Ｚ方向に給電を行う場合に比べてホーンアンテナ１の設置スペースのＺ方向の高さを小さく抑えることができる。ホーンアンテナ１では段差１３を設けることにより、給電側と放射側とのインピーダンスを合わせて電波を効率よく放射することができる。

図３は、図１のホーンアンテナ１の変形例を示す平面図である。図３のホーンアンテナ１は、図１のホーンアンテナ１の放射部１２２のスロット形状を横置きのＩ字状としたものである。すなわち、スロットは、Ｘ方向に伸びる直線状である。Ｉ字状のスロットは切削加工による形成が容易である。

図４は、図１のホーンアンテナ１のさらに他の好ましい変形例を示す平面図である。図４のホーンアンテナ１は、図１のホーンアンテナ１から、放射部１２２から遠い２つの段差１３を省いたホーンアンテナである。すなわち、段差１３は、Ｙ方向において、放射部１２２とホーン内側面１１１との間にのみ設けられる。電波の放射方向の傾斜や放射効率に対して、放射部１２２から遠い段差１３の寄与の程度は小さいため、放射部１２２から遠い位置に設けられた（−Ｘ）側の段差１３は省略可能である。

図５は、図１に示すホーンアンテナ１から全ての段差１３を省いた例を示す平面図である。ホーンアンテナ１の大きさ、形状、放射される電波の波長によっては、段差１３は、必ずしも設けられる必要はない。すなわち、インピーダンス整合がとれていれば、段差１３はなくてもよい。段差１３の数が２の場合であっても０の場合であっても、放射部１２２の形状は、Ｈ字状から横置きのＩ字状に変更可能である。図６は、段差１３の数が０の場合に放射部１２２の形状が横置きのＩ字状である例を示す図である。

図７は、図１の場合よりも放射部１２２をホーン内側面１１１から（−Ｘ）方向に離した例を示す平面図である。すなわち、図７では、図１よりも放射部１２２はホーン底面１２１の中央に近い。放射部１２２はホーン底面１２１において必ずしも最も端に位置する必要はない。例えば、ホーン内側面１１１の（＋Ｘ）側の面とホーン内側面１１１の（−Ｘ）側の面との間の距離が９ｍｍで、放射部１２２のＸ方向における幅が１．５ｍｍの場合、放射部１２２の左端を、ホーン底面１２１の中心から例えば＋Ｘ方向側に０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲、より好ましくは１ｍｍ〜２ｍｍの範囲でずらすとよい。もっとも、ホーン底面１２１の中心からＸ方向にずらす放射部１２２の距離は、ホーン１１のＸ方向の幅、放射部１２２のＸ方向の幅に応じて適宜変更されてよい。放射される電波の傾斜の程度を調整するために、放射部１２２の位置はホーン底面１２１内で適宜決定されてよい。

図８ないし図１０は、図７のホーンアンテナ１において、ホーン底面１２１における放射部１２２の位置を変化させた場合の放射特性の変化を示す図である。ホーン底面１２１のＹ方向の幅は約５ｍｍであり、放射部１２２の左端から、ホーン内側面１１１の（−Ｘ）側の面までの距離Ｄ１は約５ｍｍである。ホーン内側面１１１の高さは約４ｍｍである。

図８は、放射部１２２の右端から、ホーン内側面１１１の（＋Ｘ）側の面までの距離Ｄ２を２．０ｍｍに設定したときの放射特性を示す図である。図９は、距離Ｄ２を１．６ｍｍに設定したときの放射特性を示す図である。図１０は、距離Ｄ２を１．０ｍｍに設定したときの放射特性を示す図である。

図８ないし図１０に示すように、利得が最大となる角度は、距離Ｄ２が変化することにより変化する。図８では、利得が最大となる角度は０°付近で、図１０では、利得が最大となる角度は−２０°付近であるため、Ｄ２を１．０ｍｍ変化させることにより、放射される電波の傾斜角度が約２０°変化することがわかる。このことから、放射される電波の傾斜の程度は、ホーン内側面１１１のうち放射部１２２がずれて配置される側の面と、放射部１２２との間の距離が大きく影響していると考えられる。換言すれば、放射部１２２がホーン底面１２１の中心から所定の方向にずれて配置される場合、放射部１２２の当該所定の方向側における放射部１２２とホーン内側面１１１との間の距離の調整が、電波の放射方向を傾斜させる際に重要となる。

図１１は、他の好ましい形態に係るホーンアンテナ１を示す斜視図である。図１２は、図１１のホーンアンテナ１の平面図である。図１１および図１２のホーンアンテナ１のホーン１１の高さは、図１および図２のホーンアンテナ１のホーン１１よりも高い。ホーン底部１２は矩形である。ホーン底部１２は、Ｉ字を横置きした形状の放射部１２２を含む。放射部１２２はスロットである。放射部１２２の位置は、ホーン底面１２１の中心から（＋Ｘ）方向にずれている。図５のホーンアンテナ１は、図１の段差１３を有しない。

図１１および図１２では、ホーンアンテナ１のホーン内側面１１１のうち、ホーン底面１２１の（＋Ｘ）側の辺から立ち上がる部位に符号１４ａを付す。ホーン底面１２１の（−Ｘ）側の辺から立ち上がる部位に符号１４ｂを付す。ホーン底面１２１の（＋Ｙ）側の辺から立ち上がる部位に符号１４ｃを付す。ホーン底面１２１の（−Ｙ）側の辺から立ち上がる部位に符号１４ｄを付す。部位１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、それぞれ（＋Ｚ）方向に向かって外側に傾斜する。部位１４ｂは最も大きく傾斜する。すなわち、ホーン内側面１１１のうち、放射部１２２から最も離れた位置から立ち上がる部位が、他の部位よりも、ホーン底面１２１から離れるに従ってホーン底面１２１の法線から離れる方向に傾斜する。

図１１および図１２のホーンアンテナ１においても、放射部１２２の位置をホーン底面１２１の中心からずらすことにより、電波の放射方向を容易に傾斜させることができる。また、ホーン内側面１１１を上記のように傾斜させることにより、放射部１２２の位置をホーン底面１２１の中心からずらすことと相俟って、より効率よく電波の放射方向を傾斜させることができる。放射部１２２の周囲にホーン底面１２１が存在することにより、帯域幅を容易に確保することができる。ホーンアンテナ１からの電波の放射方向を簡単な構造で傾斜させるとともに、帯域幅を容易に確保することができる点は、以下の他の実施形態や変形例においても同様である。

図示を省略しているが、図１１および図１２のホーンアンテナ１においても、Ｙ方向に伸びる導波路２が放射部１２２に接続される。給電方向がＹ方向であるため、Ｚ方向に給電が行われる場合に比べてホーンアンテナ１の設置スペースのＺ方向の高さを小さく抑えることができる。

図１３は、図１１および図１２に示すホーンアンテナ１の好ましい変形例を示す平面図である。図１３のホーンアンテナ１では、ホーン内側面１１１の部位１４ａ，１４ｃ，１４ｄは、Ｚ方向に平行である。すなわち、部位１４ａ，１４ｃ，１４ｄは、ホーン底面１２１の法線に平行である。部位１４ｂのみがホーン底面１２１の法線に対して外側に傾斜する。このように、部位１４ａ，１４ｃ，１４ｄは、必ずしも傾斜する必要はない。

図１２および図１３に示すホーンアンテナ１において、放射する電波の方向を効果的にＸ方向に傾斜させるという観点からは、部位１４ａと部位１４ｂとの傾斜の関係が重要となる。ホーン内側面１１１のうち、放射部１２２に最も近い位置から立ち上がる部位１４ａは、ホーン底面１２１の法線に平行またはホーン底面１２１から離れるに従って当該法線から離れる方向に傾斜する。これに対し、好ましくは、ホーン内側面１１１のうち、放射部１２２から最も離れた位置から立ち上がる部位１４ｂは、部位１４ａよりも、ホーン底面１２１から離れるに従ってホーン底面１２１の法線から離れる方向に傾斜する。

また、ホーン内側面１１１の一部がホーン底面１２１の法線に平行であれば、加工によるホーン１１の一部の形成が容易となることから、ホーン内側面１１１のうち、放射部１２２から最も離れた位置から立ち上がる部位１４ｂ以外の少なくとも一部が、当該法線に平行であることが好ましい。図１３に示すように、部位１４ｂ以外の全ての部位がホーン底面１２１の法線に平行であることがより好ましい。

なお、上記説明では、ホーン底部１２およびホーン底面１２１が矩形または略矩形であることを前提として説明しているが、ホーン底部１２およびホーン底面１２１は、これらの形状には限定されない。例えば、ホーン底部１２およびホーン底面１２１は、大きなＣ面取状またはＲ面取状の隅を有する矩形であってもよい。ホーン底部１２およびホーン底面１２１は楕円形でもよい。さらには、ホーン底部１２およびホーン底面１２１はＸ方向に長くなくてもよい。例えば、ホーン底部１２およびホーン底面１２１は正方形や円形でもよい。ホーン底部１２とホーン底面１２１とは互いに大きく異なる形状であってもよい。

ホーン底部１２およびホーン底面１２１が上記の様々な形状であっても、放射部１２２の位置をホーン底面１２１の中心からずらすことにより、電波の放射方向を容易に傾斜させることができる。また、ホーン内側面１１１のうち放射部１２２から最も離れた部位を、他の部位よりも大きく外側に傾斜させることにより、電波の放射方向をさらに効率よく傾斜させることができる。

ホーン内側面１１１のうち放射部１２２から最も離れた部位は、ホーン底面１２１の法線に対して垂直となるように傾斜してもよい。この場合、ホーン１１は、実質的に放射部１２２から最も離れた部位が削除された形状となる。例えば、図１２や図１３の例では、ホーン内側面１１１は、部位１４ｂが存在しない形状となる。

図１４は、図１２に示すホーンアンテナ１の好ましい変形例を示す図である。図１４のホーンアンテナ１では、放射部１２２の位置は、ホーン底面１２１の中心から（＋Ｘ）方向および（−Ｙ）方向にずれる。他の構造は図１２と同様である。このように、放射部１２２の位置は、必ずしもＸ方向のみにずれる必要はない。放射する電波が求められる特性を有するのであれば、放射部１２２の位置は、ホーン底面１２１上で様々に変更されてよい。

図１５は、図１４の特徴を他の構造のホーンアンテナ１ａに応用した例を示す平面図である。図１５のホーンアンテナ１ａは、ホーン底面１２１を有しない。ホーン１１の底部、すなわち、（−Ｚ）側の端部は、全体が開口する。導波管はＺ方向に伸びる。ホーン１１の底部の開口は、導波管の開口でもある。ホーン１１の底部の開口は、ホーン内側面１１１の（−Ｚ）側の開口である。以下、ホーン内側面１１１の（−Ｚ）側の開口を「（−Ｚ）側開口」という。ホーン内側面１１１の（＋Ｚ）側の開口を「（＋Ｚ）側開口」という。

平面視した場合、（−Ｚ）側開口の中心の位置は、（＋Ｚ）側開口の中心からずれる。これにより、放射する電波の方向を簡単な構造で傾斜させることができる。（−Ｚ）側開口の中心の位置は、（＋Ｚ）側開口の中心から（＋Ｘ）方向および（−Ｙ）方向にずれる。（−Ｚ）側開口の中心の位置は、（＋Ｚ）側開口の中心から（＋Ｘ）方向のみにずれててもよい。もちろん、平面視における（−Ｚ）側開口の形状および（＋Ｚ）側開口の形状は、矩形には限定されず、楕円、円、大きな面取形状を有する矩形、正方形等であってもよい。

平面視において（−Ｚ）側開口の中心の位置を、（＋Ｚ）側開口の中心から様々な方向にずらすことにより、放射する電波の方向を様々なに変更することができる。特に、（−Ｚ）側開口および（＋Ｚ）側開口がＸ方向に長い場合に、（−Ｚ）側開口の中心の位置を、（＋Ｚ）側開口の中心からＸおよびＹ方向にずらすことにより、従来にない放射特性を有する電波を得ることができる。

図１６は、図１２のホーンアンテナ１の他の変形を示す斜視図である。図１６のホーンアンテナ１では、ホーン内側面１１１のうち、放射部１２２から最も離れた位置から立ち上がる部位１４ｂは、凹面である。正確には、部位１４ｂは、ＺＸ面に平行な面による部位１４ｂの断面が凹となる凹面である。これにより、電波の放射方向を傾斜させつつ、電波の放射範囲をＸ方向に広げることができる。もちろん、ホーン内側面１１１の他の部位も凹面であってもよいが、少なくとも最も傾斜する部位１４ｂが凹面であることが好ましい。凹面は、複数の平面を組み合わせた凹面であってもよい。

図１７は、複数のホーンアンテナ１を含むアンテナアレイ１０を示す平面図である。各ホーンアンテナ１のホーン内側面１１１の形状は、図１２のホーンアンテナ１と同様である。各ホーンアンテナ１のホーン内側面１１１は、厚い板状の導電部材１０１の一部を切削することにより形成される。もちろん、ホーン内側面１１１は他の加工方法により形成されてもよい。複数のホーンアンテナ１は、Ｙ方向に配列される。図１の場合と同様に、導波路２はＹ方向に伸びる。導波管である導波路２に代えて、他の構造の導波路が採用されてもよい。例えば、他の導電部材に畝状に突出するリッジを設け、リッジを導電部材１０１の背面に近づけることにより導波路２が構成されてもよい。様々な導波路が採用されてよいことは、他の形態に係るホーンアンテナ１においても同様である。

アンテナアレイ１０では、導波路２がＹ方向に伸び、かつ、各ホーンアンテナ１の放射部１２２が導波路２上に位置する。各ホーン１１およびホーン底部１２は、Ｘ方向に長いことから、複数のホーンアンテナ１をＹ方向に容易に配列することができる。これにより、高い強度の電波を傾斜させつつ放射することができる。なお、放射される電波の傾斜方向はＸ方向であるため、電波の傾斜方向を考慮することなくホーンアンテナ１を配列することができる。複数のホーンアンテナ１はＹ方向に一列に配列されることが好ましい。

図１８は、導波路２の好ましい他の例を示す斜視図である。図１８の導波路２は、Ｙ方向に伸びる管状の導波管である。導波路２は、（−Ｚ）側の部位、すなわち、ホーンアンテナ１とは反対側の部位に、Ｙ方向に伸びるリッジ２１を含む。リッジ２１は、導波管の内側に突出する畝状である。図１８ではホーンアンテナ１を１つのみ示しているが、図１７と同様に、複数のホーンアンテナ１がＹ方向に配列されてよい。図１８のホーンアンテナ１では、ホーン内側面１１１は全体がホーン底面１２１の法線に平行である。

図１９は、導波路２に複数のホーンアンテナ１を配置した他の例を示す斜視図である。ホーンアンテナ１の向きを基準に図１と同様のＸＹＺ方向を定めた場合、導波路２は、Ｘ方向に伸びる。放射部１２２は、ホーン底面１２１の中心から（＋Ｘ）方向にずれる。導波路２の形状は図１８と同様である。図１９では、複数のホーンアンテナ１は、（＋Ｙ）方向および（−Ｙ）方向に交互にずれながらＸ方向に配列される。すなわち、複数のホーンアンテナ１は、千鳥状にＸ方向に配列される。

図１９の場合、電界が（＋Ｘ）方向に移動する際に、スロットである複数の放射部１２２が導波管内を流れる電流を（＋Ｙ）側の位置と（−Ｙ）側の位置とで交互に妨げることにより、各放射部１２２から電波が放射される。放射部１２２のＸ方向の間隔は、電波の放射方向の傾斜に合わせて適宜設定される。

図２０は、導波路２のさらに他の例をアンテナアレイ１０と共に示す斜視図である。アンテナアレイ１０の各ホーンアンテナ１は、図１７と同様に、厚い板状の導電部材１０１の一部をくり抜くようにしてホーン１１が形成されたホーンアンテナ１である。ホーンアンテナ１としては既に説明した他のホーンアンテナ１、または、さらに他の形状のホーンアンテナが採用されてもよい。

導電部材１０１の下方、すなわち、（−Ｚ）側には、他の導電部材１０２が配置される。図２１は、導電部材１０２の斜視図である。導電部材１０２は、リッジ３１と、複数のロッド３２と、を含む。リッジ３１は、Ｙ方向に伸びる。リッジ３１は、導電部材１０２の上面から畝状に上方に突出する。図２０に示すように、リッジ３１は、複数のホーンアンテナ１の放射部１２２の真下に位置する。複数のロッド３２は、導電部材１０２の上面から柱状に上方に突出する。リッジ３１は複数のロッド３２の間に位置する。リッジ３１およびロッド３２は、導電部材１０２の一部として設けられる導電性を有する部位である。導電部材１０１および導電部材１０２は、板状には限定されない。リッジ３１は、ロッド３２の高さおよび幅と同一の高さおよび幅を有している。また、リッジ３１の高さおよび幅は、ロッド３２の高さおよび幅とは異なる値を有していてもよい。

リッジ３２の両側において、各ロッド３２の表面と導電部材１０１の導電性表面（導電部材１０２と対向する面）との間の空間は、特定周波数帯域内の周波数を有する電磁波を伝搬させない。そのような周波数帯域は「禁止帯域」と呼ばれる。導波路装置内を伝搬する電磁波の周波数が禁止帯域に含まれるように、ロッド３２の高さや大きさ、ロッド３２の間隔が設計される。導電部材１０１の導電性表面とリッジ３１の上面との間の空間（ギャップ）が導波路２となる。例えばミリ波帯の電磁波は、この導電性表面とリッジ３１の上面との間の空間をリッジ３１に沿って伝搬する。図示の例では、ロッド３２は、角柱状を有しているが、これに限られず、例えば円筒形状を有してもよい。

図２２は、ホーンアンテナ１のさらに他の実施形態を例示する斜視図である。図２２のホーンアンテナ１は、放射部１２２として放射素子であるパッチを有する。放射部１２２は、導電性の薄板または薄膜である。放射部１２２は、Ｙ方向に長い矩形である。ホーン１１の形状は、図１８と同様である。ホーン１１としては、既に説明した様々な形状、または、さらに他の形状が採用されてもよい。

ホーン１１および放射部１２２は、基板１０３上に配置される。基板１０３の上面および下面にはそれぞれ導電層３３，３４が設けられる。２つの導電層３３，３４の間の部位は誘電体である。放射部１２２の周囲の領域は、導電層３３の一部が除去された領域である。換言すれば、導電層３３の一部が除去されることにより、放射部１２２が形成される。放射部１２２からは給電線３３１が（−Ｙ）方向に伸びる。給電線３３１の周囲の領域も導電層３３の一部が除去された領域である。給電線３３１と下面の導電層３４との間において、電磁波が放射部１２２に向かって伝搬する。すなわち、給電線３３１と導電層３４とにより、Ｙ方向に伸びる導波路２が形成される。

ホーン底部１２は、基板１０３のうちホーン１１の内側の部分である。ホーン底部１２はホーン底面１２１を含む。図１の場合と同様に、放射部１２２の位置は、ホーン底面１２１の中心からずれている。好ましくは、ホーン底面１２１は、第１の方向であるＸ方向に長い。放射部１２２の位置は、ホーン底面１２１の中心からＸ方向にずれている。これにより、図１のホーンアンテナ１の場合と同様に、簡単な構造で電波の放射方向を傾斜させることができる。放射部１２２とホーン内側面１１１との間にはホーン底面１２１の少なくとも一部が存在する。ホーン底面１２１の存在により、帯域幅を容易に確保することができる。

なお、ホーン内側面１１１の形状は、既に説明したように様々に変更されてよい。すなわち、既に説明した放射部１２２がスロットであるホーンアンテナ１において、放射部１２２が導電性のパッチに変更されてよい。

既述のように、ホーン底面１２１の形状は、様々に変更されてよい。ホーン底面１２１の形状は、左右対称な図形には限定されない。ホーン底面１２１の中心の位置は、外接円の中心や最小外接矩形の中心として決定されてよい。同様に、スロットまたは導電性パッチである放射部１２２の形状も様々に変更可能である。放射部１２２の位置、すなわち、放射部１２２の中心の位置も、外接円の中心や最小外接矩形の中心として決定されてよい。ホーン底面１２１が第１の方向である「Ｘ方向に長い」とは、様々に定義可能である。典型的には、ホーン底面１２１の最小外接矩形の長手方向がＸ方向を向くことであると定義することができる。

図２３は、上述のホーンアンテナ１またはアンテナアレイ１０を含むレーダ４の構成を示す図である。レーダ４は、送信アンテナ４１と、受信アンテナ４２と、送受信回路４３と、検出部４４と、を含む。送信アンテナ４１は、上述のホーンアンテナ１またはアンテナアレイ１０である。送受信回路４３は、送信アンテナ４１からの電波の放射の制御および受信アンテナ４２からの信号の処理を実行する。検出部４４は、受信アンテナ４２からの信号に基づいて、物体の存在を検出する。

受信アンテナ４２は、好ましくは、ホーンアンテナである。受信アンテナ４２の構造として様々なものが採用可能である。レーダ４には、受信アンテナ４２として送信アンテナ４１と同様の構造のものが採用されてもよい。送信と受信とを兼用するアンテナが設けられてもよい。送受信回路４３は、典型的には、回路基板上に設けられ、送信用の回路と受信用の回路とを含む。検出部４４も電気的回路により実現される。

図２４は、レーダ４を含む車両５を示す図である。車両５は、自動車である。車両５は自動車以外の車両であってもよい。レーダ４は、車両５の後部の左右側面に取り付けられる。上記説明における（＋Ｘ）方向が、車両の前方向に対応する。レーダ４から放射される電波の方向、すなわち、主ローブの方向は、車両の側方から後方に傾斜した方向である。これにより、簡単な構造で、車両５の斜め後方を監視することが実現される。

ホーンアンテナ１またはアンテナアレイ１０の取り付け位置は、目的に合わせて様々に変更可能である。例えば、ホーンアンテナ１またはアンテナアレイ１０を、車両５を後ろから見た場合の車両の後端の左側に取り付け、上述のＸ方向が右方向であってもよい。電波は真後ろ方向から左側に傾斜した方向に放射される。車両の後端の右側に取り付ける場合は、左側に取り付ける場合と左右が反転する。これにより、簡単な構造で、車両５の斜め後方を監視することができる。例えば、車両５が走行する車線に隣接する車線を走行する車両を検知することができる。特に、車両５の後方から近づいてくる車両を精度よく検知することができる。

図２５は、レーダ４の要部の外観の一例を示す斜視図である。図２５では、レーダ４から図２３の送受信回路４３を含む回路基板を省いた構造体６０を示す。構造体６０は、導波路装置である。図２６は、構造体６０の正面図であり、図２５の右下側から左上を向いて、すなわち、（−Ｙ）側から（＋Ｙ）方向を向いて見た構造体６０を示す。構造体６０は、第１導電部材６１と、第２導電部材６２と、第３導電部材６３とを含む。第１導電部材６１、第２導電部材６２および第３導電部材６３はプレート状であり、この順で上から重なる。第１導電部材６１と第２導電部材６２との間には間隙が設けられる。第２導電部材６２と第３導電部材６３との間にも間隙が設けられる。なお、第１導電部材６１、第２導電部材６２および第３導電部材６３は、部分的に接触してもよい。

図２７は、第１導電部材６１の平面図である。図２８は、第２導電部材６２の平面図である。図２９は第３導電部材６３の平面図である。図２８では、回路基板に実装される集積回路６４と、集積回路６４から延びる導波路であるマイクロストリップライン（以下、「ＭＳＬ」という。）６５とを二点鎖線にて示している。ＭＳＬ６５は図示省略の回路基板上に形成される。集積回路６４は、信号発生回路と、受信回路とを含む。すなわち、回路基板は、信号発生装置としての機能を含む。信号発生回路および受信回路は、図２３の送受信回路４３に対応する。３つのＭＳＬ６５は、集積回路６４から図２８の左方向に延びる。４つのＭＳＬ６５は、集積回路６４から図２８の上方向に延びる。

第１導電部材６１は、放射層である。第１導電部材６１は、図２８に示すように、複数の送信アンテナ６１１と、複数の受信アンテナ６１２と、を含む。送信アンテナ６１１は放射素子である。受信アンテナ６１２は受信素子である。第１導電部材６１の（＋Ｚ）側の面６１３を「放射面」と表現した場合、レーダ４は、送信アンテナ６１１および受信アンテナ６１２を放射面６１３上に有する。放射面６１３は、導電性の表面である。放射面６１３上に送信アンテナ６１１と受信アンテナ６１２とが並ぶことにより、レーダアンテナとしての機能を十分に発揮することができる。第１導電部材６１の放射面６１３とは反対側の面も導電性の表面であり、第２導電部材６２に対向する。

送信アンテナ６１１の形状は、図３とほぼ同様である。すなわち、スロットである放射部１２２は、Ｘ方向に長いＩ字状であり、ホーン内側面１１１（図１の符号参照）の四隅には段差１３が設けられる。図２７の例では、（−Ｘ）側の段差１３のＸ方向の幅は、（＋Ｘ）側の段差１３のＸ方向の幅よりも大きい。送信アンテナ６１１としては、上述の様々なホーンアンテナが採用可能である。送信アンテナ６１１は、３列に並ぶ。各列には６個の送信アンテナ６１１がＹ方向に並ぶ。送信アンテナ６１１の列の数および各列に含まれる送信アンテナ６１１の数は図２７に示す例には限定されない。各送信アンテナ６１１のホーンは、図２０の場合と同様に、第１導電部材６１を削るまたは変形させることにより形成される。

図３０は、受信アンテナ６１２を拡大して示す図である。図３０は、図２７の受信アンテナ６１２のうち、左側の２列の一部である２つの受信アンテナ６１２を示す。受信アンテナ６１２は、いわゆる、リッジホーンアンテナである。受信アンテナ６１２は中央にスロット７１を有する。スロット７１は、底面７０に設けられたＨ字状の開口である。スロット７１の（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側には、底面７０から（＋Ｚ）方向に突出する側壁７２が設けられる。側壁７２はスロット７１の側方のみに設けられる。

スロット７１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側には、スロット７１の中央の上部および下部からＹ方向に延びるリッジ７３が設けられる。リッジ７３は底面７０から（＋Ｚ）方向に突出する。リッジ７３は、Ｙ方向に隣接する他のスロット７１まで延びる。受信アンテナ６１２の列の（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側には、Ｙ方向に延びる周壁７４が設けられる。周壁７４は底面７０から（＋Ｚ）方向に突出する。図２７に示すように、周壁７４は、受信アンテナ６１２の列の周囲を囲む。

詳細については説明を省略するが、図２７における右側の２列の受信アンテナ６１２では、Ｘ方向に隣接するスロット７１の間に１つの側壁７２のみが設けられる。したがって、Ｘ方向に並ぶ３つの側壁７２の間に２つのスロット７１が配置される。受信アンテナ６１２は４列に配列され、各列は４つの受信アンテナ６１２を有する。各受信アンテナ６１２は、スロット７１、２つの側壁７２、２つのリッジ７３および底面７０を含む。受信アンテナ６１２としては、他の様々な形態が採用可能である。

図２５に示すように、第１導電部材６１の送信アンテナ６１１が設けられる領域の厚さは、受信アンテナ６１２が設けられる領域の厚さよりも厚い。これにより、送信アンテナ６１１のホーンの内側面のＺ方向の幅を、受信アンテナ６１２を囲う周壁７４のＺ方向の幅よりも十分に大きくすることができ、送信アンテナ６１１の指向性を容易に高めることができる。

図２８に示す第２導電部材６２は、励振層である。第２導電部材６２は、ＭＳＬ６５が接続されるリッジ導波路６２１と、送信側の導波路である３つのワッフルアイアンリッジ導波路（以下、「ＷＲＧ導波路」という。）６２２と、受信側の４つのＷＲＧ導波路６２３と、を有する。リッジ導波路６２１は、第３導電部材６３に向かって（−Ｚ）方向に延びる。ＷＲＧ導波路６２２，６２３は、図２１と同様の構造であり、線状のリッジ８２と、その周囲に配置された多数の導電性のロッド８３と、を有する。リッジ８２およびロッド８３は、第２導電部材６２の第１導電部材６１に対向する導電性表面上に設けられる。正確には、第１導電部材６１の第２導電部材６２に対向する導電性表面とリッジ８２およびロッド８３とが組み合わされることにより、ＷＲＧ導波路６２２，６２３が構成される。

ＷＲＧ導波路６２２には、貫通孔８１が設けられる。貫通孔８１は、Ｈ字状である。ＭＳＬ６５から送出される電磁波は、リッジ導波路６２１および第３導電部材６３を経由して、給電ポイントである貫通孔８１からＷＲＧ導波路６２２に導かれる。そして、送信アンテナ６１１のスロットから放射される。一方、受信アンテナ６１２で受けられた電磁波は、図３０に示すスロット７１からＷＲＧ導波路６２３に導かれ、貫通孔８１から第３導電部材６３およびリッジ導波路６２１を経由してＭＳＬ６５に導かれる。

図２９に示す第３導電部材６３は、分配層である。第３導電部材６３の第２導電部材６２側の導電性表面上には、リッジと多数のロッドが設けられる。これにより、第２導電部材６２の第３導電部材６３に対向する導電性表面と共に、送信側の３つのＷＲＧ導波路６３１と、受信側の４つのＷＲＧ導波路６３２と、が設けられる。各リッジは１つ以上の屈曲部を有する。送信側のＷＲＧ導波路６３１の各リッジの長さは、異なる。３つのＷＲＧ導波路６３１は、第２導電部材６２の３つのリッジ導波路６２１から第２導電部材６２の送信側の貫通孔８１まで延びる。上記構成により、位相の異なる電磁波を第２導電部材６２の複数の貫通孔８１まで供給することができる。

第１導電部材６１、第２導電部材６２および第３導電部材６３は、例えば、金属板を加工して成型される。図２５では、３つの導電部材６１〜６３により導波路装置である構造体６０が構成されるが、導波路装置を構成する導電部材の数は３には限定されない。

上記実施の形態にて説明した様々なホーンアンテナは、マッシブＭＩＭＯと呼ばれる通信技術に利用することも可能である。マッシブＭＩＭＯは、１００個以上のアンテナ素子を用いることによって指向性の高いアクティブアンテナを実現するＭＩＭＯ技術である。

上記ホーンアンテナ１、アンテナアレイ１０およびレーダ４は、様々な変形が可能である。

ホーン底面１２１の形状は、一方向に長い形状には限定されない。例えば、ホーン底面１２１は正方形でもよい。放射部１２２の位置は、ホーン底面１２１の中心からホーン底面１２１の長手方向以外にずらしてもよい。例えば、図１や図１２等において、放射部１２２はホーン底面１２１の中心からＹ方向にずれてもよい。

ホーン底面１２１は、放射部１２２の全周に存在してもよく、放射部１２２の一方向側のみに存在してもよい。ホーン底面１２１は、放射部１２２の周囲のいずれかに存在すればよく、これにより、電波の帯域幅を確保することができる。

図１、図３、図７等に示す段差１３は、１段でもよい。段差１３に代えて、傾斜面が設けられてもよい。ホーン内側面１１１と放射部１２２との間の傾斜面の法線は、好ましくは、ＹＺ面に平行、かつ、放射部１２２側に傾斜する。傾斜面は、段数が多数の段差１３であると捉えることもできる。

放射部１２２としては、スロットやパッチ以外の構造が採用されてもよい。スロットやパッチの形状は様々に変更されてよい。

上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

本発明は、様々な用途のホーンアンテナに利用可能である。好ましくは、ホーンアンテナは、車両に搭載されるレーダに用いられる。

１ ホーンアンテナ
２ 導波路
４ レーダ
１０ アンテナアレイ
１１ ホーン
１２ ホーン底部
１３ 段差
１４ａ〜１４ｄ （ホーン内側面の）部位
４１，６１１ 送信アンテナ
４２，６１２ 受信アンテナ
４３ 送受信回路
６１ 第１導電部材
６２ 第２導電部材
６３ 第３導電部材
８１ 貫通孔
１１１ ホーン内側面
１２１ ホーン底面
１２２ 放射部
６１３ 放射面

Claims (13)

1. ホーン内側面を含むホーンと、
   ホーン底面を含むホーン底部と、
   を備え、
   前記ホーン底部は、前記ホーン底面の中心からずれた位置にて電波を放射する放射部、
   を含む、ホーンアンテナ。
2. 前記ホーン底面は、第１の方向に長く、
   前記放射部の位置は、前記ホーン底面の中心から前記第１の方向にずれている、請求項１に記載のホーンアンテナ。
3. 前記放射部が、前記ホーン底面において開口するスロットであり、
   前記スロットへの給電方向が、前記ホーン底面に平行かつ前記第１の方向に垂直な第２の方向である、請求項２に記載のホーンアンテナ。
4. 前記スロットが、前記第２の方向を向くＨ字状である、請求項３に記載のホーンアンテナ。
5. 前記ホーン底面に平行かつ前記第１の方向に垂直な第２の方向において、前記放射部と前記ホーン内側面との間に、前記ホーン底面および前記ホーン内側面から突出する段差、をさらに備える、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のホーンアンテナ。
6. 前記ホーン内側面のうち、前記放射部に最も近い位置から立ち上がる部位が、前記ホーン底面の法線に平行または前記ホーン底面から離れるに従って前記法線から離れる方向に傾斜しており、
   前記ホーン内側面のうち、前記放射部から最も離れた位置から立ち上がる部位が、前記放射部に最も近い位置から立ち上がる前記部位よりも、前記ホーン底面から離れるに従って前記ホーン底面の法線から離れる方向に傾斜している、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のホーンアンテナ。
7. 前記ホーン内側面のうち、前記放射部から最も離れた位置から立ち上がる前記部位以外の少なくとも一部が、前記法線に平行である、請求項６に記載のホーンアンテナ。
8. 前記ホーン内側面のうち、前記放射部から最も離れた位置から立ち上がる部位が、凹面である、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のホーンアンテナ。
9. 前記ホーン底面に垂直な方向における前記ホーンの高さが、前記放射部から放射される電波の周波数帯域の中心周波数における波長の２倍未満である、請求項１ないし８のいずれか１つに記載のホーンアンテナ。
10. 前記ホーン底面に平行かつ前記第１の方向に垂直な第２の方向に伸びる導波路と、
    前記第２の方向に配列され、各放射部が前記導波路上に位置する、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の複数のホーンアンテナと、
    を備える、アンテナアレイ。
11. 請求項１ないし９のいずれか１つに記載のホーンアンテナである送信アンテナと、
    受信アンテナと、
    前記送信アンテナからの電波の放射の制御および前記受信アンテナからの信号の処理を実行する送受信回路と、
    を備える、レーダ。
12. 前記受信アンテナがホーンアンテナであり、
    導電部材の放射面上に、前記送信アンテナと、前記受信アンテナとを有する、請求項１１に記載のレーダ。
13. 前記導電部材が第１導電部材であり、
    前記第１導電部材に設けられた前記送信アンテナの放射部であるスロットに給電する励振層である第２導電部材と、
    前記第２導電部材の貫通孔に給電する分配層である第３導電部材と、
    をさらに備える、請求項１２に記載のレーダ。

Images