JP3947613B2 - Antenna beam combining method and antenna - Google Patents

Antenna beam combining method and antenna Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にミリ波帯で使用されるアンテナにおいて、複雑な放射パターンが要求される路上車両監視レーダや高速無線アクセス基地局での使用に適したアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、ミリ波を使用した路上車両監視システムでは、図10に示すように、アンテナ1から道路2に電波を発射し、路上を走行する車両3からの反射波を受信することで走行車両の監視を行なっている。
【0003】
このような監視システムでは、監視対象物以外からの反射波を受けないように水平面の放射パターンの幅が狭く、また、遠い位置(数100m)からアンテナ1の近傍までの広い範囲でほぼ等しいレベルの反射波を受けられるように、垂直面の放射パターンPがコセカント関数に近いことが要求されている。
【0004】
このような成形ビームの放射パターンを得るために、従来では、反射鏡アンテナ(パラボラアンテナ)、導波管スロットアレーアンテナ、マイクロストリップアレーアンテナ等が用いられている。
【0005】
導波管スロットアレーアンテナおよびマイクロストリップアレーアンテナのようなアレーアンテナの場合には、指向性合成理論に基づいて各アンテナ素子の励振振幅と位相を計算で求め、それを実現するように個々のアンテナ素子の励振を制御している。
【0006】
例えば、導波管スロットアレーアンテナでは、各スロット毎に放射される電磁波の位相と振幅を計算して、その計算結果に基づいてスロット個々の寸法や位置を決定する。また、マイクロストリップアレーアンテナでは、個々のアンテナ素子の給電線長やインピーダンスによって励振を制御している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した各アンテナには、次のような問題があった。
【0008】
(イ)反射鏡アンテナは、鏡面と給電ホーンの設計が難しく、前記した複雑な放射パターンにするために特殊鏡面にする必要があり製作コストが高くなり、しかも立体構造であるため、設置工事等も面倒である。
【0009】
(ロ)導波管スロットアレーアンテナは、前記したように、スロット個々の寸法や位置を決めるため設計が複雑となる。また、並列に配置されたアンテナ素子間で相互結合が生じるので、この影響を考慮して希望の励振分布を実現するのが困難であり、特に、ミリ波帯等の高い周波数帯で、個々のアンテナ素子の励振振幅と位相を厳密に合わせるためには、厳しい製作精度が要求され、コスト高になる。
【0010】
(ハ)マイクロストリップアレーアンテナの場合も導波管スロットアレーアンテナと同様に、個々のアンテナ素子の励振の制御が複雑であり、また、給電損失が大きく、周波数帯域が狭く、しかも、高電力での使用が難しいという問題がある。
【0011】
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、複雑な放射パターンを容易に成形することができるアンテナのビーム合成方法と、損失が少なく、設計、製造および設置が容易でコストが低いアンテナを提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項1のアンテナのビーム合成方法は、
電磁波の伝送路を形成する伝送体と該伝送体の表面に長さ方向に沿って複数形成された漏出部とからなる漏れ波型の複数Nのアンテナユニットを、漏れ波の放射面が同一方向に向いた状態で縦列に接続して、1本のアンテナとして所望のビームを合成するアンテナのビーム合成方法であって、
放射角θに対しu=sin θとなる値uについての前記所望のビーム特性の合成対象領域をN−1に等分割したときの分割幅で漏れ波の自由空間波長を除算した値と、前記複数のアンテナユニットの伝送体の長さとがほぼ等しくなるように設定し、
前記各アンテナユニットの最大放射角度とその放射強度が前記合成対象領域の両端を含むN個の分割点の放射角と放射強度にほぼ一致するように、各アンテナユニットの漏出部の長さと周期を設定することによって、前記所望のビームを得るようにしている。
【0013】
また、本発明の請求項2のアンテナは、
電磁波の伝送路を形成する伝送体と該伝送体の表面に長さ方向に沿って複数形成された漏出部とからなる漏れ波型の複数Nのアンテナユニットが、各アンテナユニットの漏れ波の放射面を同一方向に向けた状態で一本の連続した伝送路を形成するように縦列に接続され、該一本の連続した伝送路の一端側から電磁波の給電を受け1本のアンテナとして所望のビーム特性で電磁波を放射するアンテナであって、
前記複数のアンテナユニットの伝送体の長さは、放射角θに対しu= sin θとなる値uについての前記所望のビーム特性の合成対象領域をN−1に等分割したときの分割幅で漏れ波の自由空間波長を除算した値にほぼ等しく設定され、各アンテナユニットの漏出部の長さと周期は、各アンテナユニットの最大放射角度とその放射強度が、前記合成対象領域の両端を含むN個の分割点の放射角と放射強度にほぼ一致するように設定されている。
【0014】
また、本発明の請求項3のアンテナは、請求項2または請求項3記載のアンテナにおいて、
前記各アンテナユニットの伝送体は地板導体の表面に棒状の誘電体を配置したイメージ線路によって形成され、前記漏出部は前記誘電体の表面に長さ方向に沿ってほぼ一定周期に装荷された複数の装荷体によって形成されている。
【0015】
また、本発明の請求項4のアンテナは、請求項2または請求項3記載のアンテナにおいて、
前記各アンテナユニットの伝送体は基本モードを伝送する導波管によって形成され、前記漏出部は前記導波管の表面に長さ方向に沿ってほぼ一定周期に設けられた複数のスロットによって形成されている。
【0016】
また、本発明の請求項のアンテナは、
請求項2〜5のいずれかに記載のアンテナを複数本、横に平行に並べてアレー化したことを特徴としている。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図1は、走行車両監視システムに用いられる一実施形態のミリ波のアレー型のアンテナ20を示している。
【0018】
このアンテナ20は、図1に示すように、矩形状の地板導体21上に形成されている。
【0019】
地板導体21の表面21a側の上部にはホーン型の給電部22が設けられている。給電部22の内部には、導波管(図示せず)による分岐回路が形成されており、上面側に設けられた接続口22aから入力される電磁波を複数経路(この実施形態では6経路)に分岐して、後述する各誘電体23の一端側にそれぞれ同相給電する。
【0020】
給電部22の下部から地板導体22の表面22aの下部の間には、例えばアルミナ等で断面矩形の角棒状に形成された所定長さの誘電体23が、その一側面を地板導体21の表面21aに接した状態で並列に複数本(図1では6本)平行に設けられている。各誘電体23の一端23aは、給電部22との整合のためにテーパ状(図4参照)に形成されている。
【0021】
このように地板導体21上に棒状の誘電体23を配置した回路はイメージ線路と呼ばれる伝送路を形成しており、図2に示すように、誘電体23の一端23a側から給電された電磁波が他端23b側へ向かって伝送される。
【0022】
各誘電体23の表面には、誘電体23と同一幅の金属ストリップ24が装荷体として長さ方向に沿って間欠的に形成されている。
【0023】
このように、イメージ線路を構成している誘電体23の表面に金属ストリップ24を所定間隔で設けたり、後述するように誘電体23の表面をコルゲート(波型)加工することで、誘電体23内に多数の空間高調波が発生し、そのうちのあるものが漏れ波として誘電体23の表面から出力される。この漏れ波の放射パターンは、金属ストリップの間隔d(ストリップ周期という)と、金属ストリップの長さs(ストリップ幅という)とによって決定される。
【0024】
即ち、前記空間高調波βn は、次式、
βn =β+2nπ/d (−∞≦n≦∞)
(ただし、βは誘電体線路の位相定数)
で表され、βn が自由空間波数k0 より小さい場合に漏れ波が放射される。
【0025】
そして、この漏れ波の放射方向は、誘電体23の表面に直交する軸xを基準として誘電体23の長さ方向zを正の角度方向とし、漏れ波の自由空間波長をλ0 とすると、次式、

Figure 0003947613
で表される。ここで、−1≦sinθn ≦1であり、誘電体の場合(β/k0 )は1より大きい定数であるから、θn が有効な解を持つために通常はn=−1とする。
【0026】
これらの式から、漏れ波の放射ビームの方向はストリップ周期dで決まることが判る。また、漏れ波の単位長さ当りの放射量(漏れ波定数)はストリップ幅sで決まることが知られている。
【0027】
この実施形態のアレー型のアンテナ20を構成する1本1本の各アンテナは、放射特性が異なる漏れ波型のアンテナユニットを、その放射面が同一方向に向いた状態で各アンテナユニットの地板導体と誘電体とが1本の連続したイメージ線路を形成するように縦列に接続したものであり、その合成ビームがコセカントビームをとなるようにしている。
【0028】
ここで、そのビームの合成方法について説明する。
n番目のアンテナユニットの振幅がan で均一、位相定数がβn 、長さがLとし、u、un を、
sin θ=u、 sin θn =un =βn /k0
と定義すると、そのアンテナユニットの指向性は、
n =an sin 〔(u−un )k0 L/2〕/〔(u−un )k0 L/2〕
となる。
【0029】
このアンテナユニットをN個縦列に接続すると、アンテナ全体の指向性は、
E(u)=Σn n jP(sin U)/U …(1)
となる。ただし、Σn はn=1〜Nまでの総和を表し、U=(u−un )k0 L/2、P=(Ψn −k0 uZn )であり、Ψn はZ=Zn に到達する伝送波の位相である。
【0030】
ここで、所望の合成ビームを定義する領域をu空間でN−1に等分し、その領域の両端を含む各分割点にun (n=1、2、…、N)を割当て、その間隔(分割幅)をΔuとして、アンテナユニットの長さLをλ0 /Δuに選ぶと、式(1)の第2項(sin U)/Uは直交標本関数となり、u=un では、n番目のビームのみが大きさ1となり、他のビームは零となる。
【0031】
したがって、振幅an をun における所望の指向性のレベルに選べば、u1 、u2 、…、uN の標本点においては所望の指向性に一致するパターンが得られる。
【0032】
N=3の場合の簡単な例を示すと、図3のように、u=0.2〜0.4までの範囲を所望の合成ビーム(希望パターン)Prを定義する領域とし、その間を2つの領域に等分し(Δu=0.1)、各アンテナユニットの長さLをλ0 /Δu=10λ0 に選ぶ。
【0033】
そして、第1のアンテナユニットの振幅a1 を希望パターン(コセカントビーム)のu=0.2のレベルに対応するように設定し、第2のアンテナユニットの振幅a2 を希望パターンのu=0.3のレベルに対応するように設定し、さらに、第3のアンテナユニットの振幅a3 を希望パターンのu=0.4のレベルに対応するように設定する。
【0034】
このように設定すると、図3に示しているように、第1のアンテナユニットの指向性E1 のメインローブM1 の最大点(u=0.2)で、第2、第3のアンテナユニットの指向性E2 、E3 の電界が零となり、同様に、第2のアンテナユニットの指向性E2 のメインローブM2 の最大点(u=0.3)では、第1、第3のアンテナユニットの指向性E1 、E3 の電界が零となり、第3のアンテナユニットの指向性E3 のメインローブM3 の最大点(u=0.4)では、第1、第2のアンテナユニットの指向性E1 、E2 の電界が零となる。
【0035】
このため、1本のアンテナ全体の合成パターンは、u=0.2、0.3、0.4の位置(各分割点の位置)で希望パターンPrと一致し、他の位置では希望パターンPrを中心にして上下に変化する特性となり、希望パターンPr(コセカントビーム)に沿った特性が得られる。
【0036】
なお、アンテナユニットは伝送路を一端側から他端側へ電波を進行させながら電波を漏出させているから、単位長さ当りの漏れ量が均一であると、電波が進行するにつれてその振幅が小さくなり、完全に均一な振幅分布を得ることはできない。そのために、1つのアンテナユニット内でのストリップ幅s(金属ストリップの長さ)を給電側から僅かずつ増加させ、給電側から遠くなるほど漏れ量を増やして均一の振幅分布を得るようにしている。
【0037】
図1に示した実施形態のアンテナ20は、長さLが等しい5つのアンテナユニットU1 〜U5 を縦列に接続したものであり、希望パターンの定義領域を4つに分け、その両端を含む5つの各分割点u1 〜u5 (図示せず)に対応した放射角θ1 〜θ5 が各アンテナユニットの最大放射角となり、各分割点における希望パターンのレベルが各アンテナユニットの最大強度となるようにストリップ周期dとストリップ幅sを設定したものである。
【0038】
即ち、図4に示すように、誘電体23の最も給電部22側に形成されたアンテナユニットU1 の誘電体表面には、その漏れ波のメインローブM1 の最大放射方向が希望パターンPrの定義領域の端の分割点u1 に対応した角度θ1 となり、その強度が分割点u1 における希望パターンPrのレベルに対応した値a1 となるストリップ周期d1 とストリップ幅s1 で金属ストリップ24が設けられている。
【0039】
また、アンテナユニットU1 に続くアンテナユニットU2 の誘電体表面には、その漏れ波のメインローブM2 の最大放射方向が希望パターンPrの定義領域のの端から2番目の分割点u2 に対応した角度θ2 となり、その強度が分割点u2 における希望パターンPrのレベルに対応した値a2 になるストリップ周期d2 とストリップ幅s2 で金属ストリップ24が設けられている。
【0040】
以下同様にして、アンテナユニットU3 〜U5 の誘電体表面には、各アンテナユニットU3 〜U5 の漏れ波のメインローブM3 〜M5 の最大放射方向が希望パターンPrの定義領域の各分割点u3 〜u5 にそれぞれ対応した角度θ3 〜θ5 となり、その強度が分割点u3 〜u5 における希望パターンPrのレベルに対応した値a3 〜a5 になるストリップ周期d3 〜d5 とストリップ幅s3 〜s5 で金属ストリップ24が設けられている。
【0041】
また、各アンテナユニットのストリップ幅s1 〜s5 は、前記したように、各アンテナユニット毎に振幅分布が均一となるように僅かずつ変化させているので、1つのアンテナユニットの最大放射方向では、他のアンテナユニットから放射される電波の強度は零となり、希望パターンに近似した合成ビームが得られる。なお、図4は各アンテナユニットU1 〜U5 のビームを極座標上に示したものである。
【0042】
図5、図6は、5つのアンテナユニットU1 〜U5 を縦列接続したアンテナのサブローブを含めた垂直面の合成パターンをu軸上で示したもので、図5の特性は、遠距離からの監視が可能なように0°近傍の放射レベルを高く(26dB)設定したときのものであり、偏差がやや大きいが希望パターンに沿った特性が得られている。また、図6の特性は、比較的近距離からの監視用に0°付近の放射レベルをやや低く(21dB)設定したものであり、図5に示した特性に対して偏差が大幅に減って、希望パターンPrに非常に近い特性が得られている。なお、図5、図6の縦軸は、θ=0、即ち、z軸方向の放射レベルを基準(0dB)にしたときの相対値である。
【0043】
これら図5、図6の特性は、一本の誘電体23上に5つのアンテナユニットを縦列に形成したときのものであるが、一本の誘電体23上に8つのアンテナユニットを縦列に形成したときの特性例を図7に示す。この1本のアンテナの特性は、図5のアンテナと同様に、遠距離からの監視が可能なように0°近傍の放射レベルを高く(26dB)設定したときのものであり、図5の特性と比べて短い周期で変化しているが希望パターンからの偏差量は小さく、希望パターンPrに非常に近い特性が得られている。
【0044】
なお、アンテナユニットU1 〜U5 を縦列に接続した1本のアンテナの水平面の放射特性は路上監視用としては広すぎるため、この実施形態のアレー型のアンテナ20では、前記したように誘電体23からなるアンテナを平行に複数本(図1では6本)並べ、各誘電体23毎に5つのアンテナユニットU1 〜U5 をそれぞれ形成して、水平面の放射パターンを路上監視用として最適な広がり幅に設定している。
【0045】
このため、アンテナ20からは、水平面の指向特性が道路幅にほぼ対応した幅で、垂直面の指向特性がコセカント関数に近くなり、遠方の車両には強い電波が放射され、近傍の車両には弱い電波が放射されて、道路の長さ方向の広い範囲でほぼ等しい感度で車両からの反射波を受信することができる。
【0046】
このアンテナ20を構成する1本1本のアンテナは、低伝送損失の漏れ波型アンテナユニットを縦列接続した構造であるので、アンテナ全体としても低伝送損失である。また、平面構造であって、その表面処理のみで簡単に製作でき、設計、製造および設置が容易でコストが低く、しかも、装荷体としての金属ストリップは印刷技術やエッチング技術によって高い寸法精度で形成することができるので、ビームの合成精度も高い。
【0047】
また、金属ストリップの周期と長さによって、各アンテナユニットの放射特性を任意に設定することができ、複雑な放射特性が容易に得られる。
【0048】
また、イメージ線路では、誘電体外部の電磁界は指数関数的に減少するので、これを用いた漏れ波型のアンテナの誘電体の側面側への電波の漏れは非常に少なく、この実施形態のように複数本のアンテナを並列に配置してアレー化した場合でも隣接するアンテナ同士の干渉による放射パターンの乱れが少なく、逆にグレーティングローブが発生しないように隣接するアンテナの間隔をより接近させて配置することができ、アンテナ全体を小型化できる。
【0049】
【他の実施の形態】
前記実施形態では、5つ(および8つ)のアンテナユニットを縦列に接続した場合について説明したが、垂直面の目標放射特性がより複雑な場合にはユニット数を増加し、垂直面の目標放射特性がより単純な場合にはユニット数を減少してもよく、目標とする垂直面の放射特性に応じて種々変更可能である。
【0050】
また、前記実施形態では、水平面の放射特性を狭くするために本発明のアンテナを並列に設けていたが、これは、目標とする水平面の放射特性に応じて種々変更可能であり、水平面の放射特性が広くてもよい場合には1本だけにしてもよい。
【0051】
また、前記実施形態では、誘電体表面から電磁波を漏出させるための装荷体として金属ストリップを用いていたが、図8に示すように、誘電体23の表面に装荷体として所定高さhの高段部24′を一定間隔で設けてコルゲート(波型)状に形成することによって、漏れ波型のアンテナユニットを構成することができる。
【0052】
この場合、高段部24′の間隔d(コルゲート周期という)と、高段部24′の長さs(コルゲート幅という)とは、前記実施形態の金属ストリップのストリップ周期およびストリップ幅にそれぞれ相当しており、前記した2つの式がそのまま使用でき、アンテナユニットの放射方向はコルゲート周期dで決まり、放射量はコルゲート幅sと高段部24′の高さhとで決まる。
【0053】
また、前記実施形態の給電部22は、地板導体の表面側に設けられていたが、入力された電磁波を地板導体の背面側で分岐して、表面側の各誘電体の一端に給電する折り返しホーン型の給電部を用いてもよい。
【0054】
また、前記実施形態では、イメージ線路に電波を漏出させるための装荷体を設けた漏れ波型のアンテナユニットを縦列に接続していたが、漏れ波型のアンテナである導波管スロットアンテナに本発明を適用することもできる。
【0055】
導波管スロットアンテナは、基本波を伝送する所定長の導波管の一側面にスロットを長さ方向に沿って複数設けて電波を漏出させるアンテナであり、漏れ波の放出方向は、
θn =sin -1〔(β/k0 )+(2n−1)λ0 /2dn
(通常はビームを1つだけにするためにn=−1を使う)
となるが、基本的な動作はイメージ線路に装荷体を設けた場合と同様である。
【0056】
図9はこのような導波管スロットアンテナを1つのアンテナユニットとして
、5つのアンテナユニットU1 〜U5 を、各アンテナユニットの導波管が1本の伝送路を形成するように、縦列に接続したものである。
【0057】
このアンテナにおいても、各アンテナユニットU1 〜U5 のスロット30の間隔d1 〜d5 およびスロット幅s1 〜s5 を、希望パターンPrのu空間における定義領域を4つに等分割する分割幅Δuで漏れ波の自由空間波長λ0 を除算した値に、各アンテナユニットU1 〜U5 の長さLを一致させ、各アンテナユニットU1 〜U5 の漏れ波のメインローブの最大放射方向が希望パターンPrの定義領域の各分割点にそれぞれ対応した角度となり、その強度が各分割点における希望パターンPrのレベルに対応した値になるように設定することで、希望パターンに近似した合成ビームを得ることができる。
【0058】
このアンテナでは、ほぼ同一長さのスロットが一定間隔に設けられた導波管スロットアンテナを縦列に接続して、所望のパターンを得るようにしているから、設計も容易で加工もし易い。
【0059】
なお、前記実施形態では、各アンテナユニットの振幅分布をそれぞれ均一にするために、金属ストリップの長さ(ストリップ幅)を僅かずつ増加していたが、アンテナユニット内の金属ストリップの長さを全て同一にしても、合成パターンが希望パターンに対して掛け離れることはないので、設計をより簡単化するために、各アンテナユニット毎の金属ストリップの長さを同一にしてもよい。
【0060】
また、厳密な合成精度が要求されていない場合には、所望のビーム特性を適度な間隔でN−1に分割し、その両端を含む分割点に各アンテナユニットの放射ビームの放射角をほぼ一致させるとともに、各アンテナユニットの放射ビームの放射強度を合成した各放射角毎の合成放射強度が各分割点の放射強度に近くなるように、各アンテナユニットを形成してもよい。この場合には、一つのアンテナユニットのメインローブの最大放射角において、他のアンテナユニットの放射強度が零とならない場合があるが、製造上の精密な加工が不要で安価に所望のビーム特性に近い特性のアンテナが得られる。これは、装荷体として誘電体の表面に高段部を設けたアンテナユニットや導波管にスロットを設けたアンテナユニットの場合でも同様である。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1のアンテナのビーム合成方法および請求項3のアンテナは、縦列に接続された漏れ波型の複数のアンテナユニットの各伝送体の長さを、放射角θに対しu=sin θとなる値uについての所望のビーム特性の合成対象領域をN−1に等分割したときの分割幅で漏れ波の自由空間波長を除算した値にほぼ等しく設定し、各アンテナユニットの最大放射角度とその放射強度が、合成対象領域の両端を含むN個の分割点の放射角と放射強度にほぼ一致するように各アンテナユニットの漏出部を設定している。
【0062】
このため、1つのアンテナユニットのメインローブの最大点では他の全てのアンテナユニットの放射強度が最小となり、各アンテナユニットのメインローブの最大点が所望のパターン上の点に一致して、その合成パターンを所望のパターンに極めて近いものとすることができ、複雑な任意のビームを容易に且つ精度よく合成することができる。
【0063】
また、本発明の請求項2のアンテナでは、縦列に接続された漏れ波型の複数Nのアンテナユニットは、放射ビームの放射角が、所望のビーム特性の合成対象領域をN−1に分割したときの両端を含むN個の分割点の放射角にそれぞれほぼ一致し、各アンテナユニットの放射ビームの放射強度を合成した各放射角毎の合成放射強度が各分割点の放射強度に近くなるように形成されているため、製造上の精密な加工が不要で安価に所望のビーム特性に近い特性のアンテナが得られる。
【0064】
また、各アンテナユニットの伝送体が、地板導体上に誘電体を配置したイメージ線路によって形成され、漏出部が誘電体の表面に装荷された装荷体によって形成された構造のアンテナでは、伝送損失が少なく、平面構造であるため、設計、製造および設置が容易でコストが低く、複雑な放射特性を高い精度で得られる。また、イメージ線路では、誘電体外部の電磁界は指数関数的に減少するので、隣接するアンテナユニット同士の同士の干渉が少なく、アンテナユニット同士を接近させてグレーティングローブを発生させないようにすることができる。それにより、水平面内で希望する指向性を得るようにアンテナユニットを配置することができ、アンテナ全体を小型化することができる。
【0065】
また、各アンテナユニットの伝送体が導波管によって形成され、漏出部が導波管の表面に設けられたスロットによって形成された構造のアンテナでは、各アンテナユニット内のスロットの寸法および周期をほぼ一様にすることができ、アンテナ素子間の相互結合を考慮しないで済み、設計、製造が容易でコストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態の1本1本のアンテナから構成されるアレー型のアンテナの斜視図
【図2】イメージ線路の信号の伝搬状態を説明するための側面図
【図3】本発明のビーム合成方法を説明するための図
【図4】一実施形態の各アンテナユニットの放射特性を示す図
【図5】実施形態の垂直面の合成放射特性の一例を示す図
【図6】実施形態の垂直面の合成放射特性の一例を示す図
【図7】ユニット数を増加したときの垂直面の合成放射特性の一例を示す図
【図8】他の実施形態の要部の斜視図
【図9】他の実施形態の要部の斜視図
【図10】ミリ波を使用した路上車両監視システムを説明するための概略図
【符号の説明】
20 アンテナ
21 地板導体
22 給電部
23 誘電体
24 金属ストリップ
1 〜 U5 アンテナユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna mainly used in a millimeter wave band and suitable for use in a road vehicle monitoring radar or a high-speed wireless access base station that requires a complicated radiation pattern.
[0002]
[Prior art]
For example, in a road vehicle monitoring system using a millimeter wave, as shown in FIG. 10, a traveling vehicle is monitored by emitting a radio wave from an antenna 1 to a road 2 and receiving a reflected wave from a vehicle 3 traveling on the road. Is doing.
[0003]
In such a monitoring system, the width of the radiation pattern on the horizontal plane is narrow so as not to receive reflected waves from other than the monitoring target, and the level is almost equal in a wide range from a distant position (several hundred meters) to the vicinity of the antenna 1. Therefore, it is required that the radiation pattern P on the vertical plane be close to the cosecant function.
[0004]
In order to obtain such a radiation pattern of a shaped beam, conventionally, a reflector antenna (parabolic antenna), a waveguide slot array antenna, a microstrip array antenna, or the like is used.
[0005]
In the case of array antennas such as waveguide slot array antennas and microstrip array antennas, the excitation amplitude and phase of each antenna element are obtained by calculation based on the directivity synthesis theory, and individual antennas are realized so as to realize them. The excitation of the element is controlled.
[0006]
For example, in a waveguide slot array antenna, the phase and amplitude of an electromagnetic wave radiated for each slot are calculated, and the size and position of each slot are determined based on the calculation result. In the microstrip array antenna, excitation is controlled by the feed line length and impedance of each antenna element.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, each antenna described above has the following problems.
[0008]
(B) The reflector antenna is difficult to design the mirror surface and the feeding horn, and it is necessary to use a special mirror surface to make the complex radiation pattern described above, which increases the production cost and has a three-dimensional structure. Is also troublesome.
[0009]
(B) As described above, the waveguide slot array antenna has a complicated design because the size and position of each slot are determined. In addition, since mutual coupling occurs between the antenna elements arranged in parallel, it is difficult to realize a desired excitation distribution in consideration of this influence. In particular, in the high frequency band such as the millimeter wave band, it is difficult to achieve individual excitation distribution. In order to precisely match the excitation amplitude and phase of the antenna element, strict manufacturing accuracy is required and the cost increases.
[0010]
(C) In the case of a microstrip array antenna, similarly to the waveguide slot array antenna, the excitation control of individual antenna elements is complicated, the feed loss is large, the frequency band is narrow, and the power is high. There is a problem that it is difficult to use.
[0011]
The present invention has been made in view of these circumstances. An antenna beam combining method capable of easily forming a complicated radiation pattern, a loss, a design, manufacture and installation are easy and cost is low. The purpose is to provide an antenna.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the antenna beam combining method according to claim 1 of the present invention comprises:
A leakage wave type N antenna unit composed of a transmission body forming an electromagnetic wave transmission path and a plurality of leakage portions formed along the length direction on the surface of the transmission body, and the radiation surface of the leakage wave is in the same direction A beam combining method of antennas, which are connected in a column in a state of facing the antenna and combine desired beams as one antenna ,
A value obtained by dividing the free space wavelength of the leaky wave by the division width when the synthesis target region of the desired beam characteristic for the value u where u = sin θ with respect to the radiation angle θ is equally divided into N−1; Set the length of the transmission body of multiple antenna units to be almost equal,
The length and period of the leakage portion of each antenna unit are set so that the maximum radiation angle and the radiation intensity of each antenna unit substantially coincide with the radiation angles and radiation strengths of N division points including both ends of the synthesis target region. By setting, the desired beam is obtained.
[0013]
The antenna according to claim 2 of the present invention is
Leaky wave type N antenna units each comprising a transmission body forming an electromagnetic wave transmission path and a plurality of leakage portions formed along the length direction on the surface of the transmission body are arranged to emit leakage waves of each antenna unit. It is connected in series so as to form a single continuous transmission path with the surfaces facing in the same direction, and is fed with electromagnetic waves from one end side of the single continuous transmission path to obtain a desired antenna as one antenna . An antenna that emits electromagnetic waves with beam characteristics,
The length of the transmission body of the plurality of antenna units is a division width when the synthesis target region of the desired beam characteristic for a value u where u = sin θ with respect to the radiation angle θ is equally divided into N−1. It is set approximately equal to the value obtained by dividing the free-space wavelength of the leaky wave, and the length and period of the leaking portion of each antenna unit are the maximum radiation angle and radiation intensity of each antenna unit including N at both ends of the synthesis target region. It is set so as to almost coincide with the radiation angle and the radiation intensity of each division point.
[0014]
The antenna according to claim 3 of the present invention is the antenna according to claim 2 or 3,
The transmission body of each antenna unit is formed by an image line having a rod-shaped dielectric disposed on the surface of a ground plane conductor, and the leakage portion is a plurality of loads loaded on the surface of the dielectric along the length direction at a substantially constant period. It is formed by the loaded body.
[0015]
The antenna according to claim 4 of the present invention is the antenna according to claim 2 or 3,
The transmission body of each antenna unit is formed by a waveguide that transmits a fundamental mode, and the leakage portion is formed by a plurality of slots provided on the surface of the waveguide along the length direction at substantially constant intervals. ing.
[0016]
The antenna according to claim 5 of the present invention is
A plurality of antennas according to any one of claims 2 to 5 are arranged side by side in parallel to form an array.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a millimeter-wave array antenna 20 used in a traveling vehicle monitoring system.
[0018]
The antenna 20 is formed on a rectangular ground plane conductor 21 as shown in FIG.
[0019]
A horn-type power feeding section 22 is provided on the top surface 21 a of the ground plane conductor 21. A branch circuit by a waveguide (not shown) is formed inside the power supply unit 22 and a plurality of paths (six paths in this embodiment) of electromagnetic waves input from the connection port 22a provided on the upper surface side. And in-phase power is supplied to one end of each dielectric 23 described later.
[0020]
Between the lower portion of the power feeding portion 22 and the lower portion of the surface 22a of the ground plane conductor 22, a dielectric 23 having a predetermined length, for example, formed in a rectangular bar shape having a rectangular cross section with alumina or the like, has one side surface on the surface of the ground plane conductor 21. a plurality of (Figure 1, six) are provided in parallel in parallel in a state of being in contact with 21a. One end 23 a of each dielectric 23 is formed in a tapered shape (see FIG. 4) for matching with the power feeding unit 22.
[0021]
In this way, the circuit in which the rod-shaped dielectric 23 is arranged on the ground plane conductor 21 forms a transmission path called an image line. As shown in FIG. 2, the electromagnetic wave fed from the one end 23a side of the dielectric 23 is It is transmitted toward the other end 23b.
[0022]
On the surface of each dielectric 23, a metal strip 24 having the same width as that of the dielectric 23 is intermittently formed along the length direction as a loaded body.
[0023]
In this manner, the metal strips 24 are provided on the surface of the dielectric 23 constituting the image line at predetermined intervals, or the surface of the dielectric 23 is corrugated (corrugated) as will be described later. A large number of spatial harmonics are generated, and some of them are output from the surface of the dielectric 23 as leakage waves. The leakage wave radiation pattern is determined by the distance d (referred to as strip period) between the metal strips and the length s (referred to as strip width) of the metal strip.
[0024]
That is, the spatial harmonic β n is given by
β n = β + 2nπ / d (−∞ ≦ n ≦ ∞)
(Where β is the phase constant of the dielectric line)
The leakage wave is radiated when β n is smaller than the free space wavenumber k 0 .
[0025]
The radiation direction of the leaky wave is such that the length direction z of the dielectric 23 is a positive angular direction with the axis x orthogonal to the surface of the dielectric 23 as a reference, and the free space wavelength of the leaky wave is λ 0 . The following formula,
Figure 0003947613
It is represented by Here, since −1 ≦ sin θ n ≦ 1 and the dielectric (β / k 0 ) is a constant larger than 1, in order to have an effective solution, θ n is normally set to n = −1. .
[0026]
From these equations, it can be seen that the direction of the leakage wave radiation beam is determined by the strip period d. Further, it is known that the amount of radiation per unit length of leakage wave (leakage wave constant) is determined by the strip width s.
[0027]
Each antenna constituting the array-type antenna 20 of this embodiment is a leaky wave type antenna unit having different radiation characteristics, and the ground plane conductor of each antenna unit with its radiation surface facing in the same direction. And the dielectric are connected in series so as to form one continuous image line, and the combined beam becomes a cosecant beam.
[0028]
Here, a method of combining the beams will be described.
n-th uniform amplitude of the antenna units in a n, n phase constant beta, is a L length, u, and u n,
sin θ = u, sin θ n = u n = β n / k 0
If defined, the directivity of the antenna unit is
E n = a n sin [(u−u n ) k 0 L / 2] / [(u−u n ) k 0 L / 2]
It becomes.
[0029]
When this antenna unit is connected in N columns, the directivity of the whole antenna is
E (u) = Σ n a n e jP (sin U) / U ... (1)
It becomes. However, sigma n denotes the total sum of up to n = 1~N, U = (u -u n) k 0 L / 2, is P = (Ψ n -k 0 uZ n), Ψ n is Z = Z This is the phase of the transmitted wave that reaches n .
[0030]
Here, the region defining the desired combined beam is equally divided into N−1 in the u space, and u n (n = 1, 2,..., N) is assigned to each division point including both ends of the region, intervals (division width) as Delta] u, choose the length L of the antenna unit to the lambda 0 / Delta] u, the second term of formula (1) (sin U) / U becomes a quadrature sampling function, the u = u n, Only the n-th beam has a size of 1 and the other beams are zero.
[0031]
Therefore, if you choose the amplitude a n on the level of desired directivity in u n, u 1, u 2 , ..., in the sample point u N obtained pattern matching the desired directivity.
[0032]
A simple example in the case of N = 3 shows a range where u = 0.2 to 0.4 as a region for defining a desired composite beam (desired pattern) Pr as shown in FIG. Equally divided into two regions (Δu = 0.1), and the length L of each antenna unit is selected as λ 0 / Δu = 10λ 0 .
[0033]
Then, the amplitude a 1 of the first antenna unit is set so as to correspond to the level of u = 0.2 of the desired pattern (cosecant beam), and the amplitude a 2 of the second antenna unit is set to u = of the desired pattern. The level is set so as to correspond to the level of 0.3, and the amplitude a 3 of the third antenna unit is set so as to correspond to the level of u = 0.4 of the desired pattern.
[0034]
With this setting, as shown in FIG. 3, the second and third antenna units at the maximum point (u = 0.2) of the main lobe M 1 of the directivity E 1 of the first antenna unit. Similarly, at the maximum point (u = 0.3) of the main lobe M 2 of the directivity E 2 of the second antenna unit, the electric fields of the directivities E 2 and E 3 become zero. At the maximum point (u = 0.4) of the main lobe M 3 of the directivity E 3 of the third antenna unit, the electric fields of the directivities E 1 and E 3 of the antenna unit become zero. The electric fields of the unit directivities E 1 and E 2 become zero.
[0035]
Therefore, one of the synthetic patterns of the entire antenna, u = position of 0.2, 0.3, 0.4 matches the desired pattern Pr in (the position of each dividing point), in other locations desired pattern Pr Thus, the characteristic changes along the vertical direction, and the characteristic along the desired pattern Pr (cosecant beam) is obtained.
[0036]
Note that the antenna unit leaks radio waves while propagating radio waves from one end side to the other end side of the transmission path. Therefore, if the amount of leakage per unit length is uniform, the amplitude decreases as the radio waves travel. Thus, a completely uniform amplitude distribution cannot be obtained. For this purpose, the strip width s (the length of the metal strip) in one antenna unit is increased little by little from the power supply side, and the amount of leakage increases as the distance from the power supply side increases to obtain a uniform amplitude distribution.
[0037]
The antenna 20 of the embodiment shown in FIG. 1 is obtained by connecting five antenna units U 1 to U 5 having the same length L in a column, dividing the definition area of a desired pattern into four, and including both ends thereof. Radiation angles θ 1 to θ 5 corresponding to five division points u 1 to u 5 (not shown) are the maximum radiation angles of each antenna unit, and the desired pattern level at each division point is the maximum intensity of each antenna unit. The strip period d and the strip width s are set so that
[0038]
That is, as shown in FIG. 4, the maximum radiation direction of the main lobe M 1 of the leaky wave is the desired pattern Pr on the dielectric surface of the antenna unit U 1 formed closest to the feeding portion 22 of the dielectric 23. A metal strip having a strip period d 1 and a strip width s 1 having an angle θ 1 corresponding to the dividing point u 1 at the end of the definition area and a strength a 1 corresponding to the level of the desired pattern Pr at the dividing point u 1 . 24 is provided.
[0039]
Further, on the dielectric surface of the antenna unit U 2 following the antenna unit U 1 , the maximum radiation direction of the main lobe M 2 of the leaky wave is at the second division point u 2 from the end of the definition area of the desired pattern Pr. The metal strip 24 is provided with a strip period d 2 and a strip width s 2 that have a corresponding angle θ 2 and whose intensity is a value a 2 corresponding to the level of the desired pattern Pr at the dividing point u 2 .
[0040]
In the same manner, the dielectric surface of the antenna unit U 3 ~U 5, the maximum radiation direction of the main lobe M 3 ~M 5 of leaky wave of the antenna units U 3 ~U 5 is defined regions of desired pattern Pr each respective division point u 3 ~u 5 the corresponding angle theta 3 through? 5, and the strip cycle d of the intensity is a value a 3 ~a 5 corresponding to the level of the desired pattern Pr at the division point u 3 ~u 5 Metal strips 24 are provided with 3 to d 5 and strip widths s 3 to s 5 .
[0041]
Also, as described above, the strip widths s 1 to s 5 of each antenna unit are changed little by little so that the amplitude distribution is uniform for each antenna unit, so that in the maximum radiation direction of one antenna unit, The intensity of radio waves radiated from other antenna units becomes zero, and a combined beam approximating the desired pattern can be obtained. FIG. 4 shows the beams of the antenna units U 1 to U 5 on polar coordinates.
[0042]
FIG. 5 and FIG. 6 show on the u-axis the combined pattern of the vertical plane including the sub-lobe of the antenna in which the five antenna units U 1 to U 5 are connected in cascade. The characteristics of FIG. In this case, the radiation level in the vicinity of 0 ° is set high (26 dB) so that monitoring can be performed, and the characteristics along the desired pattern are obtained although the deviation is slightly large. Further, the characteristics shown in FIG. 6 are obtained by setting the radiation level near 0 ° to be slightly low (21 dB) for monitoring from a relatively short distance, and the deviation is greatly reduced with respect to the characteristics shown in FIG. A characteristic very close to the desired pattern Pr is obtained. The vertical axes in FIGS. 5 and 6 are relative values when θ = 0, that is, the radiation level in the z-axis direction is set as a reference (0 dB).
[0043]
The characteristics shown in FIGS. 5 and 6 are obtained when five antenna units are formed in a column on one dielectric 23, but eight antenna units are formed in a column on one dielectric 23. FIG. 7 shows an example of the characteristics when this is done. The characteristic of this single antenna is similar to the antenna of FIG. 5 when the radiation level near 0 ° is set high (26 dB) so that monitoring from a long distance is possible. However, the deviation from the desired pattern is small and a characteristic very close to the desired pattern Pr is obtained.
[0044]
Since the radiation characteristics of the horizontal plane of one antenna in which the antenna units U 1 to U 5 are connected in series are too wide for road monitoring, the array-type antenna 20 of this embodiment has a dielectric as described above. A plurality of antennas 23 (six in FIG. 1) are arranged in parallel, and five antenna units U 1 to U 5 are formed for each dielectric 23 to optimize the horizontal radiation pattern for monitoring on the road. The spread width is set.
[0045]
For this reason, the antenna 20 has a horizontal plane whose directivity characteristic substantially corresponds to the road width, the vertical plane directivity characteristic is close to a cosecant function, and a strong radio wave is radiated to a distant vehicle. A weak radio wave is radiated, and a reflected wave from the vehicle can be received with almost equal sensitivity over a wide range in the length direction of the road.
[0046]
Each antenna constituting the antenna 20 has a structure in which leakage wave type antenna units with low transmission loss are connected in cascade, so that the entire antenna has low transmission loss. In addition, it has a flat structure and can be easily manufactured only by its surface treatment. It is easy to design, manufacture and install, and the cost is low. Moreover, the metal strip as a loaded body is formed with high dimensional accuracy by printing and etching techniques. Therefore, the beam synthesis accuracy is also high.
[0047]
Further, the radiation characteristics of each antenna unit can be arbitrarily set according to the period and length of the metal strip, and complicated radiation characteristics can be easily obtained.
[0048]
Further, in the image guide, the dielectric external electromagnetic field because it decreases exponentially, radio wave leakage is very small to the side surface side of the dielectric leaky wave type antenna using the same, this embodiment less disturbance of radiation pattern due to interference of adjacent antenna the worker even when the array by being arranged a plurality of antennas in parallel, as the spacing between adjacent antenna as contrary to the grating lobe does not occur The antennas can be arranged closer to each other, and the entire antenna can be reduced in size.
[0049]
[Other embodiments]
In the above-described embodiment, the case where five (and eight) antenna units are connected in series has been described. However, when the target radiation characteristic of the vertical plane is more complicated, the number of units is increased and the target radiation of the vertical plane is increased. If the characteristics are simpler, the number of units may be reduced, and various changes can be made depending on the radiation characteristics of the target vertical plane.
[0050]
Further, in the above embodiment, the antenna of the present invention is provided in parallel in order to narrow the radiation characteristic of the horizontal plane, but this can be variously changed according to the radiation characteristic of the target horizontal plane, and the radiation of the horizontal plane is possible. If the characteristics may be wide, only one may be used.
[0051]
In the above embodiment, the metal strip is used as the loading body for leaking electromagnetic waves from the dielectric surface. However, as shown in FIG. 8, the surface of the dielectric 23 has a height of a predetermined height h as the loading body. By providing the step portions 24 ′ at regular intervals and forming a corrugated shape, a leaky wave type antenna unit can be configured.
[0052]
In this case, the interval d (referred to as corrugation period) of the high step portion 24 ′ and the length s (referred to as corrugation width) of the high step portion 24 ′ correspond to the strip period and strip width of the metal strip of the above embodiment, respectively. Thus, the above two equations can be used as they are, the radiation direction of the antenna unit is determined by the corrugated period d, and the radiation amount is determined by the corrugated width s and the height h of the high step portion 24 '.
[0053]
In addition, the power supply unit 22 of the above embodiment is provided on the surface side of the ground plane conductor. However, the input electromagnetic wave is branched on the back side of the ground plane conductor to supply power to one end of each dielectric on the surface side. A horn-type power feeding unit may be used.
[0054]
In the above embodiment, the leaky wave type antenna units provided with a loading body for leaking radio waves to the image line are connected in series. However, the present invention is not limited to the waveguide slot antenna which is a leaky wave type antenna. The invention can also be applied.
[0055]
A waveguide slot antenna is an antenna that leaks radio waves by providing a plurality of slots along the length direction on one side surface of a waveguide having a predetermined length for transmitting a fundamental wave.
θ n = sin −1 [(β / k 0 ) + (2n−1) λ 0 / 2d n ]
(Usually n = -1 to have only one beam)
However, the basic operation is the same as that when the loading body is provided on the image line.
[0056]
In FIG. 9, such a waveguide slot antenna is used as one antenna unit, and five antenna units U 1 to U 5 are arranged in series so that the waveguide of each antenna unit forms one transmission line. Connected.
[0057]
In this antenna, equally dividing the distance d 1 to d 5 and the slot width s 1 ~s 5 slot 30 of the antenna units U 1 ~U 5, the four defined areas in the u space the desired pattern Pr division The length L of each antenna unit U 1 to U 5 is made equal to the value obtained by dividing the free space wavelength λ 0 of the leaky wave by the width Δu, and the maximum radiation of the main lobe of the leaky wave of each antenna unit U 1 to U 5 The synthesis is approximated to the desired pattern by setting the direction to be an angle corresponding to each division point of the definition area of the desired pattern Pr and setting the intensity to a value corresponding to the level of the desired pattern Pr at each division point. A beam can be obtained.
[0058]
In this antenna, waveguide slot antennas having slots of substantially the same length provided at regular intervals are connected in series to obtain a desired pattern, so that it is easy to design and process.
[0059]
In the above embodiment, in order to make the amplitude distribution of each antenna unit uniform, the length (strip width) of the metal strip is slightly increased. However, the length of the metal strip in the antenna unit is all increased. Even if they are the same, the composite pattern does not diverge from the desired pattern, so that the length of the metal strip for each antenna unit may be the same in order to simplify the design.
[0060]
If strict synthesis accuracy is not required, the desired beam characteristics are divided into N-1 at appropriate intervals, and the radiation angles of the radiation beams of the respective antenna units substantially coincide with the division points including both ends thereof. In addition, each antenna unit may be formed so that the combined radiation intensity for each radiation angle obtained by synthesizing the radiation intensity of the radiation beam of each antenna unit is close to the radiation intensity at each division point. In this case, at the maximum radiation angle of the main lobe of one antenna unit, the radiation intensity of the other antenna unit may not become zero, but precise processing in manufacturing is not required and the desired beam characteristics can be obtained at low cost. An antenna with close characteristics can be obtained. The same applies to an antenna unit in which a high step portion is provided on the surface of a dielectric as a loading body or an antenna unit in which a slot is provided in a waveguide.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, the antenna beam combining method according to the first aspect of the present invention and the antenna according to the third aspect include the length of each transmission body of a plurality of leaky wave type antenna units connected in series as the radiation angle. set substantially equal to the value obtained by dividing the free space wavelength of the leaky wave by the division width when the synthesis target region of the desired beam characteristic for the value u where u = sin θ with respect to θ is equally divided into N-1. The leakage portion of each antenna unit is set so that the maximum radiation angle and the radiation intensity of each antenna unit substantially coincide with the radiation angles and radiation strengths of N division points including both ends of the synthesis target region.
[0062]
For this reason, at the maximum point of the main lobe of one antenna unit, the radiation intensity of all the other antenna units is the minimum, and the maximum point of the main lobe of each antenna unit coincides with a point on the desired pattern and is combined The pattern can be made very close to the desired pattern, and a complex arbitrary beam can be synthesized easily and accurately.
[0063]
Further, in the antenna according to claim 2 of the present invention, the leaky wave type plural N antenna units connected in tandem divided the region to be synthesized having a desired beam characteristic into N−1 in the radiation angle of the radiation beam. So that the radiation angles of the N division points including both ends substantially coincide with each other, and the combined radiation intensity for each radiation angle obtained by synthesizing the radiation intensity of the radiation beam of each antenna unit is close to the radiation intensity of each division point. Therefore, it is possible to obtain an antenna having characteristics close to the desired beam characteristics at low cost without requiring precise manufacturing.
[0064]
In addition, in the antenna having a structure in which the transmission body of each antenna unit is formed by an image line in which a dielectric is disposed on a ground plane conductor and the leakage portion is formed by a loading body loaded on the surface of the dielectric, transmission loss is reduced. Since there are few plane structures, design, manufacture, and installation are easy, cost is low, and complicated radiation characteristics can be obtained with high accuracy. In addition, in the image line, the electromagnetic field outside the dielectric decreases exponentially, so there is less interference between adjacent antenna units, and it is possible to prevent the antenna units from approaching each other to generate a grating lobe. it can. Thereby, the antenna unit can be arranged so as to obtain the desired directivity in the horizontal plane, and the entire antenna can be reduced in size.
[0065]
Further, in an antenna having a structure in which the transmission body of each antenna unit is formed by a waveguide and the leakage portion is formed by a slot provided on the surface of the waveguide, the size and period of the slot in each antenna unit are approximately the same. It can be made uniform, it is not necessary to consider the mutual coupling between the antenna elements, it is easy to design and manufacture, and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an array type antenna including one antenna according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view for explaining a signal propagation state of an image line. FIG. 4 is a diagram illustrating a beam combining method according to the present invention. FIG. 4 is a diagram illustrating radiation characteristics of each antenna unit according to an embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of combined radiation characteristics of a vertical plane according to the embodiment. FIG. 7 is a diagram showing an example of the combined radiation characteristic of the vertical plane according to the embodiment. FIG. 7 is a diagram showing an example of the combined radiation characteristic of the vertical plane when the number of units is increased. FIG. 9 is a perspective view of the main part of another embodiment. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a road vehicle monitoring system using millimeter waves.
20 antenna 21 ground plane conductor 22 feeding portion 23 dielectric 24 metal strip U 1 to U 5 antenna unit

Claims (5)

電磁波の伝送路を形成する伝送体と該伝送体の表面に長さ方向に沿って複数形成された漏出部とからなる漏れ波型の複数Nのアンテナユニットを、漏れ波の放射面が同一方向に向いた状態で縦列に接続して、1本のアンテナとして所望のビームを合成するアンテナのビーム合成方法であって、
放射角θに対しu=sin θとなる値uについての前記所望のビーム特性の合成対象領域をN−1に等分割したときの分割幅で漏れ波の自由空間波長を除算した値と、前記複数のアンテナユニットの伝送体の長さとがほぼ等しくなるように設定し、
前記各アンテナユニットの最大放射角度とその放射強度が前記合成対象領域の両端を含むN個の分割点の放射角と放射強度にほぼ一致するように、各アンテナユニットの漏出部の長さと周期を設定することによって、前記所望のビームを得ることを特徴とするアンテナのビーム合成方法。
A leakage wave type N antenna unit composed of a transmission body forming an electromagnetic wave transmission path and a plurality of leakage portions formed along the length direction on the surface of the transmission body, and the radiation surface of the leakage wave is in the same direction A beam combining method of antennas, which are connected in a column in a state of facing the antenna and combine desired beams as one antenna ,
A value obtained by dividing the free space wavelength of the leaky wave by the division width when the synthesis target region of the desired beam characteristic for the value u where u = sin θ with respect to the radiation angle θ is equally divided into N−1; Set the length of the transmission body of multiple antenna units to be almost equal,
The length and period of the leakage portion of each antenna unit are set so that the maximum radiation angle and the radiation intensity of each antenna unit substantially coincide with the radiation angles and radiation strengths of N division points including both ends of the synthesis target region. A beam combining method for an antenna, wherein the desired beam is obtained by setting.
電磁波の伝送路を形成する伝送体と該伝送体の表面に長さ方向に沿って複数形成された漏出部とからなる漏れ波型の複数Nのアンテナユニットが、各アンテナユニットの漏れ波の放射面を同一方向に向けた状態で一本の連続した伝送路を形成するように縦列に接続され、該一本の連続した伝送路の一端側から電磁波の給電を受け1本のアンテナとして所望のビーム特性で電磁波を放射するアンテナであって、
前記複数のアンテナユニットの伝送体の長さは、放射角θに対しu= sin θとなる値uについての前記所望のビーム特性の合成対象領域をN−1に等分割したときの分割幅で漏れ波の自由空間波長を除算した値にほぼ等しく設定され、各アンテナユニットの漏出部の長さと周期は、各アンテナユニットの最大放射角度とその放射強度が、前記合成対象領域の両端を含むN個の分割点の放射角と放射強度にほぼ一致するように設定されていることを特徴とするアンテナ。
Leaky wave type N antenna units each comprising a transmission body forming an electromagnetic wave transmission path and a plurality of leakage portions formed along the length direction on the surface of the transmission body are arranged to emit leakage waves of each antenna unit. It is connected in series so as to form a single continuous transmission path with the surfaces facing in the same direction, and is fed with electromagnetic waves from one end side of the single continuous transmission path to obtain a desired antenna as one antenna . An antenna that emits electromagnetic waves with beam characteristics,
The length of the transmission body of the plurality of antenna units is a division width when the synthesis target region of the desired beam characteristic for a value u where u = sin θ with respect to the radiation angle θ is equally divided into N−1. It is set approximately equal to the value obtained by dividing the free-space wavelength of the leaky wave, and the length and period of the leaking portion of each antenna unit are the maximum radiation angle and radiation intensity of each antenna unit including N at both ends of the synthesis target region. An antenna characterized in that it is set so as to substantially coincide with the radiation angle and radiation intensity of each division point .
前記各アンテナユニットの伝送体は地板導体の表面に棒状の誘電体を配置したイメージ線路によって形成され、前記漏出部は前記誘電体の表面に長さ方向に沿ってほぼ一定周期に装荷された複数の装荷体によって形成されていることを特徴とする請求項2または請求項3記載のアンテナ。 The transmission body of each antenna unit is formed by an image line having a rod-shaped dielectric disposed on the surface of a ground plane conductor, and the leakage portion is a plurality of loads loaded on the surface of the dielectric along the length direction at a substantially constant period. The antenna according to claim 2 or 3, wherein the antenna is formed by a loaded body . 前記各アンテナユニットの伝送体は基本モードを伝送する導波管によって形成され、前記漏出部は前記導波管の表面に長さ方向に沿ってほぼ一定周期に設けられた複数のスロットによって形成されていることを特徴とする請求項2または請求項3記載のアンテナ。 The transmission body of each antenna unit is formed by a waveguide that transmits a fundamental mode, and the leakage portion is formed by a plurality of slots provided on the surface of the waveguide along the length direction at substantially constant intervals. claim 2 or claim 3 antennas, wherein the are. 請求項2〜4のいずれかに記載のアンテナを複数本、横に平行に並べてアレー化したことを特徴とするアンテナ。 An antenna comprising a plurality of antennas according to any one of claims 2 to 4 arranged side by side in parallel .
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