JP4188456B2 - フォーカルフィード反射器アンテナのための小型モノパルスソース - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波送受信回路に接続される、例えばカセグレン又はレンズ型反射アンテナなどモノパルスソースと呼ばれる少なくとも二つのチャンネルを有する一次ソースに関する。これは特に車載ミリメートルレーダに適用できる。より一般には、高度の集積と低コストの製造を必要とするミリメートルレーダに適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
モノパルスソースとして知られているソースは例えば二つのチャンネルを有し、和パターンと差パターンの二つの放射パターンを同時に発生する。このソースは、全フォーカルフィードアンテナの整合及び放射性能特性に適合する電波ソースを必要とする。これらの特徴は、特に、整合周波数帯域、電界Ｅの平面内での差チャンネルのパターンの形成、ならびに、和チャンネル及び差チャンネルのアパーチャ及びその放射パターンの相対レベルに関する。
【０００３】
例えば自動車への適用例などいくつかの適用分野においては、ソースはさらに、技術上、工学上、及びコスト上の一般的な基準ならびに特有の基準の双方を満たさなければならない。これら基準は例えば、
− ミリメートル帯域の大きな、例えば８０ｄＢのレンジの損失がシステムの性能特性に限界をもたらすことになるラインの長さを最小限にとどめるために、マイクロストリップ技術で製造されるマイクロ波送受信回路にできるだけ近いところに容易に接続及び設置可能であること、
− システムの動作帯域外の外部電磁ストレスに対しマイクロ波送受信回路が遮蔽されること、
− 一次ソースの深さが例えば５ｍｍ未満とコンパクトであること、
− 送受信回路が、環境ストレスに対する、不侵透性と可能であれば密閉性とを有し、アセンブリが、送受信回路と一次ソースとから構成され、可能ならば一つのマクロコンポーネントを構成すること、
− 通常の製造手段により製造され、寸法変動に対する作業時の許容誤差が、低コスト大量生産用のこれらの製造手段で得られるものであること、
である。
【０００４】
上記基準のうちのいくつかを満たす一次ソースの製造方法は、電界Ｅの面内に折り込まれたマジックＴ回路により励起される角錐ホーンを使用するものである。マジックＴ回路は、使用される接続に応じて、ホーン内でＴＥモードＴＥ０１、すなわち偶数モード、あるいはＴＭモードＴＭ１１、すなわち奇数モードを発生するのに使用される。これらのモードはそれぞれ和パターン及び差パターンを形成する。しかしながらこの手法では、深さ方向に大きなスペースが必要であり、また、ワイヤ放電加工又は電気鋳造のような高価な加工方法を使用することの必要な複数の高精度部品の製造及び組み立てが必要である。
【０００５】
別の手法では、プリント回路ソースは、マイクロ波放出回路と同じ基板上に作製される。所望の指向性を有する放射パターンを形成するために、このソースは、例えばハイブリッドリングから給電されるパッチ型放射素子のアレイを備える。この手法は、機械部品を必要としないという利点及び深さ方向の空間要件が最小であるという利点を有するが、マイクロ波送受信回路の構成部品についての、電磁遮蔽及び環境ストレスに対する保護に関する必要条件を満たしていない。さらに、パッチ型放射素子は周波数選択性を有するので、特に、基板の誘電率又は厚さ、ならびにエッチング許容誤差特性など基板の特性に対し極めて敏感である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の欠点を解消し、特に、上述の基準を満たすソースを得ることを可能にすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明は、アンテナのマイクロ波送受信回路を支持する金属フランジ内に機械加工された少なくとも二つのウェーブガイドを備える、フォーカルフィードアンテナのためのモノパルスソースを対象とする。
【０００８】
本発明の主な利点は、「バックファイア」型光学アンテナにもフォワード型光学アンテナにも適用することが可能であること、マイクロストリップラインによりソースに接続できること、磁界面Ｈ及び電界面Ｅにおける放射パターンの指向性を変更することが可能であること、電波漏洩を低レベルにすることが可能であること、送受信回路の能動部品をソースの近傍に配置できること、ならびに製造が容易であり、経済的であることである。
【０００９】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して行う以下の説明から明らかになろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１ａは、モノパルスソース、すなわち和チャンネルΣ及び差チャンネルΔの二つのチャンネルを有するソースとして知られる一次ソース１から給電される「バックファイア」型アンテナの一例を示す図である。このアンテナは特に、例えばパラボラ型の主反射器２と副反射器３とを備える。一次ソース１は主反射器２の後方に設置され、この反射器に設けられた穴４を介して放射する。副反射器３は一次ソース１に対向するように設置される。一次ソース１から発射された光線５は、副反射器３、次に主反射器２で反射される。電波５’は、この主反射器２で反射された後、アンテナ出力部に平行に送信される。
【００１１】
本発明は、「バックファイア」アンテナに適用することが可能であるが、図１ｂに示すように、例えばフォワードアンテナにも適用することも可能である。このアンテナは例えば、ソース４から放射された光線５の焦点を無限遠に合わせる誘電体レンズ１１を備える。
【００１２】
図２は、従来技術による実施形態の一例を示す図である。一次ソース１は角錐ホーン２７により延長された方形ウェーブガイド２６を使用する。マジックＴ回路２８の和及び差チャンネルはウェーブガイドマイクロストリップ移行部２１、２２から給電される。マイクロストリップ技術により作られる送受信回路２３は、例えば金属フランジ２５上に位置する誘電体基板２４に設置される。ウェーブガイドは、電界Ｅの面内に折り込まれたマジックＴ回路２８により励起される。このマジックＴ回路は、使用される接続に応じて、ホーン内でＴＥモードＴＥ１０、すなわち偶数モード、あるいはＴＭモードＴＭ１１、すなわち奇数モードを発生するのに使用され、これらの二つのモードはそれぞれ、和放射パターン、差放射パターンを形成する。マジックＴ回路の差チャンネルへのアクセスは、和チャンネルへの接続と同じ面内の電界Ｅの面に設けたエルボを介して得ることが可能である。次にこのソースは、二つのマイクロストリップ導波移行部２１、２２により送受信回路２３に接続することができる。残念ながらこの手法は、例えばミリメートル帯域では約３５ｍｍというように、深さ方向に大きなスペースを必要とし、また、上に示したように、例えばマジックＴ回路及びマイクロストリップ導波移行部２１、２２などのような複数の高精度部品の製造及び組み立てを必要とする。そのため、結果として、煩雑な機械加工方法が用いられることになる。そのような方法は例えばワイヤ放電加工又は電気鋳造である。
【００１３】
図３は、別の知られている実施形態を示す図である。ソースは、送受信回路と同じ基板上にプリントされる。ソースは特に、４λ／４型平衡ハイブリッドリング３１、又は、二対の放射素子すなわちパッチ３２、３３のアレイを備える。リング３１は、所望の指向性を有する放射パターンを形成するために、二つの出力部３４、３５により放射素子に給電し、出力部のうちの一つは、励起されるリングの入力部３６、３７により同位相又は反板位相となる二つの放射素子３２、３３に給電するために、他方よりもλ／４波長だけ延長される。従って、和チャンネルの放射パターンは、二対が同位相で励起される時に形成され、差チャンネルの放射パターンは、二対が反対位相で励起される時に形成される。この実施形態は、上に示したように、機械部品を必要としないという利点及び深さ方向の空間要件が最小であるという利点を有する。しかしながらこの実施形態は、マイクロ波送受信回路の構成部品についての、電磁遮蔽及び環境ストレスに対する保護に関する必要条件を満たしていない。さらに、放射パッチ３２、３３は周波数選択的性を有するので、特に、基板の誘電率又は厚さ、ならびにエッチング許容誤差など基板の特性に対し極めて敏感である。
【００１４】
図４、図５、及び図６は、本発明による一次ソースの可能な実施形態を示す図である。このソースは、アンテナのマイクロ波送受信回路を支持する金属フランジ２５内に機械加工された二つの放射ウェーブガイド４１、４２を有する。この回路は例えば、マイクロストリップ回路及び／又はＭＭＩＣモノリシックマイクロ波集積回路である。送受信回路は例えば、金属フランジ２５上に取り付けられる誘電体基板２４上に置かれる。マイクロストリップラインは基板上に例えばシルクスクリーン印刷されるかあるいは食刻される。ウェーブガイド４１、４２の長い側壁は例えば、ＴＥモードＴＥ０１の伝播が行え、磁気面Ｈ内で和チャンネル放射パターンの所望する指向性が得られるように寸法が決められる。二つのウェーブガイド４１、４２の間の距離は、例えば電界Ｅの面内で和チャンネル放射パターンの所望する指向性が得られるように決定される。有利には、ウェーブガイド４１、４２の長い側壁の寸法を利用することにより、磁界Ｈの面内の放射パターンの指向性を修正することが可能であり、これら二つのウェーブガイドの間の差を利用することにより、電界Ｅの面内のこの指向性を修正することが可能である。
【００１５】
マイクロストリップ回路の基面の金属は、放射を通過させるようにするために、二つのウェーブガイド４１、４２で除去されている。次に、誘電体基板の基面のエッチング６０、６１はウェーブガイドの終端を囲む。各ウェーブガイドは、例えば送受信回路、例えばマイクロストリップ回路を有する移行部４４、４５により励起され、この移行部は、マイクロストリップ回路を支持する基板と同じ基板上のエッチングパターン４４、４５と、ウェーブガイドを閉じるマイクロ波短絡回路４３とから構成される。各ウェーブガイド４１、４２の放射口４６の大きな不整合は、有利にはこれら口の各々から所与の距離のところに置かれる断面積の変更により補償され、各ウェーブガイドは、小さなウェーブガイド４７、４８により、この断面積の変更部分から延長される。断面積の低減は例えばウェーブガイドの長い側壁に得られ、例えばファクター２の減小である。マイクロストリップ回路を有する各移行部４４、４５は、断面積変更部分に置かれる。移行部４４、４５は、小さなウェーブガイド４７、４８を閉じるマイクロ波回路４３により整合され、マイクロストリップ回路から送信される信号の１／４波長λ／４にほぼ等しい距離に設置される。各移行部４４、４５は例えば、小さなウェーブガイドの壁に設けられたトンネル５１、５２の下方を通過するマイクロストリップライン４９、５０から給電される。次に各移行部４４、４５は、例えば４λ／４型平衡ハイブリッドリング５３に接続され、リングの出力部の一つ５５は、他の出力部５４と比べ１／４波長λ／４だけ延長される。これらのリンク４９、５４、５０、５５は、励起されたリング５３の入力部５６、５７に沿って二つの放射素子に同位相又は反対位相で給電するのに使用され、従って、和及び差チャンネルのパターンを形成することが可能であり、差チャンネルは例えば電界Ｅの面に得られる。ハイブリッドリングの二つの入力部５６、５７は、送受信回路２３の残りの部分に接続される。上記の各放射素子は実際には、ウェーブガイドの口４６と、マイクロストリップ回路を有する移行部４４、４５とから構成される。送受信回路の能動部品はソースの近傍に設置することができる。これにより特にマイクロ波の損失を制限することが可能になる。有利には、高域通過フィルタの役割を果たすウェーブガイドが存在することにより、レーダの帯域外に位置する外部寄生電磁放射に対するマイクロ波送受信回路の保護がもたらされる。
【００１６】
ウェーブガイド４１、４２、４７、４８の断面は矩形でなく例えば楕円形である。これにより特に、ワイヤ放電加工など煩雑な機械加工を回避することが可能になる。これら部品の楕円形断面は、フライス加工など経済的な切削手段のみで作ることができる。さらに本発明によるソースのアーキテクチャにより、特に、機械部品及びマイクロストリップ回路の製造許容誤差を緩め、従って製造コスト低減にさらに貢献する一般的励起素子の使用により、広い通過帯域を得ることが可能となる。
【００１７】
移行部４４、４５と小断面積化ウェーブガイド４７、４８とを整合させるための短絡回路４３は、一つの同じ部品内に機械加工することができる。これにより特に、機械加工が必要な部品数を減らすことができる。この部品は、例えばねじ止め、鑞付け、又は接着など、任意の方法により、金属フランジ２５、特にマイクロストリップ回路及びウェーブガイド４１、４２とともに組み立て、これらに対して位置決めすることができる。マイクロ波の漏洩を制限するために、この部品４３、４７、４８は、少なくとも一箇所、好ましくは複数の箇所により、マイクロストリップ技術による回路を支持する金属フランジ２５に電気的に接続することができる。このため、例えば、金属フランジ２５に機械加工されたウェーブガイド４１、４２の周辺に開口する誘電体基板に、金属化ホールを設けることができる。
【００１８】
放射ウェーブガイド４１、４２が内部に設けられる金属フランジ２５は、例えば、送受信回路を含むパックの一体部分を形成することができる。これにより、実施形態はさらに小型化され、機械加工が必要な部品数も少なくなる。
【００１９】
図７ａ及び図７ｂは、ソースの和及び／又は差チャンネルの個別の放射パターンを得るため、例えばフォーカルフィードアレイ特性との整合を向上させるために使われる本発明による一次ソースの可能な実施形態を示す図である。このため、金属フランジ２５内に機械加工されたウェーブガイド４１、４２の近傍に偽似スロット７１、７２が加えられる。これらの偽似スロット７１、７２は、フランジ２５を完全には横切らない穴である。例えばウェーブガイドと同じ断面積を有するこれら偽似スロットは、実際には、ウェーブガイドに近接する部分を通過する結合によって励起されるトラップである。これらのウェーブガイド４１、４２との結合により取り出されるエネルギーが放射される。その結果、トラップの位置及び深さ等を調節することにより位相を制御することが可能な、四つの放射ソースと同等のものが存在することになる。これにより、特にフォーカルフィード光学式システムへの適用の場合、より指向性が高い放射パターンを得ることが可能であり、従ってエネルギーの損失を防ぐことができる。実際、指向性が高いパターンは、放射の一部がレンズに遮られるのを防ぐことを可能にする。従ってこれにより、一般に「スピルオーバー」損失と呼ばれている上記の損失が低減される。偽似スロット７１、７２は特に、電界及び磁界の面の位相中心の一致を排除する効果を有する。本発明によれば、これらの位相中心を再度一致させるために、ウェーブガイド及び偽似スロットの位置でフランジの厚さが減少する。このため、例えばフランジ２５に皿座ぐりを設けることにより表面７３が得られる。この表面７３及び偽似スロット７１、７２は、例えば、金属フランジ２５のウェーブガイド４１、４２の機械加工作業の間に得られる。好ましくは、位相中心の間の一致をより良くするため、フランジ２５の厚さは、実質的にウェーブガイド４１、４２及び偽似スロット７１、７２の位置７４から減少する。
【００２０】
図４、図５、図６、及び図７は、二つのチャンネルを有する一次モノパルスソースの実施形態の一例を示す図である。しかしながら本発明は、例えば電界Ｅの面内の和チャンネル及び差チャンネル、ならびに磁界Ｈの面内の差チャンネルの、三チャンネルソースにも適用することが可能である。その場合このソースは、例えば、四つのハイブリッドリングから給電される四つの放射素子であり、各々が例えばウェーブガイドの口４６と上記のマイクロストリップ回路を有する移行部とから構成される放射素子を結合させることにより得られる。
【００２１】
さらに本発明は、マルチビームアンテナを照射する一次ソースにも適用することができる。このソースは例えば、カセグレン型反射鏡システムの焦点面、あるいは誘電体レンズの焦点面に設置された上記の放射素子のような複数の放射素子であり、各々が、傾きが焦点に対する一次ソースの位置によって異なるビームを発生する放射素子により形成される。
【００２２】
有利には、本発明は、放射ウェーブガイドの一部又は全体に誘電材料を充填することにより、例えば湿度あるいは腐食のような環境ストレスに対する極めて有効な回路保護が提供される。この種の保護は、上記のストレスを受け易い車載レーダに対して特に有利である。
【００２３】
最後に、本発明により得られるソースは深さ方向における占有スペースが小さい。ミリメートル帯域では、深さは例えば約５ｍｍとすることができる。占有スペースは、マイクロ波短絡回路４３の外端からウェーブガイド４１、４２の出力部４６まで延長することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】一次モノパルスソースから給電される「バックファイア」型光学アンテナの一例を示す図である。
【図１ｂ】一次モノパルスソースから給電されるフォワード光学アンテナの一例を示す図である。
【図２】従来技術による一次ソースの一例を示す図である。
【図３】従来技術による一次ソースの別の例を示す図である。
【図４】本発明によるソースの可能な実施形態を、金属フランジに対向するＦ’に沿って示す図である。
【図５】図４のＦによる断面図である。
【図６】図４の放射素子の詳細図である。
【図７ａ】金属フランジの機械加工により放射パターンが変わる本発明によるソースの可能な実施形態を示す図である。
【図７ｂ】図７ａのＡＡ断面図である。
【符号の説明】
１ 一次ソース
２ 主反射器
３ 副反射器
４ ソース
４ 穴
５’ 電波
１１ 誘電体レンズ
２１、２２ マイクロストリップ移行部
２３ 送受信回路
２４ 誘電体基板
２５ 金属フランジ
２６ 方形ウェーブガイド
２７ 角錐ホーン
２８ マジックＴ回路
３１ ハイブリッドリング
３２、３３ 放射素子
３４、３５、５４、５５ 出力部
３６、３７、５６、５７ 入力部
４１、４２ 放射ウェーブガイド
４３ マイクロ波短絡回路
４４、４５ 移行部
４７、４８ 小型ウェーブガイド
４９、５０ マイクロストリップライン
５１、５２ トンネル
５３ ４λ／４型平衡ハイブリッドリング
７１、７２ 偽似スロット
７３ 表面

Claims (15)

1. アンテナのマイクロ波送受信回路を支持する金属フランジ内に機械加工された少なくとも二つのウェーブガイドを備え、各ウェーブガイドが、断面積の小さなウェーブガイドに延び、各ウェーブガイドが、該断面積の小さなウェーブガイドを閉じるマイクロ波短絡回路と前記送受信回路を有する移行部とにより励起され、各移行部が断面積の変化する平面内に置かれる、フォーカルフィードアンテナ用のモノパルスソース。
2. 送受信回路が、金属フランジに取り付けられた誘電体基板上に置かれる請求項１に記載のモノパルスソース。
3. マイクロストリップ技術によるラインを備える送受信回路を有し、これらのラインが誘電体基板上にシルクスクリーン印刷される請求項２に記載のモノパルスソース。
4. 移行部が、送受信回路を支持する基板と同じ基板に食刻されたパターンで構成される請求項１に記載のモノパルスソース。
5. 各移行部が、ウェーブガイドの壁に設けられたトンネルの下方を通過するマイクロストリップラインから給電される請求項１に記載のモノパルスソース。
6. 前記ラインが、移行部への給電を同位相又は反対位相で行うために使用されるハイブリッドリングに接続され、励起される該リングの入力に応じて和パターン又は差パターンを形成する請求項５に記載のモノパルスソース。
7. ウェーブガイドの断面が楕円形である請求項１に記載のソース。
8. 移行部と断面積の小さなウェーブガイドとを整合させるための短絡回路が一つの同じ部分に作られる請求項２に記載のモノパルスソース。
9. 前記部分を金属フランジに電気的に接続するために、誘電体基板に金属化ホールが設けられる請求項８に記載のモノパルスソース。
10. 金属フランジが、送受信回路を含むパックに一体の部分である請求項１に記載のモノパルスソース。
11. ウェーブガイドに誘電材料が充填される請求項１に記載のモノパルスソース。
12. ウェーブガイドとの結合により放射する偽似スロットがこれらのウェーブガイドの近傍に付加される請求項１に記載のモノパルスソース。
13. 偽似スロットがウェーブガイドと実質的に同じ断面を有する請求項１２に記載のモノパルスソース。
14. ウェーブガイド及び偽似スロットの位置でフランジの厚さが減少する請求項１２に記載のモノパルスソース。
15. フランジの厚さの減少が、実質的にウェーブガイド及び偽似スロットの位置から始まる請求項１４に記載のモノパルスソース。

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