JP5739536B2 - レーダセンサのためのアレイアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、給電線と、導線を介して給電線と接続された複数のアンテナ素子と、アンテナ素子への電力分配のための回路素子とを備えるレーダセンサのためのアレイアンテナに関する。

特に、本発明は、車両内で運転者システムと接続して使用される、例えば自動間隔制御システム（ＡＣＣ：Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ、適応間隔制御）において先行車両を位置特定するための、レーダセンサのアレイアンテナを対象とする。このレーダセンサは、典型的に２４ＧＨｚまたは７７ＧＨｚの周波数により稼働する。

上記の適用では、マイクロストリップ技術による平面アンテナは、比較的安価に製造可能であり、平面の構造を可能とし、様々な配線システムまたは配線形式の間の移行が必要ではないという利点がある。アンテナ素子は、残りの回路構成要素のように、簡単に、適切なマイクロストリップ導体によって基板上に形成されうる。

アンテナ列（Ａｎｔｅｎｎｅｎ−Ａｒｒａｙ）とも呼ばれるアレイアンテナでは、様々なアンテナ素子により放射される光線の重なり合いおよび干渉により、所望の放射パターンが得られるように、放出される電力が様々なアンテナ素子に供給される。このために、個々のアンテナ素子内に導入されるマイクロ波の電力および位相は、適切に調整される必要がある。通常は、細長いメインローブと、大幅に抑えられたサイドローブとを有する放射パターンが望まれる。しかしながら、レーダセンサのために、したがってアンテナのためにも限られた空間が提供されるため、サイドローブの完全な抑制は少なくとも達成されない。

冒頭で挙げた形態の従来のアレイアンテナでは、個々のアンテナ素子への導線は、給電線から分岐し、分岐以降に給電線内にいわゆる変圧器が設けられ、この変圧器が、線路インピーダンスの適切な変換により、アンテナ素子への所望の電力分配をもたらす。マイクロストリップ技術によるアンテナでは、変圧器は典型的に、様々な幅と、導線上のマイクロ波の波長の４分の１に相当する長さとを有する導線部分によって形成される。

しかしながら、給電線内の変圧器は、望まれない放射および反射を引き起こす妨害箇所である。これにより、サイドローブを抑制する可能性が制限されるのみならず、例えば他のシステムからのノイズを防止するために望まれる直交偏光の抑制も困難となる。通常では、レーダセンサにより放射され受信される光線は、特定の偏光を有し、例えば、特定の方向への直線偏光を有する。直交偏光とは、上記特定の偏光と直交する偏光を有する光線成分として理解される。

分岐の形成時の制限により、給電線を介して供給される電力全体を完全にアンテナ素子に分配し、当該アンテナ素子を介して放射することも上手くいかない。少なくとも、余剰の電力が給電線上に残っており、この余剰の電力は、給電線の末端で放射しまたは消滅させる必要がある。しかしながら、望まれぬ電力の放射は再び、際立ったサイドローブを生成させる。特別な吸収器を用いた余剰の電力の消滅には、吸収器が追加的なコストの原因となり、また追加的な場所を必要とするという欠点がある。さらに、この解決策には、全体としてより大きな電力損失が発生するという欠点がある。

本発明の課題は、低損失で稼働し、サイドローブの効果的な抑制を可能とするレーダセンサのためのアレイアンテナを創出することである。

本課題は、本発明に基づいて、給電線が末端で電波を反射するように形成され、電力分配のための回路素子が導管内にのみ配置されることによって解決される。

本発明に係るアレイアンテナの場合、余剰の電力は、給電線の末端で放射されず（給電線の末端での放射は、望まれないサイドローブを生じさせるであろう）、また、吸収器によって消滅させられもせず（吸収器による消滅は、望まれない損失に繋がるであろう）、むしろ余剰の電力は反射され、これによりアンテナ素子内に新たに導入され、したがって、当該アンテナ素子を介して所望の指向性により放射されうる。さらに、本発明に基づいて、電力分配に役立つ変圧器等のような回路素子が、給電線内には配置されず、むしろ、個々のアンテナ素子への導管内に配置される。これには、回路素子がもたらす効果が、給電線内のマイクロ波の伝播方向に依存しないという利点がある。したがって、変換は、反射された電力に対して作用し、上記反射された電力は、給電線内を逆方向に伝播し、その後、前方方向に供給される本来の電力と同じ形態により、導管を介してアンテナ素子内へと入る。変圧器が給電線内に配置されていたならば、このことは可能ではないであろう。なぜならば、変圧器は、給電線内の分岐の１の側または他の側に存在する必要がないであろうし、したがって分岐箇所には、対称的で（ｓｙｍｍｅｔｒｉｓｃｈ）方向に依存しない状況が存在しないであろうからである。変圧器および比較可能な回路素子が給電線内に存在しないことで、直交偏光の抑制がさらに容易になる。

本発明の有利な実施形態および発展形態は従属請求項に示される。

電力分配のための回路素子は、変圧器のみならず、例えば、幅が狭小化された導管、または、給電管に容量結合した導管であってもよい。この種の回路素子によって、アンテナ素子へと伝達される電力が制限され、このことは特に、アレイアンテナの末端にあるアンテナ素子では好都合であることが多い。

給電線の末端でのマイクロ波の反射は、供給線の開放端若しくは閉端（短絡した末端）によって、または、適切な終端素子によって達成されうる。

本発明の一実施形態に係る一列に配置された４つのアンテナ素子を備えるアレイアンテナを示す。 様々に形成された、アンテナ素子への電力分配のための回路素子の実施例を示す。 様々に形成された、アンテナ素子への電力分配のための回路素子の実施例を示す。 様々に形成された、アンテナ素子への電力分配のための回路素子の実施例を示す。 給電線の、電波を反射する末端の代替的な実施形態を示す。 給電線の、電波を反射する末端の代替的な実施形態を示す。

図１に示されるアレイアンテナは、例えばマイクロストリップ技術によりプリント基板上に形成されており、一列に配置された４つの矩形のアンテナ素子１０であって、それぞれが導管１２を介して１つの共有の給電線１４と接続された上記アンテナ素子１０を有し、上記給電線１４を介して、アンテナ素子１０にマイクロ波電力が供給される。

マイクロ波電力は、示されない発振器により生成され、図１の矢印Ａで示される方向に給電線１４内を伝播し、導管１２を介してアンテナ素子１０内に入り、アンテナ素子１０によって放出される。マイクロ波光線の受信は、対応して反対の方向に行われる。

各導管１２は、図１で示す例では変圧器１６を含み、この変圧器１６は、対応するアンテナ素子１０に、正しい位相位置にある正しい量の電力が供給されることを保障する。変圧器はそれぞれ、幅が広くなった導管部分であって、その長さがマイクロ波光線の波長の４分の１の長さに相当する上記導管部分により形成される。

給電管１４の末端１５は、図１では、矢印Ｂで象徴的に示すように、マイクロ波光線が反射される開放端として形成される。個々のアンテナ素子１０のための導管１２の分岐間の間隔、および、当該分岐のうちの最後の分岐と給電管１４の開放端との間隔は、例えば、開放端で反射した電波が、入射する電波（矢印Ａ）と重なり合う際に定常波を形成し、この定常波の波腹が導管の各分岐箇所に存在するように、選択される。このようにして、供給された電力が、実際にアンテナ素子１０を介して完全に放出され、消滅されもせず、より強度なサイドローブに寄与しうる何らかの他の要素を介して放射されもしないことが達成される。変圧器１６は、入射する電波に対するのと同じ効果を、反射された電波に対して有し、したがって、所望の形態で、２つの進行方向のマイクロ波光線の振幅および位相に影響を及ぼす。変圧器１６は、給電管１４内には存在しないので、給電管内で、望まぬ反射に繋がりうる妨害箇所も形成しない。これによって同時に、直交偏光の大幅な分離が容易になる。

示される例では、アンテナ素子１０は矩形であり、導管１２はそれぞれ１つの角からアンテナ素子内に入る。したがって、放出されたマイクロ波光線は、図１の最も右のアンテナ素子で矢印により示される直線偏光Ｐを有する。この直線偏光Ｐに対して直角の偏光方向Ｐ’を有する直交偏光の励起が、本発明に係るアレイアンテナでは大幅に防止される。

導管１２は、図１とは別に形成されてもよい。このことを、図２から図４に例示する。

図１では、変圧器１６が、給電線１４から分岐する導管１２の各末端に存在するが、図２では、変圧器１６がアンテナ素子１０に直接隣接する代替的な実施形態が示される。

図３は、導管１２が変圧器を含まず、幅がより狭いマイクロストリップ線１８によって全体が形成される一実施形態を示している。これにより、複数のアンテナ素子からなる列または群の末端のアンテナ素子にとってサイドローブの発生を抑制するためにしばしば好都合であるように、対応するアンテナ素子１０に結合される電力が絞られる。

最後に、図４は、給電管１４と直接的な接触を有さず、当該給電管１４と容量結合した導管２０により導管１２が形成される実施形態を示す。

図１で示した給電管１４の、電波を反射する末端１５についても、様々な構成が構想されうる。開放端（Ｏｐｅｎ−Ｓｔｕｂ、オープンスタブ）の代わりに、図５で示すように、閉端１５ａを利用することも可能である。この場合には、給電線１４の末端は、プリント基板のグランドへのいわゆるビア（Ｖｉａ）２２によって短絡させられる（Ｓｈｏｒｔ−Ｓｔｕｂ、ショートスタブ）。

図６はさらなる別の可能性を示している。ここでは、給電管１４の、電波を反射する末端が、電力の設定可能な部分を反射する複雑な終端素子１５ｂによって形成される。

Claims (6)

1. 給電線（１４）と、導線（１２）を介して前記給電線と接続された複数のアンテナ素子（１０）と、前記アンテナ素子（１０）への電力分配のための回路素子（１６、１８、２０）とを備えるレーダセンサのためのアレイアンテナにおいて、
   前記給電線（１４）は、末端（１５）で電波を反射するように構成され、
   前記電力分配のための回路素子（１６、１８、２０）は、前記導線内（１２）にのみ配置され、
   前記電力分配のための回路素子の少なくともいくつかは、変圧器（１６）であり、
   前記給電線（１４）の前記電波を反射する末端は、終端素子（１５ｂ）により形成され、
   前記終端素子（１５ｂ）は、電力の設定可能な一部を反射する形状を有することを特徴とする、レーダセンサのためのアレイアンテナ。
2. 少なくとも１つのアンテナ素子では、前記変圧器（１６）が、前記導線（１２）における前記給電線（１４）に隣接する末端に形成される、請求項１に記載のアレイアンテナ。
3. 少なくとも１つのアンテナ素子では、前記変圧器（１６）が、前記導線（１２）における前記アンテナ素子（１０）に隣接する末端に形成される、請求項１または２に記載のアレイアンテナ。
4. 末端によって発振器と接続された給電線（１４）と、導線（１２）を介して前記給電線と接続された複数のアンテナ素子（１０）と、前記アンテナ素子（１０）への電力分配のための回路素子（１６、１８、２０）とを備えるレーダセンサのためのアレイアンテナであって、
   前記電力分配のための回路素子（１６、１８、２０）は、前記給電線から分岐した前記導線（１２）内にのみ配置される、前記アレイアンテナにおいて、
   前記給電線（１４）は、前記発振器に対向する末端（１５）で電波を反射するように構成され、
   前記導線（１２）の分岐
   間の間隔と、前記分岐のうちの最後の分岐と前記給電線（１４）の開放端
   （１５）との間隔は、前記開放端で反射した電波が、入射する電波と重なり合う際に定常波を形成し、この定常波の波腹が前記導線の各分岐箇所に存在するように、選択され、
   前記給電線（１４）の前記電波を反射する末端は、終端素子（１５ｂ）により形成され、
   前記終端素子（１５ｂ）は、電力の設定可能な一部を反射する形状を有することを特徴とする、レーダセンサのためのアレイアンテナ。
5. 前記電力分配のための回路素子の少なくとも１つは、前記回路素子（１６、２０）が配置された導線（１２）よりも幅が狭小化されたマイクロストリップ（１８）の形態による導線（１２）によって形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。
6. 前記電力分配のための回路素子の少なくとも１つは、前記給電線（１４）に容量結合したストリップ線（２０）の形態による導線（１２）によって形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。

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