JP5913092B2 - ピルボックスタイプ多層平行板導波路アンテナ及び対応するアンテナシステム - Google Patents
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Description
本発明は、ピルボックス・アンテナ又はチーズ・アンテナとも呼ばれる、多層平行板導波路アンテナの分野に関する。
−自動車レーダー、
−移動プラットフォーム(車、トラック、列車、船舶等)と衛星との間の通信、
−移動プラットフォーム(高い高度のプラットフォーム又はHAP、航空機等)と地上との間の通信(例えば、Kuバンド、Kaバンド及びQバンド)、
−多重ビーム、ビーム整形及びビーム再構成能力を有する陸上無線通信(屋内又は屋外)において数多くの応用例を有する。
2.1 状況
近年、特に電気通信、レーダー及び監視に適用するために、ミリ波範囲内の低コスト及び高性能のアンテナを生産することへの要求が高まってきている。
−C. J. Sletten著「Reflector Antennas」(Antenna theory, R. E. Collin and F. J. Zucker, Eds. New York: McGraw-Hill, 1969, Part. 2, Ch. 17)
−W. Rotman著「Wide Angle Scanning With Microwave Double-Layer Pillboxes」(IRE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 6, No. 1, pp. 96-105, Jan 1958)
この節では、自動車に適用するために用いることができるいくつかのタイプのアンテナを記述する。
少なくとも1つの実施の形態では、本発明は、上記で検討された既知の技術的解決策の欠点を持たないピルボックスタイプ平行板多層アンテナを提案することを特に目的とする。
本発明の1つの特定の実施の形態では、多層アンテナであって、
波を生成する給電部と、
放射部と、
前記波を前記給電部から前記放射部まで誘導できるようにする誘導部であって、
少なくとも2つの平行板ガイドタイプの重ね合わせられた層と、
隣接する層の対毎に、スロットによる結合手段と協動する反射部を備える、該隣接する層間の移行手段とを備える、誘導部と
を備えており、
該アンテナは、前記誘導部が非平面形状の反射部を備える少なくとも一対の隣接する層に関して、前記スロットによる結合手段が、複数のスロットを備え、該スロットのそれぞれが、少なくとも1つの軸に沿って延びる形状を有する本体を含み、前記複数のスロットが、少なくとも1つの行内にレイアウトされ、合わされてパターンを形成し、該パターンが、前記反射部に沿って延び、前記反射部の形状に応じた形状を有するようになっている、多層アンテナを提供する。
(既知の第4の技法の場合のように)反射部の長さ全体にわたって延びる三角形メッシュ内に分散する複数の円形開口部に置き換えられるのではなく、
複数のスロット(本発明との関連における用語「スロット」の定義に関して、及び網羅的ではない、スロットのいくつかの例に関しては、図17A〜図17Eの以下の説明を参照されたい)に置き換えられる。
0.25λd〜0.5λdの範囲の長さと、
0.1λd〜0.2λdの範囲の幅とを有し、
λdは、前記アンテナの動作周波数における、前記平行板ガイドタイプの重ね合わせられた層内の波長である。
本発明の他の目的、特徴及び利点は、網羅的ではない一例として与えられる以下の説明、及び添付の図面から明らかになるであろう。
本発明者らは、これ以降、本明細書において、最新世代の自動車レーダーのためのアンテナの分野において存在する本特許出願の発明者らが直面している問題及び課題をより詳細に説明するように努める。本発明は当然、この特定の応用分野に限定されるのではなく、非常に近いか又は類似の1組の問題及び課題に対処しなければならない任意の技法にとって有用である。
−第1の平行板層。それ自体が誘電体基板層Sub.1の両側に配置される2つの金属板M.1、M.2を備える。
−第2の平行板層。それ自体が誘電体基板層Sub.2の両側に配置される2つの金属板M.2、M.3を備える。
−図18においてPで参照される、平面YZ(平行板タイプガイドの重ね合わせられる層に対して直交する平面)内に位置する主放射パターン181
−平面YZに対して角度θだけ傾けられる、図18においてP’で参照される平面内に位置する主放射パターン182。
−主放射パターンの形状を変更すること(給電される信号源の数を変更することによる)。図18においてこの形状変化を示すために、平面P及びP’毎に2つの可能なビームが示されており、一方は狭いビーム181a、182aであり、もう一方は広いビーム181b、182bである;及び/又は
−ビーム掃引動作を実行すること(給電される信号源を変更することによるか、若しくは1つ若しくは複数の信号源を機械的にシフトする手段による)。この給電は、図18において、183及び184で参照される2つの矢印によって示される。
・0.25*λd<lsi<0.5*λd、
・0.1*λd<wsi<0.2*λd、及び
・0.3*λd<Δsi<0.5*λd
・アンテナが単一の信号源を含む場合には、単一ビーム放射(上記で既に説明されている図3及び図4の場合);
・アンテナがいくつかの信号源を有する場合には、マルチビーム放射(上記で既に説明されている図5及び図9の場合)。
・提示された電子的な解決策及び機械的な解決策を用いた、第1の平面(主放射パターンが位置する)における2Dビーム再構成又はビーム掃引。この第1の平面(図18において平面P又はP’と呼ばれる)は、自動車の応用例における道路の平面である。
・提示されたいくつかの解決策を用いた、第1の平面P、P’に対して直交する第2の平面におけるビーム幅の制御(この第2の平面は、自動車の応用例において、仰角面とも呼ばれる、道路に対して直交する平面である)。
・提示された電子的な解決策及び機械的な解決策を用いた、3Dビーム再構成又は掃引。
・単一の第1(又は第2)の光伝送手段からなる反射部である。これは2層アンテナを含む。
・第1(又は第2)の光伝送手段の組み合わせからなる最後の反射部である。この事例は、3つ以上の層を備えるアンテナに対応する(2つの層間の各移行手段は上記で既に説明されており、反射部及び複数の結合スロットを含む)。そのエネルギーは、最も下の層内に位置する給電部(1つ又は複数の信号源)から到来し、移行手段によって伝達される。
−第1の平行板層。それ自体が、誘電体基板層Sub.1(誘電率εr1)の両側に位置する2つの金属板M.1、M.2を備える。
−第2の平行板層。それ自体が、誘電体基板層Sub.2(誘電率εr2)の両側に位置する2つの金属板M.2、M.3を備える。
−第3の平行板層。それ自体が、誘電体基板層Sub.3(誘電率εr3)の両側に位置する2つの金属板M.3、M.4を備える。
・楕円反射部R1’と、金属板M.2内に作製される複数の結合スロット10a’とを備える第1の光学的移行手段。
・放物線反射部R2’と、金属板M.3内に作製される複数の結合スロット10b’とを備える第2の光学的移行手段。
・双曲線反射部R1’’と、金属板M.2内に作製される複数の結合スロット10a’’とを備える第1の光学的移行手段。
・放物線反射部R2’’と、金属板M.3内に作製される複数の結合スロット10b’’とを備える第2の光学的移行手段。
・放物線反射部R1’’’と、金属板M.2内に作製される複数の結合スロット10a’’’とを備える第1の光学的移行手段。
・平面鏡R2’’’と、金属板M.3内に作製される複数の結合スロット10b’’’とを備える第2の光学的移行手段。
Claims (13)
- 多層アンテナ(30、140、150、160)であって、
波を生成する給電部と、
放射部と、
前記波を前記給電部から前記放射部まで誘導できるようにする誘導部であって、
少なくとも2つの平行板ガイドタイプの重ね合わせられた層と、
隣接する層の対毎に、スロットによる結合手段と協動する反射部(R1、R1’、R2’、R1’’、R2’’、R1’’’、R2’’’)を備える、該隣接する層間の移行手段とを備える、誘導部と
を備えており、
該アンテナは、前記誘導部が非平面形状の反射部を備える少なくとも一対の隣接する層に関して、前記スロットによる結合手段が複数のスロット(10、10a’、10b’、10a’’、10b’’、10a’’’、10b’’’)を備え、該スロットのそれぞれが、少なくとも1つの軸に沿って延びる形状を有する本体を含み、前記複数のスロットが少なくとも1つの行内にレイアウトされ、合わされてパターンを形成し、該パターンが、前記反射部に沿って延び、前記反射部の形状に応じた形状を有しており、前記複数のスロットは、連続する単一スロットにおいて従来に直面した望ましくない共鳴効果を減少又は除去することにより、前記少なくとも一対の隣接する層間での前記波の電力の伝達を最適化することを特徴とする、多層アンテナ。 - 前記スロットのそれぞれが、前記反射部に対して実質的に平行又は垂直である少なくとも1つの軸に沿って延びる形状を有する本体を有することを特徴とする、請求項1に記載のアンテナ。
- 少なくとも或るスロット(170、171、172)が、1つの軸だけに沿って延びる形状を有する本体を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載のアンテナ。
- 少なくとも或るスロット(173、174)が、十字形を有する本体を有し、該本体は、第1の軸に沿って延びる形状を有する第1のアームと、該第1の軸に対して実質的に垂直である第2の軸に沿って延びる形状を有する第2のアームとを備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載のアンテナ。
- 前記複数のスロットによって合わされて形成される前記パターンの前記形状は、前記反射部の前記形状と実質的に同一であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記複数のスロットのうちの各スロットが、
0.25λd〜0.5λdの範囲の長さ(lsi)と、
0.1λd〜0.2λdの範囲の幅(wsi)とを有し、
λdは、前記アンテナの動作周波数における、前記平行板ガイドタイプの重ね合わせられた層内の波長であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記複数のスロットのうちの各スロットは、前記反射部に対して、0.3λd〜0.5λdの範囲の距離(Δsi)にあり、λdは、前記アンテナの動作周波数における、前記平行板ガイドタイプの重ね合わせられた層内の波長であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記複数のスロットのうちの2つの隣接するスロット間の距離(δsi)は、0.02λd〜0.1λdの範囲にあり、λdは前記アンテナの動作周波数における、前記平行板ガイドタイプの重ね合わせられた層内の波長であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記給電部は少なくとも2つの信号源(51〜55、S1〜S9)を備え、該信号源は物理的又は電気的に互いにずらして配置されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記給電部は、少なくとも1つの信号源(S1)と、前記平行板ガイドタイプの重ね合わせられた層に対して平行な平面内で該少なくとも1つの信号源を機械的にシフトする1つの第1の手段とを有することを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記給電部は、少なくとも2つの信号源(51〜55、S1〜S9)と、該少なくとも2つの信号源の選択的給電手段とを備えることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の多層アンテナ(30、140、150、160)と、前記アンテナを機械的にシフトする第2の手段とを備えることを特徴とする、アンテナシステム。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の多層アンテナを備えるアンテナシステム(130)であって、該多層アンテナは、
第1の波を生成する第1の給電部と、
放射部と、
前記第1の波を前記第1の給電部から前記放射部まで誘導できるようにする誘導部であって、該誘導部は少なくとも2つの平行板ガイドタイプの重ね合わせられた層と、隣接する層の対毎に、スロットによる結合手段と協動する第1の反射部(P.1)を備える、該隣接する層間の第1の移行手段とを備える、誘導部と
を備えており、
該アンテナシステムは、第2の波を生成する第2の給電部を更に備え、前記誘導部は、前記第2の波も前記第2の給電部から前記放射部まで誘導できるようにし、前記誘導部は、隣接する層の対毎に、スロットによる第2の結合手段と協動する第2の反射部(P2)を備える、該隣接する層間の第2の移行手段を更に備え、該第2の移行手段は前記第1の移行手段に対して90度だけオフセットされることを特徴とし、
前記誘導部が非平面形状の反射部を備える少なくとも一対の隣接する層に関して、前記スロットによる第1の結合手段は、複数の第1のスロットを備え、該第1のスロットのそれぞれは、少なくとも1つの軸に沿って延びる形状を有し、前記複数の第1のスロットは、少なくとも1つの行内に配置され、合わされてパターンを形成し、該パターンは、前記第1の反射部に沿って延び、前記第1の反射部の形状に応じた形状を有することを特徴とし、
前記誘導部が非平面形状の反射部を備える少なくとも一対の隣接する層に関して、前記スロットによる第2の結合手段は、複数の第2のスロットを備え、該第2のスロットのそれぞれは、少なくとも1つの軸に沿って延びる形状を有し、前記複数の第2のスロットは、少なくとも1つの行内に配置され、合わされてパターンを形成し、該パターンは、前記第2の反射部に沿って延び、前記第2の反射部の形状に応じた形状を有することを特徴とする、アンテナシステム。
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