JPH08321710A - 走査アンテナシステム - Google Patents

走査アンテナシステム

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JPH08321710A
JPH08321710A JP8061281A JP6128196A JPH08321710A JP H08321710 A JPH08321710 A JP H08321710A JP 8061281 A JP8061281 A JP 8061281A JP 6128196 A JP6128196 A JP 6128196A JP H08321710 A JPH08321710 A JP H08321710A
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JP
Japan
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input port
reflector
scanning antenna
signal
microwave
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Application number
JP8061281A
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English (en)
Inventor
Jar J Lee
ジャー・ジュエ・リー
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Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
HE Holdings Inc
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H01Q3/16—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device
    • H01Q3/20—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device wherein the primary active element is fixed and the reflecting device is movable
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、構造が簡単で、小型軽量で、メン
テナンスが簡単で長寿命の低コスト走査アンテナを得る
ことを目的とする。 【解決手段】 マイクロ波信号を第１の信号経路152 で
反射する反射器50と、反射器50で反射されたマイクロ波
信号を反射して第２の信号経路154 に沿って再指向する
ミラー52と、第２の信号経路154 と交差している入力ポ
ート80と出力開口85を有し、入力ポート80で受けたマイ
クロ波エネルギを出力開口85からアンテナビームとして
放射する放射器54とを具備し、出力開口を横切る位相分
布は入力ポート80を横切るマイクロ波エネルギの位相分
布の関数であり、反射器50と、ミラー52と、放射器54の
少なくとも１つ、例えばミラー52が軸134 を中心に回動
するように構成され、第２の信号経路154 と入力ポート
80との間の角度関係が予め決められた角度範囲に亘って
変化されて走査されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にマイクロ
波アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】低コストのレーダシステムに対する商業
的要求が高まっている。例えば、世界中の研究者が、自
動車、トラック、ボート、および小型飛行機で使用する
ための衝突回避レーダシステムの開発を進めている。こ
れらのレーダシステムの重要な要素は、走査されるマイ
クロ波ビームを放射することができるアンテナである。
走査されるビームによって呼び掛けられた障害物はエコ
ーを生成し、それはアンテナによって受信され、処理の
ためにレーダの電子装置部分へ送られる。
【０００３】衝突回避レーダが、市場で生き残っていく
には、走査アンテナのような素子は、軽量で、低コスト
で、容量が小さく、長い寿命（例えば１０年以上）に亘
って低コストのメンテナンスで良好な性能を提供するも
のでなければならない。加えて、走査アンテナは、好ま
しくは技術的およびスケジュール的なリスクを減少する
ように有効に開発された技術に基くべきである。
【０００４】マイクロ波アンテナビームを走査するため
の装置は、一般的に２つのグループ、すなわち機械的に
走査されるアンテナと電子的に走査されるアンテナに分
けられる。ジンバルシステムは飛行機において固定され
たビームアンテナの機械的走査を容易にするために広く
使用されてきた。しかしながら、ジンバルシステムは、
典型的に重量が重く、製造コストが高く、相当なメンテ
ナンスを必要とする。
【０００５】電子走査は、しばしば高性能を達成する
が、複雑性、重量、およびコストを犠牲にする。例え
ば、アンテナは導波管スロットを通る放射の位相を変化
する移動可能な導波管翼板を具備する（例えば、Marku
s, John氏、他、McGraw-Hill Electronics Dictionary,
McGraw-Hill, New York, 第５版、1994年、 390頁参
照）。これらのシステムは、相当に多数の可動部品を含
むので、製造とメンテナンスの両方のコストが高くなる
傾向がある。フェイズドアンテナは典型的に、複数の位
相シフト装置、例えばフェライトおよび電子装置を採用
して、ビーム走査を行う（例えば、Stimson, George
W., Introduction to Airborne Radar, Hughes Aircraf
t Company, El Segundo, 1983, 577乃至580 頁参照）。
フェイズドアレイは、高速走査を行うことができるが、
位相シフト装置および関連する部品、例えば導波管ネッ
トワークおよび増幅器は、構造が複雑になり、部品の数
が多くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡単で、軽
量で、小型で、低コストで、長い寿命に亘って廉価なメ
ンテナンスを期待できる走査アンテナに関する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】アンテナは、平行平板導
波管および導波管から突出している複数の横断スタブを
形成する成形された誘電体上にメッキされて形成されて
いる放射器を具備することが好ましい。導波管の一方の
縁部は入力ポートを形成し、横断スタブは出力開口を形
成している。入力ポートに挿入されたマイクロ波信号
は、出力開口においてアンテナビームに変換され、アン
テナビームの波面の方向は、入力ポートにおけるマイク
ロ波信号の波面の方向の関数である。マイクロ波信号の
経路と入力ポートとの間の角度関係を変化させることに
よって、アンテナビームおよびそのビームの軸の波面の
方向が変化される。
【０００８】平行平板導波管は、好ましくは横断波面を
有する照準されたマイクロ波信号を反射するために放物
線型である反射器を具備して延在している。反射器を回
動することによって、マイクロ波信号の経路の所望の変
化が達成される。その代りに、反射器は固定され、回動
されたミラーがマイクロ波信号の経路の方向を変化させ
るために使用される。
【０００９】本発明の特徴によると、反射器によって生
成される波面は連続する波面であり、そのエネルギ密度
は余弦関数に近似している。この波面は、放射器が低サ
イドローブパワーを有するアンテナビームを生成するの
で、放射器を照射するのに特に適している。
【００１０】アンテナの実施例において、平行平板導波
管はアンテナ素子を背中合わせに配置するために折り曲
げられて、アンテナの空間的容積が小さくされる。
【００１１】アンテナの実施例は、単一の可動部品を有
して物理的に実現され、成形誘電体は形成するのに容易
であり、アンテナが高周波数、例えば７７ＧＨｚで動作
するように構成される時、それは十分小さく、自動車の
ナンバープレートの裏に設置することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に基く走査アンテ
ナ40を有する自動車38を示している。走査アンテナ40
は、自動車の正面のナンバープレートの付近の領域内に
装着され、自動車38から前方にアンテナビーム42を放射
する。走査アンテナ40は、メカニカルボアサイト44（ア
ンテナの放射面とほぼ直交している軸）を有する。
【００１３】走査アンテナ40の動作において、ビーム42
は、例えば１５°の走査角度48に亘ってアンテナの方位
平面（道路表面46と平行するボアサイト44を通る面）に
おいて走査される。好ましくは、ビーム42はアンテナの
垂直平面（道路表面46と直交するボアサイト44を通る平
面）において移動しない。垂直平面においてビームの角
度幅は、道路表面46からのエコーを減少するために制限
されることが好ましい。他方で、垂直平面のビーム幅
は、自動車38の屋根49にぶつかる可能性のある物体から
エコーを生成するのに十分であることが好ましい。
【００１４】図２の（ｂ）は、図１の（ｂ）の線３−３
に沿った平面から見た走査アンテナ40を示し、図２の
（ａ）は、走査アンテナ40の上平面図を示す。アンテナ
40は、放物線形反射器50、回動可能なミラー52、および
放射器54を含む。反射器50および放射器54は、下部板57
および上部板58を有する平行平板導波管56の構造内に組
込まれている。図２の（ｂ）において、上部板58は図を
分かりやすくするために部分的に取除かれている。反射
器50と放射器54との間で、平行平板導波管56は、ミラー
52によって再指向されるマイクロ波放射線を誘導し含
む。
【００１５】反射器50、ミラー52、および放射器54の詳
細な構造が理解されると、走査アンテナ40の構造および
動作の説明は容易になる。したがって、これらの素子を
まず図４、５、６、７、および８を参照して説明する。
このアンテナ素子の説明の後で、再び戻って図２の走査
アンテナ40およびその動作について説明する。
【００１６】放射器54が図４において示されている。放
射器54は、低損失誘電体（例えば、正接損失が０．００
０３程度であるRexolite）から形成されているコア62を
有する。コア62は、高さ66および幅68を有する長方形の
パネル64を含む。図４の（ｃ）において詳細に説明され
るように、コア62はさらに、パネル64の一方の側面から
直交して突出している複数の平行なリブ70を含む。リブ
70は、面74において終端している側部72を有する。
【００１７】パネル64の幅の広い表面は、金属、例えば
銅でメッキされ、１対の間隔を隔てられて平行する板状
部分57Ａおよび58Ａを形成している。板状部分57Ａおよ
び58Ａは、図２の下部板57および上部板58の一部分であ
る。種々の製造技術を、全体的な板57および58を形成す
るために使用することができる。例えば、図２において
ミラー52および反射器50を覆って延在するこれらの板の
一部分は、別々に形成されて、それから例えばパネル64
上にメッキされる板状部分57Ａおよび58Ａに臘付けによ
って接合することができる。
【００１８】リブ70の側部72も、パネル64の上縁部76と
同様に金属でメッキされる。リブ70の正面74およびパネ
ルの側縁部77および底縁部78はメッキされない。コア62
の露出されたメッキされていない表面（リブ70の正面7
4、パネルの側縁部76、およびパネルの底縁部78）は、
図を分かりやすくするために陰影をつけられている。パ
ネル64およびその板状部分57Ａおよび58Ａは、平行平板
導波管（図２の平行平板導波管56の一部分）を形成す
る。リブ70およびメッキされた側部72は、板状部分58Ａ
から外側に突出している横断スタブ79を形成している。
図４の（ａ）に見られるように、横断スタブ79はパネル
の側縁部77の間に延在している。
【００１９】放射器54の構造は入力ポート80および出力
開口82を形成している。入力ポート80は、下部板状部分
57Ａおよび上部板状部分58Ｂとの間に制限され、一方の
ポート側部83から他方のポート側部84へパネル64を横切
って延在している下部パネルの縁部78である（図４の
（ａ）参照）。出力開口82は、複数の横断スタブ79によ
って形成されている。孔はアンテナの放射領域であり、
したがって開口82は、図４の（ａ）において、幅68およ
び高さ85を有する。図１に示されているメカニカルボア
サイト44は、放射器の孔の中心から直交して延在してい
る軸であり、すなわちそれは孔の幅68および高さ85の中
心に位置するパネル64上の点から直交して延在してい
る。
【００２０】放射器54の動作において、図４の（ｃ）に
示されるように、マイクロ波信号90は入力ポート80へ注
入される。マイクロ波エネルギは、平行な板状部分57Ａ
と58Ｂとの間に形成されている導波管中を上方に伝播す
る。各横断スタブ79において、エネルギの一部分92は、
メッキされたリブ側部72の間に導かれ、パネル64から垂
直に外方向へ（リブ面74を横切って）放射される。マイ
クロ波エネルギはパネル64中で上昇し続け、最後の横断
スタブ79（上パネルの縁部76に隣接しているスタブ）ま
でを供給する。放射器の上縁部76からのエネルギ反射を
減少するために、平行平板導波管の端部は、エネルギ吸
収材料から形成されている負荷94で塞がれることが好ま
しい。エネルギ部分92は結合して、図１に示されている
アンテナビーム42を形成する。リブ70の高さ95は、自由
空間と、板状部分57Ａおよび58Ａによって形成されてい
る平行平板導波管との間のインピーダンス整合を向上す
るために調節することができる。
【００２１】放射器54内のマイクロ波エネルギの案内波
長λg は、コア62の誘電定数と物理的案内寸法との関数
である。横断スタブ79の間隔96（図４の（ｄ）に示され
ている）が、波長λg の整数倍であるならば、各横断ス
タブ79から放出されるエネルギは同位相であり、アンテ
ナビームの波面98（波面は一定位相の放射表面であり、
それは図４の（ｃ）および（ｄ）において示されてい
る）は、パネル64と平行である。アンテナビーム（図１
において42）は、マイクロ波の波面と常に直交している
ので、ビームの軸は側面図においてアンテナのメカニカ
ルボアサイト（図１において44）と平行している。
【００２２】波面は、他の間隔96を備えて放射器を形成
することによって、放射器の側面図において、傾斜させ
ることができる。例えば、間隔96が波長λg の整数倍よ
りも大きくなるように形成されるならば、図４の（ｃ）
に示されるように傾斜された波面99になる。傾斜された
波面は、ビームの軸を側面から見た時、例えば図１の
（ｂ）に示される軸100 のように上向きに傾斜する。こ
の傾斜は、道路表面46からの反射を減少させ、車の屋根
49に損傷を与える可能性のある頭上の物体の検出を保証
するために、垂直方向でビーム42を調節するのに使用す
ることができる。
【００２３】放射器の垂直方向に沿う放射されたパワー
の分布は、各横断スタブ79の幅104（図４の（ｄ）参
照）を調節することによって制御することができる。入
力信号90の（図４の（ｃ）参照）エネルギの一部分は各
スタブから放射されるので、それが横断スタブ79を通っ
て上方へ流れる時に減衰する。各スタブ79からの放射92
のパワーをほぼ一定にするために、幅104 は、入力ポー
ト80の最も近くのスタブから、パネルの上縁部76に最も
近いスタブへ単調に増加することが好ましい。
【００２４】したがって、放射器54は、入力ポート80に
おいて受信されるマイクロ波信号90に応答して、波面98
を有する出力開口82からアンテナビームを放射する。放
射器の方位平面におけるビームの波面の移動は、走査ア
ンテナ40の動作説明の一部分として以下説明される。
【００２５】放射器54は、連続する横断スタブ（ＣＴ
Ｓ）として一般的に知られている形式のマイクロ波構造
に属する。ＣＴＳ構造は米国特許第 5,266,961号明細書
において詳細に説明されており、それは１９９３年１１
月３０日に出願され、出願人に譲渡された。
【００２６】有効な形態のアンテナビーム（例えば、低
サイドローブエネルギ）の形成を向上するために、入力
ポート80における入力信号エネルギは、余弦関数に基い
て分配されることが好ましい。特に、ポート80の方位平
面に沿うエネルギ密度は、図５における密度分布102 に
近いものであるべきである。分布102 は、図において入
力ポート80の中心においてピークを有し、ポート側部83
および84においてゼロまで減少するエネルギ密度とを有
するものとして示されている。放射器54の構造はパネル
64の側縁部76において開放しているので、この分布はさ
らに、図２の開放したパネル縁部77から漏洩するエネル
ギ量を減少する。マイクロ波吸収材料は、このマイクロ
波の漏洩をさらに減少させるために、パネル縁部に沿っ
て配置される。
【００２７】図４の入力ポート80は、板状部分57Ａと58
Ａとの間の間隔とポート側部83と84との間の横方向延在
部とによって決定される狭いアスペクト比を有する。信
号を形成するマイクロ波源は、そのような狭い入力ポー
ト80に対応する形態を有しており、典型的に“ライン
源”として知られている。したがって、ポート80はライ
ン源によって照射されることが好ましく、それは、図５
の分布102 に近いマイクロ波のエネルギ分布を生成す
る。
【００２８】図６の（ａ）乃至（ｃ）は、マイクロ波を
形成するのに特に適した反射器50と、放射器54の入力ポ
ート80を照射することができるライン源信号とを示す。
反射器50は、図２の平行平板導波管56の板状部分57Ｂお
よび58Ｂを含む。これらの部分は、焦点122 を有する薄
い放物線形のシリンダとして形成されている端部壁120
において終端している。
【００２９】放物線形表面の特徴のために、その焦点12
2 から端部壁120 に向かうマイクロ波エネルギは、照準
されたエネルギ、すなわち反射光線が平行にされるエネ
ルギとして反射される。加えて、放物線表面からの反射
エネルギは、各側縁部123 へ向って減衰する。側縁部12
3 間の距離がｄで示され、放物線の壁120 の焦点距離
（壁から焦点122 までの距離）がｆで示される場合に、
縁部123 における反射エネルギは、ｆ／ｄの比を適切に
選択することによって制御することができる。例えば、
実際にｆ／ｄの比はしばしば０．４に設定される。この
比で、反射器縁部123 におけるエネルギ密度は、放物線
の中心におけるパワー密度の１０乃至２０％である。し
たがって、反射されたエネルギ分布は、図５の所望のエ
ネルギ分布に近付くように形成される。反射器50に類似
したマイクロ波構造は、典型的に“ピルボックスアンテ
ナ”と呼ばれる（例えば、Silver, Samuel, Microwave
Antenna Theory, McGraw-Hill Publishing, New York,
第２版、1984年、 457乃至464 頁参照）。
【００３０】図７の（ａ）および（ｂ）は、反射面132
および回動軸孔134 を有するミラー130 を示す。ミラー
130 は、それを図２の平行平板導波管56内にぴったりと
受け入れられることができる厚さ136 を有する。ミラー
130 の長い縁部138 と導波管の板状部分57および58との
間の間隙が、マイクロ波エネルギの波長に対して短いな
らば、この間隙は実質的に短絡であり、少量の放射線し
か縁部から漏洩しない。平行平板導波管56とミラー縁部
138 との間のエネルギ漏洩をさらに減らすために、縁部
は既に知られているマイクロ波の設計に基いてチョーク
溝を形成される。
【００３１】図８の（ａ）および（ｂ）は、９０°の屈
曲部導波管の部分142 の端部においてホーン部分141 を
具備する通常の技術の導波管給電ホーン140 を示す。ホ
ーン141 は、自由空間とのインピーダンス整合を改善す
るためにフレア型にされる。ホーンの幅143 は、図６の
反射器50から余弦波形状の分布のエネルギ密度の達成を
助けるために選択されることが好ましい。特にそれは、
端部壁120 を照射するために十分な幅であるべきであ
る。
【００３２】ここで、本発明の反射器50、ミラー52、お
よび放射器54の説明において、図２の走査アンテナ40が
再び参照される。アンテナ40において、反射器50は平行
平板導波管56の一方の端部に配置され、放射器54は他方
の端部に配置されている。これらの素子の間で、ミラー
52は、例えば導波管の板状部分57および58を通って延在
し、回動孔134 において回動可能に装着されているピン
を備えている。ミラー52は、例えばミラーの裏面に装着
されているボール147 に対してカム146 を駆動すること
によって、種々の良く知られている機械的構造の何れか
によって回動することができる。給電ホーン140 は、導
波管の板状部分57を通って突き出ており、反射器57の焦
点122 に配置されている。
【００３３】アンテナ40の動作において、マイクロ波信
号は、給電ホーン140 を通って誘導され、反射器50の放
射線形の端部壁120 において反射される（入射光線経路
150によって示される）。信号は、反射された光線経路1
52 に沿って照準されたマイクロ波エネルギとして反射
される。放物線表面の特性のために、反射された波面15
3 は、反射された光線152 と直交する面に位置する。す
なわち焦点122 と波面153 との間の各光線150,152 の対
に沿う経路距離は一定である。
【００３４】図２において、ミラー52は４５°の角度に
設定される。入射角度αは、反射角度βに等しくなけれ
ばならないので、α＝β＝４５°の関係になる。したが
って、マイクロ波エネルギは、垂直方向の経路154 に沿
って、水平方向の再指向された波面155 で再指向され
る。すなわち各光線152,154 に沿う経路距離は波面153
と155 との間で一定である。再指向されたマイクロ波エ
ネルギは、放射器54の入力ポート80へ供給される。それ
は放射器54中を上方に伝播し、図３の（ａ）において矢
印の付けられた光線156 によって示されるように出力開
口82から放射される。開口82の横断スタブ79が入力ポー
ト80とほぼ平行しているので、放射マイクロ波156 の波
面157 はスタブ79と平行しており、すなわち対の線154,
156 に沿い、選択された１つの横断スタブ79を通る経路
距離は、波面155 と157 との間で等しい。
【００３５】波面157 から生成されるアンテナビーム
は、波面と直交している。したがって、ミラー52が４５
°で配置される結果、アンテナビームは図１に示された
メカニカルボアサイト44に沿って誘導される。
【００３６】図５において、ミラー52は図２の（ｂ）の
元の４５°の位置から角度δ＝３．７５°だけ反時計回
りに回動される。元の位置は破線159 によって示され
る。したがって入射角度αは、４８．７５°でなければ
ならない。反射角度βも４８．７５°であり、ミラー表
面132 は３．７５°回転されているので、再指向された
マイクロ波154 および再指向された波面155 は、図２に
おけるそれらの位置から７．５°回転される。波面155
と157 との間のマイクロ波経路156 に沿う経路距離は、
（等しい位相を保つために）等しくなければならないの
で、波面157 も７．５°傾斜される。これによって、放
射器54から放射されたビームは、図１におけるメカニカ
ルボアサイト44から７．５°回転される。図１におい
て、これはビーム位置42Ａによって示されている。
【００３７】したがって、ミラー52が中央の位置から前
後に角度δ回動される時、放射されたアンテナビーム42
（図１参照）は、方位角において前後に２δ走査する。
δ＝３．７５°であるような特定の場合において、図１
においてアンテナビーム42の走査角度48は１５°であ
る。波面155 が入力ポート80に関して回転されるので、
アンテナビームの波面157 は回転する。
【００３８】各波面155 および157 は、各ポート或いは
開口を横切る等位相分布に関連する。例えば、図３にお
ける波面155 は、（一方の側部83から反対の側部84へ向
って）入力ポート80を横切って位相分布を生じさせる。
応答して、放射器54は、（放射器54の一方の側部77から
他方の側部77へ向って）開口82を横切って位相分布を生
じる。放射器54は、出力開口82を横切る位相分布が関
数、例えば、入力ポート80を横切る位相分布に関する直
線の１対１の関数になるように配置される。したがっ
て、入力ポート80を横切る位相分布が、例えばミラー52
を回動することによって変化するならば、アンテナビー
ムは走査される。
【００３９】本発明の特徴によると、図２および３にお
ける波面155 は連続する波面であり、そのエネルギ密度
分布はほぼ余弦関数である。この波面は、低サイドロー
ブパワーを有するアンテナビームを放射器54から生成す
るのに特に適している。連続する波面は、構造、例えば
個別の源のアレイを形成するスロットアレイからの波面
よりも余弦関数に一層近くなる。
【００４０】マイクロ波エネルギの方向は、それが入力
ポート80の空気誘電体境界面と各横断スタブ79の正面74
（図４の（ｃ）参照）の誘電体空気境界面とを横切る
時、回折によって変更されることが理解されるべきであ
る。しかしながら、これらの２つの境界面を横切って大
きさが等しくまたは反対に変更されるので、ほとんど感
知できない。
【００４１】図４の（ｃ）および（ｄ）に示されるよう
に、パネル64の厚さはλg ／２よりも薄いことが好まし
い。これは、放射器54の板状部分57Ａと58Ａとの間の間
隔を設定する。周波数が高くなると、この間隔は狭くな
り、それが反射器50、給電ホーン140 、およびミラー52
の領域において維持されるならば（図３参照）、製造お
よび組立てにおいて問題を生じる可能性がある。したが
って、導波管の板の間隔はこれらの素子において一層大
きくされ、導波管56が入力ポート80に近付くにしたがっ
て、板状部分57Ａおよび58Ａの間隔は一層狭くなり、テ
ーパされる。
【００４２】図９乃至１２は、別の実施例の走査アンテ
ナ160 を示し、走査アンテナ40の平行平板導波管56（図
２および３参照）は、アンテナの空間的容積を減らすた
めに２回折り曲げられる。折り曲げることによって３つ
の導波管部分164,166,および168 が生成される。部分16
4 および166 は、１８０°の導波管の屈曲部170 によっ
て接続され、部分166 および168 は、別の１８０°の導
波管の屈曲部172 によって接続される。部分168 は、放
射器54の平行平板によってほぼ形成されている。
【００４３】図９および１０において、走査線反射器ア
ンテナ160 の後面上に配置されている。平行平板導波管
部分164 は、反射器50をアンテナの側部174 に配置され
た１８０°の屈曲部170 と接続する。図１１に示される
ように、給電ホーン140 は、反射器50を照射するために
この屈曲部170 を通って挿入される。反射器50からの反
射された照準されたマイクロ波エネルギは、放射マイク
ロ波176 によって示されるように屈曲部170 を通って流
れる。マイクロ波176 は、図９の（ｂ）に示されるよう
に導波管部分164 と168 との間に配置されている導波菅
部分166 に入る。反射されたマイクロ波は、ミラー表面
132 に入射し、経路184 に沿って再指向される。ミラー
の反射表面132 は図１１に示されており、ミラーの後側
部180 は図９の（ｂ）に示されている。ミラー52は、導
波管部分166 に回動可能に装着されている。
【００４４】ミラー52からの再指向されたエネルギは、
経路184 に沿って導波菅部分166 を通り、アンテナ160
の上側部182 に配置されている１８０°の屈曲部172 へ
向って上方へ伝播する。図１２の（ａ）は、放射された
エネルギが矢印184 によって示されているように屈曲部
172 で曲って流れ、放射器54の入力ポート80に入ること
を示してい。図２および３の方向に対して、放射器54は
走査アンテナ160 中において反転され、その結果入力ポ
ート80はアンテナの上部に位置する。図１２に示される
ように、放射線184 は各横断スタブ79から放射部分186
として放射される。図１２の（ｂ）は、吸収性の負荷94
が、放射される部分186 の大きさを変更する可能性のあ
る反射を減少するために、放射器54の端部188 に配置さ
れていることを示す。
【００４５】導波管板190 は、導波管部分164 と166 と
の間に配置され、その一部分を形成している。図９の
（ｂ）において、この板の下方部分192 は支持されてい
ない状態で示されている。したがって、板190 を物理的
に安定させるるための構造がそれと放射器54の後部板と
の間に配置される。この例示的構造は、図１２の（ｂ）
に示されている誘電体ブロック196 である。
【００４６】走査アンテナ160 の動作は、図２乃至８の
走査アンテナ40の動作に類似している。反射器52を回動
すると、それに応答して入力ポート80に入る波面と横断
スタブ79から出て行く波面とが回動する。その結果、図
１２の放射部分186 によって形成されるアンテナビーム
は、往復的に走査される。
【００４７】別の走査アンテナの実施例200 は、図１３
および１４に示されている。アンテナ200 は、アンテナ
の空間的容積を減少するために、一回折り曲げられる平
行平板導波管を含む。折り曲げることによって、１８０
°の導波管の屈曲部206 によって接続される２つの導波
管部分202 および204 を生成する。導波管の屈曲部206
は、アンテナの上縁部207 に配置されている。導波管部
分204 は、放射器54の平行平板によって実質的に形成さ
れている。
【００４８】走査アンテナ200 はさらに、図１５に示さ
れている反射器210 を含む。反射器210 は、図６の反射
器52に類似しており、同じ要素は同じ参照符号で示され
ている。しかしながら、反射器の放物線形の面120 は、
単一の側部板212 上に保持されている。回動軸孔214
は、板206 において放物線形の面120 の焦点に形成され
ている。別の回動軸孔215 は、放物線形面120 の頂点21
6 に形成されている。したがって、反射器210 は、その
放物線の焦点或いは放物線の頂点の何れかに関して回動
することができる。その代りに、反射器は、所望の回動
ポイントが予め決定されているならば、１つの回動軸孔
を形成することだけが必要である。
【００４９】図１３および１４は、反射器210 が導波管
部分202 において回動可能に装着されていることを示し
ている。給電ホーン140 は、その焦点から反射器210 を
照射するために、導波管部分202 の壁218 を貫通して突
き出ている。壁218 は、図を明瞭にするために図１４に
おいて部分的に取除かれて示されている。反射エネルギ
は、反射された線220 に沿って１８０°の導波管の屈曲
部206 へ向って上方へ伝播する。導波管の屈曲部206
は、エネルギを放射器54の入力ポート80へ向って再指向
する。エネルギは、図２および３並びに９および１０に
関して上記で説明されたような方法で、放射器内を流
れ、横断スタブ79から出ていく。
【００５０】反射器210 は、例えばその回動軸孔124 を
通るピンによって、その焦点を中心に回動可能に装着さ
れることが好ましい。それは、その放物線の頂点216 に
おける回動軸孔215 を通るピンによって回動可能に装着
することもできる。後者の回動可能な装着は、一定量の
収差を発生して、アンテナビームのサイドローブエネル
ギを結果的に増加する。いずれの場合においても、給電
ホーン140 は、固定された配置のままであるか、或いは
その代りに反射器210 に関して回動することができる。
ホーンを回動する形態は、マイクロ波信号を回転導波管
構造を通って給電ホーン140 へ転送することによって実
現される。
【００５１】アンテナの実施例40,160, および200 にお
いて、例えば図２に示されるように、反射器（50或いは
210 ）の放物線型の表面から反射されたエネルギは、給
電ホーン140 によって遮られるので、少量のマイクロ波
エネルギが失われる。したがって、反射器の構造は、図
１６に示されている反射器230 のような折り曲げられた
反射器と置き換えることができる。反射器230 は、図６
の反射器50に類似しており、同じ要素は同じ参照符号で
示されている。
【００５２】しかしながら、この反射器230 は、その平
行な板状部材57Ｂと58Ｂとの間に仕切り壁232 を受ける
ように幅を広げられる。仕切り壁232 は放物線の壁120
から間隔を隔てられ、図１６の（ｃ）に示されるように
反射器230 の内側を上方および下方のチャンバ234 およ
び236 に分割する。ここで給電ホーン140 （図２参照）
は、下方のチャンバ234 を照射するために配置される。
放物線形の壁120 からの反射された放射線は、仕切り壁
232 を“巻くように”、上方のチャンバ236 から出てい
く。したがって、給電ホーン140 は反射された放射線の
経路から取除かれる。
【００５３】図４の（ａ）に示されるように、放射器54
は、幅68および高さ85を有する出力開口82を有する。示
されたアスペクト比は、単に例示的に示されたものであ
る。実際のアスペクト比は、本発明の教示のそれぞれの
応用に対して適切に調節されなければならない。例え
ば、図１の自動車38のための衝突回避レーダ装置の部分
として実現される例示的走査アンテナでは、その垂直平
面よりも方位平面において一層狭くなるアンテナビーム
42を有することが好ましい。
【００５４】ビームの幅は、開口寸法に逆比例するの
で、この応用における開口は、その高さ85よりも大きい
幅68を有するであろう。衝突回避レーダ装置が、７７Ｇ
Ｈｚの周波数範囲で放射されるように設計されるなら
ば、図４の（ａ）における例示的寸法68および85は、そ
れぞれ２０および１０ｃｍになる。この開口は、好まし
くは低損失材料、例えばプラスチックから作られている
ナンバープレートの背後に適切に設置される。その代り
に、開口およびナンバープレートは互いに並んで配置さ
れることもできる。
【００５５】本発明の走査アンテナは、幾つかの部品を
有し、ただ１つの可動部品のみを必要とし、簡単な技術
で形成することができる。例えば、放射器54は、低損失
の誘電体からコアを形成して、平行平板導波管およびそ
の横断スタブを実現するために適切なコア部分を金属で
メッキすることによって形成することができる。内部の
詳細な部品がないために、形成技術は、金属被覆の厚
さ、均一さ、或いはマスクを厳格に要求することなく外
側表面上のみを金属被覆することを要求する。本発明に
よって説明されたミラーおよび反射器も、この方法によ
って形成することができる。図２に示されているミラー
52は軽量であり、慣性が低く、その回動動作を容易にす
る。それは、図示されるようにその中心に関して、およ
びその他の部分、例えば何れかの端部に関して回動可能
である。
【００５６】走査アンテナのビームは、図示された実施
例において、固定された放射器に対してミラー或いは放
射装置を回転して実現されるが、そのような回転は相対
的であり、他の実施例では反対の方法、例えばその他の
固定されたアンテナ素子に対して放射器を回転すること
によって実現できる。
【００５７】本発明の幾つかの例示的実施例が示されて
説明されたが、当業者は数多くの変形および別の実施例
を生成することができる。そのような変形および別の実
施例は、添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲
から逸脱することなく実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走査アンテナを備えた車両の平面図お
よび側面図。
【図２】図１の走査アンテナの上面図および図１の線３
−３の拡大断面図。
【図３】図２の走査アンテナの第２の位置のアンテナミ
ラーを示す、図２に類似した図。
【図４】図２に示した走査アンテナの放射器の正面図、
側面図、およびその部分的構造の拡大図。
【図５】図４の放射器の入力ポートを照射する好ましい
エネルギー密度分布図。
【図６】図２の走査アンテナの反射器の正面図、側面図
および底面図。
【図７】図３の走査アンテナにおけるミラーの側面図お
よび正面図。
【図８】図３の走査アンテナにおける給電ホーンの上面
図および側面図。
【図９】図３に類似しているが、別の走査アンテナの実
施例の正面図および側面図。
【図１０】図９の走査アンテナの後面図。
【図１１】図９の線15−15に沿った拡大断面図。
【図１２】図９の（ｂ）の円16および17内の構造の拡大
図。
【図１３】図２に類似しているが、別の走査アンテナの
実施例の正面図および側面図。
【図１４】図１３の走査アンテナの後面図。
【図１５】図１３の走査アンテナの反射器の正面図、上
面図、および側面図。
【図１６】別の反射器の実施例の正面図、側面図、およ
び底面図。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反射されたマイクロ波信号として、マイ
    クロ波信号を第１の信号経路に沿って反射するように構
    成された反射器と、 第２の信号経路に沿って前記反射されたマイクロ波信号
    を再指向するように配置されたミラーと、 入力ポートおよび出力開口を有し、前記入力ポートを通
    って受けたマイクロ波エネルギを前記出力開口からアン
    テナビームとして放射するように構成され、前記アンテ
    ナビームが前記入力ポートを横切る前記マイクロ波エネ
    ルギの位相分布の関数である前記出力開口を横切る位相
    分布を有している放射部材を具備する走査アンテナにお
    いて、 前記放射部材は、前記入力ポートが前記第２の信号経路
    と交差するように配置され、 前記反射器、前記ミラー、および前記放射部材の少なく
    とも１つが回動するように構成され、それによって前記
    第２の信号経路と前記入力ポートとの間の角度関係が予
    め決められた角度範囲に亘って変化されることを特徴と
    するマイクロ波信号を走査アンテナビームに変換する走
    査アンテナ。
  2. 【請求項２】 前記反射器が、前記反射されたマイクロ
    波信号を前記第１の信号経路と実質的に直交している平
    面に沿って一定位相を有する照準されたマイクロ波信号
    になるように構成された放物線形の反射器である請求項
    １記載の走査アンテナ。
  3. 【請求項３】 前記放射部材が、 前記入力ポートを形成するように構成された平行平板導
    波管と、 前記平行平板導波管から突き出て、前記出力開口を形成
    するように構成された複数の平行平板スタブとを具備す
    る請求項１記載の走査アンテナ。
  4. 【請求項４】 第１と第２の部分を有する平行平板導波
    管と、 前記第２の導波管部分から突き出て配置されている複数
    の平行平板スタブとをさらに具備し、 前記反射器および前記ミラーが、前記第１の平行平板導
    波管部分内に配置され、 前記第２の平行平板導波管部分が、前記入力ポートを形
    成し、 前記平行平板スタブが、前記出力開口を形成している請
    求項１記載の走査アンテナ。
  5. 【請求項５】 反射されたマイクロ波信号として、マイ
    クロ波信号を信号経路に沿って反射するように構成され
    た反射器と、 入力ポートおよび出力開口を有し、前記入力ポートを通
    って受けたマイクロ波エネルギを前記出力開口からアン
    テナビームとして放射するように構成され、前記アンテ
    ナビームが前記入力ポートを横切る前記マイクロ波エネ
    ルギの位相分布の関数である前記出力開口を横切る位相
    分布を有している放射部材を具備する走査アンテナにお
    いて、 前記放射部材は、前記入力ポートが前記第２の信号経路
    と交差するように配置され、 前記反射器および前記放射部材の少なくとも１つが回動
    するように構成され、それによって前記第２の信号経路
    と前記入力ポートとの間の角度関係が予め決められた角
    度範囲に亘って変化されることを特徴とするマイクロ波
    信号を走査アンテナビームに変換する走査アンテナ。
  6. 【請求項６】 前記反射器が、前記反射されたマイクロ
    波信号を前記信号経路と実質的に直交している面に沿っ
    て一定位相で照準されたマイクロ波信号になるように構
    成された放物線形の反射器である請求項５記載の走査ア
    ンテナ。
  7. 【請求項７】 前記放射部材が、 前記入力ポートを形成するように構成された平行平板導
    波管と、 前記平行平板導波管から突き出て、前記出力開口を形成
    するように構成された複数の平行平板スタブとを具備す
    る請求項５記載の走査アンテナ。
  8. 【請求項８】 第１と第２の部分を有する平行平板導波
    管と、 前記第２の導波管部分から突き出て配置されている複数
    の平行平板スタブとをさらに具備し、 前記反射器および前記ミラーが、前記第１の平行平板導
    波管部分内に配置され、 前記第２の平行平板導波管部分が、前記入力ポートを形
    成し、 前記平行平板スタブが、前記出力開口を形成する請求項
    ５記載の走査アンテナ。
  9. 【請求項９】 自動車と、 この自動車に取付けられた走査アンテナとを具備し、 前記走査アンテナが、 ａ）反射されたマイクロ波信号として、マイクロ波信号
    を第１の信号経路に沿って反射するように構成された反
    射器と、 ｂ）第２の信号経路に沿って前記反射されたマイクロ波
    信号を再指向するように構成されたミラーと、 ｃ）入力ポートおよび出力開口を有し、前記入力ポート
    を横切って受けたマイクロ波エネルギを前記出力開口か
    らアンテナビームのように放射するように構成され、前
    記アンテナビームが前記出力開口を横切る位相分布を有
    し、それが前記入力ポートを横切る前記マイクロ波エネ
    ルギの位相分布の関数である放射部材を含む衝突回避シ
    ステムにおいて、 前記放射部材は、前記入力ポートが前記第２の信号経路
    と交差するように配置され、 前記反射器、前記ミラー、および前記放射部材の少なく
    とも１つが回動するように構成され、それによって前記
    第２の信号経路と前記入力ポートとの間の角度関係が予
    め決められた角度範囲に亘って変化されることを特徴と
    するマイクロ波信号から走査アンテナビームを発生する
    衝突回避システム。
  10. 【請求項１０】 自動車と、 この自動車に取付けられた走査アンテナとを具備し、 前記走査アンテナが、 ａ）反射されたマイクロ波信号として、マイクロ波信号
    を信号経路に沿って反射するように構成された反射器、 ｂ）入力ポートおよび出力開口を有し、前記出力開口か
    らのアンテナビームとして前記入力ポートにおいて受け
    たマイクロ波エネルギを放射するように構成され、前記
    アンテナビームが前記出力開口を横切る位相分布を有
    し、それが前記入力ポートを横切る前記マイクロ波エネ
    ルギの位相分布の関数である放射部材を含む衝突回避シ
    ステムにおいて、 前記放射部材は、前記入力ポートが前記第２の信号経路
    と交差するように配置され、 前記反射器および前記放射部材の少なくとも１つが回動
    するように構成され、それによって前記第２の信号経路
    と前記入力ポートとの間の角度関係が予め決められた角
    度範囲に亘って変化されることを特徴とするマイクロ波
    信号から走査アンテナビームを発生する衝突回避システ
    ム。
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