JPH10268046A - 電磁波の指向性送信又は受信あるいはこれら双方のための装置 - Google Patents

電磁波の指向性送信又は受信あるいはこれら双方のための装置

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JPH10268046A JP10065420A JP6542098A JPH10268046A JP H10268046 A JPH10268046 A JP H10268046A JP 10065420 A JP10065420 A JP 10065420A JP 6542098 A JP6542098 A JP 6542098A JP H10268046 A JPH10268046 A JP H10268046A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 前集束する誘電性本体の調節が簡単な、少な
くとも１つのアンテナ素子及び１つの誘電性レンズから
構成されている電磁波の指向性送信及び／又は受信装置
を提供する。 【解決手段】 少なくとも１つのアンテナ素子３及び１
つの誘電性レンズ７から構成されている電磁波の指向性
送信及び／又は受信装置において、レンズの超放射を防
止するためにこれらの両方の間に前集束を行う誘電性本
体５が配置されている。この誘電性本体５は、正確な調
節を簡単にするために、平面状に拡がりをなして好まし
くは鉢形状に形成され、基板と結合してパッケージング
されてないＩＣのための気密なカプセル構造を形成す
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、少なくとも１つの
送信／受信素子並びに誘電性レンズから構成されている
電磁波の指向性送信及び／又は受信のための装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】この場合、以後総称してアンテナ素子と
いう少なくとも１つの送信／受信素子は、電磁波の励起
ないし電磁波の本来の受信の働きをする。誘電性レンズ
は指向性の形成ないし希望のアンテナローブの発生の働
きをする。本発明による装置は例えば前方走行車両を検
出するための自動車レーダ装置において使用される。
【０００３】少なくとも１つのアンテナ素子並びに誘電
性レンズから構成されているこのような装置は例えば欧
州特許第４９８５２４号から既知である。そこには、前
方走行車両を検出するために設けられた自動車レーダ装
置もまた記載されている。この場合、いわゆるバイスタ
ティック・レーダセンサ、即ち送信パス用及び受信パス
用の別々のアンテナを有するレーダセンサが使用されて
いる。この特殊性のほかに、両方のアンテナの各々は、
それぞれの誘電性レンズ及び少なくとも１つのアンテナ
素子から構成されている。このような装置においては、
特に送信アンテナにおいては、１つ又は複数のアンテナ
素子の開口角が原則として誘電性レンズより広いことが
問題である。これは、発生された電磁波の一部が誘電性
レンズを通過しないことを意味する。従って、この部分
は誘電性レンズにより希望の方向に集束されず、これに
より装置の総アンテナ利得が低下することになる。
【０００４】国際出願公開ＷＯ第９７／０２４９６号
に、同様に自動車に使用されるモノスタティック・レー
ダセンサが記載されている。ここで、モノスタティック
とは、送信パス用及び受信パス用に同じアンテナが使用
されることを意味する。この場合、このモノスタティッ
ク・レーダセンサは、少なくとも３つのアンテナ素子、
並びにこれらの前に配置された１つの誘電性レンズから
構成されている。送信の場合におけるレンズの超放射を
回避するために、ここでは各アンテナ素子の前にいわゆ
るポリロッドが配置されている。ポリロッドは、その誘
電特性に基づき発生電磁波の前集束を行うほぼ円錐形の
誘電性本体と理解される。この装置においては、個々の
ポリロッドの正確な調節がむずかしい。各ポリロッドが
その理想位置からきわめて僅かずれただけでもレンズの
超放射を発生させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、前集束する誘
電性本体の調節が簡単な、少なくとも１つの送信／受信
素子並びに誘電性レンズから構成されている電磁波の指
向性送信及び／又は受信のための装置を提供することが
本発明の課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明により、この課題
は、前集束を行わせるために平面状に拡がりをなす誘電
性ディスクが使用されることにより解決される。誘電性
ディスクは、ハウジングのようにアンテナ素子を包囲す
る鉢形状の誘電性本体の頂面部を形成することが好まし
い。誘電性ディスクの指向作用は、超薄膜効果に基づ
き、超薄膜効果は例えば１９９４年４月１２ないし１５
日の「ＩＴＧ専門会議、アンテナ」で公開されたＨｅｌ
ｍｕｔ Ｏｓｔｎｅｒ及びＪｕｅｒｇｅｎ Ｄｅｔｌｅ
ｆｓｅｎの論文「ミリメートル波用の損失の小さい高集
束アンテナ」に記載されている。誘電性ディスクが平面
状に拡がりをなしていることにより、特に、ポリロッド
の場合に必要となるような、場合により多数回行われる
誘電性本体の横方向調節の必要性がなくなる。
【０００７】本発明の有利な実施形態により、鉢形状誘
電性本体はアンテナ素子の支持材料と共に気密ハウジン
グを形成する。これは、アンテナ素子のほかに特にガリ
ウム砒素内に製作されたＭＭＩＣ（モノリシック・マイ
クロ波集積回路、モノリシック集積マイクロ波回路）を
収容するために使用されることが有利である。このよう
なＭＭＩＣは原則としてその環境影響に対する感受性の
ために気密カプセル構造を必要とするが、この装置にお
いてはその必要がない。従って、ガリウム砒素ＭＭＩＣ
の比較的高価な固有のシール構造が節約できる。必要に
応じて、このハウジング内に、保護が必要な他の構成素
子を実装してもよいことは明らかである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に示す実施形
態により詳細に説明する。図１は本発明による装置の断
面を示す。この場合、金属基板１上に、好ましくはマイ
クロストリップ技術で製作された回路装置２が存在す
る。回路装置２は、誘電性材料例えば水晶又はキン青石
からなり、その表面に金属導体構造を有している。この
金属導体構造は、フィルタ回路及び分岐構造のほかに、
特にこの場合パッチアンテナとして構成された３つのア
ンテナ素子３である。以後ＭＩＣ（マイクロ波集積回
路）と呼ぶこの回路装置２の上方に、断面がＵ形の、従
って全体として鉢形状の誘電性本体５が存在する。な
お、鉢形状とは一端に開口を有し側面と頂面とにより凹
部が形成される形状をいう。誘電性本体５は基板１と共
にＭＩＣ２を囲むハウジングを形成する。誘電性本体５
の頂面部５ａがＭＩＣ２の表面に平行に存在する。誘電
性本体５の頂面部５ａは次の数式により計算される厚さ
ｄ2を有している。
【０００９】
【数３】 ここで、符号は次の意味を有する。 ｄ2 前記厚さ ｍ 任意の自然数、ｍ＝１,２,３…… λ0 送信／受信波の自由空間波長 ｎ2 誘電性本体の頂面部の材料の屈折率 Θp 頂面部への垂線に対し測定された波の希望のビー
ム方向の角度
【００１０】誘電性本体の頂面部５ａとＭＩＣ２の表面
との間の距離はｄ1で示され、次の数式により計算され
る。
【００１１】
【数４】 ここで、符号は次の意味を有する。 ｄ1 前記距離 ｍ 任意の自然数、ｍ＝１，２，３…… λ0 送信／受信波の自由空間波長 ｎ1 鉢形状の誘電性本体の頂面部とアンテナ素子との
間の媒体の屈折率 Θp 頂面部への垂線に対し測定された波の希望のビー
ム方向の角度
【００１２】誘電性本体５の頂面部５ａの上方にアンテ
ナレンズ７が存在する。更に、誘電性本体５により包囲
された領域内にＭＭＩＣ４（モノリシックマイクロ波集
積回路）が示されている。誘電性本体５の左側側壁上並
びに基板１内に気密にシールされた導体引込口６が示さ
れている。
【００１３】ＭＩＣ２及びＭＭＩＣ４は集積技術におい
てレーダ装置全体の高周波段の他の部分を含む。これら
の内部で発生された電磁波は、パッチアンテナ３を介し
て放射され、まず一旦誘電性本体５により包囲された空
間内に伝搬する。マックスウェルの方程式の物理的境界
条件に応じて電磁波は誘電性本体５内に入り込むが、誘
電性本体５に完全に入り込むのは所定の角度の範囲内の
みである。頂面部厚さｄ2、距離ｄ1並びに頂面部材料の
誘電率を適切に選択することにより、レンズ７に対し希
望の前集束を達成することができる。例えば、７５ＧＨ
ｚの送信周波数、Θp＝０°の波の希望の放射方向、屈
折率ｎ1＝１（空気）及び屈折率ｎ２＝平方根（１０）
（Ａｌ2Ｏ3セラミック）に対して次の値が得られる。 ｄ1＝２ｍｍ ｄ2＝０．３１６ｍｍ
【００１４】この場合、材料の屈折率は既知のように付
属の誘電率の平方根である。ｎ２／ｎ１の比が大きけれ
ば大きいほど、得られる前集束はより改善される。従っ
て、誘電性本体に対する材料として、例えばＡｌ2Ｏ3セ
ラミック、ＣａＺｒＯ３セラミック、ポリチタン酸バリ
ウム又はＭｇＣａＴｉＯ2のような高い誘電率を有する
すべての材料が特に適している。
【００１５】更に、誘電性本体の頂面部５ａの横方向拡
がりは、頂面部５ａがすべてのアンテナ素子の作用面を
覆うように大きくなければならない。この条件は、拡が
りが両方の横方向に自由空間波長λ0の少なくとも５倍
であるときに近似的に満たされる。電気的特性を考慮し
て、誘電性本体の横方向拡がりは円であることが好まし
い。しかしながら、構造的な理由から、例えば他の四角
形の基本表面が使用されてもよい。
【００１６】基板１及び誘電性本体５から構成されたハ
ウジングは気密であり、即ちその中に実装された構成素
子が外部環境から気密に密閉されていることが好まし
い。これが、気密に密閉されていないときに必ず必要と
なる固有のカプセル構造を使用することなく、ＭＭＩＣ
４を実装可能にすることは有利である。この場合、引込
口６は、誘電性本体５及び／又は基板１及びＭＩＣ基板
２内にメタルピンを接着剤又ははんだで封入することに
より形成してもよい。この場合、場合により、市販の金
属製のいわゆるバイアホールを誘電性本体及び／又はＭ
ＩＣ基板内に挿入してもよい。
【００１７】このように形成されたハウジングの気密密
閉体は、上記のように、ガリウム砒素からなる構成素子
がパッケージングされないで実装されるべきときに特に
必要である。その理由は、この材料は、シリコンとは異
なり、現在のところ酸化皮膜により十分に保護すること
ができないからである。一方、保護がない場合、構成要
素のドーピングプロフィールを破壊し続けることになろ
う。
【００１８】この場合、鉢形状の誘電性本体５をできる
だけ正確に製作することにより、前集束の正確な調節の
手間は軽減される。装着それ自身は、本体と基板１とを
接着又ははんだ付けで簡単に行うことができる。
【００１９】Ｏｓｔｎｅｒ及びＤｅｔｌｅｆｓｅｎの上
記の論文により、特に誘電性本体の頂面部５ａは層状の
種々の誘電性材料から構成してもよい。更に、誘電性本
体５の側壁は頂面部とは異なる他の材料で製作してもよ
い。図示の実施形態の他の修正形態として、例えば構造
的な理由から、側壁を頂面部５ａに対し斜めに形成して
もよい。同様に、本発明の実施形態は、アンテナ素子及
びその付属回路をマイクロストリップ技術を用いて実行
することに限定されない。従って、アンテナ素子とし
て、例えばλ／２ダイポール又はホーン放射器のような
他のすべての実施形態もまた使用可能である。更に、上
記の数式内のｓｉｎ２Θpの項に基づき、レンズ７を誘
電性本体５の前方で斜めに装着することもまた考えられ
る。
【００２０】ここに記載の実施形態は、この場合、３放
射形レーダ装置、即ち３つの別々のアンテナローブを有
するレーダ装置を示している。しかしながら、ここに示
した前集束は、例えば１放射形レーダ装置又は指向性無
線装置のような他の送信及び／又は受信装置においても
使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 金属基板 ２ ＭＩＣ（マイクロ波集積回路） ３ 送信／受信素子（アンテナ素子） ４ ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路） ５ 誘電性本体 ５ａ 頂面部 ６ 導体引込口 ７ 誘電性レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イェールク・シュネーマン ドイツ連邦共和国 71554 ヴァイスザッ ハ，ブルグンダー・ヴェーク ４ (72)発明者 ウルリヒ・マール ドイツ連邦共和国 71522 バックナング, ズュートシュトラーセ 142

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの送信／受信素子
    （３）、１つの誘電性レンズ（７）、及び前記少なくと
    も１つの送信／受信素子と前記誘電性レンズとの間に配
    置された少なくとも１つの他の誘電性本体（５）から構
    成されている電磁波の指向性送信又は受信あるいはこれ
    ら双方のための装置において、 前記少なくとも１つの他の誘電性本体が前記少なくとも
    １つの送信／受信素子の上方に平面状に拡がりをなして
    存在することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも１つの他の誘電性本体が
    前記少なくとも１つの送信／受信素子の上方に鉢形状に
    存在することを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 鉢形状の前記誘電性本体が、前記少なく
    とも１つの送信／受信素子の周囲に存在するパッケージ
    ングされてない集積回路（ＩＣ）のカプセル構造として
    働くことを特徴とする請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記パッケージングされてないＩＣがガ
    リウム砒素上に製作されたモノリシックマイクロ波集積
    回路（ＭＭＩＣ）であり、 前記カプセル構造がパッケージングされてないＩＣを気
    密に包囲することを特徴とする請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 鉢形状の前記誘電性本体の頂面部が受信
    又は送信あるいはこれら双方の電磁波のビームパス内に
    存在し、 前記頂面部が自由空間波長の少なくとも５倍の拡がりを
    有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一
    項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 鉢形状の前記誘電性本体の頂面部が、少
    なくとも近似的に次の条件を満たす厚さｄ2を有するこ
    とを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載
    の装置。 【数１】 ここで、符号は次の意味を有する。 ｄ2 前記厚さ ｍ 任意の自然数、ｍ＝１，２，３…… λ0 送信／受信波の自由空間波長 ｎ2 誘電性本体の頂面部の材料の屈折率 Θp 頂面部への垂線に対し測定された波の希望のビー
    ム方向の角度
  7. 【請求項７】 鉢形状の前記誘電性本体の頂面部と前記
    少なくとも１つの送信／受信素子が存在する平面との間
    に、少なくとも近似的に次の条件を満たす距離ｄ1が存
    在することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一
    項に記載の装置。 【数２】 ここで、符号は次の意味を有する。 ｄ1 前記距離 ｍ 任意の自然数、ｍ＝１，２，３…… λ0 送信／受信波の自由空間波長 ｎ1 鉢形状の誘電性本体の頂面部と少なくとも１つの
    送信／受信素子との間の媒体の屈折率 Θp 頂面部への垂線に対し測定された波の希望のビー
    ム方向の角度
  8. 【請求項８】 前記誘電性本体の頂面部がセラミックか
    らなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一
    項に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記誘電性本体の頂面部が層状の種々の
    誘電性材料から構成されていることを特徴とする請求項
    １ないし８のいずれか一項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 鉢形状の前記誘電性本体又はそれと結
    合されている支持材料あるいはこれら双方が電気的に有
    効な気密の引込口を有することを特徴とする請求項１な
    いし９のいずれか一項に記載の装置。
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