JPH11251809A - 誘電体線路の線路長切替装置およびアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体線路を伝送路とする場合の高周波回路
素子間の位相差を切り替えられるようにする。また、誘
電体線路同士の接続切り替えを行うことによってビーム
を走査させるアンテナ装置の小型化・低コスト化を図
る。またその際、誘電体線路同士の接続時間を長くでき
るようにし、さらにビーム走査方向に直交する方向への
ビームの振れも防止する。 【解決手段】 誘電体線路１０と１次放射器１３との間
に、線路長の異なる複数の誘電体線路１２ａ〜１２ｄを
設けた回転体１４を挿入する。この回転体１４をモータ
１６により回転させて、１次放射器１３の放射位置を変
えることによりビームの操作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえばミリ波
帯の電磁波を伝搬する誘電体線路の線路長切替装置およ
び誘電体線路を用いたアンテナ装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高周波回路には、複数の高周波
回路素子とそれらの高周波回路素子間を接続する伝送路
が設けられるが、伝送路を介する２つの高周波回路素子
間が所定の位相差となることが要求される場合、その位
相差関係を満足するように伝送路が設計されている。た
とえば最も単純な例として、線路幅一定のマイクロスト
リップ線路の場合、２つの高周波回路素子間のマイクロ
ストリップ線路の線路長を予め定めておくことによっ
て、所定の位相差に定めている。

【０００３】ところで、従来より開発されている車載用
レーダモジュールにおいては、高利得が得られ、隣接車
線を走行する車両との干渉が少ないように、鋭い指向性
を持つビームアンテナが用いられる。しかしながら、自
車両の走行車線がカーブしているような場合には、隣接
車線内の車両を、恰も自車両の走行車線の前方を走行す
る車両であるかのように誤って検出してしまう。この問
題を解消するためには、前方車両との距離や相対速度の
情報だけでなく方位情報も必要となる。

【０００４】方位情報を得る方法としては、スキャン式
レーダのように、電波ビームの放射方向を適当な角度内
で走査させる方法と、モノパルス式レーダのように、放
射パターンの異なる２つ以上のアンテナからの信号の和
信号と差信号を用いる方法等がある。

【０００５】しかし、スキャン式レーダとしては、レー
ダモジュール全体をモータなどによって機械的に回動さ
せて、レーダビームを扇型に走査させる方法が考えられ
るが、高速なスキャニングが困難であり、装置全体が大
型化する。また、モノパルス式レーダの場合、検知すべ
き方位範囲をカバーするためにビーム幅の広いアンテナ
を用いることになり、その分ゲインが小さくなる。

【０００６】そこで本願出願人は、誘電体線路とそれに
結合する１次放射器を、固定された誘電体線路に対して
相対的に運動させることによってビームの走査を行うよ
うにした装置を特願平９−２９１２０８号にて出願して
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
誘電体線路を用いた高周波回路装置においては、２つの
高周波回路素子間を誘電体線路で接続する場合、この２
つの高周波回路素子間が所定の位相差となるように誘電
体線路長が設計されるが、必要に応じてその位相差を切
り替えることはできなかった。

【０００８】一方、上記出願に係るアンテナ装置では、
互いに線路長の異なる複数の誘電体線路と、これらの誘
電体線路にそれぞれ結合する１次放射器との組を回転体
に複数組設けておき、その回転体を回転させることによ
ってビームの走査を行うようにしている。ところが、１
次放射器から電磁波を効率よく放射させるためには、１
次放射器部分のキャビティ寸法を、共振周波数で定在波
が生じるようにする必要がある。しかし、上記の回転体
によるものでは、それぞれの１次放射器のキャビティが
誘電体線路が必要とする幅より一般に大きいため、隣合
う１次放射器の間隔が広くなってしまう。その結果、 (1) 誘電体線路同士の接続部の切り替えに長時間を要す
るため、誘電体線路同士の接続部（誘電体線路スイッ
チ）がＯＮとなる時間が相対的に短い（オンデューティ
が小さい）。

【０００９】(2) ビーム数を増やそうとすると、上記回
転体が大きくなり、全体に大型化する。

【００１０】(3) ビーム数と同数の１次放射器が必要で
あり、部品コスト、調整時間が増し、全体にコストアッ
プにつながる。

【００１１】(4) 回転体の回転に伴って１次放射器が変
位する場合に、第１と第３の誘電体線路同士の接続部が
ＯＮになってからＯＦＦになるまでの間に１次放射器が
移動する方向はビーム走査の方向と直交するため、ビー
ム走査の際、走査方向に直交する方向へビームが振れ
る。

【００１２】という幾つかの解決すべき課題が生じる。

【００１３】この発明の目的は高周波回路素子間の伝送
路としての誘電体線路の線路長を切り替えられるように
した装置を提供することにある。

【００１４】この発明の他の目的は、誘電体線路同士の
接続切り替えを行うことによる上記課題を解消したアン
テナ装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の誘電体線路の
線路長切替装置は固定された第１の誘電体線路と、可動
状態に保持された第２の誘電体線路と、線路長の異なる
複数の誘電体線路のうちの１つが第１と第２の誘電体線
路の間に挿入自在に保持された第３の誘電体線路とから
構成する。この構成によれば、第１の誘電体線路と第２
の誘電体線路の間に挿入される第３の誘電体線路の線路
長に応じて、これらの誘電体線路を伝送路とする２つの
高周波回路素子間の線路長が切り替わる。したがって電
気的には、２つの高周波回路素子間の位相差が切り替わ
り、構造的には可動状態に保持された第２の誘電体線路
の位置が切り替わることになる。

【００１６】前記第３の誘電体線路を、その円運動によ
ってそれぞれ円筒面を描く位置に配列し、当該円運動に
よって前記第１と第２の誘電体線路との間に第３の誘電
体線路を順次選択的に挿入するように構成すれば、第３
の誘電体線路の円運動によって、第１と第２の誘電体線
路間の線路長が切り替わることになる。

【００１７】また、前記第３の誘電体線路を、平面上に
配列し、その平面の直線運動によって第１と第２の誘電
体線路との間に第３の誘電体線路を選択的に挿入するよ
うにしてもよい。この構成によれば、第３の誘電体線路
を配列した平面を直線運動させることによって誘電体線
路の線路長が切り替わる。

【００１８】また、第３の誘電体線路は、平面上のある
点を放射中心として放射状に配列すれば、その放射中心
を回転中心とする前記平面の回転によって、第１と第２
の誘電体線路の間に第３の誘電体線路が順次選択的に挿
入可能となる。したがって、前記平面の面方向の回転に
よって誘電体線路の線路長を順次切り替えられるように
なる。

【００１９】この発明のアンテナ装置は、上記第２の誘
電体線路にその第２の誘電体線路とともに変位する１次
放射器を結合させ、当該１次放射器の位置をほぼ焦点位
置とする誘電体レンズを設ける。この構成によれば、第
１と第２の誘電体線路間に挿入される第３の誘電体線路
の線路長に応じて、誘電体レンズに対する１次放射器の
相対位置が変位し、ビームの指向方向が変化する。した
がって、線路長の異なる複数の第３の誘電体線路を順次
選択的に第１と第２の誘電体線路間に挿入することによ
ってビームが走査される。

【００２０】このアンテナ装置によれば、１次放射器は
基本的に１つ設ければよいので、従来構造のように、隣
接する１次放射器間をある程度離して複数の１次放射器
を設ける必要がない。そのため、第３の誘電体線路を設
けた可動体と１次放射器が共に小型になり、全体に小型
化される。また部品コストと調整時間が削減され、全体
にコストダウンが図れる。

【００２１】また、ビームの数だけ１次放射器を設ける
必要がないため、指向方向が微妙に異なる多くのビーム
を容易に形成できるようになる。

【００２２】また、従来構造のように、隣接する１次放
射器の間隔に合わせて、それらに結合する誘電体線路を
配置する必要がないため、可動体に設ける第３の誘電体
線路の間隔を狭めて、誘電体線路同士の接続時間（オン
デューティ）を長くすることも可能となる。

【００２３】また、第３の誘電体線路の運動に伴って１
次放射器が変位する場合には、第１と第３の誘電体線路
同士の接続部がＯＮになってからＯＦＦになるまでの
間、１次放射器が移動する方向はビーム走査の方向と一
致するため、もしくは第１と第３の誘電体線路同士の接
続部がＯＮになってからＯＦＦになるまでの間、１次放
射器を静止させておくことが可能となるため、従来構造
の場合のようにビーム走査方向に直交する方向へのビー
ムの振れが生じない。

【００２４】

【発明の実施の形態】第１の実施形態である誘電体線路
の線路長切替装置の基本構成を図１および図２を参照し
て説明する。

【００２５】図１の（Ａ）は誘電体線路の線路長切替装
置部分の斜視図であり、１０は固定された第１の誘電体
線路、１１は可動状態に保持された第２の誘電体線路、
１２は第１の誘電体線路１０と第２の誘電体線路１１と
の間に挿入された第３の誘電体線路である。各誘電体線
路は、上下２枚の導体板の間にそれぞれ誘電体ストリッ
プを配すると共に、導体板間の間隔を管内波長の１／２
以下にすることによって、誘電体ストリップ部分以外の
領域への電磁波の放射を防いで、非放射性誘電体線路
（ＮＲＤガイド）をそれぞれ構成している。

【００２６】図１の（Ｂ）は（Ａ）に示した誘電体線路
の線路長切替装置の誘電体ストリップ部分を通る断面図
である。第１の誘電体線路１０は導体板１，２の間に誘
電体ストリップ３を挟み込んだ状態で固定している。第
２の誘電体線路１１は２枚の導体板４，５の間に誘電体
ストリップ６を配して、全体に図における左右方向に可
動状態に保持している。第３の誘電体線路１２は導体板
７と８の間に誘電体ストリップ９を配して、線路長Ｌの
誘電体線路としている。この第３の誘電体線路１２は線
路長の異なる複数の誘電体線路からなり、これを第１の
誘電体線路１０と第２の誘電体線路１１との間に選択挿
入することによって、両者間の線路長を切り替えるよう
にしている。なお、この選択挿入を行うための構成は、
以降で示すアンテナ装置に適用したものをそのまま適用
できる。

【００２７】次にアンテナ装置に適用した例を図２〜図
４を参照して説明する。

【００２８】図２の（Ａ）はアンテナ装置の主要部の部
分斜視図、（Ｂ）はその誘電体ストリップ部分を通る断
面図である。同図において１０は第１の誘電体線路であ
り、その構造は図１に示したものと同様である。図２に
おいて１３は１次放射器であり、誘電体線路１０と１次
放射器１３の間に回転体１４を設けている。１次放射器
１３は図２の（Ｂ）に示すように、上下の導体板４，５
の間に誘電体ストリップ６を配している。この誘電体ス
トリップ６と導体板４，５とにより本願発明に係る第２
の誘電体線路を構成している。上部の導体板５にはホー
ン状の開口部４２を設けていて、その部分で導体板５と
４の間にスリット板４１および誘電体共振器４０を配置
している。この誘電体共振器４０は円柱形状を成し、誘
電体ストリップ６の端部から所定距離離れた位置に設け
ていて、ＨＥ１１１モードの誘電体共振器として作用す
る。スリット板４１は導体板にスリットを形成したもの
であり、これを導体板５の開口部と誘電体共振器４０と
の間に配置することによって１次放射器の放射パターン
を定めている。この１次放射器１３の放射方向の前方
（図２の（Ｂ）における上方）には、１次放射器１３を
焦点面とする誘電体レンズ（不図示）を設けている。

【００２９】図３の（Ａ）は回転体１４の正面図、
（Ｂ）はその右側面図である。このように、回転体１４
はほぼ円柱形状をなし、その周囲面（すなわち円筒面）
に４つの誘電体線路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを
中心軸に平行な方向に配置している。この例では、４つ
の誘電体線路１２ａ〜１２ｄはそれぞれその線路長が異
なっている。回転体１４の１次放射器１３側を向く面に
はカム３０を形成していて、１次放射器１３にはカム３
０に当接するカムフォロワー３１を設けている。

【００３０】図２に示すように、１次放射器１３は回転
体１４方向に圧縮バネにより常に付勢しているので、回
転体１４のカム３０と１次放射器１３のカムフォロワー
３１とは常に当接している。回転体１４はモータ１６に
より回転し、誘電体線路１０と１次放射器１３との間に
挿入される誘電体線路１２ａ〜１２ｄに応じて、両者間
の線路長が切り替わる。

【００３１】図４は、この１次放射器の変位とビームの
走査との関係を示す図である。このように、１次放射器
１３の放射位置は誘電体線路１２の線路長Ｌの切り替え
によって同図の左右方向に変位するため、ビームの指向
方向が図における左右方向に変更されることになる。

【００３２】このアンテナ装置によれば、１次放射器は
基本的に１つ設ければよいので、回転体１４と１次放射
器１３が共に小型になり、全体に小型化される。また部
品コストと調整時間が削減され、全体にコストダウンが
図れる。

【００３３】また、線路長の異なる複数の第３の誘電体
線路を増せば、その数だけ指向方向が微妙に異なる多く
のビームを容易に形成できるようになる。

【００３４】また、従来構造のように、隣接する１次放
射器の間隔に合わせて、それらに結合する誘電体線路を
配置する必要がないため、可動体に設ける第３の誘電体
線路の間隔を狭めて、誘電体線路同士の接続時間（オン
デューティ）を長くすることも可能となる。

【００３５】次に、アンテナ装置の他の構成例を図５を
参照して説明する。図５の（Ａ）と（Ｂ）はそれぞれ異
なった構造のアンテナ装置の主要部の上面図であり、誘
電体線路１０の構成は図１に示したものと同様である。
図５において１５は複数の第３の誘電体線路を設けた可
動体であり、誘電体線路１０と１次放射器１３との間に
設けている。１次放射器１３の構成は図２に示したもの
と基本的に同様である。可動体１５には上下の導体板の
間に長さの異なる誘電体ストリップ９ａ〜９ｅをそれぞ
れ平行に配置している。

【００３６】（Ａ）の例では、可動体１５と１次放射器
１３との接続面は誘電体ストリップ６の長手方向に対し
垂直ではなく、両者を傾斜させている。可動板１５の上
下の導体板の平面形状も、誘電体ストリップ９ａ〜９ｅ
の長さに応じて台形状にしている。１次放射器１３には
ローラー（カムフォロワー）を設けていて、可動体１５
には、上記ローラーを転動させる直線状の面（カム）を
設けている。誘電体線路１０と可動体１５との接続面も
カムとカムフォロワーにより、一定間隙を隔てて対向さ
せている。可動体１５は図５におけるｘ方向に平行移動
するアクチュエータを備えていて、電気的制御によって
誘電体ストリップ９ａ〜９ｅのうち１つを誘電体ストリ
ップ３と６との間に選択的に挿入されるように制御す
る。このことにより１次放射器１３の位置をｚ方向に切
り替えることが可能となる。

【００３７】一方、（Ｂ）の例では、可動体１５の１次
放射器１３に対する接続面を、誘電体ストリップ６に垂
直な面を有する階段状に形成している。１次放射器１３
にはローラー（カムフォロワー）を設けていて、可動体
１５には、上記ローラーを転動させるほぼ階段状の面
（カム）を設けている。したがって、可動体１５がｘ方
向に平行移動した際、１次放射器１３はｚ方向に段階的
に変位することになる。

【００３８】図５の（Ａ）に示した構造によれば、可動
体１５の運動に伴って１次放射器が変位する際に、第１
と第３の誘電体線路同士の接続部がＯＮになってからＯ
ＦＦになるまでの間、１次放射器が移動する方向はビー
ム走査の方向と一致するため、ビーム走査方向に直交す
る方向へのビームの振れが生じない。（Ｂ）に示した構
造によれば、可動体１５が連続的に運動しても、第１と
第３の誘電体線路同士の接続部がＯＮになってからＯＦ
Ｆになるまでの間、１次放射器は静止したままであるた
め、ビームは静止したままとなり振れが生じない。

【００３９】なお、誘電体線路１０と可動体１５との接
続面、および可動体１５と１次放射器１３との接続面
は、上下またはいずれか一方の導体板の端面同士で摺動
させるように構成してもよい。

【００４０】次に、さらに他のアンテナ装置の主要部の
構成を図６を参照して説明する。図６の（Ａ）はアンテ
ナ装置の主要部の部分斜視図、（Ｂ）は誘電体ストリッ
プ部分を通る断面図である。誘電体線路１０の構成は図
１に示したものと同様である。１次放射器１３について
も図３に示したものとほぼ同様であり、上下２つの導体
板の間に誘電体ストリップ６および誘電体共振器４０を
設けている。１４は円板形状の回転体であり、上下２つ
の導体板８，９の間に９ａ〜９ｈで示す８つの誘電体ス
トリップを放射状に配置している。この８つの誘電体ス
トリップを配置したことによって回転体１４にそれぞれ
線路長の異なる８つの誘電体線路を構成している。回転
体１４はモータ１６により回転され、誘電体線路１０
と、１次放射器１３側の誘電体線路との間に所定の誘電
体線路が挿入されることになる。

【００４１】１次放射器１３は回転体１４を挟んで誘電
体線路１０側に引っ張りバネにより常に付勢している。
一方、誘電体線路１０は固定であり、回転体１４の周面
と誘電体線路１０の端面との位置関係は一定であるため
（カムとカムフォロワーにより一定の間隙を隔てて対向
させているか、導体板の端面同士を摺動させているた
め）、誘電体線路１０から１次放射器１３の誘電体共振
器４０までの線路長は回転体１４の回転位置により定ま
る。したがって、回転体１４の回転により、１次放射器
が図外の誘電体レンズの焦点面内を直線的に往復移動
し、ビーム走査がなされる。

【００４２】なお、以上に示した第３の誘電体線路は回
転運動するものとして説明したが、本願発明は、回転体
を一方向に回転させるものに限らず、一定角度範囲を往
復運動（揺動）するのもであってもよい。

【００４３】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、伝送路と
して誘電体線路を用いながらも、２つの高周波回路素子
間の位相差を切り替えられるようになる。また、誘電体
線路と結合する高周波回路素子の位置を切り替えられる
ようになる。

【００４４】請求項２，４に係る発明によれば、第３の
誘電体線路の円運動によって、第１と第２の誘電体線路
間の線路長が容易に切り替わることになる。

【００４５】請求項３に係る発明によれば、第３の誘電
体線路の直線運動によって、第１と第２の誘電体線路間
の線路長が容易に切り替わることになる。

【００４６】請求項５に係る発明によれば、線路長の異
なる複数の第３の誘電体線路を順次選択的に第１と第２
の誘電体線路間に挿入することによってビームの走査を
行うので、１次放射器は基本的に１つ設ければよく、複
数の１次放射器とそれらにそれぞれ結合する誘電体線路
を回転体等に設ける必要がない。そのため、可動部分と
１次放射器部分が共に小型になり、全体に小型化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態に係る誘電体線路の線路長切替装置
の基本構成図

【図２】 アンテナ装置の実施形態に係る主要部の斜視
図および断面図

【図３】 同装置における回転体の正面図および右側面
図

【図４】 同装置におけるビーム走査の様子を示す図

【図５】 他のアンテナ装置における主要部の平面図

【図６】 他のアンテナ装置における主要部の斜視図お
よび断面図

【符号の説明】

１，２，４，５，７，８−導体板 ３，６，９−誘電体ストリップ １０−第１の誘電体線路 １１−第２の誘電体線路 １２−第３の誘電体線路 １３−１次放射器 １４−回転体 １５−可動体 １６−モータ １７−誘電体レンズ ３０−カム ３１−カムフォロワー ４０−誘電体共振器 ４１−スリット板 ４２−ホーン状開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｑ 3/32 Ｈ０１Ｑ 3/32 13/02 13/02 15/02 15/02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定された第１の誘電体線路と、可動状
   態に保持された第２の誘電体線路と、 線路長の異なる複数の誘電体線路のうちの１つが前記第
   １と第２の誘電体線路の間に挿入自在に保持された第３
   の誘電体線路とからなる誘電体線路の線路長切替装置。
2. 【請求項２】 前記第３の誘電体線路を、その円運動に
   よってそれぞれ円筒面を描く位置に配列し、当該円運動
   によって前記第１と第２の誘電体線路との間に第３の誘
   電体線路を順次選択的に挿入するようにしたことを特徴
   とする請求項１に記載の誘電体線路の線路長切替装置。
3. 【請求項３】 前記第３の誘電体線路を、平面上に配列
   し、当該平面の直線運動によって前記第１と第２の誘電
   体線路との間に第３の誘電体線路を選択的に挿入するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１に記載の誘電体線路
   の線路長切替装置。
4. 【請求項４】 前記第３の誘電体線路を、平面上の或る
   点を放射中心として放射状に配列し、前記放射中心を回
   転中心とする前記平面の回転によって前記第１と第２の
   誘電体線路との間に第３の誘電体線路を順次選択的に挿
   入するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の誘
   電体線路の線路長切替装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のうちのいずれかに記載の
   第２の誘電体線路に、当該第２の誘電体線路とともに変
   位する１次放射器を結合させ、当該１次放射器の位置を
   ほぼ焦点位置とする誘電体レンズを設けたことを特徴と
   するアンテナ装置。