JPH11274838A - アクティブフェーズドアレーアンテナ - Google Patents

アクティブフェーズドアレーアンテナ

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JPH11274838A
JPH11274838A JP10098413A JP9841398A JPH11274838A JP H11274838 A JPH11274838 A JP H11274838A JP 10098413 A JP10098413 A JP 10098413A JP 9841398 A JP9841398 A JP 9841398A JP H11274838 A JPH11274838 A JP H11274838A
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JP
Japan
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waveguide
active
phased array
waveguides
radiation
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JP10098413A
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English (en)
Inventor
Naohisa Goto
尚久 後藤
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TAKUSHOKU UNIVERSITY
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TAKUSHOKU UNIVERSITY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車衝突防止レーダ等として新規な構造
で、走査範囲が±10°以内のときにアクティブ素子を
1/2に節減しても指向性が劣化しないアクティブフェ
ーズドアレーアンテナを提供する。 【解決手段】 一層構造導波管給電回路の特徴を利用
し、給電導波管6を仕切らずに、アクティブ素子13の
給電点間にある2個の隣り合う導波管5、5の給電位相
に勾配をもたせるように構成する。アクティブ素子13
を半数に節減しても、位相誤差はなくすことができ、ま
た通常のアレーと同様の指向性をほぼ劣化せずに示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブフェー
ズドアレーアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般に
フェーズドアレーアンテナは、複数のアンテナ素子を配
列して構成し、各アンテナ素子の位相や振幅を制御して
ビーム自体の形を変えることが可能となっている。また
フェーズドアレーアンテナは、電子的に各アンテナ素子
の位相を変化させることで、固定したアンテナのビーム
を高速で空間走査できるという特徴を有する。そして最
近では、小型軽量化した増幅器や移相器等のアクティブ
素子をアンテナ素子と一体化したアクティブフェーズド
アレーアンテナが実現している。
【0003】また近年では、自動車衝突防止レーダ用と
して周波数77GHz(波長3.9mm)のアンテナの
開発が急がれているが、このような高利得(約30d
B)のミリ波アンテナには、上述のようにアンテナを固
定してビームを走査できるアクティブフェーズドアレー
アンテナが好ましいと考えられている。
【0004】ところで、自動車衝突防止レーダとしては
±10°以内の走査が目標とされている一方で、アクテ
ィブフェーズドアレーアンテナとしてはアクティブ素子
の節減が重要な課題とされている。そこで本発明は、本
願発明者等が開発した一層構造導波管スロットアンテナ
とそれに対する給電回路を利用して、自動車衝突防止レ
ーダ等として新規な構造のアクティブフェーズドアレー
アンテナであるとともに、走査範囲が±10°以内のと
きにアクティブ素子を1/2に節減しても指向性が劣化
しないものを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで本発明のアクティ
ブフェーズドアレーアンテナのうち請求項1に係るもの
は、上記目的を達成するために、管軸方向に複数のスロ
ットを形成するとともに隣接して平行に配列した複数の
放射導波管と、管軸方向が該放射導波管の管軸方向に対
して直交するとともに上記放射導波管の各々に対して給
電する給電導波管とを同一平面内に形成し、上記各放射
導波管ごとに上記給電導波管を仕切り、各仕切り部分ご
とにアクティブ素子を配してなることを特徴とする。
【0006】同請求項2に係るものは、上記目的を達成
するために、管軸方向に複数のスロットを形成するとと
もに隣接して平行に配列した複数の放射導波管と、管軸
方向が該放射導波管の管軸方向に対して直交するととも
に上記放射導波管の各々に対して給電する給電導波管と
を同一平面内に形成し、相隣る一対の放射導波管ごとに
上記給電導波管を仕切り、各仕切り部分ごとにアクティ
ブ素子を配してなることを特徴とする。
【0007】同請求項3に係るものは、上記目的を達成
するために、管軸方向に複数のスロットを形成するとと
もに隣接して平行に配列した複数の放射導波管と、管軸
方向が該放射導波管の管軸方向に対して直交するととも
に上記放射導波管の各々に対して給電する給電導波管と
を同一平面内に形成し、上記給電導波管を仕切らずに相
隣る一対の放射導波管ごとにアクティブ素子を配してな
ることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。本発明の実施形態を説明する前に、
従来から利用されている導波管スロットアンテナの構造
を説明する。図1は従来公知の導波管スロットアンテナ
の一例を示す斜視図である。このアンテナは、複数の放
射導波管1・・・と、管軸方向が放射導波管1の管軸方
向に対して直交する1本の給電導波管2とからなり、放
射導波管1には管軸方向に沿って複数のスロット3・・
・が設けてあり、給電導波管2には放射導波管1に対応
させた点線で示す結合スロット4・・・が設けてある。
結合スロット4は、放射導波管1の共通の壁に切られて
おり、これを通して電力が給電されるようになってい
る。その他の動作については周知であるので説明を省略
するが、構造的には、放射導波管1と給電導波管2とが
重なって複雑なものになっているだけでなく、製造も難
しく、したがって高価であるため、もっぱら防衛用のレ
ーダ等に利用されていた。
【0009】図2は本願発明者等が先に提案した一層構
造導波管スロットアンテナを示す斜視図である。このア
ンテナは、複数の放射導波管5・・・と管軸方向が放射
導波管5の管軸方向に対して直交する給電導波管6を同
じ面に並べ、給電導波管6の一つの給電窓7から2本の
放射導波管5に給電し、受信電力の流れがいわゆるπ分
岐となるようにしている。図中8は給電ピン、9は整合
用壁である。またこのアンテナは、複数の放射導波管5
の管軸方向に沿って複数の十字型スロット10・・・を
形成した上部のスロット板11と、放射導波管5及び給
電導波管6とするための溝を形成した下部のみぞ構造体
12とを別々に製作するようにしたもので、大量生産に
適している。具体的には、上部のスロット板11にはプ
レスにより精密に十字型スロット10を孔明けし、みぞ
構造体12はダイカストにより仕切りを設けて形成し、
これらを重ね合わせて接着するだけで完成できるように
なっている。
【0010】上述の、特に図2に示すような一層構造導
波管スロットアンテナを応用して構成した本発明に係る
アクティブフェーズドアレーアンテナの第1の実施の形
態を図3に概念的に示す。なお以下では図2のアンテナ
と共通する要素部分には共通する符号を付して説明す
る。本実施形態のアンテナは、給電導波管6を放射導波
管5ごとに対応させて仕切り、逆相給電一層構造導波管
スロットアンテナと同様に各放射導波管5にアクティブ
素子13を取り付けて構成してある。なおアクティブ素
子13は、増幅器や移相器等のマイクロ波回路素子等か
らなるものであるが、その構成、作用等については周知
であるので図では点で示すに止め説明は省略する。
【0011】この実施形態のアンテナは、図示した座標
系で各放射導波管5をy軸上に素子間隔d(例えば約
0.8波長間隔)で配列したとし、全体でN個ある放射
導波管5に座標原点に近い方から0、1、2、・・・N
−1の番号をつけ、n番目の放射導波管5の励振振幅を
n、励振位相を−φnとし、z軸からの角をθとする
と、yz面の指向性は
【数1】 のようになる。そして主ビームの方向の角度をθ0とす
ると、このアクティブフェーズドアレーアンテナの指向
性は、指向性を表す変数をuとして
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】 のようになる。このアンテナではアクティブ素子は節減
していないが、図6に点線で示すように通常のアレーと
同様の指向性を示す。ただし、導波管幅が約0.8波長
であるため、走査角が±26°を越えるとグレーテイン
グローブが発生する。
【0012】図4は本発明に係るアクティブフェーズド
アレーアンテナの第2の実施の形態を概念的に示す。本
実施形態のアンテナは、同相給電一層構造導波管スロッ
トアンテナと同様の構造を有し、かつ2個の隣り合う一
対の放射導波管5、5ごとに給電導波管6を仕切り、各
仕切りに対して1個のアクティブ素子13を配してアク
ティブ素子13を半数に節減している。図4の実施形態
と同様の座標系を考え、励振位相をφ2n=φ2n+1
(2n+1)u0/2(n=0、1、2・・・)とする
と、位相誤差はΔφ2n=−u0/2、Δφ2n+1=u0/2
となり、指向性は
【数6】 のようになる。等振幅励振(an=1)のときの解析結
果によると、大きさtan(u0/2)のグレーティン
グローブがu=πの方向に現れる。θ0=10°、d=
0.64λのときのグレーティングローブは、図6に波
線で示すように−8dBになる。
【0013】図5は本発明に係るアクティブフェーズド
アレーアンテナの第3の実施の形態を概念的に示す。本
実施形態のアンテナは、一層構造導波管給電回路の特徴
を利用し、給電導波管6を仕切らずに、アクティブ素子
13の給電点間にある2個の隣り合う導波管5、5の給
電位相に勾配をもたせるようにしたものである。本実施
形態のアンテナでは、文献(広川、安藤「ブロック励振
法を用いた一層構造導波管電力分配器に関する基礎検
討」:1998信学総合大会(1998年3月))によ
れば、図3の実施形態と同様に位相誤差はなくすことが
でき、上述の数式2と同じ指向性となる。ただし、隣接
するアクティブ素子13の励振振幅に差ができ、等振幅
励振の場合ではa2n+1/a2n=α(n=0、1、2・・
・)となる。上記文献によると、走査角±10°ではα
=1.4dBとなる。
【0014】また等振幅励振(a2n=1、a2n+1=α)
のときの解析結果によると、大きさ(α−1)/(α+
1)のグレーティングローブがu=πの方向に現れる。
本実施形態の指向性を図6に実線で示したが、指向性は
ほぼ劣化しないことがわかる。
【0015】
【発明の効果】請求項1に係るアクティブフェーズドア
レーアンテナは、以上説明してきたように、複数の放射
導波管の管軸方向に対して直交させて放射導波管の各々
に給電する給電導波管を同一平面内に形成し、各放射導
波管ごとに給電導波管を仕切って各仕切り部分ごとにア
クティブ素子を配してなる構成としたので、自動車衝突
防止レーダ等として新規な構造で高利得のアクティブフ
ェーズドアレーアンテナを提供できるという効果があ
る。
【0016】請求項2に係るアクティブフェーズドアレ
ーアンテナは、以上説明してきたように、複数の放射導
波管の管軸方向に対して直交させて放射導波管の各々に
給電する給電導波管を同一平面内に形成し、相隣る一対
の放射導波管ごとに給電導波管を仕切って各仕切り部分
ごとにアクティブ素子を配してなる構成としたので、請
求項1のアクティブフェーズドアレーアンテナと同様
に、自動車衝突防止レーダ等として新規な構造で高利得
のアクティブフェーズドアレーアンテナを提供できると
いう効果があり、特に走査範囲が限定されるときは、ア
クティブ素子を半数に節減できるという効果がある。
【0017】請求項3に係るアクティブフェーズドアレ
ーアンテナは、以上説明してきたように、複数の放射導
波管の管軸方向に対して直交させて放射導波管の各々に
対して給電する給電導波管を同一平面内に形成し、給電
導波管を仕切らずに相隣る一対の放射導波管ごとにアク
ティブ素子を配してなる構成としたので、請求項1、2
のアクティブフェーズドアレーアンテナと同様に、自動
車衝突防止レーダ等として新規な構造で高利得のアクテ
ィブフェーズドアレーアンテナを提供できるという効果
があり、特に走査範囲が限定されるときは、請求項2の
アクティブフェーズドアレーアンテナと同様に、アクテ
ィブ素子を半数に節減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来公知の導波管スロットアンテナの一例を示
す斜視図である。
【図2】本願発明者等が先に提案した一層構造導波管ス
ロットアンテナを示す斜視図である。
【図3】本発明に係るアクティブフェーズドアレーアン
テナの第1の実施の形態を示す概念図である。
【図4】本発明に係るアクティブフェーズドアレーアン
テナの第2の実施の形態を示す概念図である。
【図5】本発明に係るアクティブフェーズドアレーアン
テナの第3の実施の形態を示す概念図である。
【図6】本発明に係るアクティブフェーズドアレーアン
テナの各実施形態における指向性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 放射導波管 2 給電導波管 3 スロット 4 結合スロット 5 放射導波管 6 給電導波管 7 給電窓 8 給電ピン 9 整合用壁 10 十字型スロット 11 スロット板 12 みぞ構造体 13 アクティブ素子
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01Q 21/06 G01S 13/93 Z

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管軸方向に複数のスロットを形成すると
    ともに隣接して平行に配列した複数の放射導波管と、管
    軸方向が該放射導波管の管軸方向に対して直交するとと
    もに上記放射導波管の各々に対して給電する給電導波管
    とを同一平面内に形成し、上記各放射導波管ごとに上記
    給電導波管を仕切り、各仕切り部分ごとにアクティブ素
    子を配してなることを特徴とするアクティブフェーズド
    アレーアンテナ。
  2. 【請求項2】 管軸方向に複数のスロットを形成すると
    ともに隣接して平行に配列した複数の放射導波管と、管
    軸方向が該放射導波管の管軸方向に対して直交するとと
    もに上記放射導波管の各々に対して給電する給電導波管
    とを同一平面内に形成し、相隣る一対の放射導波管ごと
    に上記給電導波管を仕切り、各仕切り部分ごとにアクテ
    ィブ素子を配してなることを特徴とするアクティブフェ
    ーズドアレーアンテナ。
  3. 【請求項3】 管軸方向に複数のスロットを形成すると
    ともに隣接して平行に配列した複数の放射導波管と、管
    軸方向が該放射導波管の管軸方向に対して直交するとと
    もに上記放射導波管の各々に対して給電する給電導波管
    とを同一平面内に形成し、上記給電導波管を仕切らずに
    相隣る一対の放射導波管ごとにアクティブ素子を配して
    なることを特徴とするアクティブフェーズドアレーアン
    テナ。
JP10098413A 1998-03-25 1998-03-25 アクティブフェーズドアレーアンテナ Pending JPH11274838A (ja)

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