JPWO2007097282A1 - アンテナ装置、アレイアンテナ、マルチセクタアンテナ、および高周波送受波装置 - Google Patents

Abstract

誘電体基板（１０）の表面（１１）には直線状に延びる給電電極（２）が形成される。平衡電極（３）は、給電電極（２）の延びる方向に直交し、且つ平行に延びる平衡伝送電極（３Ａ），（３Ｂ）からなる。平衡伝送電極（３Ａ），（３Ｂ）は、給電電極（２）に対して送受信信号の波長の１／２倍の間隔で接続する。放射電極（４）は、平衡伝送電極（３Ａ）に接続する第１電極（４Ａ）と平衡伝送電極（３Ｂ）に接続する第２電極（４Ｂ）とからなり、給電電極（２）に平行に形成される。導波電極（５）は放射電極（４）から所定間隔の位置で放射電極（４）に平行に形成される。誘電体基板（１０）の裏面（１２）には、給電電極（２）の形成部を含む領域に対応してグランド電極（６）が形成される。このように平衡電極（３）の二つの電極を給電電極（２）に波長の１／２の間隔で接続することで、この分岐部が信号分岐とバランとの機能を同時に備える。

Description

この発明は、ダイポールアンテナに基づくアンテナ装置、特に誘電体基板にダイポール電極を形成してなる平板状アンテナ装置に関するものであり、さらには、このアンテナ装置が複数配列されたアレイアンテナ、該アレイアンテナを複数備えるマルチセクタアンテナ、および高周波送受波装置に関するものである。

従来、一般によく知られているアンテナ装置の一つとして、八木−宇田アンテナがある。このような八木−宇田アンテナには、車載レーダ装置等に搭載し、省スペース化に対応するために、誘電体基板を用いた平板状のものがあり、非特許文献１には、このような平板状の八木−宇田アンテナをアレイ化したアンテナ装置が開示されている。

図１２（Ａ）、（Ｂ）は非特許文献１に記載のアンテナの構成図であり、（Ｃ）は（Ａ）、（Ｂ）のアンテナ装置を複数配列してなるアレイアンテナの構成図である。なお、（Ｃ）においては、裏面のグランド電極は図示を省略している。

図１２に示すように、非特許文献１のアンテナ装置１００は、誘電体基板１０１の表面１１１に給電部電極２０、不平衡−平衡変換器電極（以下、バラン電極と称す）３０、放射部電極４０、導波部電極５０が形成され、裏面１１２にグランド電極６０が形成されている。

給電部電極２０は所定方向に延びる直線状に形成され、片端にバラン電極３０が接続されている。バラン電極３０は、互いの開口部が対向するように配置された二本のＵ字形状電極からなり、給電部電極２０の延びる方向に垂直な方向に広がる形状で形成されている。二本のＵ字形状電極の一方（図１２を正面視した右側のＵ字形状電極）は、他方よりも、電気長にして送受信信号の半波長（λ／２）分長い形状で形成されている。この形状により不平衡線路である給電部電極２０から平衡線路である放射部電極４０への電流経路を確保して、送受信信号を伝送させる。放射部電極４０は、バラン電極３０の二本の電極にそれぞれ接続し、給電部電極２０の延びる方向に対して垂直な方向に延びる所定長さの直線状電極を二本有する。この構造により、放射部電極４０はダイポールアンテナの放射部として機能する。導波部電極５０は、放射部電極４０から所定間隔離間し、且つ放射部電極４０に平行に形成されている。グランド電極６０は、給電部電極２０、バラン電極３０を含む領域に対応して裏面１１２に形成されている。

また、非特許文献１のアレイアンテナは、このような給電部電極２０、バラン電極３０、放射部電極４０、導波部電極５０、グランド電極６０をそれぞれに備えたアンテナ装置１００Ａ〜１００Ｄを、誘電体基板１０１に所定間隔で配列してなる。アンテナ装置１００Ａ、１００Ｂの給電部電極は分岐回路７１に接続され、アンテナ装置１００Ｃ、１００Ｄの給電部電極は分岐回路７２に接続されている。分岐回路７１，７２は分岐回路７３に接続されている。この構造により、分岐回路７３に供給された送信波信号は、分岐回路７３で分岐回路７１、７２に分岐され、分岐回路７１でアンテナ装置１００Ａ，１００Ｂに分岐され、分岐回路７２でアンテナ装置１００Ｃ，１００Ｄに分岐される。一方、アンテナ装置１００Ａ，Ｂで受信した反射波信号は分岐回路７１，７３を介して後段の処理部に伝送され、アンテナ装置１００Ｃ，Ｄで受信した反射波信号は分岐回路７２，７３を介して後段の処理部に伝送される。
William R. Deal, NoritakeKaneda, James Sor, Yongxi Qian, and Tatsuo Itoh, "A New Quasi-Yagi Antennafor Planar Active Antenna Arrays", JUNE 2000, IEEE TRASACTIONS ONMICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.48, NO.6

ところが、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すようなアンテナ装置では、既に小型化されているものの、給電部とバラン部とが別に形成されており、且つバラン部が給電部の延びる方向に対して垂直な方向に広がる二つのＵ字形状電極からなることから、或る程度の大きさのスペースを必要とする。そして、図１２（Ｃ）に示すようにこれらのアンテナ装置を用いてアレイアンテナを形成する場合に、アンテナ装置毎にこのスペースが必要となる。このため、検知精度の向上のために受信ビームの指向性を鋭くする等、配列するアンテナ数を増加させる場合に、この給電部とバラン部とによるスペースがアレイアンテナ全体のスペースに占める割合が大きくなる。このため、このアンテナ装置を複数用いるアレイアンテナ、このアレイアンテナを有するマルチセクタアンテナ、および高周波送受波装置を小型化する際に問題となる。また、各部を接続する伝送線路の引き回しが長くなるため、伝送損失が大きくなり、アンテナ利得が小さくなってしまう。

したがって、本発明の目的は、所望のアンテナ利得を備えながら従来よりも小型の形状からなる平板状アンテナ装置を提供することにある。

この発明のアンテナ装置は、誘電体基板の一方面に直線状に延びる形状で形成された給電用電極と、該給電用電極に対して送受信信号波長の１／２の奇数倍の長さで離間して接続し、給電用電極の延びる方向に対して所定角で交わる方向へ延びる形状で形成された二本一組からなる平衡電極と、該平衡電極の二本の電極にそれぞれ接続し、給電用電極の延びる方向に沿って、それぞれ反対方向に延びる形状で形成された所定長さの放射用電極と、放射用電極の平衡電極と対向する側で放射用電極から所定長さ離間した位置に放射用電極に対して平行に延びる形状で形成された所定長さの導波用電極と、少なくとも給電用電極の形成部を含み放射用電極および導波用電極の形成部を含まない一方面に対向する他方面の領域に形成された接地電極と、を備えたことを特徴としている。

この構成では、給電用電極を介して送信信号が供給されると、送信信号が平衡電極を構成する二本の伝送路電極に分岐される。ここで、給電用電極と平衡電極との二つの接続点（分岐部）の間隔が送受信信号波長の１／２の奇数倍の長さで設定されている。すなわち、「λ」を送受信信号の波長とし、Ｎを「０」を含む自然数とした場合に、前記間隔は（（２Ｎ＋１）λ／２）となる。これにより、平衡電極の二本の伝送路に伝送される送信信号は、互いに位相がλ／２ずれたものとなり、不平衡−平衡変換が実行される。放射用電極にこの平衡送信信号が供給されると、放射用電極はダイポールアンテナとして機能し、電波を放射する。ここで、導波用電極が形成されていることで、この導波用電極の設置位置、形状に応じて、放射用電極から導波用電極側を指向性の中心として電波が放射される。一方、反射波の受信の場合には、放射用電極が受信した反射波（受信信号）が平衡電極の二本の伝送路に伝送される。そして、平衡電極と給電用電極との接続点の間隔が送受信信号波長の１／２の奇数倍の長さで設定されていることで、受信信号は平衡−不平衡変換されて給電用電極に伝送される。

また、この発明のアンテナ装置は、平衡電極の二本の電極が給電用電極に接続する間隔を送受信信号波長の１／２倍の長さとすることを特徴としている。

この構成では、平衡電極の二本の電極（伝送路電極）と給電用電極との接続部（分岐部）の間隔を送受信信号波長の１／２倍の長さ（λ／２）とすることで、最も短い間隔で不平衡−平衡変換が行われる。これにより、最も短い間隔で不平衡−平衡変換が行われるので、伝送損失が最小限に抑圧されるとともに、小型化される。

また、この発明のアンテナ装置は、放射用電極の形成位置に対応する他方面の領域で当該他方面から離間し、さらに当該他方面に対して所定角を成す反射面を有する反射用部材を備えたことを特徴としている。

この構成では、放射部電極から放射された送信波の一部が、誘電体基板に対して所定角を成して離間された反射面で反射されるので、反射面の形状に応じた指向性が与えられる。このため、反射面を適宜設定することで、それぞれに指向性の中心方向が異なるアンテナ装置を実現することができる。例えば、傾斜角を変更すれば、指向性の中心方向が誘電体基板の前記二面に垂直に交わる方向に沿って変更することができる。

また、この発明のアレイアンテナは、前述のいずれかのアンテナ装置を、給電用電極の延びる方向に所定の配置間隔で複数形成したことを特徴としている。

この構成では、前述のアンテナ装置が一つの給電用電極に対して直列に接続し、前述のように各アンテナ装置において、分岐部が分岐回路と不平衡−平衡変換部との機能を備えるので、各アンテナ装置の放射用電極への分岐回路と不平衡−平衡変換回路との複合部が給電用電極に沿って配置されただけの構造でアレイアンテナが構成される。

また、この発明のマルチセクタアンテナは、前記アレイアンテナを、送受信方向が異なるように単一の誘電体基板を用いて複数形成してなることを特徴としている。

この構成では、前述の構成から成り、送受信方向が異なる複数のアレイアンテナを備えることで、複数方向を検知できるマルチセクタアンテナが構成される。

また、この発明の高周波送受波装置は、前述のアンテナ装置、アレイアンテナ、およびマルチセクタアンテナの少なくとも一つを備えたことを特徴としている。

この構成では、前述のアンテナ装置、アレイアンテナ、およびマルチセクタアンテナを備えることで、所望の特性に応じた高周波送受波装置が構成される。

この発明によれば、給電用電極からの分岐と不平衡−平衡変換とを、送受信信号の波長の１／２の奇数倍の間隔で設けた二つの電極分岐で実現することができるので、従来のアンテナ装置よりも小型のアンテナ装置を構成することができる。特に、電極分岐位置を波長の１／２倍とすることで、さらに小型のアンテナ装置を構成することができる。そして、このような形状であることから、伝送損失が低減されてアンテナ利得の優れるアンテナ装置を構成することができる。

また、この発明によれば、誘電体基板における放射用電極側とは異なる側に、誘電体基板に対して所定角度を成す反射面を備えることで、送受信指向性を適宜設定でき、所望の特性を有するアンテナ装置を小型に形成することができる。

また、この発明によれば、前記アンテナ装置を給電用電極に直列に接続することで、各アンテナ装置の放射用電極への分岐回路と不平衡−平衡変換回路との複合部が給電用電極に沿って配置されただけの構造で、アレイアンテナを構成することができる。これにより、アレイアンテナを小型に形成することができる。

また、この発明によれば、前記アレイアンテナを複数用いることで、マルチセクタアンテナを小型に形成することができ、さらには、これらアンテナ装置、アレイアンテナ、マルチセクタアンテナを用いることで、高周波送受波装置を小型に形成することができる。

第１の実施形態のアンテナ装置１の構成を示す平面図および側面図である。 給電電極と平衡電極との接続点に整合回路を備えるアンテナ装置の構成を示す平面図である。 平衡電極３の平衡伝送電極３Ａ，３Ｂが平行でないアンテナ装置の構成を示す平面図である。 反射器電極９を備えたアンテナ装置の構成を示す平面図である。 導波電極を複数備えたアンテナ装置の構成を示す平面図である。 放射電極４の第１電極４Ａと第２電極４Ｂとの長さが異なるアンテナ装置の構成を示す平面図である。 第２の実施形態のアンテナ装置の外観斜視図、側面図、および異なる構成のアンテナ装置を示す側面図である。 斜面部６３Ａを備える導体板６１を用いたシミュレーション結果である。 第３の実施形態のアレイアンテナの構成を示す平面図である。 第４の実施形態のマルチセクタアンテナの構成を示す正面図である。 第５の実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図である。 非特許文献１に記載のアンテナの構成図およびこのアンテナ装置を複数配列してなるアレイアンテナの構成図である。

符号の説明

１，１’，１Ａ〜１Ｈ−アンテナ装置、２，２Ａ，２Ｂ，２１１，２１２−給電電極、３−平衡電極、３Ａ，３Ｂ−平衡伝送電極、２３Ａ，２３Ｂ−接続点、４−放射電極、４Ａ−放射電極４の第１電極、４Ｂ−放射電極４の第２電極、５−導波電極、６−グランド電極、７，７Ａ〜７Ｈ−整合回路、８−コーナカット部、９−反射器電極、１０−誘電体基板、１１−誘電体基板１０の表面、１２−誘電体基板１０の裏面、６１−導体板、６２−平面部、６３−曲面部、６３Ａ−斜面部、１００、１００Ａ〜１００Ｄ−アンテナ装置、１０１−誘電体基板、１１１−表面、１１２−裏面、２０−給電電極、３０−バラン、４０−放射電極、５０−導波電極、６０−グランド電極、７１〜７３−分岐回路、２００，２０１，２０２，２０３−アレイアンテナ、３０１−アンテナ部、３０２−信号処理部、３０３−ＶＣＯ、３０４−カプラ、３０５−サーキュレータ、３０６−ミキサ、３０７−ＬＮＡ、３０８−Ａ／Ｄ変換器

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置について図を参照して説明する。
図１（Ａ）は本実施形態のアンテナ装置１の構成を示す平面図であり、（Ｂ）はその側面図である。なお、図１（Ａ）において、正面視して水平軸をｘ軸とし、右に向く方向を＋ｘ方向、左に向く方向を−ｘ方向とする。また、垂直軸をｙ軸とし、上に向く方向を＋ｙ方向、下に向く方向を−ｙ方向とする。図１（Ｂ）において、正面視して水平方向をｚ軸とし、左に向く方向を＋ｚ方向、右に向く方向を−ｚ方向とする。また、垂直軸をｙ軸とし、上に向く方向を＋ｙ方向、下に向く方向を−ｙ方向とする。そして、以下では、これらｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を補助的に用いて構成の説明を行う。
本実施形態のアンテナ装置１は２軸（ｘ軸、ｙ軸）方向に所定の広がりを有し、これらに垂直な軸（ｚ軸）方向に所定厚みを有する誘電体基板１０を備える。誘電体基板１０の＋ｚ方向の面である表面１１（本発明の「一方面」に相当）には、給電電極２、平衡電極３、放射電極４、および導波電極５が形成され、−ｚ方向の面である裏面１２（本発明の「他方面」に相当）にはグランド電極６が形成されている。

給電電極２はｘ軸方向に延びる直線状の電極であり、延びる方向に沿って、送受信信号の波長λの１／２倍の長さの間隔で、平衡電極３の平衡伝送電極３Ａおよび平衡伝送電極３Ｂが接続している。以下の説明では、給電電極２と平衡伝送電極３Ａとの接続点を接続点２３Ａとし、給電電極２と平衡伝送電極３Ｂとの接続点を接続点２３Ｂとする。

平衡伝送電極３Ａ、３Ｂはそれぞれ接続点２３Ａ，２３Ｂで、給電電極２の延びる方向（ｘ軸）に対して直交に接続して、この直交方向（＋ｙ方向）に沿って、互いに平行に延びる形状で形成されている。

放射電極４は、平衡伝送電極３Ａ，３Ｂにおける接続点２３Ａ，２３Ｂと対向する側の端部にそれぞれ接続する第１電極４Ａと第２電極４Ｂとを備える。これら第１電極４Ａ、第２電極４Ｂは、ともに給電電極２の延びる方向（ｘ軸）に平行に延びる形状、すなわち、平衡伝送電極３Ａ，３Ｂの延びる方向（ｙ軸）に直交して延びる形状で形成されている。この際、第１電極４Ａは平衡伝送電極３Ａとの接続点から−ｘ方向に延び、第２電極４Ｂは平衡伝送電極３Ｂとの接続点から＋ｘ方向に延びる形状で形成される。そして、第１電極４Ａ、第２電極４Ｂ、および第１電極４Ａと第２電極４Ｂとのギャップ部からなる放射電極４の長さは、ダイポールアンテナとして所定の指向性が得られる長さに設定されている。

導波電極５は、放射電極４の延びる方向（ｘ軸）と平行に延びる形状で形成される。導波電極５は、放射電極４に対して平衡電極３と対向する側（＋ｙ方向）で、放射電極４から所定距離離間された位置に、放射電極４よりも短い長さで形成される。また、導波電極５の延びる方向（ｘ軸）の中心は、放射電極４の延びる方向（ｘ軸）の中心と、ｘ軸方向位置が略一致するように配置されている。

グランド電極６は、表面１１における給電電極２の形成部と、平衡電極３の形成部の一部とを含み、放射電極４の形成部、導波電極５の形成部を含まない領域に対応する裏面１２の領域に形成されている。より、具体的には、給電電極２の形成部と、平衡電極３における、放射電極４に達しない給電電極２から所定距離の位置を境界として、給電電極２側に対向する領域に、グランド電極６が形成されている。

このような構成では、誘電体基板１０と給電電極２とグランド電極６とでマイクロストリップラインが形成される。また、誘電体基板１０と平衡電極３の給電電極２側とグランド電極６とでマイクロストリップラインが形成され、誘電体基板１０と平衡電極３の放射電極４側とでコプレーナガイドが形成される。

これにより、給電電極２を有するマイクロストリップラインを介して送信信号発生回路（図示せず）から供給される送信信号は、λ／２で離間された各接続点２３Ａ，２３Ｂで平衡電極３の平衡伝送電極３Ａ，３Ｂに分岐される。ここで、接続点２３Ａ，２３Ｂの間隔、すなわち送信信号分岐点の間隔がλ／２であることから、平衡伝送電極３Ａに分岐される送信信号と平衡伝送電極３Ｂに分岐される送信信号とは逆相になる。そして、これら平衡伝送電極３Ａ，３Ｂ（平衡電極３）を有するマイクロストリップラインにより平衡型送信信号が伝送される。すなわち、不平衡−平衡変換が行われる。

平衡伝送電極３Ａ，３Ｂからなる伝送線路は、途中でマイクロストリップラインからコプレーナに変換され、平衡型送信信号が伝送される。このように平衡伝送電極３Ａ，３Ｂを有する伝送線路を介して伝送された平衡型送信信号は放射電極４に供給され、ダイポールアンテナとして機能する放射電極４から空間へ放射される。この際、放射電極４、導波電極５に直交する方向（ｙ軸）に沿って、放射電極４を中央に導波電極５とグランド電極６とが対向して配置されており、このグランド電極６が反射器として機能して、これら放射電極４、導波電極５、グランド電極６による平面型八木−宇田アンテナが形成される。これにより、放射電極４から導波電極５に向く方向を指向性の中心として、送信信号が放射される。なお、空間を伝搬して受信された受信信号については、送信信号と逆の経路を辿り、平衡電極３と給電電極２との２つの接続点で結合されて、給電電極２を有するマイクロストリップラインに伝送され、このマイクロストリップラインから受信信号処理回路（図示せず）に出力される。

以上のように、本実施形態の構成を用いることにより、分岐回路（結合回路）と不平衡−平衡変換回路とを、給電電極２と、給電電極２にλ／２の間隔で接続する平衡電極３とを有する伝送線路のみで構成することができる。これにより、不平衡線路である給電ラインから平衡型アンテナであるダイポールアンテナ（平面型八木−宇田アンテナ）に送信信号を供給し、ダイポールアンテナ（平面型八木−宇田アンテナ）での受信信号を給電ラインに伝送する構成を簡素化し、且つ小型化することができる。さらに、伝送線路が短くなることで、伝送損失が抑圧されてアンテナ利得が向上する。

なお、前述の説明では接続点間隔をλ／２としたが、接続点間隔は、Ｎを自然数（０を含む）として、（２Ｎ＋１）λ／２としても同様の作用・効果を得ることができる。

また、前述のアンテナ装置を構成する各電極の形状は一例であり、次に示すように、仕様に応じて適宜設定すればよい。

図２は給電電極と平衡電極との接続点に整合回路を備えるアンテナ装置の構成を示す平面図である。

図２に示すアンテナ装置１は、給電電極２と平衡電極３の平衡伝送電極３Ａとの接続点２３Ａの位置に、所定長さに亘り給電電極２の幅を広くした形状を備える。この際、給電電極２は、平衡伝送電極３Ａ側に対向する側（−ｙ方向）に幅が広がる形状で形成される。これにより、線路の特性インピーダンスが調整されて、給電電極２側と平衡伝送電極３Ａ側との整合回路７を形成することができる。
また、図２に示すアンテナ装置１は、給電電極２と平衡電極３の平衡伝送電極３Ｂとの接続点２３Ｂの位置で、給電電極２を延びる方向に対して所定角を成す形状でコーナカットを施したコーナカット部８を有する。このようなコーナカット部８を形成することで、給電電極２側と平衡伝送電極３Ｂとで線路の特性インピーダンスが調整される。
なお、この他の構成については、図１に示したアンテナ装置１と同じであるので、説明は省略する。

このような構成として、整合回路７、コーナカット部８の形状を適宜設定することにより、給電電極２と平衡電極３との間の送受信信号の伝送損失を低減できる。また、これらの電極形状を適宜設定することで、平衡伝送電極３Ａ，３Ｂへの信号分岐比を所定比に設定することができる。これにより、所望の指向性を備え、且つ低損失なアンテナ装置を構成することができる。

次に、図３は平衡電極３の平衡伝送電極３Ａ，３Ｂが平行でないアンテナ装置の構成を示す平面図である。

図３に示すアンテナ装置１は、平衡電極３の二つの平衡伝送電極３Ａ，３Ｂの間隔が、給電電極２側から放射電極４側に向かうのに従って、徐々に狭くなるように、平衡伝送電極３Ａ，３Ｂが形成されたものである。その他の構成は、図２に示したアンテナ装置と同じである。

このような構成では、放射電極４の第１電極４Ａ、第２電極４Ｂの間隔が短くなるので、前述の平衡伝送電極３Ａ，３Ｂが平行に延びる形状のアンテナ装置と異なる指向性を得ることができる。そして、この近接する割合および放射電極４のギャップを適宜設定することにより、複数種類の指向性を得ることができる。

次に、図４は反射器電極９を備えたアンテナ装置の構成を示す平面図である。

図４に示すアンテナ装置１は、平衡電極３の形成領域に対向する裏面１２において、グランド電極６から放射電極４方向（＋ｙ方向）に所定距離離間した位置に、放射電極４に平行して反射器電極９を形成したものである。この反射器電極９は、延びる方向（ｘ軸）の中心が放射電極４の延びる方向（ｘ軸）の中心と略一致するように形成されている。また、反射器電極９の延びる方向（ｘ軸）に沿う長さは、放射電極４の長さよりも所定量長く設定されている。なお、その他の構成については、図１に示したアンテナ装置と同じである。

このような構成では、反射器電極９およびグランド電極６がともに八木−宇田アンテナの反射器として機能するので、放射電極４から放射された送信信号における給電電極２側に放射される成分が抑圧され、より導波電極４方向に送信信号が放射される。これにより、所望の指向性を得られるとともに、反射損失を低減して実効アンテナ利得を向上することができる。

なお、図４では反射器電極９を一つ設置したが、反射器電極を平行に複数設置してもよい。

次に、図５は導波電極を複数備えたアンテナ装置の構成を示す平面図である。

図５に示すアンテナ装置１は、放射電極４の給電電極２と対向する側（＋ｙ方向）に、放射電極４からの距離が異なる二つの導波電極５Ａ，５Ｂを形成したものである。導波電極５Ａ，５Ｂは、それぞれ放射電極４と同じ方向（ｘ軸方向）に延びる直線状からなり、放射電極４、導波電極５Ａ，５Ｂは平行に配置される。また、導波電極５Ａ，５Ｂは同じ長さで形成され、図１の導波電極５と同様に、放射電極４よりも所定量短い形状で形成されている。また、導波電極５Ａ，５Ｂの延びる方向の中心は、放射電極４の延びる方向の中心と一致するように配置されている。なお、その他の構成については、図２に示したアンテナ装置と同じである。

このような構成では、放射された送信信号の指向性が二つの導波電極５Ａ，５Ｂにより狭幅化されるので、より狭ビームの送信信号を放射することができ、さらにアンテナ利得を向上することができる。

なお、図５では導波電極を二つ設置したが、三つ以上の複数個を設置してもよい。

次に、図６は放射電極４の第１電極４Ａと第２電極４Ｂとの長さが異なるアンテナ装置の構成を示す平面図である。

図６に示すアンテナ装置１は、放射電極４の第１電極４Ａの長さが第２電極４Ｂの長さよりも長い。また、導波電極５は、延びる方向の中心が、放射電極４の延びる方向の中心に一致するように設置されており、これら導波電極５と放射電極４との延びる方向の中心は、平衡電極３の平衡伝送電極３Ａ，３Ｂを線対称に見る軸位置からずれた位置に配置される。ここで、第１電極４Ａと第２電極４Ｂとの長さが異なる設定はされているが、放射電極４としては前述のような長さに設定されている。その他の構成については、図３に示したアンテナ装置と同じである。

このような構成では、放射電極４の形状および導波電極５の位置により指向性の中心方向を、例えば、ｘ軸に沿ってシフトさせることができるので、指向性を変更することができる。これにより、例えば、ビーム方向やビーム幅を変化させるなど、さらに多種の指向性を実現することができる。

なお、前述の図２〜図６の構成は、これらを単独で用いるのではなく、複数の構成を組み合わせることもできる。例えば、整合回路およびコーナカット部を備え、グランド電極とは異なる反射器電極を備え、さらに導波電極を複数備える構造等を用いてもよい。このような組み合わせを用いることで、本実施形態のアンテナ装置は、簡素で小型の構成でありながら、多種多様な指向性を実現することができる。

次に、第２の実施形態に係るアンテナ装置について図を参照して説明する。
図７（Ａ）は本実施形態のアンテナ装置１’の外観斜視図であり、（Ｂ）はその側面図である。また、図７（Ｃ）は本実施形態のアンテナ装置の異なる構成を示す側面図である。
図７に示すアンテナ装置１’は、図１に示したアンテナ装置１に対して、誘電体基板１０の裏面１２側にグランド電極６の代わりに導体板６１を設置したものである。そして、誘電体基板１０の表面１１側の構成は同じであり、表面１１側については説明を省略する。

導体板６１は、ｘ−ｙ面を平面視して誘電体基板１０と略大きさの形状に形成されており、一側面（図７の−ｙ方向側面）から所定距離に至る表面が平面状（平面部６２）で形成され、この平面部６２の終端部から他側面（図７の＋ｙ方向側面）に至る表面が曲面状（曲面部６３）で形成されている。曲面部６３は、平面部６２との境界線から他側面に亘って徐々に厚みが薄くなる形状で形成された面であり、薄くなる方向（ｙ軸方向）に沿った断面形状が放物線状である。そして、曲面部６３はｘ軸方向から見て平面部６２との境界点で誘電体基板１０の裏面１２と成す角θで接触する。

導体板６１の平面部６２は、誘電体基板１０の裏面１２に当接されており、この当接面積は、図１に示すグランド電極６と略同じである。これにより、導体板６１は、図１に示すグランド電極６と同様にｙ軸方向に対する反射器として機能する。また、曲面部６３は、放射電極４、導波電極５の電極面に対して平行でなく、各位置でそれぞれ異なる角度で送信信号を反射する。このため、曲面部６３と放射電極４、導波電極５との成す角に応じて送信信号の放射方向を、表面１１側で側面方向に対して所定角を成す方向（ｙ−ｚ平面の＋ｙ，＋ｚ方向）へ設定することができる。これにより、アンテナ装置１’の表面に対して所定角を成す方向への送受信を行うことができる。

このような構造のアンテナ装置１’として、図７（Ｃ）に示すように、曲面ではなく、平面部６１に対して所定角θを成し、平面状である斜面部６３Ａを用いた場合のシミュレーション結果を図８に示す。

図８は斜面部６３Ａを備える導体板６１を用いたシミュレーション結果であり、（Ａ）はアンテナ指向性を示し、（Ｂ）は傾斜角θに対する送受信信号の中心方向角φの変化を示した図である。この図では、送受信信号の中心方向角は、表面１１に対して送受信信号の指向性の中心方向が成す角φを示し、表面１１から＋ｚ方向に進むほどφは小さくなる（−値が増加する）。

図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、傾斜角θが小さくなるほどに、送受信信号の指向性の中心方向と表面１１との成す角φが大きくなる。これを利用し、傾斜角θを適宜設定することにより、送受信信号の中心方向をｚ軸に沿って可変に設定することができる。

そして、図２〜図６に示したアンテナ装置の構成と図７に示したアンテナ装置の構成とを組み合わせることにより、図７で例えれば、２平面であるｘ−ｙ平面、ｚ−ｙ平面にそれぞれ沿って指向性の中心方向を設定できる。すなわち、３次元的に送受信信号の指向性の中心方向を設定するアンテナ装置を簡素な構造で小型に構成することができる。

次に、第３の実施形態に係るアレイアンテナについて図を参照して説明する。
図９は本実施形態のアレイアンテナ２００の構成を示す平面図である。
図９に示すように、アレイアンテナ２００は、誘電体基板１０の表面に直線状でｘ軸方向に延びる給電電極２を備える。また、アレイアンテナ２００は、誘電体基板１０の表面にアンテナ装置１Ａ〜１Ｃにそれぞれ対応する平衡電極、放射電極、導波電極を備える。各アンテナ装置１Ａ〜１Ｃは、コーナカット部を除き、前述の図３に示したアンテナ装置１と同じ形状からなる。また、このアレイアンテナ２００は、各アンテナ装置１Ａ〜１Ｃの給電電極２と平衡電極との接続位置が、図３に示した整合回路７やコーナカット部８と同様の構造からなり、それぞれ所定の整合条件で設定された整合回路７Ａ〜７Ｃやコーナカット部８が形成されている。

各アンテナ装置１Ａ〜１Ｃの間隔は、送受信信号の１波長の長さに設定されている。なお、アンテナ装置の間隔は、各アンテナ装置から発生するサイドローブ等を考慮すれば、波長をλとして、０．８λ〜０．９λ程度が望ましいが、特にこの範囲に限るものではなく、ｎを自然数として、略（ｎ＋１／２）λに設定すればよい。
また、各アンテナ装置１Ａ〜１Ｃでは、それぞれの平衡電極、放射電極、導波電極は、給電電極２に対して同一方向（＋ｙ方向）に設置されている。このような構成とすることにより、＋ｙ方向に送受信信号の中心方向が向く送受信ビームをアンテナ装置１Ａ〜１Ｃで実現することができる。

本実施形態の構成では、非特許文献１に示すような従来例のように、各アンテナ装置に対するバランと、各アンテナ装置をツリー構造に接続する分岐回路とをそれぞれの伝送線路を仲介して形成しなくてもよい。したがって、簡素な構造で且つ小型に平面状アレイアンテナを形成することができる。さらに、放射電極までの伝送距離が短くなるので、低損失な平面状アレイアンテナを形成することができる。

また、このような構成にて、各アンテナ装置の形状を図２〜図７に示す構造とし、アンテナ装置間隔を適宜設定することで、所望の指向性を実現できるアレイアンテナを小型に形成することができる。

次に、第４の実施形態に係るマルチセクタアンテナについて図を参照して説明する。
図１０は、本実施形態のマルチセクタアンテナの構成を示す正面図である。

図１０に示すように、誘電体基板１０の表面には、４本の給電電極２Ａ，２Ｂ，２１１，２１２が、ｘ軸方向に沿って延びる形状で形成されている。アレイアンテナ２０１，２０２は、図９に示すアレイアンテナ２００と同様の構造からなり、それぞれ４つのアンテナ装置から形成されている。アレイアンテナ２０１は、アンテナ装置１Ａ〜１Ｄを整合回路７Ａ〜７Ｄにより整合しながら給電電極２Ａからなるマイクロストリップラインに接続する構造からなり、＋ｙ方向を指向性の中心方向とする。アレイアンテナ２０２は、アンテナ装置１Ｅ〜１Ｈを整合回路７Ｅ〜７Ｈにより整合しながら給電電極２Ｂからなるマイクロストリップラインに接続する構造からなり、−ｙ方向を指向性の中心方向とする。

アレイアンテナ２０３は、給電電極２１１、２１２に沿って所定間隔で形成された８個のパッチ電極２２２により構成される。この構造により、アレイアンテナ２０３は、誘電体基板１０の表面に略直交する＋ｚ方向を指向性の中心方向とする。

ここで、アレイアンテナ２０１，２０２は、給電電極２Ａ，２Ｂに平行で且つこれら給電電極２Ａ，２Ｂの中間に位置する軸（対称軸）に対して線対称の形状で形成されている。また、アレイアンテナ２０３は、前記対称軸に対して、給電電極２１１に設置されたパッチ電極２２２と給電電極２１２に設置されたパッチ電極２２２とが対称なる位置に配置されている。なお、このような対称性は絶対的なものではなく、必要とするアンテナ特性に応じて適宜設定すればよい。

このような構成とすることで、アレイアンテナ２０３で正面方向に指向性を有し、アレイアンテナ２０１，２０２で側面方向に指向性を有するマルチセクタアンテナを構成することができる。この際、本マルチセクタアンテナでは、前述のアンテナ装置およびアレイアンテナの構成を用いることで、簡素で且つ小型な構造を実現することができる。また、側面方向検知用のアレイアンテナでは各放射電極までの伝送距離が短くなるので、低損失なマルチセクタアンテナを形成することができる。さらに、図２〜図６、図７に示すようなアンテナ装置の構造を当該マルチセクタアンテナに採用することで、より多様なアンテナ指向性を小型に実現することができる。

次に、第５の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。
図１１は本実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図である。
信号処理部３０２は、ＦＭＣＷ方式の検知処理に基づいて送信ビームを形成するための制御電圧を生成してＶＣＯ３０３に与える。ＶＣＯ３０３は与えられた制御電圧にしたがって、周波数を時系列で連続的に三角形状に変化させた送信信号を発生する。カプラ３０４は、入力された送信信号をサーキュレータ３０５に出力するとともに、その一部を局部信号としてミキサ３０６に与える。サーキュレータ３０５は、カプラ３０４からの送信信号をアンテナ部３０１に出力する。

アンテナ部３０１は、図９に示したアレイアンテナや、図１０に示したマルチセクタアンテナを備え、アレイアンテナおよびマルチセクタアンテナの各アンテナは、図１〜図７に示したアンテナで構成されている。

アンテナ部３０１からの受信信号をミキサ３０６に出力する。ミキサ３０６は、カプラ３０４からの局部信号とサーキュレータ３０５からの受信信号とをミキシングすることでビート信号を生成してＬＮＡ３０７に出力する。ＬＮＡ３０７はビート信号を増幅してＡ／Ｄ変換器３０８に与える。Ａ／Ｄ変換器３０８は増幅されたビート信号をＡ／Ｄ変換して信号処理部３０２に与える。信号処理部３０２はディジタル化されたビート信号に基づいて既知のＦＭＣＷ方式のデータ処理方法を用いて、ターゲットの相対速度、相対距離等を算出する。

このような構成では、アンテナ部３０１が小型化されるので、レーダ装置も小型化することができる。また、アンテナ部３０１の損失が低くなるので、アンテナ損失の低いレーダ装置を構成することができ、検知性能も向上することができる。

なお、本実施形態では、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置について説明するが、他の方式のレーダ装置であっても平面状アンテナおよびこれを用いたアレイアンテナやマルチセクタアンテナを用いるものであればよい。

Claims (6)

1. 誘電体基板の一方面に直線状に延びる形状で形成された給電用電極と、
   該給電用電極に対して送受信信号波長の１／２の奇数倍の長さで離間して接続し、前記給電用電極の延びる方向に対して所定角で交わる方向へ延びる形状で形成された二本一組からなる平衡電極と、
   該平衡電極の二本の電極にそれぞれ接続し、前記給電用電極の延びる方向に沿って、それぞれ反対方向に延びる形状で形成された所定長さの放射用電極と、
   前記放射用電極の前記平衡電極と対向する側で前記放射用電極から所定長さ離間した位置に、前記放射用電極に対して平行に延びる形状で形成された所定長さの導波用電極と、
   少なくとも前記給電用電極の形成部を含み、前記放射用電極および前記導波用電極の形成部を含まない前記一方面に対向する他方面の領域に形成された接地電極と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記平衡電極の二本の電極が前記給電用電極に接続する間隔が、前記送受信信号波長の１／２倍の長さである請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記放射用電極の形成位置に対応する前記他方面の領域で、該他方面から離間し、前記他方面に対して所定角を成す反射面を配する反射用部材を備えた請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 請求項１〜３のいずれかのアンテナ装置を、前記給電用電極の延びる方向に所定の配置間隔で複数形成したことを特徴とするアレイアンテナ。
5. 請求項４に記載のアレイアンテナを、送受信方向が異なるように、単一の誘電体基板を用いて複数形成してなるマルチセクタアンテナ。
6. 請求項１〜３に記載のアンテナ装置、請求項４に記載のアレイアンテナ、請求項５に記載のマルチセクタアンテナの少なくとも一つを備えた高周波送受波装置。

Images