WO2018066219A1 - アンテナ、センサ及び車載システム - Google Patents

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WO2018066219A1
WO2018066219A1 PCT/JP2017/028231 JP2017028231W WO2018066219A1 WO 2018066219 A1 WO2018066219 A1 WO 2018066219A1 JP 2017028231 W JP2017028231 W JP 2017028231W WO 2018066219 A1 WO2018066219 A1 WO 2018066219A1
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antenna
lens
radiation
opening
shape
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PCT/JP2017/028231
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永石　英幸
栗山　哲
晃 北山
黒田　浩司
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an antenna, a sensor, and an in-vehicle system that generate a flat beam.
  • Doppler sensors or radars that use radio waves as sensors for detecting surrounding conditions for safe operation and safe operation of automobiles, railways, and infrastructure equipment.
  • an automobile Doppler sensor will be described below.
  • JP2012-52928A JP2000-228608A, JP10-160838A, and JP2007-192804A.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-52928 discloses an antenna that generates a flat beam by setting the aspect ratio (aspect ratio) of the number of antenna elements forming an aperture surface to a different number.
  • the patch array antenna disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-52928 controls the power radiated from each patch element, and distributes the power (for example, in a Taylor distribution) mainly around the center of the antenna opening surface, Unwanted radiation (side lobe) can be suppressed.
  • the antenna disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-52928 has a problem that the antenna area increases as the antenna gain is increased, the feed line for supplying power to the antenna element becomes longer, and the antenna gain is reduced due to the loss of the feed line. is there.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2000-228608 discloses an antenna including a primary radiator composed of a patch antenna and a metal horn and a dielectric lens, and the primary radiator is disposed at the focal position of the dielectric lens.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-160838 discloses an antenna that collects radio waves radiated from a power feeding unit with a dielectric lens. The antennas disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 2000-228608 and 10-160838 improve the antenna gain by collecting radio waves with a dielectric lens or horn.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-192804 discloses an antenna in which metal horns are arranged in an array.
  • the antenna disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-192804 realizes a desired opening area by synthesizing metal horns arranged in an array. By dividing the array into an array, the length of the antenna is shortened while the taper angle of the metal horn is reduced. The radio field intensity near the metal on the horn opening surface is low. Therefore, when the antenna opening surface is composed of a plurality of horns, a divided power distribution similar to that of the horn dividing structure is formed, and a plurality of power peaks are discretely arranged on the antenna opening surface. In particular, when the antenna opening surface is divided into two, the power near the center of the antenna opening surface is reduced, so that it is difficult to distribute the power distribution in a Taylor distribution, and unnecessary radiation (side lobe) cannot be suppressed.
  • the beam shape of radio waves transmitted or received from an antenna is wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction. This is because it is desired to widen the viewing angle with respect to the object in the horizontal direction, but to reduce noise (road clutter noise) due to unnecessary radiation from the ground in the vertical direction. For this reason, distant obstacles are detected by increasing the detection sensitivity of the received signal.
  • the aperture surface is divided into an array, the number of radiation sources increases in proportion to the number of divisions, and a line for supplying a high-frequency signal to each radiation source is required.
  • the power feeding disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-52928 is required. Loss due to the track occurs.
  • the antenna is a plurality of radiating portions formed on a substrate, a waveguide through which radio waves radiated from the radiating portion propagate, and a substantially hyperbola disposed in an opening of the waveguide
  • a lens having a plurality of curved surfaces and a protruding portion formed in a tapered shape between the plurality of radiation portions, and a tip of the protruding portion is formed at a position lower than the opening surface.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a flat beam generating antenna of Example 1.
  • FIG. 3 is a structural diagram of a dielectric substrate according to Example 1.
  • FIG. 3 is a structural diagram of a dielectric substrate according to Example 1.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a dielectric substrate according to Example 1.
  • FIG. 1 is a figure which shows the radiation characteristic analysis result of the flat beam production
  • FIG. 1 is a structural diagram of a flat beam generating antenna of Example 1.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a flat beam generating antenna of Example 1.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a flat beam generating antenna of Example 1.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a flat beam generating antenna of Example 1.
  • FIG. It is a structural diagram of the flat beam generating antenna of Example 2.
  • FIG. 6 is a structural diagram of a sensor having a flat beam generating antenna of Example 3. It is a block diagram of the sensor which has a flat beam generating antenna of Example 3. It is a block diagram of the sensor which has a flat beam generating antenna of Example 3. It is a block diagram of the sensor which has a flat beam generating antenna of Example 3. It is a block diagram of the sensor which has a flat beam generating antenna of Example 3. It is a block diagram of the sensor which has a flat beam generating antenna of Example 3. It is a block diagram of the vehicle-mounted system which has a sensor including the flat beam generating antenna of Example 3.
  • FIG. 1 and 2 are structural diagrams of the flat beam generating array antenna according to the first embodiment of the present invention.
  • the first radiating portion 110 a and the second radiating portion 110 b are formed on the first surface of the dielectric substrate 100.
  • the first conductor portion 120a is formed on the first surface of the dielectric substrate 100
  • the second conductor portion 130a is formed on the second surface opposite to the first surface of the dielectric substrate 100. Is done.
  • a through hole 400a is formed to connect the conductor on the first surface and the conductor on the second surface of the dielectric substrate 100.
  • a first horn 200a having at least an inner surface formed of a conductor is attached to the first surface side of the dielectric substrate 100, and there are the same number of radiating portions in the vicinity of the radiation side opening of each first horn 200a.
  • a first dielectric lens 300a having a curved lens surface is disposed.
  • the first horn 200a is a waveguide, and is formed in a tapered shape in at least one of a linear shape, a curved shape, a hyperbolic shape, and an elliptical spherical surface in order to radiate radio waves.
  • the cross section of the first horn 200a monotonously expands from the end close to the radiating portions 110a and 110b toward the opening from which radio waves are radiated.
  • the first horn 200a is in contact with the dielectric lens 300a at the opening.
  • the antenna of the present embodiment radiates radio waves substantially in parallel with the first optical axis D1a-D1a ′ and the second optical axis D1b-D1b ′ of the first dielectric lens 300a.
  • the first imaginary line (vertical center line) A1-A1 ′ passes through the center of the radiation side opening of the first horn 200a and has the shortest length, and the second imaginary line (horizontal center line) B1.
  • -B1 ' is a line that passes through the center of the first virtual line A1-A1' and is orthogonal to the first virtual line A1-A1 '.
  • one half of the first virtual line A1-A1 ′ (that is, the length of one radiation side opening in the A1-A1 ′ direction) is the second virtual line B1-B1 ′. Longer.
  • the direction of the first imaginary line A1-A1 ′ (vertical direction) of the radiation side opening of the first horn 200a is greater than the direction (lateral direction) of the second imaginary line B1-B1 ′. It is a long rectangular shape.
  • the third virtual line C1a-C1a ′ is a line that passes through the intersection of the first virtual line A1-A1 ′ and the first optical axis D1a-D1a ′ and is orthogonal to the first virtual line A1-A1 ′. is there.
  • the fourth virtual line C1b-C1b ′ is a line that passes through the intersection of the first virtual line A1-A1 ′ and the second optical axis D1b-D1b ′ and is orthogonal to the first virtual line A1-A1 ′. is there.
  • FIG. 1 (A) shows the shape of the antenna of the present embodiment as viewed from the radiation side opening side of the first horn 200a.
  • FIG. 1B shows a cross-sectional shape along the first virtual line A1-A1 ′ of the antenna of this embodiment.
  • FIG. 1C shows a cross-sectional shape along the fourth virtual line C1b-C1b ′ of the antenna of this embodiment.
  • FIG. 1D shows the inner surface of the horn 200a as seen from the antenna opening side.
  • FIG. 2 shows a shape of the dielectric substrate 100 as viewed from the first surface side.
  • the first conductor portion 120a is spaced apart from the first radiating portion 110a and the second radiating portion 110b by a certain distance from the first radiating portion 110a and the second radiating portion. It is formed so as to surround the portion 110b.
  • the first conductor 120a is electrically connected to the second conductor 130a formed on the second surface of the dielectric substrate 100 through the through hole 400a.
  • the first conductor portion 120a and the second conductor portion 130a function as reference potential surfaces for the first radiating portion 110a and the second radiating portion 110b, and the first radiating portion 110a and the second radiating portion.
  • Each of 110 b operates as a patch antenna and radiates radio waves from the first surface side of the dielectric substrate 100.
  • the radiation part side opening located on the opposite side of the radiation side opening of the first horn 200a with respect to the radio wave traveling direction contains one each of the first radiation part 110a and the second radiation part 110b.
  • the dielectric substrate 100 is disposed on the first surface side.
  • a protrusion 200e having a surface symmetrical to the inner surface of the horn 200a with respect to the first optical axis D1a-D1a ′ and the second optical axis D1b-D1b ′ is disposed.
  • the horn shape is symmetrical about the second imaginary line B1-B1 ′ by the 200a and the protrusion 200e.
  • the antenna of the present embodiment includes a first radiating portion 110a, a second radiating portion 110b, a first horn 200a, and a protruding portion 200e.
  • the interval at which the through holes 400a are arranged is preferably shorter than the length of one quarter of the wavelength of the radio wave used in the dielectric substrate 100.
  • the potential of the first horn 200a and the potential of the protruding portion 200e can be made equal to the reference potential of the radiating portion.
  • the radio waves radiated from the first radiating portion 110a and the second radiating portion 110b can be efficiently transmitted to the first horn 200a.
  • the first dielectric lens 300a having a plurality of lens curved surfaces forms a convex shape in the direction of the radiating portion side opening, so that the radiating portion opening from the radiating portion side opening of the first horn 200a is changed.
  • the length can be shortened and the antenna can be miniaturized.
  • the first radiating portion 110a and the second radiating portion 110b are disposed at positions that approximately coincide with the lens curved surface focal position of each of the first dielectric lenses 300a.
  • two lens curved surfaces are configured in the direction (vertical direction) of the first phantom line A1-A1 ′ of the first horn 200a.
  • the diameter of the lens curved surface is half of the aperture size, and the focal length of the lens is about half.
  • the curved surface formed in the first dielectric lens 300a has a hyperbolic shape in both the direction of the virtual line A1-A1 ′ and the direction of the second virtual line B1-B1 ′.
  • the spherical radio wave radiated from the first radiating unit 110a propagates in the first horn 200a, propagates in the first dielectric lens 300a, and then radiates to the space.
  • a hemispherical radio wave is radiated from the first radiating section 110a and the second radiating section 110b in the form of a patch antenna, and becomes a plane symmetrical to the inner surface of the first horn 200a with respect to the first optical axis D1a-D1a ′.
  • the tapered space formed by the inner surface of the protrusion 200e passes through the spherical radio wave surface, and is converted from a spherical wave to a plane wave by the first dielectric lens 300a.
  • the radio wave radiated from the opening surface of the antenna for automobiles needs to be distributed with a focus on the center of the opening surface in order to suppress unnecessary radiation.
  • the radio wave intensity at the tip of the projection 200e is reduced, so that the radio field intensity is above the first imaginary line A1-A1 ′ that is the center of the antenna aperture. A part (notch) in which the temperature drops is generated. Since the radio field intensity peak is divided into two with the virtual line B1-B1 ′ as a boundary, the power distribution on the aperture surface does not become a Taylor distribution, which causes an increase in unnecessary radiation due to antenna radiation characteristics.
  • the radio wave is diffracted at the tip of the protrusion 200e before entering the first dielectric lens 300a.
  • Lowering the height of the protrusion 200e toward the radiating part from the opening of the first horn 200a compensates for the radio wave intensity on the imaginary line B1-B1 ′ by diffraction, and the two radiating parts 110a and 110b Are synthesized in the space in front of the first dielectric lens, the radio wave vectors facing directly on the virtual line B1-B1 ′ cancel each other, and the radio wave vectors in the same direction as the lens optical axis are synthesized.
  • Adjust the height of the protrusion 200e (the amount of retraction of the tip of the protrusion from the opening surface of the first horn), the distance between the two radiating portions 110a and 110b, and the horn taper angles of the first horn 200a and the protrusion 200e.
  • FIG. 5 shows the maximum value of the antenna gain and the first value obtained by electromagnetic field analysis of the antenna of this embodiment, using the height of the protrusion 200e (the amount of retraction of the tip of the protrusion from the opening surface of the first horn) as a variable. The calculation result of the amount of suppression of unnecessary radiation is shown.
  • the first radiating portion 110a and the second radiating portion 110b are linked with the height of the protrusion 200e.
  • the distance becomes shorter.
  • the radio field intensity on the imaginary line B1-B1 ′ is increased, and side lobes are suppressed.
  • the first side lobe unwanted radiation
  • the first side lobe can be reduced while suppressing the fluctuation of the gain of the main beam of the antenna when the retraction amount of the protrusion tip is between 3 ⁇ / 4 and 5 ⁇ / 4.
  • the first side lobe (unwanted radiation) can be improved by about 6 dB from ⁇ 10 dB to ⁇ 16 dB while suppressing the gain of the main beam of the antenna to about 0.5 dB. . *
  • the antenna of the present embodiment suppresses unnecessary radiation while reducing the size of the antenna, and the second virtual line B1-B1 ′ from the direction (vertical direction) of the first virtual line A1-A1 ′.
  • a flat beam with a wider width in the direction (lateral direction) can be emitted.
  • the electric field plane direction (E plane direction) of radio waves radiated from the first radiating section 110a and the second radiating section 110b in parallel with the first virtual line A1-A1 ′, It becomes easy to narrow the shape of the beam emitted from the first horn 200a in the direction of the first imaginary line A1-A1 ′.
  • FIG. 3 and 4 are structural diagrams of a flat beam generating array antenna according to an embodiment of the present invention, and show a shape viewed from the first surface side of the dielectric substrate 100.
  • FIG. 3 and 4 show variations of the feed line.
  • the first radiating portion 110a is connected to the first feed line 140a
  • the second radiating portion 110b is connected to the second feed line 140b.
  • the first conductor portion 120a is formed so as to surround the first radiating portion 110a and the second radiating portion 110b at a certain distance from the first radiating portion 110a and the second radiating portion 110b.
  • the first conductor portion 120a is formed at a certain distance from the first feed line 140a and the second feed line 140b.
  • the first radiating unit 110a is supplied with the energy of the radiated radio wave via the first feed line 140a.
  • the energy of the radiated radio wave is supplied to the second radiating unit 110b via the second feed line 140b.
  • the antenna gain can be improved by the structure in which the first radiating portion 110a is connected to the first feed line 140a and the second radiating portion 110b is connected to the second feed line 140b.
  • the first feed line 140a is connected to the first radiating portion 110a from below, and the second feed line 140b is connected to the second radiating portion 110b from above.
  • the first feed line 140a is connected to the first radiating section 110a from below, and the second feed line 140b is connected to the second radiating section 110b from below. Therefore, the phases of the signals supplied from the first feed line 140a and the second feed line 140b are differential in the antenna shown in FIG. 3 and in phase in the antenna shown in FIG.
  • the direction of the radio wave radiated from the patch antenna can be made uniform.
  • the beam radiated from the radiation side opening of the first horn 200a through the first dielectric lens 300a can be combined so that the gain is maximized in the front direction (direction perpendicular to the radiation side opening).
  • the maximum direction of the gain of the emitted beam can be set to an arbitrary direction by controlling the phase of the signal supplied from the first feed line 140a and the second feed line 140b.
  • FIGS. 6 and 7 are structural views of a flat beam generating array antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6 and 7 show the shape of the first horn 200a as viewed from the radiation side opening side. Indicates. 6, 7, and 8, a modification in which the shape of the horn is different from the above-described embodiment will be described.
  • the shape of the radiation side opening of the first horn 200a is formed by four straight sides.
  • the shape of the radiation side opening of the first horn 200a is such that the direction of the first imaginary line A1-A1 ′ is longer than the direction of the third imaginary line C1a-C1a ′, and the four corners are on the curve. It is formed in the shape (rounded square).
  • the shape of the radiation side opening of the first horn 200a is such that the long side in the direction of the first virtual line A1-A1 ′ is short in the direction of the third virtual line C1a-C1a ′. It is formed in an elliptical shape longer than the side.
  • the shape of the radiation side opening of the first horn 200a of the antenna of the present invention is the rectangular shape shown in FIG. 1 or FIG. 6, FIG. 6, depending on the ease of manufacturing and the radiation pattern of the generated flat beam. Any of the shapes including the curved portion shown in FIG. 7 may be selected.
  • the side shape of the second horn 200b has a curved shape.
  • the protrusion 200e also has a curved surface shape that is symmetric with respect to the lens curved surface optical axis.
  • the other points are the same as those of the antenna of the above-described embodiment.
  • the side surface of the horn of the antenna of the present invention has a shape other than a linear shape (FIG. 1) such as the first horn 200a or a curved shape (FIG. 8) such as the second horn 200b (for example, a hyperbolic shape).
  • the shape of the flat beam generating array antenna of the present invention is the same even if the shape is selected according to the radiation pattern of the flat beam to be generated.
  • FIG. 9 is a structural diagram of a flat beam generating array antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the inner surface of the protrusion 200e of the embodiment shown in FIG. 1 is symmetrical with respect to the inner surface of the first horn 200a with respect to the first optical axes D1a-D1a ′ and D1b-D1b ′.
  • the radio wave radiated from the radiating part 110a propagates in the first horn 200a while maintaining a spherical wave centered on the radiating part, and the peak part of the radio wave intensity moves to the second virtual line B1-B1 ′ side. To do. That is, by adjusting the height of the protrusion, the power distribution on the opening surface can be distributed to the central portion.
  • FIG. 10 is a structural diagram of a flat beam generating array antenna according to the second embodiment of the present invention.
  • the relative distance between the two radiating portions 110a and 110b and the relative distance between the two lens curved optical axes provided on the dielectric lens 300a are the same as those of the first embodiment ( Although it is equal to FIG. 1), the dielectric lens 300a is slid along the first imaginary line A1-A1 ′ of the antenna.
  • a beam is generated in the front direction of the dielectric substrate 100 by arranging the radiating unit near the focal position on the optical surface of the lens curved surface.
  • FIG. 10 is a structural diagram of a flat beam generating array antenna according to the second embodiment of the present invention.
  • the relative distance between the two radiating portions 110a and 110b and the relative distance between the two lens curved optical axes provided on the dielectric lens 300a are the same as those of the first embodiment ( Although it is equal to FIG. 1), the dielectric lens 300a is slid along the first imaginary line A1-A
  • the beam By shifting from the optical axis, the beam can be tilted in the opposite direction with respect to the optical axis.
  • the radiation direction of the beam can be changed simply by sliding the relative arrangement of the dielectric lens 300a.
  • FIG. 11 is a block diagram on the transmission side of a sensor having the flat beam generating array antenna of the first or second embodiment described above.
  • the sensor shown in FIG. 11 includes a flat beam generating array antenna 10 and a first transmission circuit 510a.
  • the first transmission circuit 510a has a first terminal 511a to which the first radiating unit 110a is connected and a second terminal 512a to which the second radiating unit 110b is connected.
  • the phase of the signal output from the first terminal 511a and the second terminal 512a is determined by the direction of the electric field generated in the first radiating unit 110a and the second radiating unit 110b, and may be differential or in-phase.
  • the signal output from the first terminal 511a of the first transmission circuit 510a is input to the first radiating unit 110a and is radiated from the first dielectric lens 300a as a radio wave.
  • a signal output from the second terminal 512a of the first transmission circuit 510a is input to the second radiating unit 110b, and is radiated from the first dielectric lens 300a as a radio wave.
  • the transmission unit of the sensor having the flat beam generating array antenna of this embodiment can be applied to a sensor that measures the distance to the obstacle and the relative speed of the obstacle.
  • FIG. 12 is a block diagram on the transmission side of the sensor having the flat beam generating array antenna of the first or second embodiment described above.
  • FIG. 12 an example of a transmission side of a sensor that feeds a flat beam generating array antenna via a distribution circuit will be described.
  • the sensor shown in FIG. 12 has a flat beam generating array antenna 10, a second transmission circuit 510b, and a first distribution circuit 500a.
  • the second transmission circuit 510b includes a first output terminal 511a that outputs a signal.
  • the first distribution circuit 500a includes a first terminal 511b, a second terminal 512b, and a third terminal 513b.
  • the third terminal 513b of the first distribution circuit 500a is connected to the first output terminal 511a of the second transmission circuit 510b, and the first radiating unit 110a is connected to the first terminal 511b of the first distribution circuit 500a.
  • the second radiating portion 110b is connected to the second terminal 512b of the first distribution circuit 500a.
  • the phase of the signal output from the first terminal 511b and the second terminal 512b is determined by the direction of the electric field generated in the first radiating unit 110a and the second radiating unit 110b, and may be differential or in-phase. .
  • the signal output from the first output terminal 511a of the second transmission circuit 510b is input to the third terminal 513b of the first distribution circuit 500a, and adjusted to a desired phase and amplitude in the first distribution circuit 500a.
  • the signal output from the first terminal 511b is input to the first radiating unit 110a and is radiated from the first dielectric lens 300a as a radio wave.
  • the signal output from the second terminal 512b is input to the second radiating unit 110b and is radiated from the first dielectric lens 300a as a radio wave.
  • the transmission unit of the sensor having the flat beam generating array antenna of this embodiment can be applied to a sensor that measures the distance to the obstacle and the relative speed of the obstacle.
  • FIG. 13 is a block diagram on the receiving side of a sensor having the flat beam generating array antenna of the first or second embodiment described above. In this embodiment, an example on the receiving side of a sensor having a flat beam generating array antenna will be described.
  • the sensor shown in FIG. 13 has a flat beam generating array antenna 10, a first receiving circuit 520a, and a second receiving circuit 520b.
  • the first receiving circuit 520a has a first input terminal 521a to which the first radiating unit 110a is connected, and the second receiving circuit 520b is a second input to which the second radiating unit 110b is connected.
  • a terminal 521b is provided.
  • the radio wave input to the first dielectric lens 300a is converted into an electrical signal in the first radiating unit 110a via the first dielectric lens 300a, and the first input terminal 521a of the first receiving circuit 520a. Is input.
  • the radio wave input to the first dielectric lens 300a is converted into an electrical signal in the second radiating unit 110b via the first dielectric lens 300a, and the second signal of the first receiving circuit 520a. Input terminal 521b.
  • the receiving unit of the sensor having the flat beam generating array antenna of this embodiment can be applied to a sensor that measures the distance to the obstacle and the relative speed of the obstacle. Further, as described above, the flat beam generating array antenna of the present invention generates a flat beam having a beam width in the vertical direction wider than that in the horizontal direction, so that the vertical direction (first imaginary line A1-A1 ′ (FIG. 13 It can be applied to a sensor that measures the vertical position (angle from a horizontal plane) of an obstacle or the like in the direction (not shown).
  • FIG. 14 is a block diagram of a sensor having the flat beam generating array antenna of the first or second embodiment described above.
  • a transmission unit and a reception unit are connected to a flat beam generating array antenna via a network circuit will be described.
  • the 14 includes a flat beam generating array antenna 10, a second transmission circuit 510b, a third reception circuit 520c, and a first network circuit 500b.
  • the second transmission circuit 510b includes a third output terminal 513a that outputs a signal.
  • the first network circuit 500b includes a first terminal 511c, a second terminal 512c, a third terminal 513c, and a fourth terminal 514c.
  • the first network circuit 500b distributes the signal input to the third terminal 513c and outputs the signal from the first terminal 511c and the second terminal 512c.
  • the first network circuit 500b synthesizes signals input to the first terminal 511c and the second terminal 512c, and outputs the synthesized signal from the fourth terminal 514c.
  • Typical examples of the electric circuit of the first network circuit 500b include a rat race circuit and a hybrid circuit.
  • the third terminal 513c of the first network circuit 500b is connected to the first output terminal 511a of the second transmission circuit 510b, and the fourth terminal 514c of the first network circuit 500b is connected to the third reception circuit 520c.
  • the first radiating section 110a is connected to the first terminal 511c of the first network circuit 500b, and the second radiating section 110b is connected to the second terminal of the first network circuit 500b.
  • terminal 512b Connected to terminal 512b.
  • the signal output from the first output terminal 511a of the second transmission circuit 510b is input to the third terminal 513c of the first network circuit 500b, and is adjusted to a desired phase and amplitude in the first network circuit 500b.
  • the signal output from the first terminal 511c is input to the first radiating unit 110a and is radiated from the dielectric lens 300a as a radio wave.
  • the signal output from the second terminal 512c is input to the second radiating unit 110b and is radiated from the dielectric lens 300a as a radio wave.
  • the radio wave obtained by spatially combining the radio wave from the radiating unit 110a and the radio wave from the radiating unit 110b is transmitted and deflected by the first dielectric lens 300a and then radiated and reflected by an obstacle or the like.
  • the reflected radio wave is transmitted and deflected again by the first dielectric lens 300a, and converted into an electrical signal by the first radiating unit 110a and the second radiating unit 110b.
  • the electrical signal received by the first radiating unit 110a is input to the first terminal 511c of the first network circuit 500b, and the electrical signal received by the second radiating unit 110b is the first signal of the first network circuit 500b. 2 is input to the terminal 512c.
  • the first network circuit 500b adjusts the input signal to a desired phase and amplitude, outputs it from the fourth terminal 514c, and inputs it to the first input terminal 521a of the first receiving circuit 520a.
  • the transmission / reception unit of the sensor having the flat beam generating array antenna according to the present embodiment is applicable to a sensor that measures the distance to the obstacle and the relative speed of the obstacle.
  • FIG. 15 is a structural diagram of a sensor having the flat beam generating array antenna of the first or second embodiment described above
  • FIG. 16 is a block diagram of the sensor of the present embodiment.
  • an example of a sensor having a transmission unit, a transmission antenna, a reception unit, and a reception antenna will be described.
  • FIG. 15A shows the shape of the flat beam generating array antenna of this embodiment viewed from the radiation side opening side of the first horn 200a
  • FIG. 15B shows the flat beam generating antenna of this embodiment
  • FIG. 15C shows a cross-sectional shape along the first imaginary line A1-A1 ′ of the flat beam generating array antenna of the present embodiment
  • FIG. 15D shows a shape of the dielectric substrate 100 as viewed from the first surface side.
  • the first radiating unit 110a On the first surface of the dielectric substrate 100 (the surface on which the horns 200a, 200b, and 200c are installed), the first radiating unit 110a, the second radiating unit 110b, the third radiating unit 110c, and the fourth radiating unit are provided. A portion 110d, a fifth radiating portion 110e, and a sixth radiating portion 110f are arranged. Each of the radiating portions 110a to 110f is connected to the semiconductor element 600a mounted on the first surface of the dielectric substrate 100 via the feed lines 140a to 140f.
  • the semiconductor element 600a includes a first transmission circuit 510a, a first reception circuit 520a, a second reception circuit 520b, a third reception circuit 520c, and a fourth reception circuit 520d.
  • the semiconductor element 600a may be disposed in a gap portion between the first horn 200a, the second horn 200b, and the dielectric substrate 100.
  • the semiconductor element 600a may be mounted on the second surface of the dielectric substrate 100.
  • Two or more semiconductor elements 600a may be mounted on one or both of the first surface and the second surface of the dielectric substrate 100.
  • the first horn 200a, the second horn 200b, and the third horn 200c are installed on the first surface of the dielectric substrate 100.
  • the first to third horns 200a to 200c may be formed by connecting the same members, or may be formed integrally.
  • Dielectric lenses 300a to 300c having hyperbolic lens curved surfaces are installed in the radiation side openings of the horns 200a to 200c.
  • the first to third dielectric lenses 300a to 300c may be formed by connecting the same members, or may be formed integrally.
  • the first horn 200a is disposed so that the first radiating portion 110a, the second radiating portion 110b, and the protruding portion 200e are included in the radiating portion side opening of the first horn 200a, and the first feeding line 140a and the second feeding portion are included.
  • the semiconductor device 600a is connected to the line 140b.
  • the third radiating section 110c, the fourth radiating section 110d, and the projection 200f are disposed in the radiating section side opening of the second horn 200b so as to include the third feeding line 140c and the fourth feeding section.
  • the semiconductor element 600a is connected to the line 140d.
  • the third horn 200c is disposed so that the fifth radiating portion 110e, the sixth radiating portion 110f, and the protruding portion 200g are included in the radiating portion side opening of the third horn 200c, and the fifth feeding line 140e and the sixth feeding portion are included.
  • the semiconductor element 600a is connected to the line 140f.
  • the transmitting antenna and the receiving antenna may be the same size and shape, but it is desirable that the aspect ratio of the receiving antenna is larger.
  • the first transmission circuit 510a has a first terminal 511a to which the first radiating section 110a is connected and a second terminal 512a to which the second radiating section 110b is connected.
  • the phase of the signal output from the first terminal 511a and the second terminal 512a is determined by the direction of the electric field generated in the first radiating unit 110a and the second radiating unit 110b, and may be differential or in-phase.
  • the first receiving circuit 520a includes a first input terminal 521a to which the third radiating unit 110c is connected, and the second receiving circuit 520b includes the fourth radiating unit 110d. A second input terminal 521b is connected.
  • the third receiving circuit 520c has a fourth input terminal 521d to which the fifth radiating unit 110e is connected, and the fourth receiving circuit 520d has the sixth radiating unit 110f.
  • a first input terminal 521e is connected.
  • the signal output from the first terminal 511a of the first transmission circuit 510a is input to the first radiating unit 110a and is radiated from the first dielectric lens 300a as a radio wave.
  • a signal output from the second terminal 512a of the first transmission circuit 510a is input to the second radiating unit 110b, and is radiated from the first dielectric lens 300a as a radio wave.
  • the radio wave radiated from the radiating unit 110a and the radio wave radiated from the radiating unit 110b are spatially synthesized before and after transmission through the first dielectric lens 300a and radiated.
  • the electromagnetic wave radiated from the first dielectric lens 300a is reflected by an obstacle or the like.
  • the reflected radio wave is converted into an electrical signal in the third radiating unit 110c and the fourth radiating unit 110d via the second dielectric lens 300b.
  • the electrical signal generated by the third radiating unit 110c is input to the first input terminal 521a of the first receiving circuit 520a, and the electrical signal generated by the fourth radiating unit 110d is the second signal.
  • the reflected radio wave is converted into an electrical signal in the fifth radiating section 110e and the sixth radiating section 110f via the third dielectric lens 300c.
  • the electrical signal generated by the fifth radiating unit 110e is input to the third input terminal 521c of the third receiving circuit 520c, and the electrical signal generated by the sixth radiating unit 110f is the fourth receiving circuit.
  • the signal is input to the fourth input terminal 521d of 520d.
  • the transmission / reception unit of the sensor having the flat beam generating array antenna according to the present embodiment is applicable to a sensor that measures the distance to the obstacle and the relative speed of the obstacle.
  • the flat beam generating array antenna of the present invention has a plurality of radiation side openings arranged side by side in the vertical and horizontal directions, the vertical direction (the direction of the first imaginary line A1-A1 ′) such as an obstacle in the vertical direction Applicable to sensors that measure the position in the direction (angle from the horizontal plane) and the position in the left and right direction (angle from the front direction) of obstacles in the left and right direction (direction of the sixth virtual line C2-C2 ′) It is.
  • FIG. 17 is a block diagram of an embodiment of an in-vehicle system having a sensor having the flat beam generating array antenna of the embodiment described above.
  • the in-vehicle system of this embodiment includes the flat beam generating array antenna of the first or second embodiment, the first transmission circuit 510a, the first reception circuit 520a, the second reception circuit 520b, and the third reception circuit 520c. , A fourth receiving circuit 520d, a signal processing circuit 700, and a vehicle control circuit 800.
  • the signal processing circuit 700 is connected to the first transmission circuit 510a, the first reception circuit 520a, the second reception circuit 520b, the third reception circuit 520c, and the fourth reception circuit 520d.
  • the signal processing circuit 700 supplies a signal to be transmitted from the antenna to the first transmission circuit 510a, and the first reception circuit 520a, the second reception circuit 520b, the third reception circuit 520c, and the fourth reception circuit 520d.
  • the signal output from is processed.
  • the vehicle control circuit 800 is connected to the signal processing circuit 700.
  • the connection between the vehicle control circuit 800 and the signal processing circuit 700 may be wired using a cable or the like, or may be wireless such as a wireless LAN (Local Access Network).
  • the vehicle control circuit 800 has a function of controlling the operation of the moving body such as power train control and vehicle body control in accordance with a signal output from the signal processing circuit 700.
  • the first transmission signal output from the signal processing circuit 700 and input to the first transmission circuit 510a is output as the second transmission signal from the first terminal 511a of the first transmission circuit 510a, and further, It is input to the radiating unit 110a and is radiated from the first dielectric lens 300a as a transmission electromagnetic wave.
  • the second transmission signal output from the second terminal 512a of the first transmission circuit 510a is input to the second radiating unit 110b, and is radiated from the first dielectric lens 300a as a transmission electromagnetic wave.
  • the radio wave radiated from the first dielectric lens 300a is reflected by an obstacle or the like.
  • the reflected radio wave is converted into a first reception signal in the third radiating unit 110c via the second dielectric lens 300b, and further input to the first input terminal 521a of the first reception circuit 520a.
  • the first reception signal is output as a fifth reception signal from the first reception circuit 520a and input to the signal processing circuit 700.
  • the reflected electromagnetic wave is converted into a second reception signal in the fourth radiating unit 110d via the second dielectric lens 300b, and further, is applied to the second input terminal 521b of the second reception circuit 520b. Entered.
  • the second received signal is output as a sixth received signal from the second receiving circuit 520b and input to the signal processing circuit 700.
  • the reflected electromagnetic wave is converted into a third reception signal in the fifth radiating unit 110e via the third dielectric lens 300c, and is further applied to the third input terminal 521c of the third reception circuit 520c. Entered.
  • the third reception signal is output as a seventh reception signal from the third reception circuit 520 c and input to the signal processing circuit 700.
  • the reflected electromagnetic wave is converted into a fourth received signal in the sixth radiating unit 110f via the third dielectric lens 300c, and further, is applied to the fourth input terminal 521d of the fourth receiving circuit 520d. Entered.
  • the fourth reception signal is output as an eighth reception signal from the fourth reception circuit 520d and input to the signal processing circuit 700.
  • the signal processing circuit 700 synthesizes and processes the signals output from the first receiving circuit 520a, the second receiving circuit 520b, the third receiving circuit 520c, and the fourth receiving circuit 520d. That is, the sensor of this embodiment has one transmission channel and four reception channels, and synthesizes and processes signals for four channels.
  • the vehicle control circuit 800 recognizes the position of the obstacle and the distance to the obstacle by the signal output from the signal processing circuit 700, and outputs a control signal to the power train control unit and the vehicle body control unit, thereby The movement of the moving body can be controlled according to the situation.
  • the in-vehicle system of this embodiment functions as a driving support system.
  • the preferred embodiments of the structure and operation of the flat beam generating array antenna of the present invention, the sensor having the flat beam generating array antenna, and the in-vehicle system having the sensor have been described above using the first to third embodiments.
  • the number of radiating portions constituting the flat beam generating array antenna of the present invention may be different from those of the first to third embodiments, and the effect of the flat beam generating array antenna of the present invention is obtained.
  • the first to third dielectric lenses 300a to 300c have convex shapes that swell in the directions of the first to sixth radiating portions 110a to 110f.
  • To the sixth radiating portions 110a to 110f may be convex or double-sided convex.
  • the curved shapes of the first to third dielectric lenses 300a to 300c may be a combination of hyperbola, rotational hyperbola, and cylindrical shape.
  • the types and number of combinations of the flat beam generating array antenna and the sensors having the flat beam generating array antenna may be any combination other than the above-described embodiments.
  • the material constituting the dielectric substrate 100 may be any of a resin material, a ceramic material, and a semiconductor material.
  • a plurality of radiating portions formed on a substrate, a waveguide through which radio waves radiated from each radiating portion propagate, and an opening of the waveguide
  • a lens having a plurality of curved surfaces of a substantially hyperbolic shape disposed in the portion and a protrusion formed in a taper shape between the plurality of radiation portions, and the tip of the protrusion is formed at a position lower than the opening surface. Therefore, a Taylor-distributed power distribution in which the radio field intensity reaches a peak can be formed near the center of the dielectric lens, and side lobes can be suppressed. For this reason, a high gain can be obtained.
  • the protrusions are formed in a straight line, the processing is easy and the manufacturing cost can be reduced.
  • the protrusion is formed in a curved shape, electric power is easily collected at the center, and radio waves can be radiated more efficiently.
  • the tip of the protrusion is formed at a position 3 ⁇ / 4 to 5 ⁇ / 4 lower than the opening surface, side lobes can be further suppressed.
  • the waveguide opening and the lens are formed in a shape that emits a beam having a narrower second direction than the first direction orthogonal to each other in a cross section perpendicular to the radiation direction of the beam. Since the curved lens surface is arranged in the second direction so that the plurality of beams are combined, the dielectric lens can be miniaturized and the focal length can be shortened. For this reason, the antenna which produces
  • the opening and the lens of the waveguide are formed so that the second direction is longer than the first direction orthogonal to each other in the cross section perpendicular to the radiation direction of the beam, and the first direction is the horizontal direction.
  • the waveguide and the lens are arranged so that the second direction is the vertical direction, a flat beam having a wide horizontal width can be generated.
  • the shape of the opening of the waveguide includes at least one or more straight sides. For example, when the vicinity of the center is formed on a straight line, electric power is easily collected at the center, and radio waves can be radiated more efficiently.
  • a reference potential portion is formed around the radiating portion on the substrate and becomes a reference potential of the radiating portion, and the reference potential portion is electrically connected to the waveguide, so that the power distribution in the horn can be accurately determined. It is possible to control and improve the radio field intensity near the center of the dielectric lens.
  • the lens has a hyperbolic curved surface in both the first direction and the second direction orthogonal to each other in a cross section perpendicular to the radiation direction of the beam. it can.
  • the lens is formed on the curved surface of the rotating hyperbola, processing is easy and manufacturing costs can be reduced.
  • one side of the lens is formed in a shape combining any one of a hyperbola, a rotational hyperbola, and a cylindrical curved surface, processing is easy and manufacturing cost can be reduced.
  • both surfaces of the lens are formed in a combination of any one of a hyperbola, a rotation hyperbola, and a cylindrical curved surface, spherical radio waves that cannot be corrected on one side can be accurately converted into plane waves.
  • the lens is arranged so that the optical axis of the lens is inclined in the second direction through the radiating portion, the optical axis of the lens is directed to the lens surface in a direction other than the direction perpendicular to the lens surface. Can emit radio waves in directions other than vertical.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and equivalent configurations within the scope of the appended claims.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and the present invention is not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment.
  • another configuration may be added, deleted, or replaced.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized in hardware by designing a part or all of them, for example, with an integrated circuit, and the processor realizes each function. It may be realized by software by interpreting and executing the program to be executed.
  • Information such as programs, tables, and files that realize each function can be stored in a storage device such as a memory, a hard disk, and an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, and a DVD.
  • a storage device such as a memory, a hard disk, and an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, and a DVD.
  • control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and do not necessarily indicate all control lines and information lines necessary for mounting. In practice, it can be considered that almost all the components are connected to each other.

Landscapes

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Abstract

基板上に形成された複数の放射部と、前記放射部から放射される電波が内部を伝播する導波管と、前記導波管の開口部に配置された略双曲線形状の複数の曲面を有するレンズと、前記複数の放射部の間に、テーパ状に形成された突起部とを備えるアンテナであって、前記突起部の先端は、前記開口面よりも低い位置に形成される。

Description

アンテナ、センサ及び車載システム 参照による取り込み
　本出願は、平成２８年（２０１６年）１０月４日に出願された日本出願である特願２０１６－１９６３２８の優先権を主張し、その内容を参照することにより、本出願に取り込む。
　本発明は扁平ビームを生成するアンテナ、センサ及び車載システムに関する。
　自動車、鉄道、インフラ機器などの安全運航や安全動作のための周辺状況検知センサとして、電波を用いたドップラーセンサまたはレーダがある。以下説明の簡略化のため、自動車用のドップラーセンサについて記載する。
　自動車用には、安全運転支援や自動運転の実現に向けて、前方長距離、前方中距離、前方近距離、側方、後方中距離など、自動車の周囲のあらゆる領域をカバーする複数のセンサが用いられる。このため、運転シーンに合わせて、前方障害物、先行車、後方車、人など多様な対象物を検知することができる。
　本技術の背景技術として、特開２０１２－５２９２８公報、特開２０００－２２８６０８公報、特開平１０－１６０８３８公報、特開２００７－１９２８０４公報がある。
　特開２０１２－５２９２８公報は、開口面を形成するアンテナ素子数の縦横比（アスペクト比）を異なる数に設定することで扁平ビームを生成するアンテナを開示する。特開２０１２－５２９２８公報に開示されたパッチアレイアンテナは、各パッチ素子から放射される電力を制御し、アンテナ開口面中心付近に重点的に電力を（例えばテイラー分布的に）分配することによって、不要輻射（サイドローブ）を抑制できる。しかし、特開２０１２－５２９２８公報に開示されたアンテナは、アンテナ利得を高めるほど開口面積が大きく、アンテナ素子へ電力を供給する給電線路が長くなり、給電線路の損失によりアンテナ利得が低下する問題がある。
　特開２０００－２２８６０８公報は、パッチアンテナと金属製ホーンから構成される一次放射器と誘電体レンズとからなり、誘電体レンズの焦点位置に一次放射器が配置されるアンテナを開示する。特開平１０－１６０８３８公報は、給電部から放射された電波を誘電体レンズで集光するアンテナを開示する。特開２０００－２２８６０８公報および特開平１０－１６０８３８公報に開示されたアンテナは、誘電体レンズやホーンで電波を集めてアンテナ利得を向上する。
　特開２００７－１９２８０４公報は、金属製ホーンがアレイ状に配置されたアンテナを開示する。特開２００７－１９２８０４公報に開示されたアンテナは、アレイ状に配置した金属製ホーンを合成して所望の開口面積を実現する。アレイ状に分割することによって、金属ホーンのテーパ角を浅くしながら、アンテナの長さを短縮する。ホーン開口面の金属近傍の電波強度は低い。従って、アンテナ開口面を複数のホーンで構成した場合、ホーン分割構造と同様の分割された電力分布が形成され、複数の電力ピークがアンテナ開口面に離散的に配置される。特に、アンテナ開口面を２分割する場合には、アンテナ開口面の中心付近の電力が低下するため、電力分布をテイラー分布的に配分することが困難となり、不要輻射（サイドローブ）を抑制できない。
　自動車用のドップラーセンサには、アンテナから送信または受信される電波のビーム形状は水平方向に広く、垂直方向には狭い扁平な形状が望ましい。これは、水平方向では対象物に対する視野角を広げたいが、垂直方向では地面からの不要輻射による雑音（ロードクラッタノイズ）を低減したいからである。このため、受信信号の検知感度を上げることによって、遠方の障害物を検知する。
　しかし、特開２０１２－５２９２８公報に示した給電線路による損失を低減するために、特開２０００－２２８６０８公報に開示された構造を採用すると、一次放射器が誘電体レンズから焦点距離だけ離れた位置に配置される。特開２０００－２２８６０８公報および特開平１０－１６０８３８公報に開示されたアンテナは、開口サイズとレンズ屈折率によりレンズ焦点距離が長くなる。このため、一次放射器や給電部から放射される電波を一つの誘電体レンズで集光する構造では、アンテナサイズを誘電体レンズの焦点距離以下に小型化とできない問題がある。また、円形状の誘電体レンズから放射される電波は、ほぼ等方形のビーム形状となり、扁平ビームを生成できないという問題がある。
　ホーンアンテナサイズを小型化するための一つの解として、特開２００７－１９２８０４公報に開示されたアレイ状に分割したアンテナ構造がある。所望の狭角放射ビームを得るため、開口面での電波位相をより平面上に揃えられるように金属ホーンのテーパ角を浅くする必要がある。アンテナ開口面が複数に分割された構成では、金属ホーンのテーパ角を同じにしても分割数に応じて各ホーンアンテナの長さを短縮可能であり、アンテナを小型化できる。
　しかし、開口面をアレイ状に分割すれば、分割数に比例して放射源が増加し、各放射源に高周波信号を供給するための線路が必要となり、特開２０１２－５２９２８公報に示した給電線路による損失が発生する。
　このため、アンテナサイズの小型化と給電線路の低損失化を両立して、扁平ビームを生成可能なアンテナが求められている。
　本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、アンテナであって、基板上に形成された複数の放射部と、前記放射部から放射される電波が内部を伝播する導波管と、前記導波管の開口部に配置された略双曲線形状の複数の曲面を有するレンズと、前記複数の放射部の間に、テーパ状に形成された突起部とを備え、前記突起部の先端は、前記開口面よりも低い位置に形成される。
　本発明の一態様によれば、扁平ビームを生成するアンテナを小型化しつつ、レンズ中心付近に電波強度がピークとなるテイラー分布的な電力分布を形成できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
実施例１の扁平ビーム生成アンテナの構造図である。 実施例１の誘電体基板の構造図である。 実施例１の誘電体基板の構造図である。 実施例１の誘電体基板の構造図である。 実施例１の扁平ビーム生成アンテナの放射特性解析結果を示す図である。 実施例１の扁平ビーム生成アンテナの構造図である。 実施例１の扁平ビーム生成アンテナの構造図である。 実施例１の扁平ビーム生成アンテナの構造図である。 実施例１の扁平ビーム生成アンテナの構造図である。 実施例２の扁平ビーム生成アンテナの構造図である。 実施例３の扁平ビーム生成アンテナの送信側ブロック図である。 実施例３の扁平ビーム生成アンテナの送信側ブロック図である。 実施例３の扁平ビーム生成アンテナの受信側ブロック図である。 実施例３の扁平ビーム生成アンテナを有するセンサのブロック図である。 実施例３の扁平ビーム生成アンテナを有するセンサの構造図である。 実施例３の扁平ビーム生成アンテナを有するセンサのブロック図である。 実施例３の扁平ビーム生成アンテナを有するセンサのブロック図である。 実施例３の扁平ビーム生成アンテナを有するセンサのブロック図である。 実施例３の扁平ビーム生成アンテナを含むセンサを有する車載システムのブロック図である。
　以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、発明を実施するための形態を説明するための各図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
　図１および図２は、本発明の実施例１の扁平ビーム生成アレーアンテナの構造図である。
　図１および図２に示すアンテナでは、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂが誘電体基板１００の第１の面に形成される。また、誘電体基板１００の第１の面には第１の導体部１２０ａが形成され、誘電体基板１００の第１の面と反対側の第２の面には第２の導体部１３０ａが形成される。また、誘電体基板１００の第１の面の導体と第２の面の導体とを導通させる貫通孔４００ａが形成される。誘電体基板１００の第１の面側には、少なくとも内側表面が導体から形成される第１のホーン２００ａが取り付けられ、各第１のホーン２００ａの放射側開口部付近には、放射部と同数のレンズ曲面を有する第１の誘電体レンズ３００ａが配置される。第１のホーン２００ａは導波管であり、電波を放射するために直線状、曲線状、双曲線状及び楕円球面の少なくとも一つの形でテーパ状に形成される。第１のホーン２００ａの断面は、放射部１１０ａ、１１０ｂに近い端部から電波が放射される開口部へ向けて単調拡大する。第１のホーン２００ａは、開口部において誘電体レンズ３００ａと接する。
　このような構成によって、本実施例のアンテナは、第１の誘電体レンズ３００ａの第１の光軸Ｄ１ａ－Ｄ１ａ'および第２の光軸Ｄ１ｂ－Ｄ１ｂ'と略並行に電波を放射する。
　第１の仮想線（縦中心線）Ａ１－Ａ１'は第１のホーン２００ａの放射側開口部の中心を通りかつ最短の長さとなる線であり、第２の仮想線（横中心線）Ｂ１－Ｂ１'は第１の仮想線Ａ１－Ａ１'の中心を通りかつ第１の仮想線Ａ１－Ａ１'と直交する線である。
　本実施例のアンテナでは、第１の仮想線Ａ１－Ａ１'の２分の１（すなわち、一つの放射側開口部のＡ１－Ａ１'方向の長さ）が第２の仮想線Ｂ１－Ｂ１'より長い。つまり、本実施例において、第１のホーン２００ａの放射側開口部は第１の仮想線Ａ１－Ａ１'の方向（縦方向）が第２の仮想線Ｂ１－Ｂ１'の方向（横方向）より長い長方形の形状である。
　第３の仮想線Ｃ１ａ－Ｃ１ａ'は、第１の仮想線Ａ１－Ａ１'と第１の光軸Ｄ１ａ－Ｄ１ａ'との交点を通りかつ第１の仮想線Ａ１－Ａ１'と直交する線である。第４の仮想線Ｃ１ｂ－Ｃ１ｂ'は、第１の仮想線Ａ１－Ａ１'と第２の光軸Ｄ１ｂ－Ｄ１ｂ'との交点を通りかつ第１の仮想線Ａ１－Ａ１'と直交する線である。
　図１（Ａ）は、本実施例のアンテナを第１のホーン２００ａの放射側開口部側から見た形状を示す。また、図１（Ｂ）は、本実施例のアンテナの第１の仮想線Ａ１－Ａ１'に沿った断面形状を示す。また、図１（Ｃ）は、本実施例のアンテナの第４の仮想線Ｃ１ｂ－Ｃ１ｂ'に沿った断面形状を示す。図１（Ｄ）は、アンテナ開口部側から俯瞰した、ホーン２００ａの内面を示す。
　図２は、誘電体基板１００を第１の面の側から見た形状を示す。
　誘電体基板１００の第１の面において、第１の導体部１２０ａは、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂから一定の距離をおいて第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂを囲むように形成される。第１の導体部１２０ａは、貫通孔４００ａを介して誘電体基板１００の第２の面に形成された第２の導体部１３０ａと電気的に接続される。これにより、第１の導体部１２０ａおよび第２の導体部１３０ａが第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂの基準電位面として機能し、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂは各々パッチアンテナとして動作し、誘電体基板１００の第１の面側から電波を放射する。
　さらに、第１のホーン２００ａの放射側開口部の電波進行方向に関して反対側に位置する放射部側開口部は、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂの各々一つずつを内包するように、誘電体基板１００の第１の面側に配置される。ホーン２００ａ内には、第１の光軸Ｄ１ａ－Ｄ１ａ'および第２の光軸Ｄ１ｂ－Ｄ１ｂ'に対し、ホーン２００ａの内面と線対称な面を有する突起部２００ｅを配置し、第１のホーン２００ａと突起部２００ｅにより、第２の仮想線Ｂ１－Ｂ１'を軸に対称なホーン形状を有する。本実施例のアンテナは、第１の放射部１１０ａ、第２の放射部１１０ｂ、第１のホーン２００ａおよび突起部２００ｅで構成される。なお、貫通孔４００ａが配置される間隔は、使用される電波の誘電体基板１００内での波長の４分の１の長さより短い方が望ましい。
　第１のホーン２００ａおよび突起部２００ｅを第１の導体部１２０ａに電気的に接続することによって、第１のホーン２００ａの電位および突起部２００ｅの電位を放射部の基準電位と等しくできるため、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂから放射される電波を効率よく第１のホーン２００ａに伝達できる。
　さらに、複数のレンズ曲面を有する第１の誘電体レンズ３００ａは放射部側開口部の方向に凸の形状を形成することによって、第１のホーン２００ａの放射部側開口部から放射側開口部の長さを短くでき、アンテナを小型化できる。第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂは、第１の誘電体レンズ３００ａの各々のレンズ曲面焦点位置に大凡一致する位置に配置される。
　前述の構造によって、二つの放射部を有する構成である場合、第１のホーン２００ａの第１の仮想線Ａ１－Ａ１'の方向（縦方向）に二つのレンズ曲面が構成されるため、一つのレンズ曲面の径は開口サイズの半分となり、レンズの焦点距離は約半分となる。
　第１の誘電体レンズ３００ａに形成する曲面には、仮想線Ａ１－Ａ１'の方向および第２の仮想線Ｂ１－Ｂ１'の方向共に双曲線形状とするとよい。
　次に、本実施例のアンテナの動作を説明する。第１の放射部１１０ａから放射された球面上の電波は第１のホーン２００ａ内を伝搬し、第１の誘電体レンズ３００ａ内を伝搬した後、空間へ放射される。パッチアンテナ形状の第１の放射部１１０ａ及び第２の放射部１１０ｂから半球面状の電波が放射され、第１の光軸Ｄ１ａ－Ｄ１ａ'に対し第１のホーン２００ａ内面と対称な面となる突起部２００ｅの内面により構成されるテーパ状空間を球面状電波面のまま通過し、第１の誘電体レンズ３００ａによって球面波から平面波に変換される。
　前述したように、自動車用のアンテナにおいて開口面から放射される電波は、不要輻射抑制のため、開口面中心部に重点的に電力分配されることが必要である。
　突起部２００ｅの高さを第１のホーン２００ａ開口部と等しくすると、突起部２００ｅ先端部は電波強度が小さくなるため、アンテナ開口面中心である第１の仮想線Ａ１－Ａ１'上に電波強度が低下する箇所（ノッチ）が発生する。仮想線Ｂ１－Ｂ１'を境に電波強度ピークが二つに分割されるため、開口面の電力分布はテイラー分布的にならず、アンテナ放射特性で不要輻射が上昇する原因となる。
　突起部２００ｅの高さを第１のホーン２００ａ開口部より放射部側へ低くすると、第１の誘電体レンズ３００ａに入射する前に、電波は突起部２００ｅの先端で回折する。突起部２００ｅの高さを第１のホーン２００ａ開口部より放射部側へ低くすることは、仮想線Ｂ１－Ｂ１'上の電波強度を回折により補填することとなり、二つの放射部１１０ａと１１０ｂからの球面波が第１の誘電体レンズ手前の空間で合成され、仮想線Ｂ１－Ｂ１'上で正対する電波ベクトルは打ち消し合い、レンズ光軸と同方向の電波ベクトルは合成される。
　突起部２００ｅの高さ（第１のホーンの開口面からの突起部先端の後退量）、二つの放射部１１０ａと１１０ｂとの距離、第１のホーン２００ａおよび突起部２００ｅのホーンテーパ角度を調整することによって、第１のホーン２００ａ開口部で開口面中心がピークとなるテイラー分布的な電力分布を生成できる。
　図５は、突起部２００ｅの高さ（第１のホーンの開口面からの突起部先端の後退量）を変数として、本実施例のアンテナを電磁界解析した、アンテナ利得の最大値と第１不要輻射の抑圧量の計算結果を示す。
　突起部２００ｅの内面は第１のホーン２００ａの内面とレンズの光軸に対し線対称であるため、突起部２００ｅの高さと連動して、第１の放射部１１０ａと第２の放射部１１０ｂとの距離は短くなる。突起部２００ｅの高さを低くすることによって、仮想線Ｂ１－Ｂ１'上の電波強度が増加し、サイドローブが抑制される。図５に示すシミュレーション結果では、突起部先端の後退量が３λ／４から５λ／４の間がアンテナのメインビームの利得の変動に抑えつつ、第１サイドローブ（不要輻射）を低減できる。特に、突起部先端の後退量が１λの時、アンテナのメインビームの利得を０．５ｄＢ程度の変動に抑えつつ、第１サイドローブ（不要輻射）は－１０ｄＢから－１６ｄＢまで約６ｄＢの改善できる。　
　このような動作によって、本実施例のアンテナは、アンテナを小型化しつつ、不要輻射を抑制し、第１の仮想線Ａ１－Ａ１'の方向（縦方向）より第２の仮想線Ｂ１－Ｂ１'の方向（横方向）の幅が広くなる扁平ビームを放射できる。
　なお、望ましくは、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂから放射される電波の電界面方向（Ｅ面方向）を第１の仮想線Ａ１－Ａ１'に並行に配置することによって、第１のホーン２００ａより放射されるビームの形状を第１の仮想線Ａ１－Ａ１'方向で狭くしやすくなる。
　図３および図４は、本発明の一実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナの構造図であり、誘電体基板１００の第１の面の側から見た形状を示す。図３および図４では、給電線路のバリエーションを示す。
　図３および図４に示すアンテナおいて、第１の放射部１１０ａが第１の給電線路１４０ａに接続され、第２の放射部１１０ｂが第２の給電線路１４０ｂに接続される。第１の導体部１２０ａは、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂから一定の距離をおいて第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂを囲むように形成される。また、第１の導体部１２０ａは、第１の給電線路１４０ａおよび第２の給電線路１４０ｂから一定の距離をおいて形成される。
　このような構造により、第１の放射部１１０ａは、第１の給電線路１４０ａを介して、放射する電波のエネルギーが供給される。同様に、第２の放射部１１０ｂは、第２の給電線路１４０ｂを介して、放射する電波のエネルギーが供給される。第１の給電線路１４０ａに第１の放射部１１０ａを接続し、第２の給電線路１４０ｂに第２の放射部１１０ｂを接続する構造によって、アンテナ利得を向上できる。
　図３に示すアンテナでは、第１の給電線路１４０ａは第１の放射部１１０ａに下方向から接続し、第２の給電線路１４０ｂは第２の放射部１１０ｂに上方向から接続する。一方、図４に示すアンテナでは、第１の給電線路１４０ａは第１の放射部１１０ａに下方向から接続し、第２の給電線路１４０ｂは第２の放射部１１０ｂに下方向から接続する。このため、第１の給電線路１４０ａおよび第２の給電線路１４０ｂから供給される信号の位相は、図３に示すアンテナでは差動、図４に示すアンテナでは同相である。このように、信号を供給することによって、パッチアンテナから放射される電波の向きを揃えることができる。また、第１のホーン２００ａの放射側開口部より第１の誘電体レンズ３００ａを介して放射されるビームを正面方向（放射側開口部に垂直な方向）で利得が最大となるよう合成できる。なお、第１の給電線路１４０ａおよび第２の給電線路１４０ｂから供給される信号の位相を制御することによって、放射されるビームの利得の最大方向を任意の方向に設定できる。
　図６、図７および図８は、本発明の一実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナの構造図であり、図６および図７は、第１のホーン２００ａの放射側開口部側から見た形状を示す。図６、図７および図８では、前述した実施例とホーンの形状が異なる変形例を説明する。
　図１に示す扁平ビーム生成アレーアンテナでは、第１のホーン２００ａの放射側開口部の形状は四つの直線状の辺で形成される。図６に示すアンテナでは、第１のホーン２００ａの放射側開口部の形状は第１の仮想線Ａ１－Ａ１'の方向が第３の仮想線Ｃ１ａ－Ｃ１ａ'の方向より長く、四隅が曲線上の形状（角丸四角形）に形成される。
　また、図７に示すアンテナでは、第１のホーン２００ａの放射側開口部の形状は第１の仮想線Ａ１－Ａ１'の方向の長辺が第３の仮想線Ｃ１ａ－Ｃ１ａ'の方向の短辺より長い楕円形の形状に形成される。
　本発明のアンテナの第１のホーン２００ａの放射側開口部の形状は、製造上の容易性、生成される扁平ビームの放射パターンに応じて、図１に示す長方形の形状、または図６、図７に示す曲線部を含む形状のいずれを選択してもよい。
　図８に示すアンテナでは、第２のホーン２００ｂの側面形状が曲線形状を有する。ホーン２００ｂの曲線形状に従い、突起部２００ｅもまたレンズ曲面光軸に対し対称となる曲面形状を有する。これ以外の点は、前述した実施例のアンテナと同じである。ホーン２００ｂの内面を曲面形状にすることにより突起部先端の角度がより鈍角となるため、回折量を増加させることができる。
　なお、本発明のアンテナのホーンの側面形状は、第１のホーン２００ａのような直線形状（図１）や第２のホーン２００ｂのような曲線形状（図８）以外の形状（例えば、双曲線形状、楕円球面形状、凹凸のある形状など）でもよく、生成する扁平ビームの放射パターンに応じて形状を選択しても本発明の扁平ビーム生成アレーアンテナの効果は同じである。
　図９は、本発明の一実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナの構造図である。
　本実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナは、図１に示す実施例の突起部２００ｅの内面を、第１の光軸Ｄ１ａ－Ｄ１ａ'、　Ｄ１ｂ－Ｄ１ｂ'に対し第１のホーン２００ａの内面の対称線より第２の仮想線Ｂ１－Ｂ１'側に設ける。放射部１１０ａから放射される電波は、第１のホーン２００ａ内で放射部を中心とする球面波を維持して伝搬し、電波強度のピーク部が第２の仮想線Ｂ１－Ｂ１'側へ移動する。すなわち、突起部の高さの調整によって、開口面の電力分布を中心部に重点的に分配できる。
　図１０は、本発明の第２の実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナの構造図である。第２の実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナは、二つの放射部１１０ａと放射部１１０ｂの相対距離、および誘電体レンズ３００ａに設けた二つのレンズ曲面光軸の相対距離は第１の実施例（図１）と等しいが、誘電体レンズ３００ａをアンテナの第１の仮想線Ａ１－Ａ１'に沿ってスライドした構造である。図１に示すアレーアンテナの構成では、レンズ曲面光軸上の焦点位置付近に放射部を配置することにより、誘電体基板１００の正面方向にビームを生成したが、図１０に示すように放射部を光軸からシフトさせることで、光軸に対し反対方向にビームを傾けることが可能となる。本発明のアンテナ設置方向が固定化されている場合、誘電体レンズ３００ａの相対配置をスライドするだけでビームの放射方向を変更できる。
　次に、図１１から図１７を用いて前述した第１又は第２の実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの実施例を説明する。
　図１１は、前述した第１または第２の実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの送信側のブロック図である。
　図１１に示すセンサは、扁平ビーム生成アレーアンテナ１０および第１の送信回路５１０ａを有する。第１の送信回路５１０ａは、第１の放射部１１０ａが接続される第１の端子５１１ａおよび第２の放射部１１０ｂが接続される第２の端子５１２ａを有する。第１の端子５１１ａおよび第２の端子５１２ａより出力される信号の位相は第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂに生成される電界面方向により決定され、差動でも同相でもよい。
　次に、本実施例のセンサの送信部の動作を説明する。第１の送信回路５１０ａの第１の端子５１１ａから出力された信号は第１の放射部１１０ａに入力され、電波として第１の誘電体レンズ３００ａより放射される。同様に、第１の送信回路５１０ａの第２の端子５１２ａから出力された信号は第２の放射部１１０ｂに入力され、電波として第１の誘電体レンズ３００ａより放射される。
　本実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの送信部は、障害物等までの距離、障害物等の相対速度を計測するセンサに適用可能である。
　図１２は、前述した第１または第２の実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの送信側のブロック図である。本実施例では、分配回路を介して扁平ビーム生成アレーアンテナに給電するセンサの送信側の例を説明する。
　図１２に示すセンサは、扁平ビーム生成アレーアンテナ１０、第２の送信回路５１０ｂおよび第１の分配回路５００ａを有する。第２の送信回路５１０ｂは、信号を出力する第１の出力端子５１１ａを有する。第１の分配回路５００ａは、第１の端子５１１ｂ、第２の端子５１２ｂおよび第３の端子５１３ｂを有する。
　第１の分配回路５００ａの第３の端子５１３ｂは第２の送信回路５１０ｂの第１の出力端子５１１ａに接続され、第１の放射部１１０ａは第１の分配回路５００ａの第１の端子５１１ｂに接続され、第２の放射部１１０ｂは第１の分配回路５００ａの第２の端子５１２ｂに接続される。第１の端子５１１ｂおよび第２の端子５１２ｂより出力される信号の位相は、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂに生成される電界面方向により決定され、差動でも同相でもよい。
　次に、本実施例のセンサの送信部の動作を説明する。第２の送信回路５１０ｂの第１の出力端子５１１ａから出力された信号は第１の分配回路５００ａの第３の端子５１３ｂに入力され、第１の分配回路５００ａにおいて所望の位相、振幅に調整され、第１の端子５１１ｂおよび第２の端子５１２ｂより出力される。第１の端子５１１ｂより出力された信号は第１の放射部１１０ａに入力され、電波として第１の誘電体レンズ３００ａより放射される。同様に第２の端子５１２ｂから出力された信号は第２の放射部１１０ｂに入力され、電波として第１の誘電体レンズ３００ａより放射される。
　本実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの送信部は、障害物等までの距離、障害物等の相対速度を計測するセンサに適用可能である。
　図１３は、前述した第１または第２の実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの受信側のブロック図である。本実施例では、扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの受信側の例を説明する。
　図１３に示すセンサは、扁平ビーム生成アレーアンテナ１０、第１の受信回路５２０ａおよび第２の受信回路５２０ｂを有する。第１の受信回路５２０ａは、第１の放射部１１０ａが接続される第１の入力端子５２１ａを有し、第２の受信回路５２０ｂは、第２の放射部１１０ｂが接続される第２の入力端子５２１ｂを有する。
　次に、本実施例のセンサの受信部の動作を説明する。第１の誘電体レンズ３００ａに入力された電波は第１の誘電体レンズ３００ａを介して第１の放射部１１０ａにおいて電気的信号に変換され、第１の受信回路５２０ａの第１の入力端子５２１ａに入力される。これと同時に、第１の誘電体レンズ３００ａに入力された電波は第１の誘電体レンズ３００ａを介して第２の放射部１１０ｂにおいて電気的信号に変換され、第１の受信回路５２０ａの第２の入力端子５２１ｂに入力される。
　本実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの受信部は、障害物等までの距離、障害物等の相対速度を計測するセンサに適用可能である。さらに、本発明の扁平ビーム生成アレーアンテナは、前述したように縦方向のビーム幅が横方向より広い扁平ビームを生成するので、上下方向（第１の仮想線Ａ１－Ａ１'（図１３には図示せず）の方向）の障害物等の上下方向の位置（水平面からの角度）を計測するセンサに適用可能である。
　図１４は、前述した第１または第２の実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサのブロック図である。本実施例では、送信部および受信部がネットワーク回路を介して扁平ビーム生成アレーアンテナと接続するセンサの例を説明する。
　図１４に示すセンサは、扁平ビーム生成アレーアンテナ１０、第２の送信回路５１０ｂ、第３の受信回路５２０ｃおよび第１のネットワーク回路５００ｂを有する。第２の送信回路５１０ｂは、信号を出力する第３の出力端子５１３ａを有する。第１のネットワーク回路５００ｂは、第１の端子５１１ｃ、第２の端子５１２ｃ、第３の端子５１３ｃおよび第４の端子５１４ｃを有する。第１のネットワーク回路５００ｂは、第３の端子５１３ｃに入力された信号を分配し、第１の端子５１１ｃおよび第２の端子５１２ｃから出力する。また、第１のネットワーク回路５００ｂは、第１の端子５１１ｃおよび第２の端子５１２ｃに入力された信号を合成し、第４の端子５１４ｃから出力する。第１のネットワーク回路５００ｂの代表的な電気回路例として、ラットレース回路やハイブリッド回路がある。
　第１のネットワーク回路５００ｂの第３の端子５１３ｃは第２の送信回路５１０ｂの第１の出力端子５１１ａに接続され、第１のネットワーク回路５００ｂの第４の端子５１４ｃは第３の受信回路５２０ｃの第１の入力端子５２１ａに接続され、第１の放射部１１０ａは第１のネットワーク回路５００ｂの第１の端子５１１ｃに接続され、第２の放射部１１０ｂは第１のネットワーク回路５００ｂの第２の端子５１２ｂに接続される。
　次に、本実施例のセンサの送信部および受信部の動作を説明する。第２の送信回路５１０ｂの第１の出力端子５１１ａから出力された信号は第１のネットワーク回路５００ｂの第３の端子５１３ｃに入力され、第１のネットワーク回路５００ｂにおいて所望の位相および振幅に調整され、第１の端子５１１ｃおよび第２の端子５１２ｃより出力される。第１の端子５１１ｃより出力された信号は第１の放射部１１０ａに入力され、電波として誘電体レンズ３００ａより放射される。同様に第２の端子５１２ｃから出力された信号は第２の放射部１１０ｂに入力され、電波として誘電体レンズ３００ａより放射される。
　放射部１１０ａからの電波と放射部１１０ｂからの電波とが空間合成された電波は第１の誘電体レンズ３００ａで透過および偏向された後に放射され、障害物等で反射する。反射された電波は第１の誘電体レンズ３００ａで再び透過および偏向され、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂにおいて電気的信号に変換される。
　第１の放射部１１０ａで受信された電気信号は第１のネットワーク回路５００ｂの第１の端子５１１ｃに入力され、第２の放射部１１０ｂで受信された電気信号は第１のネットワーク回路５００ｂの第２の端子５１２ｃに入力される。第１のネットワーク回路５００ｂは、入力された信号を所望の位相および振幅に調整し、第４の端子５１４ｃより出力し、第１の受信回路５２０ａの第１の入力端子５２１ａに入力する。
　本実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの送受信部は、障害物等までの距離、障害物等の相対速度を計測するセンサに適用可能である。
　図１５は、前述した第１または第２の実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの構造図であり、図１６は、本実施例のセンサのブロック図である。本実施例では、送信部、送信用アンテナ、受信部および受信用アンテナを有するセンサの例を説明する。
　図１５（Ａ）は、本実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナの第１のホーン２００ａの放射側開口部側から見た形状を示し、図１５（Ｂ）は、本実施例の扁平ビーム生成アンテナの第３の仮想線Ｃ１ａ－Ｃ１ａ'に沿った断面形状を示し、図１５（Ｃ）は、本実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナの第１の仮想線Ａ１－Ａ１'に沿った断面形状を示し、図１５（Ｄ）は、誘電体基板１００を第１の面の側から見た形状を示す。
　誘電体基板１００の第１の面（ホーン２００ａ、２００ｂ、２００ｃが設置される面）には、第１の放射部１１０ａ、第２の放射部１１０ｂ、第３の放射部１１０ｃ、第４の放射部１１０ｄ、第５の放射部１１０ｅおよび第６の放射部１１０ｆが配置される。各放射部１１０ａ～１１０ｆは、給電線路１４０ａ～１４０ｆを介して、誘電体基板１００の第１の面に実装された半導体素子６００ａに接続される。
　半導体素子６００ａは、第１の送信回路５１０ａ、第１の受信回路５２０ａ、第２の受信回路５２０ｂ、第３の受信回路５２０ｃおよび第４の受信回路５２０ｄを有する。半導体素子６００ａは、第１のホーン２００ａと第２のホーン２００ｂと誘電体基板１００との間の空隙部分に配置するとよい。半導体素子６００ａは誘電体基板１００の第２の面に実装されてもよい。また、半導体素子６００ａは、誘電体基板１００の第１の面および第２の面の一方又は両方に二つ以上実装されてもよい。
　誘電体基板１００の第１の面には、第１のホーン２００ａ、第２のホーン２００ｂおよび第３のホーン２００ｃが設置される。第１から第３のホーン２００ａ～２００ｃは、同一部材が接続されて形成されても、一体に形成されてもよい。
　ホーン２００ａ～２００ｃの各々の放射側開口部には、双曲線形状のレンズ曲面を有する誘電体レンズ３００ａ～３００ｃが設置される。第１から第３の誘電体レンズ３００ａ～３００ｃは同一部材が接続されて形成されても、一体に形成されてもよい。
　第１のホーン２００ａの放射部側開口部には、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂと突起部２００ｅが内包されるよう配置され、第１の給電線路１４０ａおよび第２の給電線路１４０ｂによって半導体素子６００ａに接続される。第２のホーン２００ｂの放射部側開口部には、第３の放射部１１０ｃおよび第４の放射部１１０ｄと突起部２００ｆが内包されるよう配置され、第３の給電線路１４０ｃおよび第４の給電線路１４０ｄによって半導体素子６００ａに接続される。第３のホーン２００ｃの放射部側開口部には、第５の放射部１１０ｅおよび第６の放射部１１０ｆと突起部２００ｇが内包されるよう配置され、第５の給電線路１４０ｅおよび第６の給電線路１４０ｆによって半導体素子６００ａに接続される。
　なお、送信側アンテナと受信側アンテナとは同一の大きさおよび形状でもよいが、受信側アンテナの縦横比の方が大きいことが望ましい。
　図１６Ａに示すように、第１の送信回路５１０ａは、第１の放射部１１０ａが接続される第１の端子５１１ａおよび第２の放射部１１０ｂが接続される第２の端子５１２ａを有する。第１の端子５１１ａおよび第２の端子５１２ａより出力される信号の位相は第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂに生成される電界面方向により決定され、差動でも同相でもよい。
　図１６Ｂに示すように、第１の受信回路５２０ａは、第３の放射部１１０ｃが接続される第１の入力端子５２１ａを有し、第２の受信回路５２０ｂは、第４の放射部１１０ｄが接続される第２の入力端子５２１ｂを有する。
　図１６Ｃに示すように、第３の受信回路５２０ｃは、第５の放射部１１０ｅが接続される第４の入力端子５２１ｄを有し、第４の受信回路５２０ｄは、第６の放射部１１０ｆが接続される第１の入力端子５２１ｅを有する。
　次に、本実施例のセンサの送信部および受信部の動作を説明する。第１の送信回路５１０ａの第１の端子５１１ａから出力された信号は第１の放射部１１０ａに入力され、電波として第１の誘電体レンズ３００ａより放射される。同様に、第１の送信回路５１０ａの第２の端子５１２ａから出力された信号は第２の放射部１１０ｂに入力され、電波として第１の誘電体レンズ３００ａより放射される。放射部１１０ａから放射された電波と放射部１１０ｂから放射された電波とは、第１の誘電体レンズ３００ａの透過前後で空間合成され、放射される。
　第１の誘電体レンズ３００ａより放射された電磁波は障害物等で反射する。反射された電波は第２の誘電体レンズ３００ｂを介して第３の放射部１１０ｃおよび第４の放射部１１０ｄにおいて電気的信号に変換される。第３の放射部１１０ｃにより生成された電気的信号は第１の受信回路５２０ａの第１の入力端子５２１ａに入力される、また、第４の放射部１１０ｄにより生成された電気的信号は第２の受信回路５２０ｂの第２の入力端子５２１ｂに入力される。
　さらに、反射された電波は第３の誘電体レンズ３００ｃを介して第５の放射部１１０ｅおよび第６の放射部１１０ｆにおいて電気的信号に変換される。第５の放射部１１０ｅにより生成された電気的信号は第３の受信回路５２０ｃの第３の入力端子５２１ｃに入力され、第６の放射部１１０ｆにより生成された電気的信号は第４の受信回路５２０ｄの第４の入力端子５２１ｄに入力される。
　本実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの送受信部は、障害物等までの距離、障害物等の相対速度を計測するセンサに適用可能である。さらに、本発明の扁平ビーム生成アレーアンテナは、複数の放射側開口部が上下左右に並んで配置されるので、上下方向（第１の仮想線Ａ１－Ａ１'の方向）の障害物等の上下方向の位置（水平面からの角度）、および、左右方向（第６の仮想線Ｃ２－Ｃ２'の方向）の障害物等の左右方向の位置（正面方向からの角度）を計測するセンサに適用可能である。
　図１７は、前述した実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサを有する車載システムの実施例のブロック図である。
　本実施例の車載システムは、第１または第２の実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナ、第１の送信回路５１０ａ、第１の受信回路５２０ａ、第２の受信回路５２０ｂ、第３の受信回路５２０ｃ、第４の受信回路５２０ｄ、信号処理回路７００および車両制御回路８００を有する。
　信号処理回路７００は、第１の送信回路５１０ａ、第１の受信回路５２０ａ、第２の受信回路５２０ｂ、第３の受信回路５２０ｃおよび第４の受信回路５２０ｄに接続されている。信号処理回路７００は、アンテナから送信すべき信号を第１の送信回路５１０ａに供給し、第１の受信回路５２０ａ、第２の受信回路５２０ｂ、第３の受信回路５２０ｃおよび第４の受信回路５２０ｄから出力された信号を処理する。
　車両制御回路８００は、信号処理回路７００に接続される。車両制御回路８００と信号処理回路７００との接続は、ケーブル等を用いた有線でも、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの無線でもよい。
　車両制御回路８００は、信号処理回路７００より出力される信号に従って、パワートレイン制御、車体制御等の移動体の動作を制御する機能を有する。
　次に、本実施例のセンサの送信部および受信部の動作を説明する。信号処理回路７００から出力され、第１の送信回路５１０ａに入力された第１の送信信号は第２の送信信号として第１の送信回路５１０ａの第１の端子５１１ａから出力され、さらに第１の放射部１１０ａに入力され、送信電磁波として第１の誘電体レンズ３００ａより放射される。同様に、第１の送信回路５１０ａの第２の端子５１２ａから出力された第２の送信信号は第２の放射部１１０ｂに入力され、送信電磁波として第１の誘電体レンズ３００ａより放射される。
　第１の誘電体レンズ３００ａより放射された電波が障害物等によって反射する。反射された電波は第２の誘電体レンズ３００ｂを介して第３の放射部１１０ｃにおいて第１の受信信号に変換され、さらに第１の受信回路５２０ａの第１の入力端子５２１ａに入力される。第１の受信信号は第１の受信回路５２０ａより第５の受信信号として出力されて信号処理回路７００に入力される。
　これと同時に、反射された電磁波は第２の誘電体レンズ３００ｂを介して第４の放射部１１０ｄにおいて第２の受信信号に変換され、さらに第２の受信回路５２０ｂの第２の入力端子５２１ｂに入力される。第２の受信信号は第２の受信回路５２０ｂより第６の受信信号として出力されて信号処理回路７００に入力される。
　これと同時に、反射された電磁波は第３の誘電体レンズ３００ｃを介して第５の放射部１１０ｅにおいて第３の受信信号に変換され、さらに第３の受信回路５２０ｃの第３の入力端子５２１ｃに入力される。第３の受信信号は第３の受信回路５２０ｃより第７の受信信号として出力されて信号処理回路７００に入力される。
　これと同時に、反射された電磁波は第３の誘電体レンズ３００ｃを介して第６の放射部１１０ｆにおいて第４の受信信号に変換され、さらに第４の受信回路５２０ｄの第４の入力端子５２１ｄに入力される。第４の受信信号は第４の受信回路５２０ｄより第８の受信信号として出力されて信号処理回路７００に入力される。
　信号処理回路７００は、第１の受信回路５２０ａ、第２の受信回路５２０ｂ、第３の受信回路５２０ｃおよび第４の受信回路５２０ｄから出力された信号を合成し処理をする。つまり、本実施例のセンサは、送信１チャネル、受信４チャネルを有し、４チャネル分の信号を合成し処理をする。
　車両制御回路８００は、信号処理回路７００より出力される信号によって障害物等の位置および障害物等までの距離を認識し、パワートレイン制御部や車体制御部に制御信号を出力することによって、周辺状況に応じた移動体の動作を制御できる。このようにして、本実施例の車載システムは、運転支援システムとして機能する。
　以上、第１から第３の実施例を用いて、本発明の扁平ビーム生成アレーアンテナ、扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサおよび当該センサを有する車載システムの構造および動作の好ましい形態を説明した。本発明の扁平ビーム生成アレーアンテナを構成する放射部の数が第１から第３の実施例と異なってもよく、本発明の扁平ビーム生成アレーアンテナの効果が得られる。
　また、第１から第３の実施例において、第１から第３の誘電体レンズ３００ａ～３００ｃは、第１から第６の放射部１１０ａ～１１０ｆの方向に膨らんだ凸形状であるが、第１から第６の放射部１１０ａ～１１０ｆと反対方向に膨らむ凸形状でも両面凸形状でもよい。また、第１から第３の誘電体レンズ３００ａ～３００ｃの曲面形状は双曲線、回転双曲線、シリンドリカル形状を組み合わせてもよい。
　また、扁平ビーム生成アレーアンテナおよび扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの種類および組み合わせ個数は、前述した実施例以外の任意の組み合わせでもよい。
　さらに、誘電体基板１００を構成する材料は、樹脂系材料、セラミック系材料、半導体材料のいずれでもよい。
　以上に説明したように、本発明の実施例によると、基板上に形成された複数の放射部と、各放射部から放射される電波が内部を伝播する導波管と、導波管の開口部に配置された略双曲線形状の複数の曲面を有するレンズと、複数の放射部の間にテーパ状に形成された突起部とを備え、突起部の先端は開口面よりも低い位置に形成されるので、誘電体レンズ中心付近に電波強度がピークとなるテイラー分布的な電力分布を形成でき、サイドローブを抑制できる。このため、高い利得を得ることができる。
　また、突起部を直線状に形成すると、加工が簡単で製造コストを低減できる。また、突起部を曲線状に形成すると、電力が中心に集まりやすくなり、より効率的に電波を放射できる。
　また、突起部の先端は開口面よりも３λ／４から５λ／４だけ低い位置に形成されるので、よりサイドローブを抑制できる。
　また、導波管の開口部及びレンズは、ビームの放射方向に垂直な断面において、互いに直交する第１の方向より第２の方向が狭いビームを放射する形状に形成されており、レンズから放射された複数のビームが合成されるように、レンズ曲面が第２の方向に並んで配置されるので、誘電体レンズを小型化して焦点距離を短くできる。このため、扁平ビームを生成するアンテナを小型化できる。特に、奥行きを小さくできる。
　また、導波管の開口部及びレンズは、ビームの放射方向に垂直な断面において、互いに直交する第１の方向より第２の方向が長い形状に形成されており、第１の方向が水平方向に、第２の方向が垂直方向になるように、導波管及び前記レンズが配置されるので、水平方向の幅が広い扁平ビームを生成できる。
　また、導波管の開口部の形状は、少なくとも一つ以上の直線状の辺を含む。例えば、中央付近を直線上に形成することによって、電力が中心に集まりやすくなり、より効率的に電波を放射できる。
　また、基板上において放射部の周囲に形成され、放射部の基準電位となる基準電位部を備え、基準電位部は導波管と電気的に接続されるので、ホーン内の電力分布を正確に制御でき、誘電体レンズ中心付近の電波強度を向上できる。
　また、レンズは、ビームの放射方向に垂直な断面において、互いに直交する第１の方向および第２の方向が共に双曲線の曲面を有するので、放射部から放射された球面電波を的確に平面波に変換できる。
　また、回転双曲線の曲面にレンズを形成するので、加工が簡単で製造コストを低減できる。
　また、双曲線、回転双曲線およびシリンドリカル形状の曲面のいずれかを組み合わせた形状にレンズの片面を形成するので、加工が簡単で製造コストを低減できる。また、双曲線、回転双曲線およびシリンドリカル形状の曲面のいずれかを組み合わせた形状にレンズの両面を形成するので、片面で補正しきれない球面電波を的確に平面波に変換できる。
　また、複数の放射部は、上下左右に複数個が並んで配置されるので、水平方向と垂直方向からの障害物を検知できる。例えば、前方の上り坂と障害物とを分けて検知できる。
　また、レンズの光軸が前記放射部を通り前記第２の方向へ傾斜するように、前記レンズが配置されるので、レンズ面に垂直な方向以外にレンズの光軸を向けて、レンズ面に垂直な方向以外に電波を放射できる。
　なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
　また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
　各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

Claims (15)

  1. 　アンテナであって、
    　基板上に形成された複数の放射部と、
    　前記放射部から放射される電波が内部を伝播する導波管と、
    　前記導波管の開口部に配置された略双曲線形状の複数の曲面を有するレンズと、
    　前記複数の放射部の間に、テーパ状に形成された突起部とを備え、
    　前記突起部の先端は、前記開口面よりも低い位置に形成されることを特徴とするアンテナ。
  2. 　請求項１に記載のアンテナであって、
    　前記突起部は、直線状、曲線状、双曲線状及び楕円球面の少なくとも一つの形でテーパ
    状に形成されており、
    　前記導波管の断面は、前記放射部から前記開口部へ向けて単調拡大し、
    　前記導波管は、前記放射部と反対側の前記開口部において前記レンズと接することを特徴とするアンテナ。
  3. 　請求項１に記載のアンテナであって、
    　前記放射部から放射される電波の波長をλとして、
    　前記突起部の先端は、前記開口面よりも３λ／４から５λ／４だけ低い位置に形成されることを特徴とするアンテナ。
  4. 　請求項１に記載のアンテナであって、
    　前記導波管の開口部及び前記レンズは、ビームの放射方向に垂直な断面において、互いに直交する第１の方向より第２の方向が狭いビームを放射する形状に形成されており、
    　前記レンズから放射された複数のビームが合成されるように、レンズ曲面が前記第２の方向に並んで配置されることを特徴とするアンテナ。
  5. 　請求項１に記載のアンテナであって、
    　前記導波管の開口部及び前記レンズは、ビームの放射方向に垂直な断面において、互いに直交する第１の方向より第２の方向が長い形状に形成されており、
    　前記第１の方向が水平方向に、前記第２の方向が垂直方向になるように、前記導波管及び前記レンズが配置されることを特徴とするアンテナ。
  6. 　請求項５に記載のアンテナであって、
    　前記導波管の開口部の形状は、少なくとも一つ以上の直線状の辺を含むことを特徴とするアンテナ。
  7. 　請求項５に記載のアンテナであって、
    　前記基板上において前記放射部の周囲に形成され、前記放射部の基準電位となる基準電位部を備え、
    　前記基準電位部は、前記導波管と電気的に接続されることを特徴とするアンテナ。
  8. 　請求項１に記載のアンテナであって、
    　前記レンズは、ビームの放射方向に垂直な断面において、互いに直交する第１の方向および第２の方向が共に双曲線の曲面を有することを特徴とするアンテナ。
  9. 　請求項１に記載のアンテナであって、
    　前記レンズは、回転双曲線の曲面を有することを特徴とするアンテナ。
  10. 　請求項１に記載のアンテナであって、
    　前記レンズは、片面または両面が、双曲線、回転双曲線およびシリンドリカル形状の曲面のいずれかを組み合わせた形状であることを特徴とするアンテナ。
  11. 　請求項１に記載のアンテナであって、
    　前記複数の放射部は、上下左右に複数個が並んで配置されることを特徴とするアンテナ。
  12. 　請求項１に記載のアンテナであって、
    　前記導波管の開口部には、ビームの放射方向に垂直に、互いに直交し、短辺を定める第１の方向および長辺を定める第２の方向が定められており、
    　前記レンズの光軸が前記放射部を通り前記第２の方向へ傾斜するように、前記レンズが配置されることを特徴とするアンテナ。
  13. 　請求項１から１２のいずれか一つに記載のアンテナを有するセンサであって、
    　送信回路および受信回路の少なくとも一つを備え、
    　前記送信回路および受信回路の各々は、前記放射部に接続されることを特徴とするセンサ。
  14. 　請求項１３に記載のセンサであって、
    　前記送信回路および前記受信回路に接続される信号処理部を備えることを特徴とするセンサ。
  15. 　請求項１４に記載のセンサを有する車載システムであって、
    　前記信号処理部に接続される車両制御部を備えることを特徴とする車載システム。
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