JP2004518143A - レーダビームを送信および／または受信するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明の装置は、一方の面に少なくとも１つのアンテナ（１）が、また他方の面に電気回路（３）が配置されているプリント基板（５）を有している。このアンテナ（１）と電気回路（３）との間の電磁遮蔽は、作製技術的に簡単につぎのように実現される。すなわちプリント基板（５）のアンテナ側の表面にコプレーナ線路技術によって実施される給電ネットワーク（１３，１５）が載置されており、この給電ネットワークに上記の少なくとも１つのアンテナがコンタクトしており、アース電位にある、コプレーナ線路の外側の導体（５）が、プリント基板（５）のアンテナ側の表面を覆っており、これによってアンテナ（１）と電気回路（３）との間の要求される遮蔽が得られるようにする。

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、レーダビームを送信および／または受信するための装置に関し、ここでプリント基板の一方の面に少なくとも１つのアンテナが、またこのプリント基板の他方の面に電気回路が配置されており、さらにこの電気回路を上記の少なくとも１つのアンテナに対して電磁遮蔽する手段が設けられている。
【０００２】
このようなレーダ装置は、ＷＯ９６／１９７３７から公知である。ここで記載されているレーダ装置によって、例えば壁または地面に閉じこめられている対象物を検出することができる。例えば壁に孔を開ける際に、そこに閉じこめられている対象物（例えば、鉄筋、電線、水道管など）を破壊に対して安全であるようにするためには、閉じこめられている対象物の位置についての精確な情報、すなわち壁表面における変位位置および壁における深さを作業者に伝えるべきである。ＷＯ９６／１９７３７にも記載されているようにレーダ装置は、通例、レーダの送信および受信ユニットである「フロントエンド」および表示装置からなる。ＷＯ９６／１９７３７に開示されているフロントエンドでは、プリント基板の一方の面に送信アンテナおよび受信アンテナが配置されており、このプリント基板の他方の面に電気回路が設けられている。この送信および受信アンテナは、ホーン状の空所として構成されており、この空所ではストライプ状の線が放射器エレメントとして実現されている。アンテナとは反対側のプリント基板面にある回路の電磁遮蔽は、アンテナホーンの内壁によって行われ、ここでこれらは、回路とは反対側のプリント基板の面に固定されている。刊行物ＷＯ９６／１９７３７に記載されているレーダ装置におけるフロントエンドの実施の仕方は、作製技術的に比較的コストがかかる。それはこれが多数の部分から構成されているからである。
【０００３】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式のレーダビームを送信および／または受信するための装置を提供することであり、ここでは送信および／または受信アンテナと電気回路との遮蔽は、極めてスペースを節約する仕方で、また作製技術的に極めて簡単に実施される手段によって実現される。
【０００４】
発明の利点
上記の課題は、請求項１に記載された特徴的構成により、プリント基板のアンテナ側の表面にコプレーナ線路技術で実施された給電ネットワークが載置されており、この給電ネットワークに上記の少なくとも１つのアンテナがコンタクトしており、またアース電位にある、コプレーナ線路の外側の導体によって、プリント基板のアンテナ側の表面が覆われており、これによってアンテナと、電気回路との間の要求される遮蔽が得られるようにすることによって解決される。
【０００５】
本発明によれば、アンテナに必要な給電ネットワークは、同時にアンテナをプリント基板の反対側にある電気回路に対して電磁遮蔽する機能を果たす。これにより、電磁遮蔽のためにレーダ装置に対する作製技術上のコストを上昇させかつこの装置において相応のスペースを要求する付加的な手段は不要である。
【０００６】
本発明の有利な発展形態および実施例は従属請求項に記載されている。
【０００７】
給電ネットワークは、例えば、１つのポートと、別の２つのポートとを有する電力分配器として構成されており、ここで上記の１つのポートは、この電力分配器とは反対側のプリント基板の面にある回路にコンタクトしており、上記の別の２つのポートは、上記の少なくとも１つのアンテナの２つの端子にコンタクトしている。
【０００８】
上記の少なくとも１つのアンテナは有利には放射エレメントとして作用する導電性のプレートから構成されており、これはプリント基板上に離隔されて配置されている。極めて簡単な実施例では、上記のアンテナの導電性プレートは少なくとも１つの支持部を有しており、これはプリント基板に固定することができる。殊に有利であるのは、この少なくとも１つの支持部によって、導電性のプレートと、給電ネットワークとの間の電気接続を形成することである。
【０００９】
上記のプリント基板は、互いに積層され相異なる誘電率を有する複数の誘電体層から構成することができ、ここで給電ネットワークおよびアンテナが配置されている誘電体層は、電気回路が存在する誘電体層よりも小さな誘電率を有する。多層のプリント基板では、２つの誘電体層の間にアース線路を配置することによって電磁遮蔽をさらに高めることができ、ここでこのアース線路は、プリント基板のスルーホールを介して、共平面の給電ネットワークの外側の導体に接続されている。また同様に、電気回路が取り付けられているプリント基板の面にアース線路を載置することによって比較的高い遮蔽効果を得ることができる。ここでこのアース線路は、プリント基板のスルーホールを介して、共平面の給電ネットワークの外側の導体および／またはプリント基板の内部に設けられている１つまたは複数の別のアース線路に接続されている。
【００１０】
図面
以下では図面に示した実施例に基づき、本発明を詳しく説明する。ここで、
図１は、プリント基板上に設けられたアンテナを斜視図で示しており、
図２は、給電ネットワークを有するプリント基板の一部の平面図を示しており、
図３は、上部面および下部面にそれぞれアンテナおよび電気回路を有するプリント基板の側面を示している。
【００１１】
実施例の説明
図１ではレーダ装置のいわゆるフロントエンドが斜視図で示されており、これは、例えば、壁に閉じこめられた対象物を検出するために設けられている。レーダ装置は、通例、このフロントエンドの他にさらに表示装置を有しており、この表示装置に、壁内の探索した対象物についての位置情報を表示することができる。この表示装置についてはここでは詳しく立ち入らない。それはこれは本発明の対象ではないからである。ここでフロントエンドとは、送信および受信装置をすべて収容する装置部分のことである。有利にはディジタルで行われる受信信号の処理のための回路もこのフロントエンドに配置することができる。
【００１２】
このレーダ装置のフロントエンドは、実質的に２つの構成部材グループからなる。構成部材の第１のグループは、高周波信号または低周波信号またはディジタル信号を処理するための電気回路である。フロントエンドの第２のグループは、送信および受信アンテナ装置からなる。レーダ信号の送信および受信は、単一のアンテナで、または別個のアンテナで行うことができる。
【００１３】
図１の斜視図からわかるように、一方はアンテナ１であり、他方は種々の回路２である２つの構成部材グループがプリント基板３に配置されている。またしかもアンテナ１と回路２とは、プリント基板３の互いに反対側の面の取り付けられている。
【００１４】
アンテナ１と、プリント基板５上の給電ネットワークへの端子とを有する、図１に示した固有の実施例を、より明瞭に示すことができるようにするため、アンテナ１はプリント基板５上の分解立体図で示されている。
【００１５】
図１に示されているアンテナ１は、作製技術的に有利には金属板曲げ部分からなる。アンテナ１は、放射エレメントとして作用しプリント基板５に対して平行に延在する導電性のプレート７を有する。導電性のプレート７は、図１に示したような矩形を有することができる。しかしながらこれは円形、楕円形またはこれらと類似の形状を有することも可能である。導電性のプレート１の互いに向き合う縁部では２つの金属板セグメント９および１０が曲げられており、これらは、プリント基板５の給電ネットワークにアンテナをつなげるための線路アームとして、またプリント基板５上の導電性のプレート７に対するスペーサとして使用される。
【００１６】
図１ではプリント基板５上の平坦な給電ネットワークのうち、端子セグメント１３および１５だけが示されている。給電ネットワークに対する実施例の詳しい図は、図２に示されており、以下で詳しく説明する。
【００１７】
側方の金属板セグメント９および１１の端部は、内側に向かって曲げられておりかつコンタクトピン１７および１９を有する。これらのコンタクトピンは曲げられており、これによってこれらのコンタクトピンはプリント基板５に対して垂直の方向を向き、かつこれらのコンタクトピンを端子セグメント１３および１５の領域の開口部２１および２３においてプリント基板５に差し込むことができる。これによってコンタクトピン１７および１９は、給電ネットワークの端子セグメント１３および１５に電気的に接続される。しかしながらプリント基板５の開口部２１および２３に差し込まれるこれらのコンタクトピン１７および１９は、アンテナ１と給電ネットワークとの間の電気接続を形成するだけでなく、これらのコンタクトピンによってアンテナ１はプリント基板５に安定して固定される。図１に示した実施例とは異なり、２つのコンタクトピン１７および１９の代わりに金属板セグメント９および１１の端部にただ１つのコンタクトピンを設けるか、または２つ以上のコンタクトピンを設けることも可能である。
【００１８】
コンタクトピン１７および１９の他に、金属板セグメント９および１１の各端部においてさらにはんだ付けラグ２５，２７を設けることができ、これらをプリント基板５の給電ネットワークの端子セグメント１３，１５にはんだ付けすることが可能である。はんだ付けラグ２５，２７によって一方では電気的なコンタクトが、また他方ではプリント基板へのアンテナ１の機械的な固定が改善される。
【００１９】
スペーサとして作用する金属板セグメント９および１１によってアンテナ１の導電性のプレート７は、給電ネットワークが載置されているプリント基板５上に所定の間隔で保持される。したがって導電性のプレート７と、プリント基板５との間に極めて誘電率の低い誘電体、すなわち空気が存在し、これによってアンテナの極めて広帯域の動作が可能になる。アンテナ１の帯域幅についての最適化はつぎのようにして行うことができる。すなわち、図１からわかるように導電性のプレート７が、線路アーム９および１１の他に舌片上の延長部２９，３１，３３，３５，３７，３９，４１および４３を有することによって行うことができる。図示の実施例では、２つずつの延長部２９，３７；３１，３９；３３，４１および３５，４３が並んで配置されている。並んで配置されたこれらの２つの延長部によって、比較的低い周波数領域の方向におけるアンテナの適合性が改善される。図示の実施例とは異なり、線路アーム９および１１の側方において延長部２９，３１，３３，３５を１つずつだけ設けることも可能である。この延長部だけでも適合化が行われ、アンテナ１の帯域幅が改善される。それほど広帯域なアンテナ１の動作が必要でない場合、すべての延長部を省略することも可能である。
【００２０】
図１において例示的に示したアンテナ１では、導電性のプレート７の各コーナにおいて延長部のうちの１つである３７，３９，４１，４３が、プレート７の上に突出して曲げられている。この突出した曲げられた延長部３７，３９，４１，４３は、例えば、アンテナ１を覆うケーシング壁に対してこのアンテナを支持することができる。これによってアンテナ１は（図面には図示されていない）ケーシングにおいて安定した所定の位置を得ることができる。ここでこのケーシングにはアンテナ１および電気回路３を有するプリント基板５が収容される。
【００２１】
本発明のレーダ装置は、図１に示した実施例によるアンテナに限定されない。ここで使用可能なアンテナの重要な特徴は、放射エレメントとして作用する導電性のプレート７が、プリント基板５上で所定の間隔に保持されることである。ここでは導電性のプレートに対する１つまたは複数の支持部を、これらの導電性のプレートがどのように構成されているかにかかわらずに設けることができる。これらの支持部は、プリント基板に固定することができ、かつアンテナの導電性のプレートをプリント基板５上で所定の間隔に維持する。殊に有利であるのは、これらの支持部によってアンテナがプリント基板５に機械的に固定されるだけでなく、さらにアンテナと、プリント基板５の給電ネットワークとの間の電気的な接続エレメントが形成される場合である。図１に示したアンテナ１の実施例では、１つだけでなくそれ以上の支持部（コンタクトピン１７，１９を有する金属板セグメント９，１１）が設けられていることによって、アンテナ１はプリント基板５において高い安定性を有する。
【００２２】
給電ネットワークとしてはコプレーナ線路技術で実施される任意のネットワークをプリント基板５に載置することができ、ここでこのネットワークは、アンテナ１に送信信号を供給する、ないしはアンテナ１から受信信号を出力結合することができ、またプリント基板５の反対側にある電気回路３との接続を形成することができる。
【００２３】
図１に示したアンテナ１は２つの端子を有するため、給電ネットワークは電力分配器でなければならず、この電力分配器は、例えば、互いに１８０°だけ位相がシフトされた２つの信号成分に送信信号を分割し、これらの信号成分をアンテナ１の線路アーム９および１１に結合する。アンテナ１が受信アンテナとしても利用される場合、線路アーム９および１１において出力結合され互いに１８０°だけ位相がシフトされた信号成分が、この同じ電力分配器によって共通の受信信号にまとめられる。
【００２４】
このような電力分配器の実施例は図２に示されており、これはプリント基板５のアンテナ側の表面における平面図を示している。この電力分配器はコプレーナ線路技術で実施される。コプレーナ線路は、例えば共平面の分配器が記載されているＥＰ０４９２３５７Ａ１からわかるように、内側の導体と、これに対してスリットによって隔てられている外側の導体とからなり、ここでこの外側の導体は通例、アース電位を有する。図２に示した電力分配器は、内側の導体構造によって形成されており、この導体構造は、アース電位を有する外側の導体４５によって周囲を取り囲まれている。２つの面において内側の導体は、スリットによって外側の導体４５から隔てられている。この線路技術を適用することによって可能であるのは、プリント基板５の表面をほぼ完全に、アース電位にある外側の導体４５によって覆うことである。外側の導体４５は、図１および図２においてプリント基板５の表面のハッチングによって示されている。
【００２５】
コプレーナ線路技術によって実施される給電ネットワークにおいて、メタライゼーションによってプリント基板５が内側の導体の境界を定めるスリットを除いて完全に金属化されることにより、プリント基板５の反対側にあるアンテナ１と回路３との間の電磁遮蔽が極めて簡単に得られる。したがってコプレーナ線路技術によって実施される給電ネットワークは、一方ではプリント基板５の反対側にあるアンテナ１と電気回路３との間の信号を接続する機能を果たし、他方ではアンテナ１と電気回路５との間の電磁遮蔽の機能を果たすのである。
【００２６】
図２に示した電力分配器は第１のポート４７を有しており、これはスルーホールを介してプリント基板５の反対側にある高周波回路に接続されている。この第１のポート４７から線路４９が、２つの対称な分岐線路５１および５３を有するＴ分岐に続いている。分岐線路５１は第２の線路５５に移行し、これはアンテナ１に対する、第２のポートを形成する端子セグメント１３に続いている。別の分岐線路５３は第３の線路５７に移行し、これは第３のポートでありアンテナ１に接続される端子セグメント１５に続いている。Ｔ分岐は対称に構成されており、その分岐線路５１および５３はその端部において抵抗５９（例えばチップ抵抗）によってブリッジされており、ここで上記の端部において線路５１および５３は２つの線路５５および５７に移行する。このように構成される電力分配器は、ウィルキンソン分配器（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ−Ｔｅｉｌｅｒ）とも称される。このようなウィルキンソン分配器は、例えばＵＳ５４８９８８０に記載されている。抵抗５９による２つの分岐線路５１および５３との間のブリッジ結合（Ｕｅｂｅｒｋｏｐｐｌｕｎｇ）は省略することも可能である。端子セグメント１３に続いている第１の線路５５は、第２の線路５７に対してλ／２だけ長くされており、これによって２つの端子セグメント１３および１５に発生する信号成分の間に１８０°の位相シフトがあるようにする。図２に書き込まれている点は、スルーホール６１を示しており、これらを介して、外側の導体４５と、場合によってはプリント基板５の他方の面に配置される１つまたは複数の別のアース線路との間のアース接続が形成される。
【００２７】
図３にはプリント基板の側面図が示されており、ここでこのプリント基板は、図１に関連して説明したようにこれに配置されたアンテナ１と、反対側に配置された電気回路３とを有する。プリント基板５の特徴は、これが互いに積層された複数の誘電体層６３および６５から構成されることである。ここで誘電体層６３および６５は相異なる誘電率を有する。アンテナ１と隣り合う誘電体層６３は低い誘電率（例えばε_ｒ≒４）を有し、電気回路と隣り合う誘電体層６５は高い誘電率（例えばε_ｒ≒１０）を有するべきである。低い誘電率を有する誘電体によってアンテナ１に対して広い帯域幅が保証される。また他方のプリント基板面にある高周波回路に対しては高い誘電率が必要であり、これによって高い性能および広い帯域幅が達成される。２つの誘電体層６３および６５はアース線路６７によって互いに隔てられなければならない。
【００２８】
２つの誘電体層６３および６５の間に配置されるアース線路６７は、スルーホールを介して、共平面の給電ネットワークの外側の導体を形成するメタライゼーション４５に接続することができる。アース線路６７もまたアンテナ１と電気回路３との間の電磁遮蔽に寄与する。さらに電気回路が載置されるプリント基板５の表面にさらにアース線路６９を載置することができる。このアース線路６９もスルーホールを介して中央のアース線路６７と、共平面の給電ネットワークの外側の導体４５とに接続可能である。
【００２９】
プリント基板５は、２つだけではなくそれ以上の誘電体層から構成することもでき、これらの誘電体層の間には互いにコンタクトする複数のアース線路を配置することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
プリント基板上に設けられたアンテナを示す斜視図である。
【図２】
給電ネットワークを有するプリント基板の一部を示す平面図である。
【図３】
上部面および下部面にそれぞれアンテナおよび電気回路を有するプリント基板を示す側面図である。

Claims (8)

1. プリント基板（５）の一方の面に少なくとも１つのアンテナ（１）が、また前記プリント基板（５）の他方の面に電気回路（３）が配置されており、
   該電気回路（３）を前記の少なくとも１つのアンテナ（１）に対して電磁遮蔽する手段が設けられている、レーダビームを送信および／または受信するための装置において、
   前記プリント基板（５）のアンテナ側の表面にコプレーナ線路技術で実施された給電ネットワーク（４５，４９，５１，５３，５５，５７）が載置されており、
   該給電ネットワークに前記の少なくとも１つのアンテナ（１）がコンタクトしており、
   アース電位にある、コプレーナ線路の外側の導体（４５）によって、前記プリント基板（５）のアンテナ側の表面が覆われており、これによってアンテナ（１）と、電気回路（３）との間の要求される遮蔽が得られるようにすることを特徴とする、
   レーダビームを送信および／または受信するための装置。
2. 前記給電ネットワークは、１つのポート（４７）と別の２つのポート（１３，１５）を有する電力分配器として構成されており、
   前記の１つのポート（４７）は、電力分配器とは反対側のプリント基板（５）の面にある回路にコンタクトしており、
   前記の別の２つのポート（１３，１５）は、前記の少なくとも１つのアンテナの２つの端子（１７，１９）にコンタクトしている、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記アンテナ（１）は、放射エレメントとして作用する導電性のプレート（７）から構成されており、
   該導電性のプレートは、前記プリント基板（５）上に離隔されて配置されている、
   請求項１または２に記載の装置。
4. 前記のアンテナ（１）の導電性のプレート（７）は、少なくとも１つの支持部（９，１１）を有しており、
   該支持部は前記プリント基板（５）に固定される、
   請求項３に記載の装置。
5. 前記の少なくとも１つの支持部（９，１１）は、前記の導電性のプレート（７）と、前記の給電ネットワーク（４５，４９，５１，５３，５５，５７）との間の電気接続を形成する、
   請求項４に記載の装置。
6. 前記プリント基板（５）は、互いに積層され相異なる誘電率を有する複数の誘電体層（６３，６５）から構成されており、
   前記の給電ネットワーク（４５，４９，５１，５３，５５，５７）およびアンテナ（１）が配置されている誘電体層（６３）は、前記電気回路（３）が存在する誘電体層（６５）よりも小さな誘電率を有する、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置。
7. ２つの誘電体層（６３，６５）の間にアース線路（６７）が配置されており、
   該アース線路は、前記プリント基板（５）のスルーホール（６１）を介して前記の共平面の給電ネットワーク（４５，４９，５１，５３，５５，５７）の外側の導体（４５）に接続されている、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 前記の電気回路（３）が取り付けられているプリント基板（５）の面にアース線路（６９）が載置されており、
   該アース線路は、前記プリント基板（５）のスルーホール（６１）を介して、前記の共平面の給電ネットワーク（４５，４９，５１，５３，５５，５７）の外側の導体（４５）および／またはプリント基板（５）の内部にある１つまたは複数のアース線路（６７）に接続されている、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置。