JP5334242B2 - 受信イメージングアンテナアレイ - Google Patents

Description

本発明は、受信イメージングアンテナアレイに関する。

マイクロ波アンテナアレイには、高速走査レーダーやマイクロ波イメージングなど幅広い応用分野がある。例えば、高速走査レーダーは飛翔体を対象とするレーダーやコンパクトなレーダーなどの応用分野がある。一方、マイクロ波イメージングは、非破壊検査、医療診断、低温に感度のある温度イメージング、などの応用分野がある。

これらのマイクロ波アンテナアレイでは、導波管アンテナを使用するものが提案されている。導波管アンテナでは、特許文献１が公知である。特許文献１の導波管アンテナは、誘電体プリント基板の片面上にホーンアンテナを載せるようにしている。

導波管アンテナアレイでは、非特許文献１〜非特許文献３が公知である。非特許文献１では、一枚のプリント基板上に給電部を並べ、その上にホーンアンテナアレイを置いた二次元アンテナアレイが提案されている。非特許文献２では、マイクロ波イメージングの検出器の応用を目指して、ホーンアンテナとバックキャビティの間に給電部を載せた薄膜を置いた構成の二次元アンテナアレイが提案されている。又、非特許文献３では、プリント基板上にテーパースロットアンテナと能動的電子回路を搭載した能動的マイクロ波アンテナアレイとして、２次元ミリ波撮像素子が提案されている。

なお、本出願人は、特願２００８−０３９００９号において、プラズマのマイクロ波イメージング反射計計測に応用できる平面八木宇田アンテナを並べた能動的マイクロ波アンテナアレイを提案している。なお、マイクロ波とは、電磁波の中で、周波数が３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚ（波長 １ｍ〜１ｍｍ）のものをいい、周波数が約３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのものは、波長が数ｍｍであることから、ミリ波というが、本明細書では、ミリ波も含めてマイクロ波という。
特開平５−３０８２１９号公報 ティ・セム（T. Sehm），エイ・ラート（A. Lehto），エイ・ヴィ・ライサネン（A. V. Raisanen）、「ア ハイ−ゲイン 58-GHz ボックス−ホーン アレイアンテナ ウィズ サプレスド グレイティング ロブス（A High-Gain 58-GHz Box-Horn Array Antenna with Suppressed Grating Lobes）」、IEEE Trans. Antenna Prop., vol.47, pp.1125−1130 (1999). ジ・エム・レバイツ（G. M. Rebeitz），ディ・ピー・カジリンガム（D. P. Kasilingam），ワイ・グゥオ（Y. Guo），ピー・エイ・スティムソン(P. A. Stimson），ディ・ビー・ラトルッヂ(D. B. Ruttledge）、「モノリシック ミリメータ−ウェィブ ツー−ディメンショナル ホーン イメージング アレイズ（Monolithic Millimeter-Wave Two-Dimensional Horn Imaging Arrays）」、IEEE Trans. Antenna Prop., vol.38, pp.1473−1482 (1990). ケイ・ジグフリド・イングヴェソン（K. Sigfrid Yngvesson,），他（et al）、「ザ テーパード スロット アンテナ−エイ ニュー インテグレーテッド エレメント フォー ミリメータ−ウェーブ アプリケーションズ（The Tapered Slot Antenna-A New Integrated Element for Millimeter-wave Applications）」、IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.37, pp.365−374 (1989).

ところで、特許文献１は、ホーンアンテナと導波管がプリント基板の片側に設けられて、誘電体プリント基板の表面上にホーンアンテナを載せた構成である。そして、給電部（ミキサダイオード）を基板と垂直に立たせて、誘電体プリント基板の裏面側に中間周波数処理回路等を設けている。このため、量産に適した能動素子、例えば、ミキサダイオードチップを用いるのが困難である。

非特許文献１のプリント基板を用いたアンテナアレイは、プリント基板上には給電線と給電部が置かれているだけで、能動素子を設置するスペースがなく、このため、高感度イメージング受信機には使用できない問題がある。

非特許文献２の導波管アンテナアレイは、電子回路を置くスペースが非常に小さいので実際に設置するためには半導体集積回路製作技術である微細加工技術が必要であるという問題がある。

非特許文献３のテーパースロットアンテナは広帯域であるが、個々の導波管アンテナが大きいため、多数並べて撮像素子にしたとき空間分解能が悪い問題がある。
又、本出願人が提案した平面八木宇田アンテナは、空間分解能はよいが、アレイにしたとき、隣接するアンテナ素子同士により干渉が起きて周波数特性に大きな谷ができてしまい、周波数掃引を行う広帯域アンテナとしては不向きである。又、プリント基板が薄いことから、機械強度に欠ける問題がある。

本発明の目的は、導波管毎に設けられるディスクリートの能動素子を含むマイクロ波受信回路を搭載する誘電体基板を前記導波管に一体として組み付ける際に前記能動素子のスペースを確保でき、誘電体基板に設けられるマイクロ波受信回路には半導体集積回路作製技術である微細加工が必要でなく、試作が容易で量産に適したディスクリートの能動素子の使用ができる受信イメージングアンテナアレイを提供することにある。

さらに、本発明の目的は、高感度イメージング受信機に適用でき、並列配置されたアンテナ間のピッチを小さくすることができることから、空間分解能が高い受信イメージングアンテナアレイを提供することにある。

さらに、本発明の目的は、アンテナアレイを構成するアンテナ同士により干渉が起きることがなく、周波数掃引を行う広帯域アンテナとして使用でき、さらに、薄いプリント基板を使用しても、機械強度が高い受信イメージングアンテナアレイを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、一端が相互に同じ方向を指向するように開口するとともに他端が閉塞された導波管用の溝が複数個並設された板部と、前記板部の前記溝の閉塞端側に隣接して設けられ、前記溝の延出方向及び前記溝の並設方向と直交する方向に開口する開口部を有する枠部とを備えた一対のフレームであって、両フレームが互いに重ね合されることにより、各フレームの導波管用の溝が相対することにより複数の導波管が形成されるとともに前記枠部が重ね合される一対のフレームと、前記一対のフレームの板部と枠部間に挟着され、給電線及びディスクリートの能動素子を含むマイクロ波受信回路が複数搭載され、前記枠部の開口部を共通の開口部として、該開口部から各前記マイクロ波受信回路が露出される共通の誘電体基板とを備え、前記複数のマイクロ波受信回路が各前記導波管と電磁的に接続されて、一次元アンテナアレイとして構成されている受信イメージングアンテナアレイを要旨とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、各前記溝の開口端側には、先端に行くほど広がるホーン形成凹部が形成され、前記一対のフレームが重合状態で前記ホーン形成凹部により前記導波管に連通するホーンが形成されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の一次元アンテナアレイが、複数個互いに重なるように配置されて二次元アンテナアレイに構成されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ディスクリートの能動素子を含む回路を搭載する誘電体基板を導波管に一体として組み付ける際に能動素子の収納スペースを枠部の開口部により確保でき、誘電体基板に設けられるマイクロ波受信回路には半導体集積回路作製技術である微細加工が必要でなく、量産に適したディスクリートの能動素子の使用ができる。

又、請求項１の発明によれば、アンテナ間には、ディスクリートの能動素子を含む回路が配置されないため、個々のアンテナを大きくすることがなく、従って、高感度イメージング受信機に適用でき、並列配置されたアンテナ間のピッチを小さくすることができることから、空間分解能が高い受信イメージングアンテナアレイを提供することができる。

請求項１の発明によれば、アンテナ間は、溝間にある板部の面が重ね合わされて電波干渉が防止されて、アンテナアレイを構成するアンテナ同士により干渉が起きることがなく、広帯域アンテナとして使用でき、さらに、誘電体基板に薄いフィルム状の基板を使用しても、機械強度が高い受信イメージングアンテナアレイを提供できる。

請求項２の発明によれば、ホーンアンテナアレイとして、上記請求項１の作用効果を奏することができる。

請求項３の発明によれば、二次元アンテナアレイとして、請求項１又は請求項２に記載の作用効果を奏することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明を一次元アンテナアレイに具体化した第１実施形態を図１及び図２を参照して説明する。図１（ａ）はフレーム２０Ａの斜視図、図１（ｂ）は裏返したフレーム２０Ａの斜視図、図１（ｃ）は誘電体基板３０の斜視図、図１（ｄ）は裏返した誘電体基板３０の斜視図、図１（ｅ）はフレーム２０Ｂの斜視図、図１（ｆ）はフレーム２０Ａの給電部の拡大図である。図２（ａ）は一次元アンテナアレイの全体の斜視図、図２（ｂ），（ｃ）は誘電体基板３０の給電部の拡大図、図２（ｄ）は導波管４３の断面図である。

図２（ａ）に示すように、一次元アンテナアレイは、一対のフレーム２０Ａ，２０Ｂと誘電体からなるフィルム状をなすプリント基板としての誘電体基板３０とから構成されている。

図１（ａ）及び図１（ｅ）に示すフレーム２０Ａ，２０Ｂは、表面が導電性を有するように金属フレームから構成されていてもよく、或いは、全体が合成樹脂などの絶縁材で形成されている場合であっても、後述する導波管となる溝４２およびホーン形成凹部４４の表面全体が金属層で覆われていればよい。金属層の形成は、例えば、メッキがあるが、メッキに限定されるものではなく、蒸着等の他の方法でもよい。さらに、金属層の表面はマイクロ波を透過する薄い絶縁膜で覆われていてもよい。

フレーム２０Ａ，２０Ｂは、略平板状の板部４０と、板部４０に対して連結されて、コ字状をなす枠部５０とから構成されている。そして、フレーム２０Ａ，２０Ｂは互いに重ね合わされて、図示しない連結手段としてのネジがフレーム２０Ａに設けられているネジ挿通孔４１と誘電体基板３０に設けられているネジ挿通孔３４及びフレーム２０Ｂに設けられているネジ挿通孔４１ｂに挿通されて、螺合により互いに締付け、誘電体基板３０を挟んでいる。フレーム２０Ａ、誘電体基板３０及びフレーム２０Ｂの位置整合を図るために、図示しないノックピンが、フレーム２０Ａとフレーム２０Ｂに設けられているノックピン貫通孔４１ａと、誘電体基板３０に設けられているノックピン貫通孔３４ａを貫通している。

各板部４０の重合面側（図１（ｂ）においてフレーム２０Ａでは上面側、図１（ｅ）においてフレーム２０Ｂでは上面側）には、複数の溝４２が断面コ字状をなすように凹設されている。溝４２は、枠部５０側には閉塞された閉塞端を有し、枠部５０とは反対側が開口され、その開口端からは、先端側（すなわち、反枠部側）へ行くほど上下長さが長く、かつ幅広（図１において左右長さが長く）になるようにホーン形成凹部４４が形成されている。なお、本実施形態では、先端へ行くほど上下長さが長くなるようにしたが、幅広にするだけでもよい。

そして、フレーム２０Ａ，２０Ｂが図２（ａ）に示す重合状態では、前記互いに相対した溝４２同士により導波管４３（図２（ｄ）参照）が形成され、互いに相対したホーン形成凹部４４同士により前記導波管４３に連通するホーン４５が形成されている。このようにして、本実施形態の一次元アンテナアレイは、ホーンアンテナアレイとして構成されている。

この結果、図２（ｄ）及び図１（ｅ）に示すように、高さａ、幅ｂ、奥行ｃの複数の導波管４３が形成されている。
フレーム２０Ａの板部４０の重合面には、給電線を通すために、図１（ｆ）に示すように、溝４２に並設するように、枠部５０側に開口する切欠溝４６が形成され、該切欠溝４６と溝４２間は凹溝４７により連通されている。

図１（ａ）、図１（ｅ）に示すように前記枠部５０と、板部４０とで囲まれた空間は開口部５１が形成されている。開口部５１は、溝４２の延出方向（すなわち、閉塞端と開口端を結ぶ方向）及び溝４２の並設方向（図１（ａ）〜（ｆ）において左右方向）と直交する方向（図１（ａ）〜（ｆ）では上下方向）に開口する。

誘電体基板３０は、前記フレーム２０Ａ，２０Ｂにより、板部４０側は板部４０の重合面により挟着され、枠部５０側はその周縁部が枠部５０の重合面により挟着されている。誘電体基板３０は、マイクロストリップ線路の線幅が導波管４３に比べて十分狭くなるように、薄くなる（例えば、後述する中間周波数が１０ＧＨｚ用のテフロン（登録商標）基板では厚さが０．２５mm程度）ことから、フィルム状の誘電体により構成されている。このため、誘電体基板３０自体の機械的強度は強くない。誘電体基板としては、本実施形態ではテフロン（登録商標）基板を使用しているが、この材質に限定されるものではない。なお、説明の便宜上、図１、図２では、誘電体基板３０の厚みは誇張して描かれている。

誘電体基板３０の上面には、各導波管４３毎にマイクロストリップ線路３１がプリントにより並設されている。誘電体基板３０は、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示すように、後述する一部を除いて、ホーン形成凹部４４に相対する部分を切り欠いてもよい。又、図２（ｂ）に示すように、誘電体基板３０において、前記マイクロストリップ線路３１の先端からＬ字状に屈曲されて、溝４２内に突出する給電部３２が設けられている。さらに、図２（ｃ）に示すように、給電部３２にミキサダイオード３６を設置する。ミキサダイオード３６の一端は給電部３２と接続し、もう一端は、接地導体パターン３３からの接地導体引き出し線路３５と接続されて接地されている。なお、給電部３２と、導波管４３の閉塞端４２ａ（すなわち、導体端部）までの距離ｄ（図１（ｆ）、図２（b）参照）は、波長に応じて最適化する。なお、図１（ｆ）及び図２（b）において、ｍは給電部３２の位置を示している。

誘電体基板３０の上面には、図１（ｃ）に示すように、接地導体パターン３３が設けられている。誘電体基板３０の後述する一部を除く下面には、図１（ｄ）に示すように、接地導体パターン３３が形成されている。又、導波管４３（すなわち、溝４２）内に配置された誘電体基板３０には、接地導体パターンは形成されていない。

前述したマイクロストリップ線路３１は、フレーム２０Ａの板部４０間に配置された場合、フレーム２０Ａの重合面と接触しないように、前記フレーム２０Ａに設けられた切欠溝４６と凹溝４７内に配置される。上述のようにして給電部３２が導波管４３内に配置されている。この結果、図２（ｄ）に示すように、高さａ、幅ｂ、奥行ｃ（図１（ｅ）参照）の導波管４３が形成されて、前記給電部３２、ミキサダイオード３６及び接地導体引き出し線路３５を囲む形となる。ミキサダイオード３６は導波管４３の中央付近に置いて良い。

誘電体基板３０上に形成するマイクロストリップ線路３１、給電部３２、接地導体パターン３３、接地導体引き出し線路３５のパターン形成は、金属薄膜を化学的に除去するエッチング、金属薄膜を機械的に除去するミーリング、絶縁基板上に導電性インクで印刷する方法、あるいは絶縁基板上に金属薄膜を気相あるいは液相で成長させるなどの方法で行ってもよい。

マイクロ波結像系の分解能が１波長程度であるので、アンテナアレイを構成する各アンテナの間隔ｐ（図２（ａ）参照）は、１波長より長い。一方、導波管４３の幅ｂは、間隔ｐよりも短いため、前記マイクロストリップ線路３１の取り出し口となる凹溝４７（図１（ｆ）参照）、切欠溝４６を導波管４３の横に配置しても、アンテナの間隔ｐを拡げる必要はない。

前記マイクロストリップ線路３１の長さは制限する必要がなく、開口部５１内に配置される誘電体基板３０の部分において、各マイクロストリップ線路３１に周波数フィルタ、アンプ、ミキサなどのマイクロ波受信回路に必要な部品が接続される。これらの部品はディスクリートのものでも、マイクロストリップ線路だけで構成してもよい。又、必要に応じて半導体チップも使用することができる。

前記マイクロ波受信回路６０としては、例えば、図３に示す回路で構成できる。すなわち、誘電体基板３０上のマイクロストリップ線路３１に対し、電磁波（マイクロ波）を受信して特定の電磁波（マイクロ波）を選択処理するためのマイクロ波受信回路６０が設けられる。マイクロ波受信回路６０は、マイクロストリップ線路３１に接続されたミキサ６２と、ミキサ６２にバイアスを付与するバイアス回路６４と、ミキサ６２に接続された周波数フィルタ回路としてのＩＦ選択回路６６と、ＩＦ選択回路６６に接続されたＩＦ増幅回路６８を含む。図３の説明では、説明の便宜上、マイクロストリップ線路３１上に設けた構成では図示されていないが、このマイクロ波受信回路６０は、半導体やフィルタ、コンデンサ、インダクタ、抵抗器などで構成し、マイクロストリップ線路３１上（すなわち、基板３０上）に設けられる。これらの素子のうち、例えば、ミキサ６２では、例えば、ミキサダイオードチップを導波管内に設置することも可能である（図２（ｃ）参照）。フィルタ、コンデンサ、インダクタ、抵抗器の素子も同様にディスクリートのものを使用することができる。又、十分な開口部５１内における誘電体基板３０には、十分な設置スペースがあることから、各回路において、IC、トランジスタ、ダイオード等の能動素子も配置して使用することができ、高感度の受信回路とすることが可能である。

ここで、マイクロ波受信回路６０の機能を説明する。例えば、一次元アンテナアレイでのマイクロ波受信回路６０は、図示しない局部発振器が発信した局部発振周波数の信号と電磁波（マイクロ波）を、ともにホーン４５により受信し、受信した信号を導波管４３内のミキサ６２（図２（ｃ）のミキサダイオード３６と同じ）にて混合して周波数変換する。バイアス回路６４は、ミキサ６２にバイアスを付与することにより、局部発振周波数のパワーが弱い場合でも、ミキサ６２での最適な動作点で前記信号の混合をする。ＩＦ選択回路６６は、周波数変換された信号のうち、必要な中間周波（すなわち、所定の中間周波）を選択（濾波）する。ＩＦ選択回路６６は、バンドパスフィルタ、ローパスフィルタ、或いはハイパスフィルタのうちいずれかあるいはそれらの組み合わせで構成される。ＩＦ増幅回路６８は、得られた中間周波を増幅して図示しない後述の外部端子を介して接続される同軸ケーブルの芯線を介して出力する。

構成の説明に戻る。
前記各枠部５０は、開口部５１をそれぞれ備えていることから、一対のフレーム２０Ａ，２０Ｂ間に誘電体基板３０を挟着して、この一次元アンテナアレイを組立てた後、前記回路を構成する各部品をマイクロストリップ線路３１に開口部５１を介して取付け可能である。

誘電体基板３０に接続される電源線、信号線、マイクロ波線のための外部端子は、フレーム２０Ａ，２０Ｂの枠部５０に対して取付けられる。図１（ｂ）に示すように、フレーム２０Ａの枠部５０において、フレーム２０Ｂ側には、前記外部端子（図示しない）を取付けのための端子取付凹部７０が設けられている。このことにより、誘電体基板３０の機械強度が弱くても、前記枠部５０により、外部端子の取付けのための機械的強度が保証される。

（応用例１）
次に、上記の一次元アンテナアレイを使用した応用例を図４を参照して説明する。なお、前記実施形態で説明した各構成に相当する構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。

図４は、前記一次元アンテナアレイ１００を、マイクロ波ＣＴ（computerized tomography）に応用した例の概略図である。図４に示すように、検出対象の物体Ｗが垂直方向に一様の形状とする。この場合、物体Ｗに対してマイクロ波発生手段２００からマイクロ波を照射し、物体Ｗに対して周囲に配置した前記一次元アンテナアレイ１００で物体Ｗからの散乱波を受信する。受信された散乱波は、各マイクロ波受信回路６０で処理されて図示しない計算機（コンピュータ）に入力されて、この入力された信号に基づき計算機では物体Ｗの断面画像を再構成し、図示しない表示装置で表示する。

（応用例２）
次に、上記の一次元アンテナアレイ１００を、一次元アンテナアレイ１００の導波管４３の並設方向とは直交する方向に複数個重ね合わせることにより、二次元アンテナアレイ３００を構成した応用例を図５を参照して説明する。二次元アンテナアレイ３００は、マイクロ波イメージング（Microwave Imaging）に応用できる二次元検出器として機能する。マイクロ波イメージングとは、マイクロ波でプラズマなど物体の画像を撮像することである。

二次元アンテナアレイ３００の前方には、結像光学手段４００を配置することが好ましい。前記結像光学手段４００としては、例えば、凹面鏡あるいはプラスチックレンズを挙げることができる。

このことにより、物体からの電磁波（マイクロ波）ＲＦが、結像光学手段４００により二次元アンテナアレイ３００上に結像される。又、結像光学手段４００の前方には、ハーフミラー５００が配置されることが好ましい。ハーフミラー５００は、電磁波（マイクロ波）ＲＦを透過させて結像光学手段に向かわさせるとともに、図示しない局部発振器が発信した局部発振周波数の信号ＬＯを反射させて、光学的に局部発振周波数の信号ＬＯと電磁波（マイクロ波）ＲＦとが混合されて前記結像光学手段４００に指向させる。このように構成することにより、二次元アンテナアレイ３００に結像された電磁波（マイクロ波）ＲＦと局部発振周波数の信号ＬＯは、二次元アンテナアレイ３００を構成する各アンテナに受信されて、マイクロ波受信回路６０により処理することができる。

このように、二次元アンテナアレイ３００とすることにより、マイクロ波イメージングが可能となる。マイクロ波イメージングは、非破壊検査、医療診断、定温に感度のある温度イメージングなど、高感度イメージング受信機として幅広い分野があり、この二次元アンテナアレイ３００の適用が可能である。

本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１） 本実施形態の受信イメージングアンテナアレイとしての一次元アンテナアレイは、一端が相互に同じ方向を指向するように開口するとともに他端が閉塞された溝４２が複数個並設された板部４０と、板部４０の溝４２の閉塞端４２ａ側に隣接して設けられ、溝４２の延出方向及び溝４２の並設方向と直交する方向に開口する開口部５１を有する枠部５０とを備えた一対のフレーム２０Ａ，２０Ｂを備える。そして、両フレーム２０Ａ，２０Ｂが互いに重ね合されることにより、各フレーム２０Ａ，２０Ｂの導波管用の溝４２が相対することにより複数の導波管４３が形成されるとともに枠部５０が重ね合わされている。又、一対のフレーム２０Ａ，２０Ｂの板部４０と枠部５０間に挟着され、マイクロストリップ線路３１（給電線）及びディスクリートの能動素子を含むマイクロ波受信回路６０が複数搭載され、各マイクロ波受信回路６０が枠部５０の共通の開口部５１から露出される共通の誘電体基板３０とを備えている。さらに、複数のマイクロ波受信回路６０が各導波管４３と電磁的に接続されている。

この結果、本実施形態の一次元アンテナアレイは、ディスクリートの能動素子を含むマイクロ波受信回路６０を搭載する誘電体基板３０を導波管４３に一体に組み付ける際に能動素子の収納スペースを枠部５０の開口部５１により確保できる。そして、誘電体基板３０に設けられるマイクロ波受信回路６０には半導体集積回路作製技術である微細加工が必要でなく、量産に適したディスクリートの能動素子の使用ができる。

又、本実施形態の一次元アンテナアレイは、並列配置されたアンテナ間のピッチ（間隔ｐ）を波長限界まで小さくすることができることから、空間分解能が高い受信イメージングアンテナアレイを提供できる。

さらに、本実施形態の一次元アンテナアレイは、アンテナ間が、溝４２間にある板部４０の重合面にて重ね合わされることにより電波干渉が防止されて、アンテナアレイを構成するアンテナ同士により干渉が起きることがなく、広帯域アンテナとして使用できる。さらに、誘電体基板３０に薄いフィルム状のプリント基板を使用しているにも関わらず、誘電体基板３０の枠部側は、その周縁部が枠部５０で挟着されて固定されていることから、誘電体基板３０をピンと張ることができて、その結果誘電体基板３０上の電子回路素子を安定して固定することができ、機械強度が高い一次元アンテナアレイとすることができる。

（２） 本実施形態の一次元アンテナアレイは、各溝４２の開口端側には、先端に行くほど広がるホーン形成凹部４４が形成され、一対のフレーム２０Ａ，２０Ｂが重合状態でホーン形成凹部４４により導波管４３に連通するホーン４５が形成されている。この結果、本実施形態ではホーンアンテナアレイとして、上記（１）の作用効果を容易に実現することができる。

（３） 本実施形態の一次元アンテナアレイは、マイクロ波受信回路６０が誘電体基板３０に設けられている。この結果、本実施形態のアンテナアレイはマイクロ波受信回路６０を備えたアンテナアレイとして、上記（１）、又は（２）に記載の作用効果を奏することができる。

（４） 本実施形態の一次元アンテナアレイは、誘電体基板３０が、各導波管４３に接続されるマイクロ波受信回路６０をそれぞれ搭載する共通の基板であり、一次元アンテナアレイとして構成されている。この結果、一次元アンテナアレイとして、上記（１）〜（３）に記載の作用効果を奏することができる。

（５） フレーム２０Ａ，２０Ｂを金属フレームから形成した場合、切削や、放電加工などの方法で簡単に製作でき、組立はそれらを重ねるだけでよいため、容易に一次元アンテナアレイを製作できる効果がある。或いは、フレーム２０Ａ，２０Ｂに設けられたホーン形成凹部４４、及び導波管形成用の溝４２及びホーン形成凹部４４はオープンであるため、フレーム２０Ａ，２０Ｂを金属で形成する場合は、機械強度のあるプレス加工した金属板あるいは鋳物で形成することができる。或いは、フレーム２０Ａ，２０Ｂを、合成樹脂で射出成形により製作することもできる。合成樹脂のような絶縁材でフレーム２０Ａ，２０Ｂを形成する場合は、少なくとも溝４２とホーン形成凹部４４の表面を導電性（金属製）のメッキで覆う必要がある。又、誘電体基板３０はフィルム上に導電性インクによりマイクロストリップ線路３１、接地導体パターン３３等をパターン形成（印刷）することができる。従って、極めて安価に受信イメージングアンテナアレイを製造することができる。

（６） 前記実施形態において、マイクロ波受信回路６０が枠部５０の開口部５１から露出される誘電体基板３０に設置されている場合、特性を良くしたり不要電磁波の影響を減らす目的で、開口部を板状の電波吸収材で覆ったり、開口部を導電性の板で覆うこともできる。

（７） この一次元アンテナアレイを重ねることにより、図５に示すように二次元アンテナアレイを簡単に製作することができる。
（８） 第１実施形態は、導波管４３にホーン４５を備えた構成の一次元アンテナアレイであるため、高ゲインと高指向性を備えた一次元アンテナアレイとすることができる。又、この一次元アンテナアレイを応用した図５に示す二次元アンテナアレイ３００においても、高ゲインと高指向性を備えた二次元アンテナアレイとすることができる。そして、立体的なホーンとなるため、平面ホーンとして働くテーパースロットアンテナと比較して、高ゲインと高指向性を得ることができる。

（９） 本実施形態の受信イメージングアンテナアレイは、チャンネル間の距離を極限まで近づけた場合、切り出した導波管と同じように指向性が拡がる。そこで、マイクロ波の入射角がアンテナアレイの指向性にマッチングするように光学系を設置すると、より高性能とすることができる。

なお、前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
○ 前記第１実施形態では、導波管内にミキサダイオードが設置されていた。これを以下のように変更して実施しても良い。図２（ｂ）に示すように、誘電体基板３０において、前記マイクロストリップ線路３１の先端からＬ字状に屈曲されて、溝４２内に突出する給電部３２を設ける。この結果、図２（ｄ）に示すように、導波管４３が、前記給電部３２を囲む形となる。これは、導波管−同軸変換器と同一の作用を持ち、水平方向の偏波をもつマイクロ波を送受信できる。すなわち、導波管４３と前記マイクロストリップ線路３１とが前記構成により電磁的に接続され、信号の伝搬を行うことが可能となる。給電部３２と接地導体パターン３３は接触してはいけないので、これらの間にはギャップ３２ａが設けられている。ギャップ３２ａの幅は広すぎると感度が落ちるので導波管の幅ｂの３０％程度あれば良い。なお、給電部３２と、導波管４３の閉塞端４２ａ（すなわち、導体端部）までの距離ｄ（図１（ｆ）、図２（ｂ）参照）は、波長に応じて最適化する。なお、図１（ｆ）及び図２（ｂ）において、ｍは給電部３２の位置を示している。ただし、この実施形態ではマイクロ波の周波数が高くなるにつれてマイクロストリップ線路での減衰が大きくなるため、低周波マイクロ波受信の場合に有力な実施形態である。これを第２実施形態とよぶ。

○ この第２実施形態では、ホーン４５により受信した電磁波（マイクロ波）と、図示しない局部発振器が発信し、図示しないマイクロストリップ線路で分配した局部発振周波数の信号とを、マイクロストリップ線路上のミキサ６２にて混合して周波数変換することが可能である。この実施形態では、図５のハーフミラーが不要となるだけでなく、強力な局部発振周波数の信号を用いることで、バイアス回路を不要とすることもできる。また、単純なダイオード以外のミキサも使用可能である。

（ａ）はフレーム２０Ａの斜視図、（ｂ）は裏返したフレーム２０Ａの斜視図、（ｃ）は誘電体基板３０の斜視図、（ｄ）は裏返した誘電体基板３０の斜視図、（ｅ）はフレーム２０Ｂの斜視図、（ｆ）はフレーム２０Ａの給電部の拡大図。 （ａ）は一次元アンテナアレイの全体の斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は誘電体基板３０の給電部の拡大図、（ｄ）は導波管４３の断面図。 第１実施形態のマイクロ波受信回路のブロック図。 一次元アンテナアレイの応用例の概略斜視図。 二次元アンテナアレイ３００を使用する応用例の斜視図。

符号の説明

２０Ａ，２０Ｂ…フレーム、３０…誘電体基板、
３１…マイクロストリップ線路、３２…給電部、３２ａ…ギャップ、
３３…接地導体パターン、３４…ネジ挿通孔、３４ａ…ノックピン貫通孔、
３５…接地導体引き出し線路、３６…ミキサダイオードチップ、
４０…板部、４１…ねじの頭が埋もれる形の貫通孔、
４１ａ…ノックピン貫通孔、４１ｂ…ネジ挿通孔、
４２…溝、４２ａ…閉塞端、４３…導波管、
４４…ホーン形成凹部、４５…ホーン、
４６…切欠溝、４７…凹溝、５０…枠部、
５１…開口部、６０…マイクロ波受信回路、
１００…一次元アンテナアレイ、２００…マイクロ波発生手段、
３００…二次元アンテナアレイ。

Claims (3)

1. 一端が相互に同じ方向を指向するように開口するとともに他端が閉塞された導波管用の溝が複数個並設された板部と、前記板部の前記溝の閉塞端側に隣接して設けられ、前記溝の延出方向及び前記溝の並設方向と直交する方向に開口する開口部を有する枠部とを備えた一対のフレームであって、両フレームが互いに重ね合されることにより、各フレームの導波管用の溝が相対することにより複数の導波管が形成されるとともに前記枠部が重ね合される一対のフレームと、
   前記一対のフレームの板部と枠部間に挟着され、給電線及びディスクリートの能動素子を含むマイクロ波受信回路が複数搭載され、前記枠部の開口部を共通の開口部として、該開口部から各前記マイクロ波受信回路が露出される共通の誘電体基板とを備え、
   前記複数のマイクロ波受信回路が各前記導波管と電磁的に接続されて、一次元アンテナアレイとして構成されている受信イメージングアンテナアレイ。
2. 各前記溝の開口端側には、先端に行くほど広がるホーン形成凹部が形成され、前記一対のフレームが重合状態で前記ホーン形成凹部により前記導波管に連通するホーンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の受信イメージングアンテナアレイ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のアンテナアレイが、複数個互いに重なるように配置されて二次元アンテナアレイに構成されていることを特徴とする受信イメージングアンテナアレイ。

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