JPH10341108A - アンテナ装置およびレーダモジュール - Google Patents
アンテナ装置およびレーダモジュールInfo
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- JPH10341108A JPH10341108A JP10059607A JP5960798A JPH10341108A JP H10341108 A JPH10341108 A JP H10341108A JP 10059607 A JP10059607 A JP 10059607A JP 5960798 A JP5960798 A JP 5960798A JP H10341108 A JPH10341108 A JP H10341108A
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- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/28—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave comprising elements constituting electric discontinuities and spaced in direction of wave propagation, e.g. dielectric elements or conductive elements forming artificial dielectric
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- H01Q13/24—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave constituted by a dielectric or ferromagnetic rod or pipe
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- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
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- H01Q19/062—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
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- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 平面誘電体線路を用いてアンテナ装置を構成
する際、コプレーナ線路やマイクロストリップ線路への
モード変換や導波管モードへのモード変換を不要にし、
これらのモード変換に伴う大型化や損失の増大などの問
題を解消する。 【解決手段】 誘電体板を挟んで２つのスロットを対向
させることによって形成した平面誘電体線路ＰＤＴＬの
端部付近に誘電体共振器１を配置し、スロット板、レン
ズ支持台３および誘電体レンズ４を積層を配置する。
する際、コプレーナ線路やマイクロストリップ線路への
モード変換や導波管モードへのモード変換を不要にし、
これらのモード変換に伴う大型化や損失の増大などの問
題を解消する。 【解決手段】 誘電体板を挟んで２つのスロットを対向
させることによって形成した平面誘電体線路ＰＤＴＬの
端部付近に誘電体共振器１を配置し、スロット板、レン
ズ支持台３および誘電体レンズ４を積層を配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ミリ波帯におけ
るアンテナ装置およびレーダモジュールに関するもので
ある。
るアンテナ装置およびレーダモジュールに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来より、マイクロ波帯やミリ波帯では
導波管や同軸線路、またはマイクロストリップ線路、コ
プレーナ線路、スロット線路等の誘電体基板上に所定の
導電体を形成して構成された伝送線路が多く用いられて
きた。特に誘電体基板上に伝送線路を形成したもので
は、ＩＣ等の電子部品との接続が容易であるために、誘
電体基板上に電子部品を実装して集積回路を構成する試
みも多くなされている。
導波管や同軸線路、またはマイクロストリップ線路、コ
プレーナ線路、スロット線路等の誘電体基板上に所定の
導電体を形成して構成された伝送線路が多く用いられて
きた。特に誘電体基板上に伝送線路を形成したもので
は、ＩＣ等の電子部品との接続が容易であるために、誘
電体基板上に電子部品を実装して集積回路を構成する試
みも多くなされている。
【０００３】一方、ミリ波帯のアンテナ装置としては従
来より導波管ホーンアンテナやマイクロストリップライ
ンパッチアンテナが用いられている。
来より導波管ホーンアンテナやマイクロストリップライ
ンパッチアンテナが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のマイ
クロストリップ線路、コプレーナ線路、スロット線路等
では、比較的伝送損失が大きいため、特に低伝送損失が
要求される回路には適さない。そこで、本願出願人は特
願平０７−０６９８６７号にてこれらの課題を解決した
平面誘電体線路および集積回路に関する発明を出願して
いる。
クロストリップ線路、コプレーナ線路、スロット線路等
では、比較的伝送損失が大きいため、特に低伝送損失が
要求される回路には適さない。そこで、本願出願人は特
願平０７−０６９８６７号にてこれらの課題を解決した
平面誘電体線路および集積回路に関する発明を出願して
いる。
【０００５】上述した平面誘電体線路を用いて、たとえ
ば車載用ミリ波レーダに用いるようなアンテナ装置を構
成する場合、一旦導波管のモードに変換して導波管ホー
ンアンテナを構成するか、コプレーナ線路のモードを介
してマイクロストリップ線路のモードに変換し、マイク
ロストリップラインパッチアンテナに給電する、といっ
た構造を採ることになる。ところが、その結果、平面誘
電体線路の特徴である低損失性、小型化の容易性などの
特徴が失われる。すなわち、上記モード変換を行うため
の線路変換器の分だけモジュール全体の体積が大きくな
り、また線路変換器によるＲＦ信号の損失が生じ、アン
テナ効率が低下する。さらに組み立て工程が複雑とな
り、特性の再現性が悪化し、これらに起因して全体にコ
スト高になる。
ば車載用ミリ波レーダに用いるようなアンテナ装置を構
成する場合、一旦導波管のモードに変換して導波管ホー
ンアンテナを構成するか、コプレーナ線路のモードを介
してマイクロストリップ線路のモードに変換し、マイク
ロストリップラインパッチアンテナに給電する、といっ
た構造を採ることになる。ところが、その結果、平面誘
電体線路の特徴である低損失性、小型化の容易性などの
特徴が失われる。すなわち、上記モード変換を行うため
の線路変換器の分だけモジュール全体の体積が大きくな
り、また線路変換器によるＲＦ信号の損失が生じ、アン
テナ効率が低下する。さらに組み立て工程が複雑とな
り、特性の再現性が悪化し、これらに起因して全体にコ
スト高になる。
【０００６】この発明の目的は、上記課題を解決して平
面誘電体線路との適合性を高め、平面誘電体線路を用い
て容易にモジュール化できるアンテナ装置を提供するこ
とにある。
面誘電体線路との適合性を高め、平面誘電体線路を用い
て容易にモジュール化できるアンテナ装置を提供するこ
とにある。
【０００７】また、この発明の他の目的は、平面誘電体
線路の特徴を活かした、小型で高効率なレーダモジュー
ルを提供することにある。
線路の特徴を活かした、小型で高効率なレーダモジュー
ルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、平面誘電体
線路のモードを導波管モードやマイクロストリップ線路
のモードへ変換することなくアンテナとして作用させる
ものであり、請求項１に記載のとおり、誘電体板の第１
主面に２つの電極を一定間隔で配して第１のスロットを
設け、前記誘電体板の第２主面に２つの電極を一定間隔
で配して、第１のスロットに対向する第２のスロットを
設け、前記誘電体板の前記第１のスロットと第２のスロ
ットとで挟設される領域を平面波の伝搬領域とする平面
誘電体線路を構成し、前記平面誘電体線路の端部または
途中となる位置に誘電体共振器を配置し、前記平面誘電
体線路と前記誘電体共振器とを結合させるとともに、前
記誘電体共振器を１次放射器として用いる。これによ
り、誘電体板の両主面に形成した第１・第２のスロット
の対向する領域が、平面波の伝搬領域とする平面誘電体
線路が構成され、この平面誘電体線路の端部または途中
に配置された誘電体共振器が平面誘電体線路と結合し、
誘電体共振器が１次放射器として作用する。たとえばＴ
Ｅ０１δモードのまたはＨＥ１１１モードの円柱形状を
成す誘電体共振器を用いれば、その軸方向に電磁波の放
射が行われる。すなわち送信アンテナとして用いる場合
には、平面誘電体線路を伝搬するＴＥモードまたはＬＳ
Ｍモードの電磁波が誘電体共振器のＴＥ０１０モードに
直接変換されて、その誘電体共振器の軸方向に電磁波が
送波される。逆に誘電体共振器の軸方向に電磁波が入射
すると、誘電体共振器がＴＥ０１０モードで共振し、こ
れが平面誘電体線路のＴＥモードまたはＬＳＭモードに
直接変換されて当該平面誘電体線路を伝搬することにな
る。
線路のモードを導波管モードやマイクロストリップ線路
のモードへ変換することなくアンテナとして作用させる
ものであり、請求項１に記載のとおり、誘電体板の第１
主面に２つの電極を一定間隔で配して第１のスロットを
設け、前記誘電体板の第２主面に２つの電極を一定間隔
で配して、第１のスロットに対向する第２のスロットを
設け、前記誘電体板の前記第１のスロットと第２のスロ
ットとで挟設される領域を平面波の伝搬領域とする平面
誘電体線路を構成し、前記平面誘電体線路の端部または
途中となる位置に誘電体共振器を配置し、前記平面誘電
体線路と前記誘電体共振器とを結合させるとともに、前
記誘電体共振器を１次放射器として用いる。これによ
り、誘電体板の両主面に形成した第１・第２のスロット
の対向する領域が、平面波の伝搬領域とする平面誘電体
線路が構成され、この平面誘電体線路の端部または途中
に配置された誘電体共振器が平面誘電体線路と結合し、
誘電体共振器が１次放射器として作用する。たとえばＴ
Ｅ０１δモードのまたはＨＥ１１１モードの円柱形状を
成す誘電体共振器を用いれば、その軸方向に電磁波の放
射が行われる。すなわち送信アンテナとして用いる場合
には、平面誘電体線路を伝搬するＴＥモードまたはＬＳ
Ｍモードの電磁波が誘電体共振器のＴＥ０１０モードに
直接変換されて、その誘電体共振器の軸方向に電磁波が
送波される。逆に誘電体共振器の軸方向に電磁波が入射
すると、誘電体共振器がＴＥ０１０モードで共振し、こ
れが平面誘電体線路のＴＥモードまたはＬＳＭモードに
直接変換されて当該平面誘電体線路を伝搬することにな
る。
【０００９】また、この発明は請求項２に記載のとお
り、誘電体板の第１主面に２つの電極を一定間隔で配し
て第１のスロットを設け、前記誘電体板の第２主面に２
つの電極を一定間隔で配して、第１のスロットに対向す
る第２のスロットを設け、前記誘電体板の前記第１のス
ロットと第２のスロットとで挟設される領域を平面波の
伝搬領域とする平面誘電体線路を構成し、前記平面誘電
体線路の端部または途中となる位置に電極非形成部によ
る誘電体共振器を構成し、該誘電体共振器の位置に他の
誘電体共振器を配置して、当該誘電体共振器を１次放射
器として用いる。この構成により、誘電体板に設けた電
極非形成部が誘電体共振器として作用し、平面誘電体線
路とこの誘電体共振器とが結合し、さらに誘電体板に構
成した誘電体共振器の位置に他の誘電体共振器が配置さ
れているため、誘電体基板に構成された誘電体共振器と
誘電体基板上の誘電体共振器とが結合し、当該誘電体共
振器が１次放射器として作用する。
り、誘電体板の第１主面に２つの電極を一定間隔で配し
て第１のスロットを設け、前記誘電体板の第２主面に２
つの電極を一定間隔で配して、第１のスロットに対向す
る第２のスロットを設け、前記誘電体板の前記第１のス
ロットと第２のスロットとで挟設される領域を平面波の
伝搬領域とする平面誘電体線路を構成し、前記平面誘電
体線路の端部または途中となる位置に電極非形成部によ
る誘電体共振器を構成し、該誘電体共振器の位置に他の
誘電体共振器を配置して、当該誘電体共振器を１次放射
器として用いる。この構成により、誘電体板に設けた電
極非形成部が誘電体共振器として作用し、平面誘電体線
路とこの誘電体共振器とが結合し、さらに誘電体板に構
成した誘電体共振器の位置に他の誘電体共振器が配置さ
れているため、誘電体基板に構成された誘電体共振器と
誘電体基板上の誘電体共振器とが結合し、当該誘電体共
振器が１次放射器として作用する。
【００１０】前記誘電体共振器の近傍には、請求項３に
記載のとおり、誘電体共振器の共振周波数と略等しい周
波数で共振するスロットを配置してもよい。これによ
り、送受信される電磁波の偏波面が定められる。
記載のとおり、誘電体共振器の共振周波数と略等しい周
波数で共振するスロットを配置してもよい。これによ
り、送受信される電磁波の偏波面が定められる。
【００１１】前記誘電体共振器としては、請求項４に記
載のとおり、平面誘電体線路の第１・第２の両主面に対
向配置してもよい。これにより誘電体板を挟む両主面の
対称性が保たれ、平面誘電体線路と誘電体共振器との結
合を容易に高めることができる。
載のとおり、平面誘電体線路の第１・第２の両主面に対
向配置してもよい。これにより誘電体板を挟む両主面の
対称性が保たれ、平面誘電体線路と誘電体共振器との結
合を容易に高めることができる。
【００１２】さらに、請求項５に記載のとおり、誘電体
共振器の位置を略焦点位置として、誘電体共振器と略同
軸に誘電体レンズを配置すれば、アンテナの指向性を高
め、利得を高めることができる。
共振器の位置を略焦点位置として、誘電体共振器と略同
軸に誘電体レンズを配置すれば、アンテナの指向性を高
め、利得を高めることができる。
【００１３】またこの発明は、請求項６に記載のとお
り、上記アンテナ装置と、そのアンテナ装置に対する送
信信号を発生するオシレータと、アンテナ装置による受
信信号に対してローカル信号をミキシングするミキサと
を設けてレーダモジュールを構成する。
り、上記アンテナ装置と、そのアンテナ装置に対する送
信信号を発生するオシレータと、アンテナ装置による受
信信号に対してローカル信号をミキシングするミキサと
を設けてレーダモジュールを構成する。
【００１４】
【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態に係る
アンテナ装置の構成を図１〜図７を参照して説明する。
アンテナ装置の構成を図１〜図７を参照して説明する。
【００１５】まず平面誘電体線路の構成について示す。
この発明に係る平面誘電体線路は従来より提案されてい
るダブルスロット構造（誘電体板の両面に対称のスロッ
トをもつ線路構造）に一見類似しているが、その動作原
理は全く異なり、平面誘電体線路はダブルスロットとは
全く別の線路と言える。図５は平面誘電体線路の信号の
伝搬方向に垂直な面での断面図である。同図において２
３は誘電体板であり、その第１主面（図における上面）
に２つの導電体２１ａ，２１ｂを形成して、２４で示す
部分を第１のスロットとして構成している。また、誘電
体板２３の第２主面（図における下面）に２つの導電体
２２ａ，２２ｂを形成して、２５で示す部分を第２のス
ロットとして構成している。２つの導電体板４１，４４
はスロット２４，２５の近傍に空間４２，４３を設ける
とともに、導電体２１ａ−２１ｂ間および２２ａ−２２
ｂ間をそれぞれ導通させる。
この発明に係る平面誘電体線路は従来より提案されてい
るダブルスロット構造（誘電体板の両面に対称のスロッ
トをもつ線路構造）に一見類似しているが、その動作原
理は全く異なり、平面誘電体線路はダブルスロットとは
全く別の線路と言える。図５は平面誘電体線路の信号の
伝搬方向に垂直な面での断面図である。同図において２
３は誘電体板であり、その第１主面（図における上面）
に２つの導電体２１ａ，２１ｂを形成して、２４で示す
部分を第１のスロットとして構成している。また、誘電
体板２３の第２主面（図における下面）に２つの導電体
２２ａ，２２ｂを形成して、２５で示す部分を第２のス
ロットとして構成している。２つの導電体板４１，４４
はスロット２４，２５の近傍に空間４２，４３を設ける
とともに、導電体２１ａ−２１ｂ間および２２ａ−２２
ｂ間をそれぞれ導通させる。
【００１６】図５に示した、対向するスロット２４と２
５との間の誘電体板２３に設けられる２３ｃで示す部分
が所望の伝搬周波数ｆｂを有する高周波信号を伝搬させ
る伝搬領域となる。また、この伝搬領域２３ｃを挟む両
側の２３ａ，２３ｂで示す部分が遮断領域となる。
５との間の誘電体板２３に設けられる２３ｃで示す部分
が所望の伝搬周波数ｆｂを有する高周波信号を伝搬させ
る伝搬領域となる。また、この伝搬領域２３ｃを挟む両
側の２３ａ，２３ｂで示す部分が遮断領域となる。
【００１７】図６は図５に示した平面誘電体線路の伝搬
領域部分を伝搬方向に通る面における断面図である。図
６に示すように、平面波の電磁波である平面電磁波ｐｗ
２３は誘電体板２３の上面（スロット２４部分）に所定
の入射角θで入射して、入射角θと等しい反射角θで反
射する。また、誘電体板２３の上面で反射された平面電
磁波ｐｗ２３は誘電体板２３の下面（スロット２５部
分）に入射角θで入射して、入射角θと等しい反射角θ
で反射する。以降、平面電磁波ｐｗ２３は誘電体板２３
のスロット２４，２５部分の表面を境界面として交互に
繰り返して反射して、誘電体板２３の伝搬領域２３ｃの
内部をＴＥモードで伝搬する。言い換えれば、所望の伝
搬周波数ｆｂが臨界周波数ｆｄａ（入射角θが小さくな
って、平面電磁波ｐｗ２３が空間４２，４３に透過し
て、伝搬領域２３ｃの内部を伝搬する平面電磁波ｐｗ２
３が減衰する状態となる周波数）以上となるように誘電
体板２３の比誘電率、誘電体板２３の厚みｔ２３を定め
る。
領域部分を伝搬方向に通る面における断面図である。図
６に示すように、平面波の電磁波である平面電磁波ｐｗ
２３は誘電体板２３の上面（スロット２４部分）に所定
の入射角θで入射して、入射角θと等しい反射角θで反
射する。また、誘電体板２３の上面で反射された平面電
磁波ｐｗ２３は誘電体板２３の下面（スロット２５部
分）に入射角θで入射して、入射角θと等しい反射角θ
で反射する。以降、平面電磁波ｐｗ２３は誘電体板２３
のスロット２４，２５部分の表面を境界面として交互に
繰り返して反射して、誘電体板２３の伝搬領域２３ｃの
内部をＴＥモードで伝搬する。言い換えれば、所望の伝
搬周波数ｆｂが臨界周波数ｆｄａ（入射角θが小さくな
って、平面電磁波ｐｗ２３が空間４２，４３に透過し
て、伝搬領域２３ｃの内部を伝搬する平面電磁波ｐｗ２
３が減衰する状態となる周波数）以上となるように誘電
体板２３の比誘電率、誘電体板２３の厚みｔ２３を定め
る。
【００１８】また、図５に示した誘電体板２３を挟んで
対向する電極２１ａ，２２ａは、ＴＥ波に対して所望の
伝搬周波数ｆｂに比べて充分に高い遮断周波数を有する
平行平板導波管を構成する。これによって、電極２１ａ
と２２ａとによって挟設された誘電体板２３の幅方向の
一方の側に、電極２１ａ，２２ａに平行な電界成分を有
するＴＥ波に対する遮断領域２３ａを構成する。同様に
誘電体板２３を挟む電極２１ｂ，２２ｂはＴＥ波に対し
て所望の伝搬周波数ｂに比べて充分に高い遮断周波数を
有する平行平板導波管を構成し、この電極２１ｂ，２２
ｂによって挟設された誘電体板２３の幅方向の一方の側
に、ＴＥ波に対する遮断領域２３ｂを構成する。
対向する電極２１ａ，２２ａは、ＴＥ波に対して所望の
伝搬周波数ｆｂに比べて充分に高い遮断周波数を有する
平行平板導波管を構成する。これによって、電極２１ａ
と２２ａとによって挟設された誘電体板２３の幅方向の
一方の側に、電極２１ａ，２２ａに平行な電界成分を有
するＴＥ波に対する遮断領域２３ａを構成する。同様に
誘電体板２３を挟む電極２１ｂ，２２ｂはＴＥ波に対し
て所望の伝搬周波数ｂに比べて充分に高い遮断周波数を
有する平行平板導波管を構成し、この電極２１ｂ，２２
ｂによって挟設された誘電体板２３の幅方向の一方の側
に、ＴＥ波に対する遮断領域２３ｂを構成する。
【００１９】また、空間４２の図における天面と電極２
１ａとが平行平板導波管を構成するが、この厚さｔ４２
は、当該平行平板導波管のＴＥ波に対する遮断周波数が
所望の伝搬周波数ｆｂより充分高くなるように設定す
る。これによって、４２ａで示す部分に、ＴＥ波に対す
る遮断領域を構成する。同様に４２ｂ，４３ａ，４３ｂ
で示す部分にもそれぞれＴＥ波に対する遮断領域を構成
する。
１ａとが平行平板導波管を構成するが、この厚さｔ４２
は、当該平行平板導波管のＴＥ波に対する遮断周波数が
所望の伝搬周波数ｆｂより充分高くなるように設定す
る。これによって、４２ａで示す部分に、ＴＥ波に対す
る遮断領域を構成する。同様に４２ｂ，４３ａ，４３ｂ
で示す部分にもそれぞれＴＥ波に対する遮断領域を構成
する。
【００２０】また、空間４２の対向する内面（図におけ
る縦の壁面）は平行平板導波管を構成するが、この幅Ｗ
２は当該平行平板導波管のＴＥ波に対する遮断周波数が
所望の伝搬周波数ｆｂより充分に高くなるように設定す
る。これによって遮断領域４２ｄを構成する。空間４３
についても同様に遮断領域４３ｄを構成する。
る縦の壁面）は平行平板導波管を構成するが、この幅Ｗ
２は当該平行平板導波管のＴＥ波に対する遮断周波数が
所望の伝搬周波数ｆｂより充分に高くなるように設定す
る。これによって遮断領域４２ｄを構成する。空間４３
についても同様に遮断領域４３ｄを構成する。
【００２１】以上のように平面誘電体線路を構成するこ
とによって、臨界周波数ｆｄａ以上の周波数を有する高
周波信号の電磁界エネルギを、伝搬領域２３ｃの内部と
その近傍に集中させて、平面波を誘電体板２３の長手方
向（ｚ軸方向）に伝搬させることができる。
とによって、臨界周波数ｆｄａ以上の周波数を有する高
周波信号の電磁界エネルギを、伝搬領域２３ｃの内部と
その近傍に集中させて、平面波を誘電体板２３の長手方
向（ｚ軸方向）に伝搬させることができる。
【００２２】たとえば６０ＧＨｚ帯の信号を伝搬させる
場合、上記誘電体板２３の比誘電率を２０〜３０、板厚
ｔ２３を０．３〜０．８μｍとすれば、線路幅Ｗ１は
０．４〜１．６ｍｍが適当であり、３０〜２００Ωの範
囲の特性インピーダンスが得られる。また、このように
比誘電率が１８以上の誘電体板を用いれば９５％以上の
エネルギが誘電体板内に閉じ込められ、全反射による極
めて低損失な伝送路が実現できる。
場合、上記誘電体板２３の比誘電率を２０〜３０、板厚
ｔ２３を０．３〜０．８μｍとすれば、線路幅Ｗ１は
０．４〜１．６ｍｍが適当であり、３０〜２００Ωの範
囲の特性インピーダンスが得られる。また、このように
比誘電率が１８以上の誘電体板を用いれば９５％以上の
エネルギが誘電体板内に閉じ込められ、全反射による極
めて低損失な伝送路が実現できる。
【００２３】図７は上記平面誘電体線路を伝搬する信号
の電磁界分布を示す図である。ここで実線は電界分布、
破線は磁界分布をそれぞれ示している。このように、エ
ネルギが誘電体板内に閉じ込められ、ＴＥモードまたは
ＬＳＭモードと呼べるモードで伝搬することになる。
の電磁界分布を示す図である。ここで実線は電界分布、
破線は磁界分布をそれぞれ示している。このように、エ
ネルギが誘電体板内に閉じ込められ、ＴＥモードまたは
ＬＳＭモードと呼べるモードで伝搬することになる。
【００２４】図１はアンテナ装置の分解斜視図である。
同図において１０はこのアンテナ装置の主要部を構成す
るアンテナモジュール、２は金属板に２つのスロットを
構成して成るスロット板、３は誘電体レンズ４を所定の
高さに支持するレンズ支持台である。これらを重ね合わ
せてアンテナ装置を構成する。図２はアンテナ装置の分
解正面図であり、アンテナモジュール１０と誘電体レン
ズ支持台２は断面図として示している。図３は各部の平
面図である。アンテナモジュール１０は、開口部６を設
けた上部導電体板４１と下部導電体板４４との間に誘電
体板２３を挟み込んで、上述した平面誘電体線路(Plane
r Dielectoric Transmission Line)（以下ＰＤＴＬとい
う。）を構成するとともに、上部導電体板４１の開口部
６の中央部で且つＰＤＴＬの端部となる位置に誘電体共
振器１を配置して成る。但し図２では誘電体板２３の両
主面の導電体部分の膜厚は図示していない。
同図において１０はこのアンテナ装置の主要部を構成す
るアンテナモジュール、２は金属板に２つのスロットを
構成して成るスロット板、３は誘電体レンズ４を所定の
高さに支持するレンズ支持台である。これらを重ね合わ
せてアンテナ装置を構成する。図２はアンテナ装置の分
解正面図であり、アンテナモジュール１０と誘電体レン
ズ支持台２は断面図として示している。図３は各部の平
面図である。アンテナモジュール１０は、開口部６を設
けた上部導電体板４１と下部導電体板４４との間に誘電
体板２３を挟み込んで、上述した平面誘電体線路(Plane
r Dielectoric Transmission Line)（以下ＰＤＴＬとい
う。）を構成するとともに、上部導電体板４１の開口部
６の中央部で且つＰＤＴＬの端部となる位置に誘電体共
振器１を配置して成る。但し図２では誘電体板２３の両
主面の導電体部分の膜厚は図示していない。
【００２５】図４はＰＤＴＬと誘電体共振器１との平面
における位置関係を示す部分平面図である。ここでの適
用周波数は６０ＧＨｚであり、誘電体板の厚さを０．３
ｍｍ、スロットの幅を０．８〜１．６ｍｍとし、比誘電
体率２４の誘電体板を用いることによって、ＰＤＴＬの
特性インピーダンスを１００〜２００としている。ＰＤ
ＴＬの終端は短絡していて、誘電体共振器１の中心をＰ
ＤＴＬの終端から約λ／４（λはＰＤＴＬを伝搬する電
磁波の波長）の位置に配置している。誘電体共振器１
は、その直径を約２．２ｍｍ、厚さを約１．３ｍｍと
し、比誘電率１０の誘電体材料で構成していて、ここで
はＴＥ０１δモードを用いる。また、図３に示した開口
部６の開口径は約７．５ｍｍとしている。図１および図
３に示したスロット板２は、その２つのスロットのスロ
ット幅を約０．２ｍｍ、長さを約２．５ｍｍ（＝λ／
２）、スロット間隔を約２．４ｍｍとしている。誘電体
レンズ４の直径は約２０ｍｍで厚さは約２．３ｍｍと
し、比誘電率が１２の誘電体材料を用い、その表面には
整合層を形成している。レンズ支持台３の厚みは約６ｍ
ｍであり、誘電体レンズ４の焦点位置をスロット板２の
高さまたは誘電体共振器１の高さとしている。
における位置関係を示す部分平面図である。ここでの適
用周波数は６０ＧＨｚであり、誘電体板の厚さを０．３
ｍｍ、スロットの幅を０．８〜１．６ｍｍとし、比誘電
体率２４の誘電体板を用いることによって、ＰＤＴＬの
特性インピーダンスを１００〜２００としている。ＰＤ
ＴＬの終端は短絡していて、誘電体共振器１の中心をＰ
ＤＴＬの終端から約λ／４（λはＰＤＴＬを伝搬する電
磁波の波長）の位置に配置している。誘電体共振器１
は、その直径を約２．２ｍｍ、厚さを約１．３ｍｍと
し、比誘電率１０の誘電体材料で構成していて、ここで
はＴＥ０１δモードを用いる。また、図３に示した開口
部６の開口径は約７．５ｍｍとしている。図１および図
３に示したスロット板２は、その２つのスロットのスロ
ット幅を約０．２ｍｍ、長さを約２．５ｍｍ（＝λ／
２）、スロット間隔を約２．４ｍｍとしている。誘電体
レンズ４の直径は約２０ｍｍで厚さは約２．３ｍｍと
し、比誘電率が１２の誘電体材料を用い、その表面には
整合層を形成している。レンズ支持台３の厚みは約６ｍ
ｍであり、誘電体レンズ４の焦点位置をスロット板２の
高さまたは誘電体共振器１の高さとしている。
【００２６】以上に示した各部材のうちスロット板２と
誘電体共振器１とで１次放射器を構成し、スロット板２
とアンテナモジュール１０とでスロットアンテナを構成
する。すなわち、ＰＤＴＬを伝搬する電磁波は誘電体共
振器１と結合してエネルギをその軸方向へ広げ、スロッ
ト板のスロットを通して空間へ放射する。この時のアン
テナ利得は約１０ｄＢである。このスロットアンテナの
上部にレンズ支持台３および誘電体レンズ４を配置する
ことによって約２０ｄＢのアンテナ利得が得られる。
誘電体共振器１とで１次放射器を構成し、スロット板２
とアンテナモジュール１０とでスロットアンテナを構成
する。すなわち、ＰＤＴＬを伝搬する電磁波は誘電体共
振器１と結合してエネルギをその軸方向へ広げ、スロッ
ト板のスロットを通して空間へ放射する。この時のアン
テナ利得は約１０ｄＢである。このスロットアンテナの
上部にレンズ支持台３および誘電体レンズ４を配置する
ことによって約２０ｄＢのアンテナ利得が得られる。
【００２７】なお、上記スロット板２を設けたことによ
り、そのスロットの向きに直交する向きに偏波面を有す
る電磁波を主偏波として選択的に送受信することができ
る。そのため、たとえば車載用ミリ波レーダのアンテナ
として用いる場合には、スロットの向きを大地に対して
４５°の関係になるように１次放射器を配置して、対向
車からの電磁波を受けないようにすることもできる。
り、そのスロットの向きに直交する向きに偏波面を有す
る電磁波を主偏波として選択的に送受信することができ
る。そのため、たとえば車載用ミリ波レーダのアンテナ
として用いる場合には、スロットの向きを大地に対して
４５°の関係になるように１次放射器を配置して、対向
車からの電磁波を受けないようにすることもできる。
【００２８】なお、上記誘電体共振器としてはＴＥ０１
δモードを用いたが、同様にしてＨＥ１１１モードを用
いてもよい。
δモードを用いたが、同様にしてＨＥ１１１モードを用
いてもよい。
【００２９】図８は第２の実施形態に係るアンテナ装置
の構成を示す分解図であり、この図は第１の実施形態で
示した図２に対応させて表したものである。第１の実施
形態とは異なり、この第２の実施形態では、誘電体板２
３の両主面に、誘電体板２３を挟み込むようにそれぞれ
円柱形状の２つの誘電体共振器１ａ，１ｂを設けてい
る。ここで、誘電体共振器１ａの直径は約３．６ｍｍ、
厚さは約１．３ｍｍ、誘電体共振器１ｂの直径は約３．
６ｍｍ、厚さは約０．８ｍｍで、比誘電率は共に３．６
の誘電体材料を用いている。これによりＰＤＴＬと２つ
の誘電体共振器１ａ，１ｂとが共に結合し、また２つの
誘電体共振器１ａ，１ｂは誘電体板２３を介して相互に
結合するため、垂直１次放射器としての誘電体共振器と
ＰＤＴＬとの結合を高めることができる。
の構成を示す分解図であり、この図は第１の実施形態で
示した図２に対応させて表したものである。第１の実施
形態とは異なり、この第２の実施形態では、誘電体板２
３の両主面に、誘電体板２３を挟み込むようにそれぞれ
円柱形状の２つの誘電体共振器１ａ，１ｂを設けてい
る。ここで、誘電体共振器１ａの直径は約３．６ｍｍ、
厚さは約１．３ｍｍ、誘電体共振器１ｂの直径は約３．
６ｍｍ、厚さは約０．８ｍｍで、比誘電率は共に３．６
の誘電体材料を用いている。これによりＰＤＴＬと２つ
の誘電体共振器１ａ，１ｂとが共に結合し、また２つの
誘電体共振器１ａ，１ｂは誘電体板２３を介して相互に
結合するため、垂直１次放射器としての誘電体共振器と
ＰＤＴＬとの結合を高めることができる。
【００３０】図９は第３の実施形態に係るアンテナ装置
の分解斜視図、図１０は誘電体共振器部分の構成を示す
平面図である。第１の実施形態と異なる点は、誘電体板
に誘電体共振器を構成し、その上部にさらに別の誘電体
共振器を配置した点である。図１０において５で示す部
分は誘電体板２３の両主面に設けた電極非形成部による
誘電体共振器であり、この部分がＴＥ０１０モードの誘
電体共振器として作用する。このＴＥ０１０モードの誘
電体共振器とＰＤＴＬの終端とは、結合が十分にとれる
程度に電極を分離している。したがってこの誘電体共振
器とＰＤＴＬとは磁界結合する。また、電極非形成部に
よる誘電体共振器５の図における上部にＴＥ０１δモー
ドで共振する円柱形状の別の誘電体共振器１を配置して
いるため、この誘電体共振器１と誘電体共振器５との間
は磁界結合および電界結合する。したがってＰＤＴＬを
伝搬する電磁波は誘電体基板内の誘電体共振器５と結合
し、その共振器と誘電体板上の誘電体共振器１とが結合
してその軸方向に電磁波を放射することになる。逆に、
誘電体共振器１の軸方向から電磁波を受けると、ＴＥ０
１δモードで共振し、誘電体板内の誘電体共振器５がＴ
Ｅ０１０モードで共振し、ＰＤＴＬをＴＥモードまたは
ＬＳＭモードで伝搬することになる。
の分解斜視図、図１０は誘電体共振器部分の構成を示す
平面図である。第１の実施形態と異なる点は、誘電体板
に誘電体共振器を構成し、その上部にさらに別の誘電体
共振器を配置した点である。図１０において５で示す部
分は誘電体板２３の両主面に設けた電極非形成部による
誘電体共振器であり、この部分がＴＥ０１０モードの誘
電体共振器として作用する。このＴＥ０１０モードの誘
電体共振器とＰＤＴＬの終端とは、結合が十分にとれる
程度に電極を分離している。したがってこの誘電体共振
器とＰＤＴＬとは磁界結合する。また、電極非形成部に
よる誘電体共振器５の図における上部にＴＥ０１δモー
ドで共振する円柱形状の別の誘電体共振器１を配置して
いるため、この誘電体共振器１と誘電体共振器５との間
は磁界結合および電界結合する。したがってＰＤＴＬを
伝搬する電磁波は誘電体基板内の誘電体共振器５と結合
し、その共振器と誘電体板上の誘電体共振器１とが結合
してその軸方向に電磁波を放射することになる。逆に、
誘電体共振器１の軸方向から電磁波を受けると、ＴＥ０
１δモードで共振し、誘電体板内の誘電体共振器５がＴ
Ｅ０１０モードで共振し、ＰＤＴＬをＴＥモードまたは
ＬＳＭモードで伝搬することになる。
【００３１】次に、ミリ波レーダモジュールの実施形態
を図１１を参照して説明する。図１１はミリ波レーダモ
ジュールの等価回路図である。同図において５１はオシ
レータ、５２，５３はサーキュレータ、５４はミキサ
ー、５５，５６はカップラ、５７はアンテナである。オ
シレータ５１は、ガンダイオードを発振素子として用
い、バラクタダイオードを発振周波数制御用素子として
用いて、電圧制御発振回路（ＶＣＯ）を構成している。
このオシレータ５１にはガンダイオードに対するバイア
ス電圧と周波数変調用の制御電圧ＶＣＯ−ＩＮを入力す
る。サーキュレータ５２は、その一方の出力ポートを抵
抗終端して、反射信号がオシレータ５１へ戻らないよう
にしている。サーキュレータ５３は、送信信号をアンテ
ナ５７側へ伝搬させ、受信信号をミキサー５４側へ伝搬
させる。アンテナ５７は誘電体共振器と誘電体レンズと
から成り、このアンテナ部分に第１〜第３のいずれかの
実施形態で示したアンテナ装置を用いる。カップラ５５
は送信信号を分配してＬｏ（ローカル）信号を生成す
る。カップラ５６は３ｄＢ方向性結合器を構成し、カッ
プラ５５から伝搬されてくるＬｏ信号を９０°の位相差
をもってミキサー５４の２つの線路へ等分配するととも
に、サーキュレータ５３から伝搬されてくる受信信号を
９０°の位相差をもってミキサー５４の２つの線路に等
分配する。ミキサー５４にはショットキーバリアダイオ
ードを用い、上記２つの混合された信号を平衡形ミキシ
ングして、受信信号とＬｏ信号との周波数差成分をＩＦ
信号として出力する。
を図１１を参照して説明する。図１１はミリ波レーダモ
ジュールの等価回路図である。同図において５１はオシ
レータ、５２，５３はサーキュレータ、５４はミキサ
ー、５５，５６はカップラ、５７はアンテナである。オ
シレータ５１は、ガンダイオードを発振素子として用
い、バラクタダイオードを発振周波数制御用素子として
用いて、電圧制御発振回路（ＶＣＯ）を構成している。
このオシレータ５１にはガンダイオードに対するバイア
ス電圧と周波数変調用の制御電圧ＶＣＯ−ＩＮを入力す
る。サーキュレータ５２は、その一方の出力ポートを抵
抗終端して、反射信号がオシレータ５１へ戻らないよう
にしている。サーキュレータ５３は、送信信号をアンテ
ナ５７側へ伝搬させ、受信信号をミキサー５４側へ伝搬
させる。アンテナ５７は誘電体共振器と誘電体レンズと
から成り、このアンテナ部分に第１〜第３のいずれかの
実施形態で示したアンテナ装置を用いる。カップラ５５
は送信信号を分配してＬｏ（ローカル）信号を生成す
る。カップラ５６は３ｄＢ方向性結合器を構成し、カッ
プラ５５から伝搬されてくるＬｏ信号を９０°の位相差
をもってミキサー５４の２つの線路へ等分配するととも
に、サーキュレータ５３から伝搬されてくる受信信号を
９０°の位相差をもってミキサー５４の２つの線路に等
分配する。ミキサー５４にはショットキーバリアダイオ
ードを用い、上記２つの混合された信号を平衡形ミキシ
ングして、受信信号とＬｏ信号との周波数差成分をＩＦ
信号として出力する。
【００３２】上記ミリ波レーダモジュールは、たとえば
上記ＶＣＯ−ＩＮ信号として三角波信号を与えて、ＩＦ
信号から距離情報と相対速度情報を抽出するＦＭ−ＣＷ
方式のミリ波レーダに用いることができる。従ってこれ
を車載した場合に、他車両までの相対距離と相対速度を
測定することが可能となる。
上記ＶＣＯ−ＩＮ信号として三角波信号を与えて、ＩＦ
信号から距離情報と相対速度情報を抽出するＦＭ−ＣＷ
方式のミリ波レーダに用いることができる。従ってこれ
を車載した場合に、他車両までの相対距離と相対速度を
測定することが可能となる。
【００３３】なお、本願発明のレーダモジュールでは、
アンテナ５７の少なくとも１次放射器としての誘電体共
振器に結合する線路を平面誘電体線路とすればよく、オ
シレータ１、サーキュレータ５２，５３、ミキサー５４
などの各デバイス間の伝送線路は平面誘電体線路以外に
スロット線路、コプレーナ線路、マイクロストリップ線
路または誘電体線路などを用いてもよい。また、これら
を混用してもよい。
アンテナ５７の少なくとも１次放射器としての誘電体共
振器に結合する線路を平面誘電体線路とすればよく、オ
シレータ１、サーキュレータ５２，５３、ミキサー５４
などの各デバイス間の伝送線路は平面誘電体線路以外に
スロット線路、コプレーナ線路、マイクロストリップ線
路または誘電体線路などを用いてもよい。また、これら
を混用してもよい。
【００３４】
【発明の効果】請求項１，２に記載の発明によれば、誘
電体板の両主面に形成した第１・第２のスロットの対向
する領域が、平面波の伝搬領域とする平面誘電体線路が
構成され、この平面誘電体線路の端部または途中に配置
された誘電体共振器が平面誘電体線路と直接にまたは間
接に結合し、誘電体共振器が１次放射器として作用する
ため、平面誘電体線路からコプレーナ線路やマイクロス
トリップ線路へのモード変換や導波管モードへのモード
変換を行うことなくアンテナ装置を構成できる。その結
果、モード変換を行うための線路変換器が不要となり、
また線路変換器によるＲＦ信号の損失が生じることがな
く、アンテナ効率が低下することがない。さらに組み立
て工程が簡単となり、特性の再現性が向上し、全体に低
コスト化を図ることができる。
電体板の両主面に形成した第１・第２のスロットの対向
する領域が、平面波の伝搬領域とする平面誘電体線路が
構成され、この平面誘電体線路の端部または途中に配置
された誘電体共振器が平面誘電体線路と直接にまたは間
接に結合し、誘電体共振器が１次放射器として作用する
ため、平面誘電体線路からコプレーナ線路やマイクロス
トリップ線路へのモード変換や導波管モードへのモード
変換を行うことなくアンテナ装置を構成できる。その結
果、モード変換を行うための線路変換器が不要となり、
また線路変換器によるＲＦ信号の損失が生じることがな
く、アンテナ効率が低下することがない。さらに組み立
て工程が簡単となり、特性の再現性が向上し、全体に低
コスト化を図ることができる。
【００３５】請求項３に記載の発明によれば、送信され
る電磁波の偏波面を定めるとともに、受信すべき電磁波
の偏波面を定めることができるようになる。
る電磁波の偏波面を定めるとともに、受信すべき電磁波
の偏波面を定めることができるようになる。
【００３６】請求項４に記載の発明によれば、誘電体板
を挟む両主面の対称性が保たれ、平面誘電体線路と誘電
体共振器との結合も容易に高めることができる。
を挟む両主面の対称性が保たれ、平面誘電体線路と誘電
体共振器との結合も容易に高めることができる。
【００３７】請求項５に記載の発明によれば、アンテナ
の指向性を高め、利得を容易に高めることができる。
の指向性を高め、利得を容易に高めることができる。
【００３８】請求項６に記載の発明によれば、平面誘電
体線路の低伝送損失特性を活かした、小型で高効率なレ
ーダモジュールが得られ、ミリ波レーダをより小型化で
きる。
体線路の低伝送損失特性を活かした、小型で高効率なレ
ーダモジュールが得られ、ミリ波レーダをより小型化で
きる。
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置の分解斜視
図
図
【図２】同アンテナ装置の分解正面図
【図３】同アンテナ装置の各部の平面図
【図４】同アンテナ装置における平面誘電体線路と誘電
体共振器との関係を示す部分平面図
体共振器との関係を示す部分平面図
【図５】平面誘電体線路部分の断面図
【図６】平面誘電体線路部分の断面図
【図７】平面誘電体線路部分の電磁界分布を示す図
【図８】第２の実施形態に係るアンテナ装置の分解正面
図
図
【図９】第３の実施形態に係るアンテナ装置の分解斜視
図
図
【図１０】同アンテナ装置における誘電体共振器部分の
構成を示す平面図および断面図
構成を示す平面図および断面図
【図１１】ミリ波レーダモジュールの構成を示す等価回
路図
路図
１−誘電体共振器 １ａ，１ｂ−誘電体共振器 ２−スロット板 ３−レンズ支持台 ４−誘電体レンズ ５−電極非形成部による誘電体共振器 ６−開口部 １０−アンテナモジュール ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ−導電体 ２３−誘電体板 ２３ａ，２３ｂ−遮断領域 ２３ｃ−伝搬領域 ２４−第１のスロット ２５−第２のスロット ３０−回路基板 ４１−上部導電体板 ４２，４３−空間 ４４−下部導電体板 ５１−オシレータ ５２，５３−サーキュレータ ５４−ミキサー ５５，５６−カップラ ５７−アンテナ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｐ 7/10 Ｈ０１Ｐ 7/10 (72)発明者 山田 秀章 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内
Claims (6)
- 【請求項１】 誘電体板の第１主面に２つの電極を一定
間隔で配して第１のスロットを設け、前記誘電体板の第
２主面に２つの電極を一定間隔で配して、第１のスロッ
トに対向する第２のスロットを設け、前記誘電体板の前
記第１のスロットと第２のスロットとで挟設される領域
を平面波の伝搬領域とする平面誘電体線路を構成し、前
記平面誘電体線路の端部または途中となる位置に誘電体
共振器を配置し、前記平面誘電体線路と前記誘電体共振
器とを結合させるとともに、前記誘電体共振器を１次放
射器として用いたことを特徴とするアンテナ装置。 - 【請求項２】 誘電体板の第１主面に２つの電極を一定
間隔で配して第１のスロットを設け、前記誘電体板の第
２主面に２つの電極を一定間隔で配して、第１のスロッ
トに対向する第２のスロットを設け、前記誘電体板の前
記第１のスロットと第２のスロットとで挟設される領域
を平面波の伝搬領域とする平面誘電体線路を構成し、前
記平面誘電体線路の端部または途中となる位置に電極非
形成部による誘電体共振器を構成し、該誘電体共振器の
位置に他の誘電体共振器を配置して、当該誘電体共振器
を１次放射器として用いたことを特徴とするアンテナ装
置。 - 【請求項３】 前記誘電体共振器の近傍に該誘電体共振
器の共振周波数と略等しい周波数で共振するスロットを
配置したことを特徴とする請求項１または２に記載のア
ンテナ装置。 - 【請求項４】 前記誘電体共振器を前記平面誘電体線路
の第１・第２の両主面に対向配置したことを特徴とする
請求項１〜３にうちいずれかに記載のアンテナ装置。 - 【請求項５】 前記誘電体共振器の位置を略焦点位置と
し、該誘電体共振器と略同軸に誘電体レンズを配置した
ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれかに記載の
アンテナ装置。 - 【請求項６】 請求項１〜５のうちのいずれかに記載の
アンテナ装置と、そのアンテナ装置に対する送信信号を
発生するオシレータと、前記アンテナ装置による受信信
号に対してローカル信号をミキシングするミキサとを設
けたことを特徴とするレーダモジュール。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10059607A JPH10341108A (ja) | 1997-04-10 | 1998-03-11 | アンテナ装置およびレーダモジュール |
| EP98106365A EP0871239B1 (en) | 1997-04-10 | 1998-04-07 | Antenna device and radar module |
| DE69801540T DE69801540T2 (de) | 1997-04-10 | 1998-04-07 | Antennen-Vorrichtung und Radarmodul |
| US09/056,950 US6052087A (en) | 1997-04-10 | 1998-04-08 | Antenna device and radar module |
| CA002234498A CA2234498C (en) | 1997-04-10 | 1998-04-09 | Antenna device and radar module |
| CNB981064930A CN1139148C (zh) | 1997-04-10 | 1998-04-10 | 天线装置和雷达模块 |
| KR1019980012808A KR100292763B1 (ko) | 1997-04-10 | 1998-04-10 | 안테나장치및레이더모듈 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9232597 | 1997-04-10 | ||
| JP9-92325 | 1997-04-10 | ||
| JP10059607A JPH10341108A (ja) | 1997-04-10 | 1998-03-11 | アンテナ装置およびレーダモジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10341108A true JPH10341108A (ja) | 1998-12-22 |
Family
ID=26400663
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