WO2017104761A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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重雄 宇田川
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an antenna device used in a radar device that detects a target, and more particularly to an antenna device suitable for use in a radar device for automobile collision prevention.
  • the automobile collision prevention radar apparatus is a radar apparatus mounted on an automobile, and is used to detect the distance, direction, and relative speed of a target including an automobile traveling ahead.
  • the frequency of the signal transmitted from the radar apparatus is mainly in the millimeter wave band.
  • a transmitting antenna and a receiving antenna are provided separately, and usually two or more receiving antennas are provided.
  • signal processing is performed by irradiating a radio wave from a transmission antenna and receiving a reflected wave from a target by a reception antenna. At this time, the distance can be obtained from the time until the reflected wave returns, the direction can be obtained from the phase difference between the reception channels, and the relative velocity can be obtained from the frequency of the reflected wave.
  • an automobile collision prevention radar device it is desirable that a target as far as possible can be detected in front and that the side can be detected as wide as possible in order to deal with jumping out from the side. That is, it is desirable that the antenna characteristics have a high front gain and no null until a wide angle.
  • the point where the gain becomes minimum, such as the boundary between the main lobe and the side lobe, is called “null”, and increasing the null gain is called “null filling”.
  • An antenna device described in Patent Document 1 (hereinafter referred to as “conventional antenna device” as appropriate) is known as an antenna device that performs null filling.
  • This conventional antenna apparatus includes four radiating elements arranged in a direction perpendicular to the ground, and a power feeding circuit that supplies a high-frequency signal to the four radiating elements.
  • the upper radiating element group (element 1, element 2) and the lower radiating element group (element 3, element 4) are not evenly distributed. Power is being supplied.
  • the radiation pattern in the conventional antenna device is 0 degrees, that is, from an even number of radiation elements (four examples in the same document) in the front direction of the antenna surface. Are added in the same phase, and the gain becomes maximum (0 dB).
  • the element 1 and the element 3 are in reverse phase and the element 2 and the element 4 are in antiphase, and the vector sum of the four radiated electric fields is minimal, that is, the first Null.
  • the first null gain is almost 0 ( ⁇ 30 dB or less). It is described that the vector sum of the four radiated electric fields does not become zero and the gain of the first null increases to about ⁇ 18 dB to ⁇ 12 dB when power is supplied with a distribution ratio other than 1: 2 to 1: 4. Yes.
  • the conventional antenna device has an effect of increasing the gain of the first null positioned near 17 degrees, but has no problem of null filling for the second null positioned near 36 degrees. There is.
  • the conventional antenna device has a problem that it is difficult to use the antenna device in a wide angle range including the vicinity of 36 ° which is the second null and exceeding the second null.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an antenna device that enables not only the first null but also the null filling to the null after the second null.
  • the present invention includes three or more and an odd number of radiating elements arranged in a first direction, and a power feeding circuit that supplies a high-frequency signal to the radiating elements.
  • the excitation voltage of the radiating element located at the center of the array is set to 2.2 times or more of the average value of the excitation voltages of the other radiating elements.
  • FIG. 1 The front view which shows the structure of the 1st example in the antenna apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. The graph which compares and shows two types of radiation patterns in the array antenna of a 1st example The front view which shows the structure of the 2nd example in the antenna apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. The graph which compares and shows two types of radiation patterns in the array antenna of the 2nd example The front view which shows the structure of the antenna device which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a front view showing a configuration of a first example of an antenna device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 1 illustrates a case where a microstrip array antenna is configured on a dielectric substrate 1.
  • the first example of the antenna device according to Embodiment 1 includes an array antenna 2 composed of five radiating elements 21 to 25 arranged on a dielectric substrate 1, and an array antenna 2. And a power feeding circuit 3 for supplying a high-frequency signal to the radiating elements 21 to 25 constituting the same.
  • the power feeding circuit 3 is electrically connected to the power feeding unit 4 and distributes high-frequency signals from the outside to the radiating elements 21 to 25 via the power feeding unit 4.
  • the five radiating elements 21 to 25 are arranged on a first straight line L1 indicated by a one-dot chain line virtually drawn in the horizontal direction with respect to the ground.
  • the radiating elements 21 to 25 are exemplified by patch antennas
  • the feed circuit 3 is exemplified by a microstrip line
  • the feed unit 4 is configured to mutually transmit signals transmitted between the microstrip line and the waveguide.
  • a microstrip line / waveguide converter that converts to ⁇ ⁇ is illustrated.
  • the radiating elements 21 to 25 are arranged at equal intervals with an interval of about 0.5 to 0.8 wavelength.
  • the high-frequency signal input via the power feeding unit 4 is fed to the radiating elements 21 to 25 with the same amplitude, the same phase, and a predetermined distribution ratio. Designed to be.
  • a radiation pattern when no null filling is performed is indicated by a broken line in FIG.
  • the radiation pattern is a calculated value.
  • the distance between the radiation elements is 0.64 wavelength
  • the amplitude distribution is a known Taylor distribution
  • the side lobe level is “ ⁇ 30 dB”.
  • the radiation pattern of the first case is obtained by adding the radiation electric fields from the five radiation elements 21 to 25 in the same phase at 0 degree which is the front direction, and the gain is maximum (0 dB). Become. Further, there is a first null at ⁇ 28 °, a second null at ⁇ 41 °, and a third null at ⁇ 66 °. Therefore, when this radiation pattern is used, the usable range of the radar apparatus is limited from the front direction to the inside of the first null, that is, about ⁇ 24 degrees.
  • the excitation voltage of the central radiating element 23 is normalized to “1”.
  • the average value of the excitation voltages of the remaining four radiating elements 21, 22, 24, 25 excluding the central radiating element 23 is obtained, it is “0.55”.
  • the ratio of the excitation voltage of the central radiating element 23 is 1.82 ( ⁇ 1.00 / 0.55) times the average value, which is less than 2.2.
  • FIG. 2 shows a radiation pattern (calculated value) when the excitation voltage of the radiation element 23 located at the center is increased 1.26 times (+2.0 dB) in the first case. Indicated by the solid line.
  • the gains around ⁇ 28 degrees, around ⁇ 41 degrees, and around ⁇ 66 degrees increase, and nal filling is performed for all nulls. Therefore, when this radiation pattern is used, the usable range of the radar apparatus is widened to ⁇ 70 degrees or more.
  • FIG. 3 is a front view showing the configuration of the second example of the antenna device according to the first embodiment.
  • a second example of the antenna device according to Embodiment 1 includes an array antenna 2A composed of seven radiating elements 21 to 27 arranged on a dielectric substrate 1, and an array antenna 2A. And a feed circuit 3 for supplying a high-frequency signal to the radiating elements 21 to 27 constituting the same.
  • the power feeding circuit 3 is electrically connected to the power feeding unit 4 and distributes high-frequency signals from the outside to the radiating elements 21 to 27 via the power feeding unit 4.
  • the seven radiating elements 21 to 27 are arranged on a first straight line L1 indicated by a one-dot chain line virtually drawn in the horizontal direction with respect to the ground.
  • the radiating elements 21 to 27 are exemplified by patch antennas
  • the feed circuit 3 is exemplified by a microstrip line
  • the feed unit 4 is provided between the microstrip line and the waveguide.
  • a microstrip line / waveguide converter that converts transmitted signals to each other is exemplified.
  • the radiating elements 21 to 27 are arranged at equal intervals with an interval of about 0.5 to 0.8 wavelength.
  • the high-frequency signal input through the power feeding unit 4 is fed to the radiating elements 21 to 27 with an equal amplitude, an equal phase, and a predetermined distribution ratio. Designed to be.
  • a radiation pattern when no null filling is performed is indicated by a broken line in FIG.
  • the radiation pattern is a calculated value.
  • the distance between the radiation elements is 0.64 wavelength
  • the amplitude distribution is a known Taylor distribution
  • the side lobe level is “ ⁇ 30 dB”.
  • the radiation fields from the seven radiation elements 21 to 27 are added in phase at 0 degrees which is the front direction, and the gain is maximum (0 dB). Become.
  • the excitation voltage of the central radiating element 24 is normalized to “1”.
  • the average value of the excitation voltages of the remaining six radiating elements 21, 22, 23, 25, 26, 27 excluding the central radiating element 24 is obtained, it is “0.58”.
  • the ratio of the excitation voltage of the central radiating element 24 with respect to this average value is 1.72 ( ⁇ 1.00 / 0.58) times, which is less than 2.2.
  • FIG. 4 shows a radiation pattern (calculated value) when the excitation voltage of the radiation element 24 located at the center is increased 1.33 times (+2.5 dB) in the third case. Indicated by the solid line.
  • the gains around ⁇ 19 degrees, around ⁇ 28 degrees, around ⁇ 44 degrees, and around ⁇ 65 degrees increase, and null filling is performed for all nulls. Therefore, when this radiation pattern is used, the usable range of the radar apparatus is widened to ⁇ 70 degrees or more.
  • the excitation voltage of the radiating element 23 located at the center is set to 2.29 times the average value of the excitation voltages of the other radiating elements.
  • the excitation voltage of the radiating element 24 located in the center is set. Although an example in which the voltage is set to 2.29 times the average value of the excitation voltages of the other radiating elements has been shown, the effect of null filling can be obtained even in the range of 2.20 to 2.28 times. Therefore, if the ratio of the excitation voltage of the radiating element 24 located at the center and the average value of the excitation voltages of the other radiating elements is 2.2 times or more, the gist of the present invention is achieved.
  • the number of radiating elements is not limited to five and seven, and may be an odd number of three or more. Although detailed explanation is omitted, even in the case of three elements, by setting the excitation voltage of the radiating element located at the center to 2.2 times or more of the average value of the excitation voltages of the other radiating elements, Null filling effect is obtained.
  • FIG. FIG. 5 is a front view showing the configuration of the antenna device according to Embodiment 2, and the same or equivalent parts as those of the configuration of the antenna device according to Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals.
  • an element group consisting of five radiating elements 51 to 55 arranged in the first direction which is the horizontal direction is arranged in the second direction orthogonal to the first direction. That is, four are arranged side by side in the direction perpendicular to the ground.
  • An antenna element group composed of five radiating elements 51 to 55 corresponds to the array antenna 2 in the first embodiment.
  • the antenna device according to Embodiment 2 is configured as a planar array by arranging a plurality of array antennas 2 according to Embodiment 1 arranged in the horizontal direction in the vertical direction.
  • the number of arrangements in the second direction of the element group composed of the five radiating elements 51 to 55 is four, but may be two or more, that is, a plurality.
  • the power supply to the planar array is performed for each of four element groups arranged in the vertical direction, that is, for each element group connected to the same power supply circuit 3. From the left side of the drawing, the first element group 5A, the second element group 5B, the third element group 5C, the fourth element group 5D, and the fifth element group 5E are formed.
  • a plurality of array antennas arranged in the horizontal direction as in the first embodiment are arranged in the vertical direction as a planar array, so that the antenna device according to the first embodiment
  • the usable range of the radar device can be widened to ⁇ 70 degrees or more, and the front gain can be further increased by narrowing the beam in the vertical direction.
  • a suitable antenna device can be obtained.
  • the antenna device according to Embodiments 1 and 2 when used as an automobile collision prevention radar device, it is required to widen the angle in the horizontal direction. It is a preferred embodiment that excitation is performed at the excitation voltage ratio shown in FIG. On the other hand, for applications that require a wide angle in the vertical direction, it is preferable to excite the radiating elements arranged in the vertical direction at the excitation voltage ratio shown in Table 2. That is, for three or more and an odd number of radiating elements arranged in the second direction perpendicular to the ground, the excitation voltage of the radiating element located at the center is set to 2 of the average value of the excitation voltages of the other radiating elements.
  • An embodiment that is set to be twice or more also constitutes the gist of the present invention, and a configuration in which a plurality of element groups arranged in the second direction are arranged in a direction orthogonal to the second direction to constitute a planar array.
  • the form also forms the subject of the present invention.
  • Embodiment 3 a power feeding circuit in the antenna device of the first embodiment will be described.
  • the power supply circuit 3 includes three power distributors 31, 32, and 33 as shown in FIG.
  • the power distributor 31 as the first power distributor is an unequal three distributor having a power distribution ratio of 0.707: 1: 0.707 as shown in FIG.
  • the radiating element 23 located at the center of the array is “1” (relative value, the same applies hereinafter)
  • the radiating element including the radiating elements 21 and 22 positioned on one side of the array as viewed from the radiating element 23 is distributed to the group, and “0.707” is also provided to the radiating element group including the radiating elements 24 and 25 located on the other side of the array when viewed from the radiating element 23. Distribute the power of "".
  • the first power divider is configured to output power to the first radiating element located at the center of the array in the radiating element group constituting the array antenna. Inequality to distribute the power applied to the radiating element group located on one side as viewed from the radiating element and the power applied to the radiating element group located on the other side as viewed from the first radiating element to different power ratio 3 distributors.
  • the power distributor 32 as the second power distributor in FIG. 6 is an unequal two distributor having a power distribution ratio of 0.185: 1 as shown in FIG. When the power to the radiating element 22 is “1”, the power distributor 32 distributes power having a magnitude of “0.185” to the radiating element 21.
  • the power distributor 33 which is the third power distributor in FIG. 6 is an unequal two distributor having a power distribution ratio of 0.185: 1 as shown in FIG.
  • the power distributor 33 distributes power having a magnitude of “0.185” to the radiating element 25.
  • the second and third power distributors are other than the second radiating element for the power applied to the second radiating element in the radiating element group including the radiating elements excluding the first radiating element.
  • the high frequency signal fed from the feeding unit 4 is distributed to the radiating elements 21 to 25 at a power ratio of 0.046: 0.247: 0.414: 0.247: 0.046.
  • the power supply circuit 3 includes three power distributors 32, 34, and 33 as shown in FIG.
  • the power distributor 32 and the power distributor 333 are the same as those in the first case described above, and are denoted by the same reference numerals.
  • the power distributor 34 as the first power distributor is an unequal three distributor having a power distribution ratio of 0.446: 1: 0.446 as shown in FIG.
  • the radiating element group including the radiating elements 21 and 22 located on one side of the array as viewed from the radiating element 23 The electric power having the magnitude of “0.446” is distributed, and the magnitude of “0.446” is also applied to the radiating element group including the radiating elements 24 and 25 located on the other side of the array when viewed from the radiating element 23. Distribute power.
  • the high frequency signal fed from the feeding unit 4 is distributed to the radiating elements 21 to 25 at a power ratio of 0.037: 0.199: 0.529: 0.199: 0.037.
  • the voltage ratio is 0.192: 0.446: 0.727: 0.446: 0.192, and the constant 1. is set so that the maximum value is 1.26.
  • the amplitude distribution shown in Table 2 is obtained.
  • the number of radiating elements is five has been described. However, the number of radiating elements is not limited to five. When there are three radiating elements, only the first power distributor is necessary, and the second and third power distributors are unnecessary. Further, when there are seven radiating elements, it can be configured by one first power distributor, two second power distributors, and two third power distributors. As shown in FIGS. 8 and 9, the functions of the power distributor 32, which is the second power distributor, and the power distributor 33, which is the third power distributor, are the same, and the same inequality. Two distributors can be used.
  • the power feeding circuit according to Embodiment 3 can be configured with one unequal three distributor, and when the number of radiating elements is an odd number of 5 or more. Can be composed of one unequal three divider and two or more and even number of unequal two dividers.

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Abstract

アンテナ装置は、誘電体基板１上に配列された５個の放射素子２１～２５からなるアレーアンテナ２と、アレーアンテナ２を構成する放射素子２１～２５に高周波信号を供給する給電回路３とを含む。５個の放射素子２１～２５は、地面に対して水平方向に引かれた第１の直線Ｌ１上に配列され、配列の中央に位置する放射素子２３の励振電圧は他の放射素子２１，２２，２４，２５の励振電圧の平均値の２．２倍以上に設定されている。

Description

アンテナ装置
　本発明は、目標物の探知を行うレーダ装置に用いるアンテナ装置に係り、特に、自動車衝突防止用レーダ装置に用いて好適なアンテナ装置に関する。
　自動車衝突防止用レーダ装置は、自動車に搭載されるレーダ装置であり、前方を走行する自動車を含む目標物の距離、方向、相対速度を検出するために利用される。レーダ装置から送信される信号の周波数は、主にミリ波帯のものが使用される。
　自動車衝突防止用レーダ装置では、送信アンテナと受信アンテナは別個に設けられ、通常、受信アンテナは２チャンネル以上設けられる。自動車衝突防止用レーダ装置では、送信アンテナから電波を照射し、目標物からの反射波を受信アンテナで受信して信号処理が行われる。このとき、反射波が戻ってくるまでの時間から距離を求め、受信チャンネル間の位相差から方向を求め、反射波の周波数から相対速度を求めることができる。
　自動車衝突防止用レーダ装置の特性として、前方はできるだけ遠くの目標物を検出できるとともに、横からの飛び出し等に対処するため、側方もできるだけ広角まで検出できることが望ましい。すなわち、アンテナの特性としては、正面利得が高く、広角までナル（ｎｕｌｌ）が存在しないことが望ましい。なお、アンテナ放射パターンにおいて、メインローブとサイドローブの境目など、利得が極小になるところをナルと呼び、ナルの利得を上げることをナルフィリングと呼んでいる。
　ナルフィリングを行ったアンテナ装置として、下記の特許文献１に記載されたアンテナ装置（以下、適宜「従来のアンテナ装置」と称する）が知られている。この従来のアンテナ装置は、地面に対して垂直な方向に配列された４個の放射素子と、４個の放射素子に高周波信号を供給する給電回路とを備え、放射素子の番号を上から順に素子１、素子２、素子３、素子４とすると、上側の放射素子群（素子１、素子２）と、下側の放射素子群（素子３、素子４）とに対し、均等でない分配比で給電している。
　従来のアンテナ装置における放射パターンは、特許文献１の図２および図３に示されるように、０度、すなわちアンテナ面の正面方向において、偶数個（同文献では４個を例示）の放射素子からの放射電界が同相で加算され、利得が最大（０ｄＢ）となる。一方、垂直面内における１７度近辺では、素子１と素子３とが逆相、および素子２と素子４とが逆相の位相関係となり、４個の放射電界のベクトル和が極小、すなわち第１ナルとなる。
　従来のアンテナ装置において、上側の放射素子群と下側の放射素子群とに均等な分配比（１：１）で給電すると第１ナルの利得はほぼ０（－３０ｄＢ以下）になるが、均等でない分配比（１：２～１：４）で給電すると、４個の放射電界のベクトル和は０にならず、第１ナルの利得が－１８ｄＢ～－１２ｄＢ程度に上昇することが記載されている。
特開２００４－４０２９９号公報
　上記の通り、従来のアンテナ装置は、１７度近辺に位置する第１ナルの利得を上げる効果はあるが、３６度近辺に位置する第２ナルに対してはナルフィリングの効果がないという問題点がある。
　上記特許文献１の図２および図３には記載されていないが、３６度近辺では素子１と素子２とが逆相、素子３と素子４が逆相の位相関係となるため、上側放射素子群と下側放射素子群に対する給電分配比に関わらず、４個の放射電界のベクトル和はほぼ０となるからである。このため、従来のアンテナ装置では、第２ナルである３６度近辺を含み、第２ナルを超える広い角度範囲で使用することが困難であるという問題点がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、第１ナルだけでなく、第２ナル以降のナルに対するナルフィリングを可能とするアンテナ装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の方向に配列された３以上且つ奇数個の放射素子と、前記放射素子に高周波信号を供給する給電回路とを備えたアンテナ装置において、配列の中央に位置する放射素子の励振電圧を、他の放射素子の励振電圧の平均値の２．２倍以上に設定したことを特徴とする。
　本発明によれば、第２ナル以降のナルに対するナルフィリングが可能になる、という効果を奏する。
実施の形態１に係るアンテナ装置における第１の例の構成を示す正面図 第１の例のアレーアンテナにおける２種類の放射パターンを比較して示すグラフ 実施の形態１に係るアンテナ装置における第２の例の構成を示す正面図 第２の例のアレーアンテナにおける２種類の放射パターンを比較して示すグラフ 実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す正面図 表１に示した第１のケース（ナルフィリングなし）の振幅分布を与える給電回路の構成例を示す図 第１のケースの振幅分布を与える第１の電力分配器の電力分配比を説明する図 第１のケースの振幅分布を与える第２の電力分配器の電力分配比を説明する図 第１のケースの振幅分布を与える第３の電力分配器の電力分配比を説明する図 表２に示した第２のケース（ナルフィリングあり）の振幅分布を与える給電回路の構成例を示す図 第２のケースの振幅分布を与える第１の電力分配器の電力分配比を説明する図
　以下に、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置における第１の例の構成を示す正面図である。図１では、誘電体基板１上にマイクロストリップアレーアンテナを構成した場合を例示している。
　実施の形態１に係るアンテナ装置における第１の例は、図１に示すように、誘電体基板１上に配列された５個の放射素子２１～２５からなるアレーアンテナ２と、アレーアンテナ２を構成する放射素子２１～２５に高周波信号を供給する給電回路３とを含む。給電回路３は、給電部４に電気的に接続され、給電部４を介して外部からの高周波信号を放射素子２１～２５に分配する。
　５個の放射素子２１～２５は、地面に対して水平方向に仮想的に引かれた一点鎖線で示す第１の直線Ｌ１上に配列されている。なお、放射素子２１～２５としてはパッチアンテナが例示され、給電回路３としてはマイクロストリップ線路が例示され、給電部４としては、マイクロストリップ線路と導波管との間で伝送される信号を相互に変換するマイクロストリップ線路／導波管変換器が例示される。
　放射素子２１～２５は、０．５～０．８波長程度の間隔で等間隔に配置される。給電回路３は、給電部４を介して入力される高周波信号が、放射素子２１～２５に対し、振幅は均等でなく、位相は等位相であり、且つ、予め設定された分配比で給電されるように設計される。
　次に、第１の例におけるアレーアンテナ２の特性について説明する。
　まず、第１のケースとして、ナルフィリングを行わない場合の放射パターンを図２の破線で示す。放射パターンは計算値である。なお、放射パターンの計算に際し、放射素子の間隔は０．６４波長、振幅分布は公知のテイラー分布であり、サイドローブレベルは“－３０ｄＢ”としている。
　第１のケースの放射パターンは図２の破線で示されるように、正面方向である０度で５個の放射素子２１～２５からの放射電界が同相で加算され、利得が最大（０ｄＢ）となる。また、±２８度に第１ナル、±４１度に第２ナル、±６６度に第３ナルが存在する。よって、この放射パターンを使用する場合、レーダ装置の使用可能範囲は正面方向から第１ナルの内側まで、すなわち±２４度程度に限定される。
　第１のケースの振幅分布を下記表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示されるように、中央の放射素子２３の励振電圧は“１”に正規化されている。一方、中央の放射素子２３を除く残り４個の放射素子２１，２２，２４，２５の励振電圧の平均値を求めると“０．５５”となる。この平均値に対して、中央の放射素子２３の励振電圧の比率は１．８２（≒１．００／０．５５）倍となっており、２．２未満の値である。
　次に、第２のケースとして、中央に位置する放射素子２３の励振電圧を第１のケースの場合の１．２６倍（＋２．０ｄＢ）に上げた場合の放射パターン（計算値）を図２の実線で示す。第１のケースと比較すると、±２８度近辺、±４１度近辺、±６６度近辺の利得が上昇し、全てのナルに対してナルフィリングが行われている。よって、この放射パターンを使用する場合、レーダ装置の使用可能範囲は±７０度以上に広角化されることになる。
　第２のケースの振幅分布を下記表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１と表２とを比較すると、表２の場合、中央の放射素子２３以外の励振電圧の比率は同一である。一方、中央の放射素子２３の励振電圧の比率は平均値の２．２９（≒１．２６／０．５５）倍となっており、この部分だけが表１と異なっている。したがって、中央の放射素子２３の励振電圧の比率の値を変更することにより、ナルフィリングの効果が得られたことが分かる。
　次に、実施の形態１に係るアンテナ装置の図１とは異なる例について説明する。図３は、実施の形態１に係るアンテナ装置における第２の例の構成を示す正面図である。実施の形態１に係るアンテナ装置における第２の例は、図３に示すように、誘電体基板１上に配列された７個の放射素子２１～２７からなるアレーアンテナ２Ａと、アレーアンテナ２Ａを構成する放射素子２１～２７に高周波信号を供給する給電回路３とを含む。給電回路３は、給電部４に電気的に接続され、給電部４を介して外部からの高周波信号を放射素子２１～２７に分配する。
　７個の放射素子２１～２７は、地面に対して水平方向に仮想的に引かれた一点鎖線で示す第１の直線Ｌ１上に配列されている。第１の例と同様に、放射素子２１～２７としてはパッチアンテナが例示され、給電回路３としてはマイクロストリップ線路が例示され、給電部４としては、マイクロストリップ線路と導波管との間で伝送される信号を相互に変換するマイクロストリップ線路／導波管変換器が例示される。
　放射素子２１～２７は、０．５～０．８波長程度の間隔で等間隔に配置される。給電回路３は、給電部４を介して入力される高周波信号が、放射素子２１～２７に対し、振幅は均等でなく、位相は等位相であり、且つ、予め設定された分配比で給電されるように設計される。
　次に、第２の例におけるアレーアンテナ２Ａの特性について説明する。
　まず、第３のケースとして、ナルフィリングを行わない場合の放射パターンを図４の破線で示す。放射パターンは計算値である。なお、放射パターンの計算に際し、放射素子の間隔は０．６４波長、振幅分布は公知のテイラー分布であり、サイドローブレベルは“－３０ｄＢ”としている。
　第３のケースの放射パターンは図４の破線で示されるように、正面方向である０度で７個の放射素子２１～２７からの放射電界が同相で加算され、利得が最大（０ｄＢ）となる。また、±１９度近辺に第１ナル、±２８度近辺に第２ナル、±４４度近辺に第３ナル、±６５度近辺に第４ナルが存在する。よって、この放射パターンを使用する場合、レーダ装置の使用可能範囲は正面方向から第１ナルの内側まで、すなわち±１８度程度に限定される。
　第３のケースの振幅分布を下記表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示されるように、中央の放射素子２４の励振電圧は“１”に正規化されている。一方、中央の放射素子２４を除く残り６個の放射素子２１，２２，２３，２５，２６，２７の励振電圧の平均値を求めると“０．５８”となる。この平均値に対して、中央の放射素子２４の励振電圧の比率は１．７２（≒１．００／０．５８）倍となっており、２．２未満の値である。
　次に、第４のケースとして、中央に位置する放射素子２４の励振電圧を第３のケースの場合の１．３３倍（＋２．５ｄＢ）に上げた場合の放射パターン（計算値）を図４の実線で示す。第３のケースと比較すると、±１９度近辺、±２８度近辺、±４４度近辺、±６５度近辺の利得が上昇し、全てのナルに対してナルフィリングが行われている。よって、この放射パターンを使用する場合、レーダ装置の使用可能範囲は±７０度以上に広角化されることになる。
　第４のケースの振幅分布を下記表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表３と表４とを比較すると、表４の場合、中央の放射素子２４以外の励振電圧の比率は同一である。一方、中央の放射素子２４の励振電圧の比率は平均値の２．２９（≒１．３３／０．５８）倍となっており、この部分だけが表３と異なっている。したがって、中央の放射素子２４の励振電圧の比率の値を変更することにより、ナルフィリングの効果が得られることが分かる。
　なお、表２では、中央に位置する放射素子２３の励振電圧を、他の放射素子の励振電圧の平均値の２．２９倍に設定し、表４では、中央に位置する放射素子２４の励振電圧を、他の放射素子の励振電圧の平均値の２．２９倍に設定する例を示したが、２．２０～２．２８倍の範囲でもナルフィリングの効果は得られる。よって、中央に位置する放射素子２４の励振電圧と、他の放射素子の励振電圧の平均値との比が２．２倍以上であれば、本発明の要旨をなす。
　なお、上記の２つの例では、放射素子が５個および７個の場合について説明したが、５個および７個に限定されるものではなく、３以上の奇数個であればよい。詳細な説明は省略するが、３素子の場合であっても、中央に位置する放射素子の励振電圧を、他の放射素子の励振電圧の平均値の２．２倍以上に設定することにより、ナルフィリングの効果が得られる。
実施の形態２．
　図５は、実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す正面図であり、実施の形態１に係るアンテナ装置の構成と同一または同等の部分には同一の符号を付して示している。
　図５に示す実施の形態２に係るアンテナ装置では、水平方向である第１の方向に配列された５個の放射素子５１～５５からなる素子群を第１の方向に直交する第２の方向、すなわち地面に対して垂直方向に４つ並べて配列している。５個の放射素子５１～５５からなるアンテナ素子群は実施の形態１におけるアレーアンテナ２に相当する。このように、実施の形態２に係るアンテナ装置は、水平方向に配列された実施の形態１に係るアレーアンテナ２を垂直方向に複数配列して平面アレーとして構成したものである。なお、図５では、５個の放射素子５１～５５からなる素子群の第２の方向の配列数を４としているが、２以上すなわち複数個であればよい。
　なお、平面アレーに対する給電は、垂直方向に配列された４個の素子群、すなわち同一の給電回路３に接続される素子群ごとに行う。紙面左側から、第１素子群５Ａ、第２素子群５Ｂ、第３素子群５Ｃ、第４素子群５Ｄおよび第５素子群５Ｅとし、また、紙面の上部から、第１素子、第２素子、第３素子および第４素子とするとき、１つの実施例では、第１素子群５Ａにおける第１素子（放射素子５１）～第５素子群５Ｅにおける第１素子（放射素子５５）の間では、表２に示される励振電圧を印加し、各素子群における他の素子、すなわち第２素子～第４素子についても表２に示される励振電圧の比を維持するようにする。なお、各素子群における第１素子～第４素子の励振電圧は、同じ値である必要はない。
　実施の形態２に係るアンテナ装置によれば、実施の形態１のように水平方向に配列されたアレーアンテナを垂直方向に複数配列して平面アレーとして構成したので、実施の形態１に係るアンテナ装置と同様に、レーダ装置の使用可能範囲を±７０度以上に広角化することができ、さらに、垂直方向のビームを絞って正面利得をより高めることができるため、自動車衝突防止用レーダ装置に用いて好適なアンテナ装置を得ることができる。
　なお、以上の実施の形態１，２に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、以下に示すように、変更して構成してもよい。
　例えば、実施の形態１，２に係るアンテナ装置を自動車衝突防止用レーダ装置として用いる場合には、水平方向に広角化することが求められ、水平方向に並ぶ放射素子に対して、表２または表４に示される励振電圧の比で励振することが好ましい実施形態となる。一方、垂直方向に広角化することが求められる用途では、垂直方向に並ぶ放射素子に対して、表２に示される励振電圧の比で励振することが好ましい実施の形態となる。すなわち、地面に対して垂直な第２の方向に配列された３以上且つ奇数個の放射素子に対し、中央に位置する放射素子の励振電圧を、他の放射素子の励振電圧の平均値の２．２倍以上に設定する実施の形態も本発明の要旨をなし、また第２の方向に配列された素子群を第２の方向と直交する方向に複数配列して平面アレーとして構成する実施の形態も本発明の要旨をなす。
実施の形態３．
　実施の形態３では、実施の形態１のアンテナ装置における給電回路について説明する。ここでは、まず、表１に示した第１のケース（ナルフィリングなし）の振幅分布を与える給電回路３の構成例を説明する。この構成例による給電回路３は、図６に示すように、３個の電力分配器３１，３２，３３から構成される。第１の電力分配器である電力分配器３１は、図７に示すように０．７０７：１：０．７０７の電力分配比を有する不等３分配器である。すなわち、配列の中央に位置する放射素子２３への電力を“１”（相対値、以下同じ）とすると、放射素子２３から見て配列の一方側に位置する放射素子２１，２２からなる放射素子群に対しては“０．７０７”の大きさの電力を分配し、放射素子２３から見て配列の他方側に位置する放射素子２４，２５からなる放射素子群に対しても“０．７０７”の大きさの電力を分配する。
　上記の機能を一般化して説明すると、第１の電力分配器は、アレーアンテナを構成する放射素子群において、配列の中央に位置する第１の放射素子に付与する電力に対し、当該第１の放射素子から見て一方側に位置する放射素子群に付与する電力と、当該第１の放射素子から見て他方側に位置する放射素子群に付与する電力とを異なる電力比に分配する不等３分配器である。
　また、図６における第２の電力分配器である電力分配器３２は、図８に示すように０．１８５：１の電力分配比を有する不等２分配器である。電力分配器３２は、放射素子２２への電力を“１”とすると、放射素子２１に対しては“０．１８５”の大きさの電力を分配する。
　同様に、図６における第３の電力分配器である電力分配器３３は、図９に示すように０．１８５：１の電力分配比を有する不等２分配器である。電力分配器３３は、放射素子２４への電力を“１”とすると、放射素子２５に対しては“０．１８５”の大きさの電力を分配する。
　すなわち、第２および第３の電力分配器は、第１の放射素子を除く放射素子で構成される放射素子群において、第２の放射素子に付与する電力に対し、当該第２の放射素子以外の残りの放射素子もしくは放射素子群に付与する電力を異なる電力比に分配する不等２分配器である。
　次に、動作について説明する。図６において、給電部４から入力された相対値“１”の高周波電力は、電力分配器３１によって３分配され、“０．２９３（＝０．７０７／（１＋０．７０７＋０．７０７））”の電力が電力分配器３２へ供給され、“０．４１４（＝１／（１＋０．７０７＋０．７０７））”の電力が放射素子２３へ供給され、“０．２９３（＝０．７０７／（１＋０．７０７＋０．７０７））”の電力が電力分配器３３へ供給される。
　電力分配器３２へ供給された電力はさらに２分配され、“０．０４６（＝０．２９３×０．１８５／（１＋０．１８５））”の電力が放射素子２１へ供給され、“０．２４７（＝０．２９３×１／（１＋０．１８５））”の電力が放射素子２２へ供給される。
　また、電力分配器３３へ供給された電力はさらに２分配され、“０．２４７（＝０．２９３×１／（１＋０．１８５））”の電力が放射素子２４へ供給され、“０．０４６（＝０．２９３×０．１８５／（１＋０．１８５））”の電力が放射素子２５へ供給される。
　このようにして、給電部４から給電された高周波信号は、放射素子２１～２５へ、０．０４６：０．２４７：０．４１４：０．２４７：０．０４６の電力比で分配される。ここで、これらの電力比の平方根をとると、０．２１４：０．４９７：０．６４４：０．４９７：０．２１４の電圧比となり、最大値が１となるように定数１．５５３（＝１／０．６４４）を乗じると、表１の振幅分布が得られる。
　次に、表２に示した第２のケース（ナルフィリングあり）の振幅分布を与える給電回路３の構成例を説明する。この構成例による給電回路３は、図１０に示すように、３個の電力分配器３２，３４，３３から構成される。ここで、電力分配器３２および電力分配器３３３は、前述した第１のケースによるものと同じであり、同一符号を付して示している。一方、第１の電力分配器である電力分配器３４は、図１１に示すように０．４４６：１：０．４４６の電力分配比を有する不等３分配器である。すなわち、配列の中央に位置する放射素子２３への電力を相対値“１”とすると、放射素子２３から見て配列の一方側に位置する放射素子２１，２２からなる放射素子群に対しては“０．４４６”の大きさの電力を分配し、放射素子２３から見て配列の他方側に位置する放射素子２４，２５からなる放射素子群に対しても“０．４４６”の大きさの電力を分配する。
　次に、動作について説明する。図１０において、給電部４から入力された相対値“１”の高周波電力は、電力分配器３４によって３分配され、“０．２３６（＝０．４４６／（１＋０．４４６＋０．４４６））”の電力が電力分配器３２へ供給され、“０．５２９（＝１／（１＋０．４４６＋０．４４６））”の電力が放射素子２３へ供給され、“０．２３６（＝０．４４６／（１＋０．４４６＋０．４４６））”の電力が電力分配器３３へ供給される。
　電力分配器３２へ供給された電力はさらに２分配され、“０．０３７（＝０．２３６×０．１８５／（１＋０．１８５））”の電力が放射素子２１へ供給され、“０．１９９（＝０．２３６×１／（１＋０．１８５））”の電力が放射素子２２へ供給される。
　また、電力分配器３３へ供給された電力はさらに２分配され、“０．１９９（＝０．２３６×１／（１＋０．１８５））”の電力が放射素子２４へ供給され、“０．０３７（＝０．２３６×０．１８５／（１＋０．１８５））”の電力が放射素子２５へ供給される。
　このようにして、給電部４から給電された高周波信号は、放射素子２１～２５へ、０．０３７：０．１９９：０．５２９：０．１９９：０．０３７の電力比で分配される。ここで、これらの電力比の平方根をとると、０．１９２：０．４４６：０．７２７：０．４４６：０．１９２の電圧比となり、最大値が１．２６となるように定数１．７３３（＝１．２６／０．７２７）を乗じると表２の振幅分布が得られる。
　なお、図６および図１０では、放射素子が５個の場合について説明したが、５個に限定されるものではなく、３以上の奇数個である放射素子群に適用可能である。なお、放射素子が３個の場合、第１の電力分配器のみでよく、第２および第３の電力分配器は不要である。また、放射素子が７個の場合、１つの第１の電力分配器と、２つの第２の電力分配器と、２つの第３の電力分配器で構成することができる。なお、図８および図９にも示すように、第２の電力分配器である電力分配器３２と、第３の電力分配器である電力分配器３３の機能は同一であり、同一の不等２分配器を用いることができる。したがって、実施の形態３に係る給電回路は、放射素子の数が３の場合には、１つの不等３分配器で構成することができ、放射素子の数が５以上の奇数個の場合には、１つの不等３分配器と、２以上且つ偶数個の不等２分配器とで構成することができる。
　なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　誘電体基板、２，２Ａ　アレーアンテナ、３　給電回路、４　給電部、５Ａ～５Ｅ　第１素子群～第５素子群、２１～２７，５１～５５　放射素子、３１，３４　電力分配器（第１の電力分配器）、３２　電力分配器（第２の電力分配器）、３３　電力分配器（第３の電力分配器）。

Claims (4)

  1. 　第１の方向に配列された３以上且つ奇数個の放射素子と、前記放射素子に高周波信号を供給する給電回路とを備えたアンテナ装置において、
    　配列の中央に位置する第１の放射素子の励振電圧を、前記第１の放射素子を除く他の放射素子の励振電圧の平均値の２．２倍以上に設定したことを特徴とするアンテナ装置。
  2. 　前記第１の方向に配列された３以上且つ奇数個の放射素子からなる素子群が、前記第１の方向と直交する方向に複数配列されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記給電回路は、少なくとも１つの不等３分配器を有してなり、
    　前記不等３分配器は、前記第１の放射素子に付与する電力に対し、前記第１の放射素子から見て一方側に位置する放射素子群に付与する電力と、前記第１の放射素子から見て他方側に位置する放射素子群に付与する電力とを異なる電力比に分配する
    　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。
  4. 　前記アンテナ装置を構成する放射素子の数が５以上且つ奇数個の場合、
    　前記給電回路は、１つの前記不等３分配器と、２以上且つ偶数個の不等２分配器とを有してなり、
    　前記不等２分配器は、前記第１の放射素子を除く放射素子で構成される放射素子群において、第２の放射素子に付与する電力に対し、前記第２の放射素子以外の残りの放射素子もしくは放射素子群に付与する電力を異なる電力比に分配する
    　ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
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