(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を置いた２個の端部を有するアレイ中に配置された複数のアンテナ要素と、
前記アレイの一端に位置する少なくとも２個の隣接するアンテナ要素の第１のグループ及び前記アレイの他端に隣接して位置する少なくとも２個の隣接するアンテナ要素の第２のグループと、
前記第１のグループにおける信号位相を制御する為にアンテナ要素の前記第１のグループに電気的に接続された出力を有するグループ移相器であって、前記グループ移相器の前記出力は、前記アンテナ要素の第２のグループにおける信号位相を制御する為にアンテナ要素の前記第２のグループにスイッチを介して接続されている、前記グループ移相器と、
アンテナ要素の前記第１及び第２のグループ間の少なくとも数個のアンテナ要素に対して中間のそれぞれのアンテナ要素に接続され、前記中間のそれぞれのアンテナ要素における信号位相を制御するための、個別の移相器と、及び
１８０度位相遅延ライン、を備え、
前記スイッチは、前記位相遅延ラインを、前記グループ移相器と少なくとも２個のアンテナ要素の前記第２のグループとの間で直列に選択的に電気接続する、マイクロ波アンテナシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロ波アンテナシステムであって、前記第１及び第２のグループはそれぞれ少なくとも３個の隣接するアンテナ要素を備える、マイクロ波アンテナシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のマイクロ波アンテナシステムであって、さらに、
前記第１のグループに隣接する少なくとも２個の隣接するアンテナ要素の第３のグループと、前記アレイの他端に位置しかつ前記第２のグループに隣接する少なくとも２個の隣接するアンテナ要素の第４のグループと、
アンテナ要素の前記第３及び第４のグループにおける信号位相を制御する、第２の移相器と、
第２の位相遅延ラインと、
前記第２の位相遅延ラインを直列に、前記第２の移相器と少なくとも２個のアンテナ要素の前記第４のグループとの間に、選択的に電気的接続する第２のスイッチと、を備える、マイクロ波アンテナシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のマイクロ波アンテナシステムであって、前記第２の位相遅延ラインはその入力と出力との間に１８０度の位相シフトを生成する、マイクロ波アンテナシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のマイクロ波アンテナシステムであって、さらに、前記中間のアンテナ要素の信号振幅をアンテナ要素の前記第１及び第２のグループに対して増加させるための、少なくとも１個の増幅器を備える、マイクロ波アンテナシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のマイクロ波アンテナシステムであって、さらに、複数の信号増幅器を備え、１個の信号増幅器は、前記中間のアンテナ要素の少なくとも複数個のそれぞれに動作可能に接続されている、マイクロ波アンテナシステム。
【請求項７】
間隔を置いた２個の端部を有するアレイ中に配置された複数のアンテナ要素と、
前記アレイの一端において少なくとも２個の隣接するアンテナ要素の第１のグループに電気的に接続されて前記第１グループの信号位相を制御し、且つ、前記アレイの他端に隣接する少なくとも２個の隣接するアンテナ要素の第２のグループに電気的に接続されて前記第２のグループにおいて信号位相を制御する、第１の移相器と、
アンテナ要素の前記第１及び第２のグループ間の少なくとも数個のアンテナ要素に対して中間のそれぞれのアンテナ要素に接続され、前記中間のそれぞれのアンテナ要素における信号位相を制御するための、個別の移相器と、
位相遅延ラインと、
前記位相遅延ラインを、前記第１の移相器と少なくとも２個のアンテナ要素の前記第２のグループとの間で直列に選択的に電気接続する、第１のスイッチと、
前記第１のグループに隣接する少なくとも２個の隣接するアンテナ要素の第３のグループと、前記アレイの他端に位置しかつ前記第２のグループに隣接する少なくとも２個の隣接するアンテナ要素の第４のグループと、
アンテナ要素の前記第３及び第４のグループにおける信号位相を制御する第２の移相器と、
第２の位相遅延ラインと、更に
前記第２の位相遅延ラインを、前記第２の移相器と少なくとも２個のアンテナ要素の前記第４のグループ間で直列に選択的に電気接続する第２のスイッチと、
を備える、マイクロ波アンテナシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のマイクロ波アンテナシステムにおいて、前記第１及び第２のグループはそれぞれ少なくとも３個の隣接するアンテナ要素を備える、マイクロ波アンテナシステム。
【請求項９】
請求項７に記載のマイクロ波アンテナシステムにおいて、前記位相遅延ラインは、その入力と出力との間に１８０度の位相シフトを生成する、マイクロ波アンテナシステム。
【請求項１０】
請求項７に記載のマイクロ波アンテナシステムにおいて、前記第２の位相遅延ラインはその入力と出力との間に１８０度の位相シフトを生成する、マイクロ波アンテナシステム。
【請求項１１】
請求項７に記載のマイクロ波アンテナシステムにおいて、更に、アンテナ要素の前記第１及び第２のグループに対して、前記中間のアンテナ要素の信号振幅を増加させるための少なくとも１個の増幅器を備える、マイクロ波アンテナシステム。
【請求項１２】
請求項７に記載のマイクロ波アンテナシステムにおいて、更に、複数の信号増幅器を備え、１個の信号増幅器が前記中間のアンテナ要素の少なくとも複数個のそれぞれに動作可能に接続されている、マイクロ波アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にアンテナに関し、さらに特定すると、マイクロ波アンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイアンテナはしばしば、レーダーまたはマイクロ波ビームエコーを電子的に走査するために使用される。このようなマイクロ波アンテナシステムは、自動車用途を含む、多くの異なるアプリケーションにおいて使用されている。
【０００３】
これら既知のフェーズドアレイマイクロ波アンテナシステムは、通常、複数のアンテナ要素を含んでおり、これらのアンテナ要素は一端から他端に直線的に配置されており、各アンテナ要素は互いに等間隔である。アンテナ走査の方向を制御するために、移相器を使用して入力受信信号の位相に変更を加え、信号がアンテナシステムの所望の方向に結合されるようにする。
【０００４】
アンテナアレイ要素における位相シフトを制御するための１つの方法は、アレイ中の全ての要素に対して移相器を設けることである。このような設計は、レーダービームの方向を制御するために、ほぼ理想的な性能を提供する。
【０００５】
しかしながら、フェーズドアレイアンテナシステムの各要素に移相器を設けることの欠点は、移相器が比較的高価であり、且つ、レーダートランシーバモジュールをより複雑化することである。従って、アレイ中の各要素に移相器を設けることは、レーダーシステムのためのトランシーバモジュールのコストのみならず、そのサイズを大幅に増加させる。多くのタイプのシステム、例えば自動車用システムでは、アレイ要素それぞれに対する個別の移相器のコストを正当化することは困難である。
【０００６】
従来の設計では、隣接するアンテナ要素のペアに対して１個の移相器が接続され、その結果、アンテナシステムに対して必要な移相器の数を実質的に２分の１まで減少させている。しかしながらこの方法では、受信したマイクロ波信号に対してグレーティングローブを発生させる、という不都合な結果を生じる。このようなグレーティングローブは、視野外のターゲットをあたかもそれらが視野内にあるかの様に出現させ、これらはゴーストターゲットとして知られている。これらのゴーストターゲットを現実のターゲットと区別することはできず、その結果、フェーズドアレイの走査可能なエリアは減少する。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、既知のアンテナシステムの上記の欠点を克服する、マイクロ波アンテナシステムを提供する。
【０００８】
要約すると、本発明のマイクロ波アンテナシステムは、一端から他端に直線的に配置された複数のアンテナ要素を有する、フェーズドアレイを備えている。１個の移相器が、アレイの一端において、少なくとも２個、好ましくはそれ以上のアンテナ要素の第１のグループに電気的に接続されて、そのグループの信号位相を制御する。移相器はさらに、アンテナアレイの他端に隣接するアンテナ要素の第２のグループに、電気的に接続される。
【０００９】
マイクロ波アンテナシステムの設計において、隣接するアンテナ要素または要素グループ間の位相シフトは、アンテナアレイの適切なステアリングに対して一定値を維持する。その結果、ある有限数の位置に対して、アンテナアレイの一端における位相シフトは、アンテナアレイの他端から３６０度オフセットする。３６０度は電気的に０度と等価であり、このような位相シフトは、受信された信号が容認できないグレーティングローブを持たない、“良好な”位置であると見做すことができる。反対に、隣接する要素間の他の有限の位相シフト位置では、第１の要素の位相は、アンテナアレイの反対端において所望の位相シフトから１８０度オフセットしている。このような状況は、結果として、容認できないグレーティングローブとゴーストイメージを生じる。
【００１０】
その結果として、一個の移相器を用いて、アンテナアレイの反対の両端のまたは隣接するアンテナ要素の２個のグループにおける位相シフトを制御することにより、移相器の数が効果的に減少するが、しかし、アンテナアレイの反対端のグループ間で３６０度の位相シフトを生成する、隣接する要素間の位相シフトの数は限られ、且つ、アンテナ要素の２個のグループ間で容認できない１８０度位相がずれた状況を生成する、隣接するアンテナ要素間の位相シフトが同じ数だけ存在する、と言う限界がある。
【００１１】
良好なビーム位置の数を事実上２倍にするために、１８０度位相ラインを選択的に、移相器とアンテナ要素の第２のグループとの間に直列に、電気的に接続する。その結果、第１と第２のグループ間の位相差がともかく１８０度ずれている場合、移相器とアンテナ要素の第２のグループとの間に遅延ラインを直列に電気的接続することによって、アンテナ要素の第１と第２グループ間で所望の位相シフトを回復し、それによって良好なビーム位置を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好ましい実施形態を示すブロック図である。
【図２Ａ】遅延ラインの効果を示すグラフである。
【図２Ｂ】遅延ラインの効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明を添付の図面と関連して参照することにより、本発明をより良く理解することができる。ここで、図面全体に渡って、同様の参照符号は同様の部品に言及する。
【００１４】
図１を参照すると、マイクロ波アンテナシステム１０の好ましい実施形態の概略図が示されている。アンテナシステム１０は複数のアンテナ要素１２を含み、これらの要素は、アレイの一端１４から第２端１６まで、１つのアレイとして直線的に配置されている。アンテナ要素１２はさらに、互いに実質的に同じであり、互いに同じ間隔だけ離れている。
【００１５】
アンテナアレイ中のアンテナ要素１２の実際の数は、１つのアンテナシステムと次のものとでは変化する。アンテナ要素１２の数を増加させることで、アンテナ方向の精度を向上させ、その逆もまた同様となる。
【００１６】
ビーム方向を制御するために、複数の移相器２０がマイクロ波アンテナ１０に結合されて種々のアンテナ要素１２の信号位相を制御する。移相器は高価であり且つシステム全体の複雑性を追加するため、容認できるアンテナ性能を維持しながら、使用する移相器２０の数を最小とすることが望ましい。
【００１７】
既知のマイクロ波アンテナシステムとは異なって、一個の移相器２０’が、アンテナアレイの一端１４で少なくとも２個、さらに好ましくは３個のアンテナ要素１２の第１のグループ２２における位相を制御するために使用される。この移相器２０’はさらに、アンテナアレイの他端１６に隣接するがしかし内側に向って離れている、少なくとも２個さらに好ましくは３個のアンテナ要素１２の第２のグループ２４に電気的に接続される。同様に、第２の移相器２０”が、第１のグループ２２に隣接する少なくとも２個さらに好ましくは３個のアンテナアレイの第３のグループ２６に、電気的に接続されている。移相器２０”はさらに、アンテナアレイの反対端１６において、少なくとも２個さらに好ましくは３個のアンテナ要素の第４のグループ２８に電気的に接続されている。
【００１８】
個別の移相器２０は、アレイ要素の第３のグループ２６と第２のグループ２４間において、アンテナ要素１２の位相シフトを制御する。アンテナアレイにおけるアンテナ要素１２の数に依存して、アンテナ要素の第１のグループ２２と第２のグループ２４間の位相オフセットは３６０度となる。
【００１９】
例えば、アレイ要素の第２のグループ２４と第３のグループ２６との間に２２個のアンテナ要素があると仮定すると、隣接する要素間または要素のグループ間での６度の位相シフトは、結果として、アンテナ要素１２の第１のグループ２２と第２のグループ２４間で３６０度の位相シフトを生じる。アンテナ要素１２の第３のグループ２６と第４のグループ２８間の位相シフトに対しても、同じことになる。このように、６度の位相シフトは結果として良好なビーム位置を生じる。しかしながら、アンテナ要素１２の第１のグループ２２と第２のグループ２４間の位相シフトが次に良好なビーム位置は、隣接するアンテナ要素間または要素のグループ間で１２度の位相シフトがあるまで、発生しない。６度の位相シフト毎のみに発生する良好なビーム位置は、非常に粗い解像度しか提供せず、これは、自動車用レーダーアプリケーションを含む多くのアプリケーションにおいて容認できない。
【００２０】
良好なビーム位置の数を実質的に２倍にし、それによって、アンテナアレイに対する解像度を２倍とするために、移相器２０’とアンテナ要素１２の第２のグループ２４との間に、スイッチ３２によって、第１の１８０度遅延ライン３０を選択的に直列接続する。概略的にのみ記載されている、全ての一般的なスイッチ３２を使用して、遅延ライン３０を、移相器２０’とアレイ要素１２の第２のグループ２４間に有効に直列接続し、かつ切り離すことができる。
【００２１】
同様に、第２の１８０度遅延ライン３４がスイッチ３６によって、移相器２０”とアレイ要素１２の第４のグループ２８間に選択的に直列接続される。この結果、移相器２０とアレイ要素１２の第４のグループ２８との間に直列に、遅延ライン３４が電気接続された場合、移相器２０からの信号は実質的に１８０度、シフトされる。
【００２２】
遅延ライン３０と３４を、それに関連する移相器と、アレイ要素１２の関連するグループ２４または２８との間に選択的に接続することによって、良好なビーム位置の数が実質的に２倍となる。例えば、２２個の個別のアレイ要素１２がアレイ要素１２の第２及び第３のグループ２４及び２６間に位置している以前に述べた事例において、遅延ライン３０及び３４を有しない３度のビーム位置は、第１及び第２のグループ２２及び２４間で、アレイ要素の第３及び第４のグループ２６及び２８間と同様に、１８０度の位相シフトを生成する結果となる。このような１８０度の位相差は、容認することができないグレーティングローブを生成する。
【００２３】
しかしながら、遅延ライン３０と３４をスイッチングして、遅延ライン３０と３４がそれと関連する移相器２０’と２０”及びアンテナ要素１２の関連するグループとの間で直列に接続されるようにすることにより、第２及び第４グループ２４及び２８の位相は、再び、アンテナ要素１２の第１及び第３のグループ２２及び２６の位相にそれぞれ一致し、これによって、良好なビーム位置が提供される。この方法で、隣接するアンテナ要素１２間または要素のグループ間での位相シフトの３度の増加毎に、良好なビーム位置が達成される。このような３度の間隔は、自動車用アプリケーションを含む多くのアプリケーションに対して充分な解像度を提供する。
【００２４】
次に図２Ａ及び２Ｂを参照すると、遅延ライン３０と３４の効果が示されている。図２Ａは、２個の良好なビーム位置間、即ち３度、の中間に位置するビームにおいて、遅延ライン３０及び３４の無い受信信号のグラフを示している。図２Ａから理解されるように、振幅の大きなグレーティングローブ５０が主信号５２を取り囲み、この主信号は受信画像のゴーストを発生させ得る。
【００２５】
反対に、遅延ライン３０と３４とをそれに関連する移相器２０’、２０”とアレイ要素１２の関連するグループ２４または２８との間に直列に接続することによって、受信信号５２は良好なビーム位置、即ち３度、の間の途中の位置で示される。遅延ライン３０及び３４が、アンテナ要素１２と移相器２０’、２０”との間で、信号の１８０度位相シフトを生成すると、グレーティングローブ５０はその振幅が大きく減少し、所望の信号５２がグレーティングローブ５０から明確に区別され得る。
【００２６】
以上のことから、本発明によって、高価でない遅延ラインとスイッチの使用を通じて、移相器の数を減少させるのみならず良好なビーム位置の数を増加させる、単純でしかも効果的なマイクロ波アンテナシステムが提供されることが理解される。これまで本発明について記載したが、本発明に対する多くの変更は、特許請求の範囲によって定義される本発明の精神を逸脱することなく、当業者にとって自明である。
【図１】
0005426634.tif 000002
【図２Ａ】
0005426634.tif 000003
【図２Ｂ】
0005426634.tif 000004