(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体レンズと、１次放射器とを備えたアンテナ装置において、前記１次放射器は、指向方向が前記誘電体レンズの中心を向きつつ、位相中心の移動経路が前記誘電体レンズの焦点面に対して非並行となるように変位し、前記１次放射器の位相中心と前記誘電体レンズの相対位置を変位させることによってビームの指向方向を変化させることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記１次放射器は、位相中心が前記誘電体レンズの光軸に近い程、前記焦点面から離れるように変位することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記１次放射器の位相中心の略移動経路上で、且つ前記誘電体レンズの中心軸から離れた位置に焦点を生じさせるようにした請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれかに記載のアンテナ装置と、該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送受波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘電体レンズと１次放射器により構成されるミリ波帯などにおけるアンテナ装置およびそれを用いた送受波モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばミリ波帯を用いた車載用レーダは、車両の前方または後方に対して指向性の鋭いレーダビームを送波し、前方または後方を走行する車両などのターゲットからの反射波を受波し、その送受波信号の時間の遅れや周波数差などからターゲットまでの距離や自車両との相対速度を検出するようにしている。このようなミリ波レーダにおいては、探知すべき角度範囲が狭い場合には、固定された方向に送受波ビームを形成すればよいが、探知すべき角度範囲が広い場合や、角度方向の分解能を低下させることなくしかも高利得を維持するためには、送受波ビームの指向性を鋭くしたまま、その方向を変化させる（以下ビームの走査という。）必要が生じる。
【０００３】
そこで、従来はミリ波帯のアンテナ装置として、図７に示すように、誘電体レンズ２と１次放射器１とで１つのアンテナ装置を構成し、誘電体レンズ２に対する１次放射器１の相対位置を変化させることによってビームの方向を変化させるようにしていた。図７において１ａ，１ｂ，１ｃは、単一の１次放射器のビーム走査時における３点の位置を同時に示したものである。１次放射器が１ａの位置にあるとき、ビームはＢａのように形成され、１次放射器が１ｂの位置にあるとき、ビームはＢｂのように形成され、１次放射器が１ｃの位置にあるとき、ビームはＢｃのように形成される。図８は１次放射器の位置による光線の変化の例を示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記誘電体レンズは、その中心軸を中心とする回転対称体であるので、通常はその中心軸（以下「光軸」という。）上に焦点が生じ、１次放射器の位相中心が焦点位置にあるときに形成されるビームは最も鋭いものとなる。図７に示した例では、１次放射器が１ｂに示す位置にある時に形成されるビームＢｂが最も鋭くて高利得が得られる状態となる。１次放射器の位相中心が焦点から外れるほど、ビームの幅（半値角）が広くなり、それに伴って放射の強さも小さくなるので利得は低下する。そこで、一般には焦点を通る光軸に垂直な平面（以下「焦点面」という。）に沿って１次放射器の位相中心を移動させて、ビームの形をなるべく鋭くしたまま走査させることによって、利得が低下しないようにしていた。
【０００５】
しかし、ビーム走査の角度範囲を広くとる必要がある場合には、上記１次放射器の変位が大きくなって、それに伴い誘電体レンズの光軸に対して大きく傾斜する。そのため、誘電体レンズの開口効率が低下し、また、収差による影響も大きくなって、アンテナの利得が大きく変化してしまう。また、ビーム走査の角度範囲が比較的狭い場合でも、より均一な利得が要求される場合には、１次放射器の変位に伴う利得変化が問題となる。
【０００６】
この発明の目的は、誘電体レンズに対する１次放射器の変位によるビーム走査時における利得の変化を抑えたアンテナ装置および広い角度範囲について均一な利得の下で探知を行えるようにした送受波モジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、誘電体レンズと、１次放射器とを備えたアンテナ装置において、前記１次放射器は、指向方向が前記誘電体レンズの中心を向きつつ、位相中心の移動経路が前記誘電体レンズの焦点面に対して非並行となるように変位し、前記１次放射器の位相中心と前記誘電体レンズの相対位置を変位させることによってビームの指向方向を変化させる。このことにより、１次放射器を焦点面上を変位させるだけの場合とは異なって、１次放射器の変位による誘電体レンズの開口効率および収差の変動を制御することが可能となる。
【０００８】
前記１次放射器は、位相中心が前記誘電体レンズの光軸に近い程、前記焦点面から離れるように変位するように構成する。また、この発明は、前記１次放射器の位相中心の略移動経路上で、且つ前記誘電体レンズの中心軸から離れた位置に焦点を生じさせるようにする。これにより、１次放射器の変位による誘電体レンズの開口効率および収差の変動によるアンテナ利得の変動が抑制される。
【０００９】
さらにこの発明は、上記アンテナ装置と、該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、上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て送受波モジュールを構成する。これにより、探知すべき方位に関わらず、安定した利得の下でターゲットの探知を行うことができる。
【００１０】
【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３を参照して説明する。
図１はビーム走査時の１次放射器の変位の例を示している。実際には１次放射器は単一であり、図中の１ａ，１ｂ，１ｃはビーム走査時の１次放射器１の３点の位置を示している。図１において１次放射器は回転モータを駆動源とする機構またはリニアモータを駆動源とする機構により変位させる。Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃは１次放射器が１ａ，１ｂ，１ｃの位置にあるときの光線を示している。１次放射器１ｂが誘電体レンズ２の光軸上にあるとき、ビームはＲｂに示すように比較的広がる。１次放射器が１ａの位置にあるとき、光線Ｒａ，Ｒａは略平行光となって、鋭いビームを形成する。同様に１次放射器が１ｃの位置にあるとき、光線Ｒｃ，Ｒｃは略平行光となって、鋭いビームを形成する。
【００１１】
ところで、１次放射器が１ｂに示すように光軸上にあるとき、誘電体レンズ２の開口効率は最も高くなり、１次放射器が１ａまたは１ｃに示すように光軸からずれるほど誘電体レンズ２の開口効率が低下する。ここで「開口効率」とは、１ａまたは１ｃに示すように、１次放射器が光軸外にあるとき、その光軸外物点（１次放射器の位相中心）の結像に関係する光線束の光軸に垂直な断面積を、光軸上物点の結像に関係する光線束の同様の断面積に対する相対比率である。従って光軸外物点が光軸から離れるほど、開口効率が低下する（その物点からレンズを見たときの形（楕円形）の面積が小さくなる）。また、１次放射器の位相中心が光軸からずれる程、収差の影響によりビームが広がるため、それによっても利得が低下する。
【００１２】
図２は図１に示したアンテナ装置の１次放射器を変位させる回転体の回転角度と利得劣化との関係を、従来のアンテナ装置と対比して示している。また図３はその１次放射器の変位によるビームの中心軸の走査に合わせて、利得を放射方向の長さで表したときの軌跡を示している。図３においてＡは図１に示した本願発明によるアンテナ装置、Ｂは従来のアンテナ装置の特性を示している。このように本願発明によれば、１次放射器が光軸上にあるとき、その１次放射器の位相中心が誘電体レンズの焦点位置から軸方向にずれているため、従来のアンテナ装置に対して利得劣化が生じるが、１次放射器を光軸から最も変位させたとき、１次放射器の位相中心は焦点面上に来るため、従来のアンテナ装置に比較して利得劣化は大きく改善される。これに伴いビーム走査を行うために１次放射器を変位させた時の利得劣化の変化は緩やかなものとなる。これに対して従来のアンテナ装置では、１次放射器が光軸上にあるときに最も高い利得が得られるが、ビームを走査させるために１次放射器を変位させると、利得は急激に劣化することになる。
【００１３】
次に、第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を図４を参照して説明する。
図１に示した例では、１次放射器が光軸上にあるとき、誘電体レンズの焦点から誘電体レンズ寄りにずれた位置に来るように１次放射器を変位させる例を示したが、図４では、逆に１次放射器が光軸上に来るとき焦点Ｆからレンズより遠ざかる位置に来るようにしている。すなわち、１次放射器１ｂが誘電体レンズ２の光軸上にあるとき、ビームはＲｂに示すように比較的広がる。１次放射器が１ａの位置にあるとき、光線Ｒａ，Ｒａは略平行光となって、鋭いビームを形成する。同様に１次放射器が１ｃの位置にあるとき、光線Ｒｃ，Ｒｃは略平行光となって、鋭いビームを形成する。
【００１４】
ここで、１次放射器の指向方向が常に誘電体レンズの中心を向くように変位させたとき（以下「回転移動タイプ」という。）のアンテナ利得の変化と、その比較例として、図７および図８に示したように、１次放射器を焦点面に平行に移動させたとき（以下「平行移動タイプ」という。）のアンテナ利得の変化とを図９に示す。図９の（Ａ）は前者の特性、（Ｂ）は後者の特性をそれぞれ表している。（Ａ），（Ｂ）において、横軸は誘電体レンズの光軸を０°とした走査方向の角度、縦軸は利得である。（Ａ）は、回転移動タイプの特性であり、１次放射器の指向方向と光軸との成す角度を±０°、＋７°、＋１４°の３通りに変化させたときのアンテナ利得の変化をシミュレーションしたものである。また、（Ｂ）は、平行移動タイプのアンテナ利得であり、光軸からの１次放射器のずれを±０mm、＋４mm、＋８mmの３通りに変化させたときのアンテナ利得の変化をシミュレーションしたものである。
【００１５】
図９において、利得の高い部分がメインローブであり、その両側に利得の低い細かなサイドローブが多数発生する。図９の（Ｂ）に示した平行移動タイプでは、サイドローブのピークは−１３．９２ｄＢであったが、図９の（Ａ）に示した回転移動タイプでは、サイドローブのピークは−１５．３７ｄＢとなった。このように、平行移動タイプに比べて回転移動タイプのサイドローブが抑制される理由の１つは、１次放射器自体が指向性をもち、１次放射器の位置が変位しても、常に１次放射器のビームの強い方向が誘電体レンズの中心を向くためであるものと考えられる。すなわち、１次放射器単体で生じるサイドローブの影響が現れ難くなるためであるものと考えられる。
【００１６】
次に、第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を図５に示す。第１・第２の実施形態とは異なり、この例では誘電体レンズの中心軸上の１点を焦点とする通常のレンズではなく、その光軸からずれた複数の点に焦点を有する多焦点の誘電体レンズを用いる。図５に示す例では、Ｆａ，Ｆｂがそれぞれ焦点であり、１次放射器が１ａまたは１ｃにあるときにビームが最も鋭くなるようにしている。１次放射器が１ｂの位置にあるとき、誘電体レンズ２の焦点からずれているため、利得がその分抑えられる。全体として、１次放射器の変位に伴う利得の変化がより少なくなるように、焦点面に対する１次放射器の移動経路を定めればよい。
【００１７】
この例では多焦点レンズを用いているので、例えば１次放射器が図５における焦点面上を変位するようにしてもよい。その場合、１次放射器が光軸（中心軸）上にあるときでも、焦点位置からずれているため、その利得を抑えることができ、全体の利得変化を抑えることができる。
【００１８】
尚、各実施形態では、１次放射器が最も変位した位置を誘電体レンズの焦点位置としたが、１次放射器の変位に伴う開口効率および収差の変化に起因する利得の変化が小さくなるように１次放射器の移動経路を定めればよい。従って、例えば１次放射器の移動経路が焦点面をよぎる位置関係にあってもよい。
【００１９】
次に、ミリ波レーダーとして用いる送受波モジュールの構成を図６を参照して説明する。
図６において、アンテナ装置は上記１次放射器と誘電体レンズとにより構成したものである。図６においてＶＣＯの出力信号はアイソレータ→カップラ→サーキュレータの経路でアンテナから送信され、アンテナで受信した信号がサーキュレータを介してミキサに供給される。またミキサはこの受信信号ＲＸとカップラで分配したローカル信号Ｌｏとをミキシングして、送信信号と受信信号の周波数差を中間周波信号ＩＦとして出力する。制御回路はアンテナ装置の１次放射器を変位させるモータを駆動制御し、ＶＣＯの発振信号を変調すると共に、ターゲットまでの距離と相対速度をＩＦ信号から求める。また、１次放射器の位置から、ターゲットの方位を求める。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、１次放射器を焦点面上を変位させるだけの場合とは異なって、１次放射器の変位による誘電体レンズの開口効率および収差の変動を制御することが可能となる。
【００２１】
請求項２，３に係る発明によれば、１次放射器の変位による誘電体レンズの開口効率および収差の変動によるアンテナ利得の変動が抑制される。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、探知すべき方位に関わらず、安定した利得の下でターゲットの探知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置の誘電体レンズと１次放射器との位置関係を示す図
【図２】同アンテナ装置と従来のアンテナ装置におけるビーム走査時の利得の変化を示す図
【図３】同アンテナ装置と従来のアンテナ装置におけるビーム走査時の利得の変化を示す図
【図４】第２の実施形態に係るアンテナ装置の誘電体レンズと１次放射器との位置関係を示す図
【図５】第３の実施形態に係るアンテナ装置の誘電体レンズと１次放射器との位置関係を示す図
【図６】ミリ波レーダで用いる送受波モジュールの構成を示すブロック図
【図７】従来のアンテナ装置における誘電体レンズと１次放射器との位置関係およびそれにより定まるビームの例を示す図
【図８】従来のアンテナ装置における誘電体レンズと１次放射器との位置関係を示す図
【図９】１次放射器の変位経路の異なる２つのアンテナ装置におけるアンテナ利得の特性を示す図
【符号の説明】
１−１次放射器
２−誘電体レンズ
【図１】
0003548820.tif 000002
【図２】
0003548820.tif 000003
【図３】
0003548820.tif 000004
【図４】
0003548820.tif 000005
【図５】
0003548820.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003548820.tif 000008
【図８】
0003548820.tif 000009
【図９】
0003548820.tif 000010