(57)【要約】【課題】放射方位の異なるマルチビームが生成可能なアンテナを提供する。【解決手段】アンテナであって、基板上に形成された放射部と、前記放射部から放射される電波を内部で伝搬させてビームとして放射する導波管と、前記導波管の開口部に配置されて、前記放射部と対向する入射面と、前記入射面から入射した電波を放射する放射面と、を有する誘電体レンズと、を含み、前記誘電体レンズの放射面は、前記ビームの放射方向と垂直な平面に対して異なる面方位を有する。【選択図】図５
2018207301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナであって、
基板上に形成された放射部と、
前記放射部から放射される電波を内部で伝搬させてビームとして放射する導波管と、
前記導波管の開口部に配置されて、前記放射部と対向する入射面と、前記入射面から入射した電波を放射する放射面と、を有する誘電体レンズと、を含み、
前記誘電体レンズの放射面は、前記ビームの放射方向と垂直な平面に対して異なる面方位を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナであって、
前記誘電体レンズの放射面は、
前記導波管の開口面よりも前記ビームの放射方向側の所定の位置で、前記ビームの放射方向と垂直な平面に対して所定の角度の斜面を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
請求項１に記載のアンテナであって、
前記放射部は、
第１の放射部と第２の放射部を有し、
前記導波管は、
前記第１の放射部から放射される電波を内部で伝搬させてビームとして放射する第１の導波管と、前記第２の放射部から放射される電波を内部で伝搬させてビームとして放射する第２の導波管と、を有し、
前記誘電体レンズは、
前記第１の導波管の開口部に配置されて、前記第１の放射部と対向する入射面と、前記入射面から入射した電波を放射する第１の放射面と、を有する第１の誘電体レンズと、前記第２の導波管の開口部に配置されて、前記第２の放射部と対向する入射面と、前記入射面から入射した電波を放射する第２の放射面と、を有する第２の誘電体レンズと、を有し、
前記第１の誘電体レンズの放射面は、
前記第１の導波管の開口面で、前記開口面と平行な平面を有し、
前記第２の誘電体レンズの放射面は、
前記第２の導波管の開口面よりも前記ビームの放射方向側の所定の位置で、前記ビームの放射方向と垂直な平面に対して所定の角度の斜面を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
請求項１に記載のアンテナであって、
前記放射部は、
第１の放射部と第２の放射部と第３の放射部を有し、
前記導波管は、
前記第１の放射部から放射される電波を内部で伝搬させてビームとして放射する第１の導波管と、前記第２の放射部から放射される電波を内部で伝搬させてビームとして放射する第２の導波管と、前記第３の放射部から放射される電波を内部で伝搬させてビームとして放射する第３の導波管と、を有し、
前記誘電体レンズは、
前記第１の導波管の開口部に配置されて、前記第１の放射部と対向する入射面と、前記入射面から入射した電波を放射する第１の放射面と、を有する第１の誘電体レンズと、前記第２の導波管の開口部に配置されて、前記第２の放射部と対向する入射面と、前記入射面から入射した電波を放射する第２の放射面と、を有する第２の誘電体レンズと、前記第３の導波管の開口部に配置されて、前記第３の放射部と対向する入射面と、前記入射面から入射した電波を放射する第３の放射面と、を有する第３の誘電体レンズと、を有し、
前記第１の誘電体レンズの放射面は、
前記第１の導波管の開口面で、前記開口面と平行な平面を有し、
前記第２の誘電体レンズの放射面は、
前記第２の導波管の開口面よりも前記ビームの放射方向側の所定の位置で、前記ビームの放射方向と垂直な平面に対して所定の角度の斜面を有し、
前記第３の誘電体レンズの放射面は、
前記第３の導波管の開口面よりも前記ビームの放射方向側の所定の位置で、前記ビームの放射方向と垂直な平面に対して所定の角度の斜面を有し、当該斜面は前記第２の誘電体レンズの放射面とは異なる面方位を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
請求項１に記載のアンテナであって、
前記基板上には複数の前記放射部が形成され、
前記導波管は、
前記複数の放射部からそれぞれ放射される電波を内部で伝搬させてビームとして放射し、
前記誘電体レンズは、
前記導波管の開口部に配置されて、複数の放射部とそれぞれ対向する複数の入射面と、前記入射面から入射した電波を放射する放射面と、を有し、
前記導波管は、
前記複数の放射部の間に、テーパ状に形成された突起部とを備え、
前記突起部の先端は、前記導波管の開口面よりも前記ビームの放射側に形成され、
前記誘電体レンズの放射面は、前記ビームの放射方向と垂直な平面に対して異なる面方位を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項６】
請求項１に記載のアンテナであって、
前記導波管の断面は、前記放射部から前記開口部へ向けて単調拡大し、
前記導波管は、前記放射部と反対側の前記開口部において前記誘電体レンズと接することを特徴とするアンテナ。
【請求項７】
請求項１に記載のアンテナであって、
前記導波管は、
前記ビームの放射方向に垂直な断面の形状が、互いに直交する第１の方向より第２の方向が狭いビームを放射する形状に形成され、
前記放射部に対向する入射面は、前記放射部に向けた凸面形状で構成される特徴とするアンテナ。
【請求項８】
請求項２に記載のアンテナであって、
前記誘電体レンズの放射面は、所定の曲面で形成されたことを特徴とするアンテナ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８に記載のアンテナを複数有するアレーアンテナであって、
前記導波管の開口面を同一平面に配置したことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８に記載のアンテナを有するレーダ装置であって、
送信回路および受信回路の少なくとも一つを有し、
前記送信回路および受信回路の各々は、前記放射部に接続されることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項８に記載のアンテナを有する車載システムであって、
送信回路および受信回路の少なくとも一つを有し、
前記送信回路および受信回路の各々は、前記放射部に接続され、
前記送信回路および前記受信回路に接続される信号処理部と、
前記信号処理部に接続される車両制御部を含むことを特徴とする車載システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、扁平ビームを生成するアンテナ及びレーダセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車や、鉄道、インフラ機器などの安全運航や安全動作のための周辺状況検知センサとして、電波を用いたドップラーセンサまたはレーダセンサが知られている。以下説明の簡略化のため、自動車用のレーダセンサについて記載する。
【０００３】
自動車用のレーダセンサには、安全運転支援や自動運転の実現に向けて、自動車の全周囲をカバーするため、検知距離と検知角度範囲が異なる複数のセンサが用いられる。特に前方遠距離向けのレーダセンサは、欧州の時速制限のないアウトバーン等を時速２００ｋｍ／ｈの走行においても安全に停止できるよう、最大検知距離は２５０ｍ以上が要求されている。そして、自動車用のレーダセンサは、カメラとのフュージョンを行う上でターゲット情報の冗長性を確保できるよう、検知距離１００ｍ以上で検知可能な角度範囲は±３０°以上が望まれている。
【０００４】
本技術の背景技術として、特許文献１〜５が知られている。特許文献１には、パッチアンテナと金属製ホーンから構成される一次放射器と誘電体レンズとからなり、誘電体レンズの焦点位置に一次放射器が配置されるアンテナが開示されている。
【０００５】
特許文献２には、複数の指向性アンテナを有し、一方向に沿った同一軸上に位置しつつ、互いの主放射方向が前記一方向と直交する方向に沿って位置ずれした状態で配置したアンテナ装置が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、送信アンテナが放射範囲の異なるアンテナ部を有し、方位分解能が低く有効検出方位範囲が広い近傍監視モードに放射範囲の広いアンテナを利用し、方位分解能が高く有効検出方位範囲が狭い遠方監視モードに放射範囲の狭いアンテナを利用し、２つの監視モードを有する車載用レーダ装置が開示されている。
【０００７】
特許文献４および特許文献５には、誘電体レンズと、誘電体レンズに接続される導波路が形成される基体部を含むレンズアンテナであって、誘電体レンズの放射面の法線方向は斜め上方を指向し、誘電体レンズの裏面側はＳ字状に膨らみ、上方から下方に向けて厚みが漸増する形状のレンズアンテナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２２８６０８公報
【特許文献２】特開２００１−０３６３４０公報
【特許文献３】特開２０１６−７０８２５公報
【特許文献４】特開２００４−２７４６４６公報
【特許文献５】特開２００４−２７４６５６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
背景技術で述べたように、自動車用のレーダセンサは最大検知距離を２５０ｍ以上、検知距離１００ｍ以上で検知可能な角度範囲は±３０°以上が望まれている。レーダ方程式とアンテナ放射特性の物理的な制限から、複数のアンテナを用いてマルチビームを形成するレーダが開発されている。
【００１０】
自動車向けのレーダセンサに使用されるアンテナは、送信または受信される電波のビーム形状が水平方向に広く、垂直方向には狭い扁平な形状が必要となる。この理由は、水平方向については対象物に対する視野角を広げたいが、垂直方向については地面からの不要輻射による雑音（ロードクラッタノイズ）を低減し、受信信号の検知感度を上げることによって、遠方の障害物を検知したいからである。
【００１１】
特許文献１に開示されたアンテナは、一次放射器から球面状に放射された電波が、放射面もしくは入射面の双曲線曲面、あるいはレンズ両面の球面形状によって集光もしくは平行電波として放射されることでレンズアンテナの利得が向上する。
【００１２】
導波管ホーンを用いたレーダ用アンテナにおいて、検知距離拡大のために特許文献１に示した誘電体レンズを採用すると、小型化とアンテナ高利得化が可能であるが、高利得化に伴い半値幅は狭角化する。アンテナ高利得特性を維持しながら、レーダの検知角度範囲を拡大するには、特許文献２および特許文献３に示したように、複数の指向性アンテナを配置しマルチビームを形成することによって実現可能である。
【００１３】
特許文献２では、複数の指向性アンテナ（矩形開口面導波管ホーンアンテナ）を、回転軸を共通化しつつ、特定の方位に傾けて配置することで、マルチビームを有するアンテナ装置を実現する。所望する方位方向で高利得なアンテナ特性を得るには、開口面の法線方位とアンテナ放射方向を一致させる必要があるため、所望する方位に指向性アンテナそのものを傾ける必要がある。従って、指向性アンテナの開口面方位が個々に異なるため、アンテナ開口面を同一平面上に形成できないことから、アンテナ装置の小型化は困難である。
【００１４】
特許文献３では、２つの監視モードを実現するため、放射範囲の異なる指向性アンテナを配置する。車載レーダ装置のマルチビーム形成に当たり、導波管ホーン開口面を同一平面上に規則的にアレイ状に配置した場合に、もっともアンテナ全体の小型化を図ることが可能である。しかしながら、放射範囲は変更できるが、必然的に開口面法線方向が同一化されるため、指向性の異なるマルチビーム化は困難である。
【００１５】
特許文献４および特許文献５は、導波路が形成される基体部と誘電体レンズにより、レンズアンテナが形成される。基体部の開口面と誘電体レンズの放射面は、斜め上方を指向する。レンズアンテナから放射される電波が水平方向のみ放射し、かつ下方向へサイドローブとして放射させたくない場合、スネルの法則を利用して、レンズアンテナの放射角度が水平になるよう、誘電体レンズの放射面を斜め上方に形成しなければならない。これは基体部の下辺は上辺よりせり出しているため、クラッタープレートとして機能を果たす。
【００１６】
また、放射面を斜め上方に形成した結果、誘電体レンズ裏側面のＳ字曲面によって誘電体レンズ内の電波伝搬方向は斜め下方向に向かうが、レンズ放射面から放射される電波は水平方向へのみ伝搬するよう、レンズ放射面と基体部開口面は同一もしくは平行となり、誘電体レンズ内から基体部の下部で反射してレンズ放射面に向かう電波が下方向へ伝搬しないよう、導波路が形成される基体部の放射先側に傾斜面を設ける必要がある。基体部開口面を斜め上方へ向けた結果、このレンズアンテナを上下左右のアレイ状に配置した場合、アンテナ開口面が上下方向で鋸状に位置するため、誘電体レンズを一体化出来ない。また、レンズの放射面より前面に上下に配置したレンズアンテナの基材部下部が生成されるため、基材部端で電波の回折によりアンテナ放射特性への悪影響も心配される。
【００１７】
よって、自動車用レーダには、最大検知距離および角度検知範囲の仕様拡大に向けて、放射方位の異なるマルチビームが生成可能なアンテナが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、アンテナであって、基板上に形成された放射部と、前記放射部から放射される電波を内部で伝搬させてビームとして放射する導波管と、前記導波管の開口部に配置されて、前記放射部と対向する入射面と、前記入射面から入射した電波を放射する放射面と、を有する誘電体レンズと、を含み、前記誘電体レンズの放射面は、前記ビームの放射方向と垂直な平面に対して異なる面方位を有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、放射面の面方位に応じて所望の方位へビームを放射することができ、マルチビームが生成可能なアンテナを提供することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１を示し、扁平ビーム生成アンテナの構造を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施例１を示し、誘電体基板の平面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施例１を示し、誘電体基板の平面図である。
【図３Ａ】本発明の実施例１を示し、扁平ビーム生成アンテナの放射特性の解析結果を示すグラフ。
【図３Ｂ】本発明の実施例１を示し、扁平ビーム生成アンテナのプリズム構造における最大利得と放射角度の解析結果を示すグラフである。
【図４Ａ】本発明の実施例１を示し、扁平ビーム生成アンテナの構造を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例１を示し、扁平ビーム生成アンテナの構造を示す図である。
【図５】本発明の実施例２を示し、扁平ビーム生成アンテナの構造を示す図である。
【図６Ａ】本発明の実施例２を示し、扁平ビーム生成アンテナの放射特性の解析結果を示すグラフである。
【図６Ｂ】本発明の実施例２を示し、扁平ビーム生成アンテナの放射方向を示す図である。
【図７】本発明の実施例２の変形例を示し、扁平ビーム生成アンテナの構造を示す図である。
【図８】本発明の実施例３を示し、扁平ビーム生成アンテナの構造を示す図である。
【図９】本発明の実施例４を示し、扁平ビーム生成アンテナの送信側の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施例４を示し、扁平ビーム生成アンテナの受信側の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施例５を示し、扁平ビーム生成アンテナの構造を示す図である。
【図１２】本発明の実施例６を示し、扁平ビーム生成アンテナを含むレーダを有する車載システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、発明を実施するための最良の形態を説明するための各図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１を示し、扁平ビーム生成アンテナの構造を示す図である。また、図２Ａは誘電体基板の平面図である。
【００２３】
図１および図２Ａに示すアンテナでは、第１の放射部１１０ａが誘電体基板１００の第１の面（図中右側の面）の中央部に形成される。また、誘電体基板１００の第１の面には第１の導体部１２０ａが形成され、誘電体基板１００の第１の面と反対側の第２の面には第２の導体部１３０ａが形成される。また、誘電体基板１００の第１の面の導体と第２の面の導体とを導通させる接続部材４００ａが設けられる。
【００２４】
誘電体基板１００の第１の面側には、少なくとも内側表面が導体から形成される第１のホーン２００ａが取り付けられ、第１のホーン（導波管）２００ａの放射側開口部（図中右側）付近には、放射部と同数のレンズ曲面を有する第１の誘電体レンズ３００ａが配置される。
【００２５】
第１のホーン２００ａは導波管であり、電波を放射するためにテーパ状に形成される。第１のホーン２００ａは、第１の放射部１１０ａ側の基端から第１の誘電体レンズ３００ａを配置した開口端に向けて断面を単調拡大する。
【００２６】
第１の誘電体レンズ３００ａは、放射部１１０ａと対向する側（入射面側）に凸形状の曲面を形成する。第１の誘電体レンズ３００ａの放射面側の平面は、ホーン２００ａの開口面Ｃ１−Ｃ１’に対して所定の角度αを有する斜面３１０ａとなっている。換言すれば、第１の誘電体レンズ３００ａの放射面は、電波（ビーム）の放射方向と垂直な平面に対して異なる面方位を有する。なお、面方位は放射面の法線方向である。自動車用のレーダ（レーダ装置またはレーダシステム）は水平方向に視野角を拡大したいため、垂直軸に対して回転した斜面となる。
【００２７】
第１の仮想線（縦中心線）Ａ１−Ａ１’は第１のホーン２００ａの放射側開口部の中心を通りかつ最短の長さとなる線であり、第２の仮想線（横中心線）Ｂ１−Ｂ１’は第１の仮想線Ａ１−Ａ１’の中心を通りかつ第１の仮想線Ａ１−Ａ１’と直交する線である。
【００２８】
本実施例１のアンテナでは、第１の仮想線Ａ１−Ａ１’の２分の１（すなわち、一つの放射側開口部のＡ１−Ａ１’方向の長さ）が第２の仮想線Ｂ１−Ｂ１’より長い。つまり、本実施例において、第１のホーン２００ａの放射側開口部は第１の仮想線Ａ１−Ａ１’の方向（縦方向）が第２の仮想線Ｂ１−Ｂ１’の方向（横方向）より長い長方形の形状である。
【００２９】
図１に示す（Ａ）は、本実施例１のアンテナを第１のホーン２００ａの放射側開口部側から見た形状を示す。また、図１の（Ｂ）は、本実施例１のアンテナの第１の仮想線Ａ１−Ａ１’に沿った断面形状を示す。また、図１の（Ｃ）は、本実施例１のアンテナの第３の仮想線Ｂ１−Ｂ１’に沿った断面形状を示す。図１の(Ｄ)は、第１のホーン２００ａの放射側開口部側から俯瞰した、ホーン２００ａの内面を示す。
【００３０】
図２Ａは、誘電体基板１００を第１の面（第１の導体部１２０ａ）の側から見た形状を示す。誘電体基板１００の第１の面において、第１の導体部１２０ａは、第１の放射部１１０ａから一定の距離をおいて第１の放射部１１０ａを囲むように貫通部が形成される。
【００３１】
第１の導体部１２０ａは、接続部材４００ａを介して誘電体基板１００の第２の面に形成された第２の導体部１３０ａと電気的に接続される。これにより、第１の導体部１２０ａおよび第２の導体部１３０ａが第１の放射部１１０ａの基準電位面として機能し、第１の放射部１１０ａはパッチアンテナとして機能し、誘電体基板１００の第１の面側から電波を放射する。なお、接続部材４００ａが配置される間隔は、使用される電波の誘電体基板１００内での波長の４分の１の長さより短い方が望ましい。
【００３２】
図２Ｂは、第１の放射部１１０ａに給電線を設けた場合の誘電体基板１００を示す図である。この図は、図２Ａと同様に、第１の面（第１の導体部１２０ａ）の側から第１の放射部１１０ａを見た形状を示す。
【００３３】
図２Ｂに示すアンテナおいて、第１の放射部１１０ａが第１の給電線路１４０ａに接続される。第１の導体部１２０ａは、第１の放射部１１０ａおよび第１の給電線路１４０ａから一定の距離をおいて第１の放射部１１０ａを囲むように貫通部が形成される。このような構造により、第１の放射部１１０ａは、第１の給電線路１４０ａを介して、放射する電波のエネルギーが供給される。
【００３４】
第１のホーン２００ａの放射側開口部の電波進行方向に関して反対側に位置する放射源側開口部は、第１の放射部１１０ａを内包するように、誘電体基板１００の第１の面（第１の導体部１２０ａ）側に接続され、第１の誘電体レンズ３００ａのレンズ曲面の焦点位置に大凡一致する位置に第１の放射部１１０ａは配置される。
【００３５】
さらに、レンズ曲面を有する第１の誘電体レンズ３００ａは、放射源側開口部の方向(入射面側)に凸形状を形成すれば、第１のホーン２００ａの開口面に相当するＣ１−Ｃ１’断面（図１参照）で電波位相が平行と近似できるまでの第１のホーン２００ａの放射源側開口部（第１の導体部１２０ａ側）から放射側開口部までの長さを短縮でき、アンテナを小型化できる。
【００３６】
第１の誘電体レンズ３００ａの凸面は、第１のホーン２００ａの開口面に相当するＣ１−Ｃ１’断面で、電波位相が平行となるようＡ１−Ａ１’方向（図１参照）に該双曲線関数を用いた曲面で形成可能である。Ｂ１−Ｂ１’方向（図１参照）においてもＣ１−Ｃ１’断面で電波位相面が平行となるよう該双曲線関数を用いた曲面で形成される。
【００３７】
第１のホーン２００ａは水平方向に広がる扁平ビームを生成するため、放射部１１０ａから第１のホーン２００ａの開口面Ｃ１−Ｃ１’までの傾斜角度は、矩形開口面の垂直水平アスペクト比によって、Ａ１−Ａ１’よりＢ１−Ｂ１’方向が小さい。
【００３８】
第１の誘電体レンズ３００ａの凸面は、レンズの光軸であるＡ１−Ａ１’とＢ１−Ｂ１’の交点を軸として、回転双曲線関数を用いた曲面でもよいが、導波管開口面のコーナー部でのレンズ厚みを確保するため、Ａ１−Ａ１’方向とＢ１−Ｂ１’方向の曲面の双曲線関数の係数は異なってもよい。
【００３９】
また、第１のホーン２００ａ内を伝搬する球面波においてＢ１−Ｂ１’方向の傾斜角度が狭く（例えば４０ｄｅｇ以下）、Ｂ１−Ｂ１’方向での球面波位相面が平坦と近似できる場合、Ａ１−Ａ１’方向のみ該双曲線関数となる曲面であるシリンドリカル曲面でもよい。
【００４０】
なお、本実施例１では、第１の誘電体レンズ３００ａでの屈折作用は、波長の短い電磁波である光と同様に扱えるので、第１の誘電体レンズ３００ａの進行方向の軸を光軸として扱う。
【００４１】
次に、本実施例１のアンテナの機能を説明する。第１の放射部１１０ａから放射された電波は第１のホーン２００ａ内を伝搬し、第１の誘電体レンズ３００ａ内を透過した後、空間へ放射される。
【００４２】
パッチアンテナ形状の第１の放射部１１０ａから半球面状の電波が放射され、第１のホーン２００ａ内面のテーパ状空間を球面状電波面のまま通過し、第１の誘電体レンズ３００ａの入射面側の凸面により球面波から平面波に変換される。
【００４３】
第１のホーン２００ａの開口面Ｃ１−Ｃ１’での電波方向は、誘電体レンズ３００ａの入射面の凸面形状により平面波に変換されているため、開口面Ｃ１−Ｃ１’に対し垂直に伝搬する。
【００４４】
従って、誘電体レンズ３００ａの放射面としての斜面３１０ａの法線方向が角度α（図１参照）の場合、スネルの法則により誘電体レンズ斜面から放射される電波伝搬方向（ｎ−１）×αとなる角度方位へ放射されることになる（ｎ：誘電体レンズの誘電率から求まる屈折率ｎ＝（ｅｒ）１／２）。
【００４５】
本実施例１のアンテナを電磁界解析した放射特性のグラフを図３Ａに示し、アンテナ利得最大値と最大利得が得られる方位角度の一例を図３Ｂに示す。斜面の角度αによって、ホーン開口面Ｃ１−Ｃ１’と誘電体レンズ３００ａの放射面Ｄ１−Ｄ１’に囲まれた３角形状断面のプリズムが形成される。
【００４６】
プリズムの高さは仮想線Ｂ１−Ｂ１’（図１参照）にｔａｎ（α）を乗算した数値となる。プリズム高さが０ｍｍ（角度α＝０ｄｅｇ）のとき、開口面とレンズ放射斜面の法線方向が等しいため、放射角度方位０ｄｅｇ付近に利得最大値が得られるアンテナ放射特性となる。
【００４７】
図３Ｂに示したように、斜面Ｄ１−Ｄ１’に角度αを与え、プリズム高さが増すにことにより、利得最大値が得られる放射角度方位は広角度方向へシフトし、プリズム高さ３ｍｍのとき、放射角度方位１５ｄｅｇで利得最大となるアンテナ特性が得られる。アンテナ利得最大角度が広角度方向にシフトするつれ、アンテナ利得最大値は減少するものの、アンテナ半値幅は拡大する。これはプリズム形状のＣ１’−Ｄ１’側面からも電波が漏えいして放射するためである。この結果、プリズム高さ２ｍｍのとき、アンテナ利得最大角度は８ｄｅｇであるが放射角度方位３０ｄｅｇで約８ｄＢの利得改善が得られる。
【００４８】
誘電体レンズ３００ａの放射面斜面Ｄ１−Ｄ１’は、ホーン開口面Ｃ１−Ｃ１’に対し、角度αで設計されれば良く、Ｃ１−Ｄ１側の辺が有限値となる台形形状でもよい。
【００４９】
図４Ａおよび図４Ｂは、第１のホーン２００ａの放射側開口部側から見た形状を示す。図１に示す扁平ビーム生成アレーアンテナは、第１のホーン２００ａの放射側開口部の形状は４つの直線状の辺で形成する。
【００５０】
図４Ａに示すアンテナでは、第１のホーン２００ａの放射側開口部の形状は第１の仮想線Ａ１−Ａ１’の方向が第３の仮想線Ｂ１−Ｂ１’の方向より長く、四隅が曲線上の形状（角丸四角形）に形成される。
【００５１】
また、図４Ｂに示すアンテナでは、第１のホーン２００ａの放射側開口部の形状は第１の仮想線Ａ１−Ａ１’の方向の長辺が第３の仮想線Ｂ１−Ｂ１’の方向の短辺より長い楕円形の形状に形成される。
【００５２】
本発明のアンテナの第１のホーン２００ａの放射側開口部の形状は、製造上の容易性、生成される扁平ビームの放射パターンに応じて、図１に示す長方形の形状、または図４Ａ、図４Ｂに示す曲線部を含む形状のいずれを選択してもよい。
【００５３】
以上のように、本実施例１では、誘電体レンズ３００ａの放射面としての斜面３１０ａは、電波（ビーム）の放射方向と直交する平面に対して異なる面方位（面の法線方向）を有することで、所望の放射方向へ電波を放射することができる。また、放射面としての斜面３１０ａは、第１のホーン２００ａの開口面よりも電波の放射方向側の所定の位置で、電波の放射方向と垂直な（直交する）平面に対して所定の角度の斜面とするとで、所望の角度で電波を放射することができる。本実施例１のアンテナを複数配置して斜面３１０ａの方向を異ならせることで、放射方向（方位）の異なるマルチビームを生成することが可能となる。
【実施例２】
【００５４】
図５は、本発明の実施例２の扁平ビーム生成ホーンアンテナの構造図である。図５に示すアンテナでは、第１の放射部１１０ａと第２の放射部１１０ｂと第３の放射部１１０ｃが誘電体基板１００の第１の面に形成される。
【００５５】
誘電体基板１００の第１の面には第１の導体部１２０ａが形成され、誘電体基板１００の第１の面と反対側の第２の面には第２の導体部１３０ａが形成される。また、誘電体基板１００の第１の面の導体と第２の面の導体とを導通させる接続部材４００ａが形成される。誘電体基板１００の第１の面側には、少なくとも内側表面が導体から形成される第１のホーン２００ａと第２のホーン２００ｂと第３のホーン２００ｃとが取り付けられる。各ホーン２００ａ〜２００ｃの放射側開口部付近には、放射部と同数のレンズ曲面を有する第１の誘電体レンズ３０１ａと、第２の誘電体レンズ３０１ｂと、第３の誘電体レンズ３０１ｃがそれぞれ配置される。
【００５６】
第１のホーン２００ａは導波管であり、電波を放射するためにテーパ状に形成される。第２のホーン２００ｂおよび第３のホーン２００ｃも同様に、電波を放射するためにテーパ状に形成された導波管である。
【００５７】
第１の誘電体レンズ３０１ａは、放射部側方向(入射面側)に放射部と対向する凸面形状を形成する。第１の誘電体レンズ３０１ａの放射面側には、第１のホーン２００ａの開口面Ｃ１−Ｃ１’の法線方向と異なる所定の角度αを有する斜面３１０ａを有する。なお、第１の誘電体レンズ３０１ａ〜第３の誘電体レンズ３０１ｃの入射面側凸面の形状は前記実施例１と同様である。
【００５８】
第２の誘電体レンズ３０１ｂは、放射部側方向(入射面側)に放射部と対向する凸面形状を形成する。第２の誘電体レンズ３０１ｂの放射面側には、第２のホーン２００ｂの開口面Ｃ１−Ｃ１’の法線方向と異なる所定の角度αを有する斜面３１０ｂを有する。
【００５９】
第３の誘電体レンズ３０１ｃは、放射部側方向(入射面側)に放射部と対向する凸面形状を形成する。第３の誘電体レンズ３０１ｃの放射面側は、第３のホーン２００ｃの開口面Ｃ１−Ｃ１’に平行な平面３１０ｃを有する。
【００６０】
次に、本実施例２のアンテナの機能を説明する。第１の放射部１１０ａから放射された電波は第１のホーン２００ａ内を伝搬し、第１の誘電体レンズ３０１ａ内を透過した後、誘電体レンズの斜面３１０ａから空間へ放射される。
【００６１】
第２の放射部１１０ｂから放射された電波は第２のホーン２００ｂ内を伝搬し、第２の誘電体レンズ３０１ｂ内を透過した後、第２の誘電体レンズ３０１ｂの斜面３１０ｂから空間へ放射される。
【００６２】
第３の放射部１１０ｃから放射された電波は第３のホーン２００ｃ内を伝搬し、第３の誘電体レンズ３０１ｃ内を透過した後、第３の誘電体レンズ３０１ｃの第３のホーン２００ｃの開口面Ｃ１−Ｃ１’と平行な面から空間へ放射される。第１のホーン２００ａ、第２のホーン２００ｂ、第３のホーン２００ｃの開口面に設けられる凸形状の誘電体レンズにより、放射部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから放射された球面状電波が、平面波に位相調整され、ホーン２００の開口面平面Ｃ１−Ｃ１’に対して垂直に伝搬する。
【００６３】
図６Ｂで示すように、図中右上がりの斜面３１０ａを通過する放射部１１０ａからの電波は右方向へ屈折し、左上がりの斜面３１０ｂを通過する放射部１１０ｂからの電波は左方向へ屈折し、放射部１１０ｃからの電波は誘電体レンズの開口面平面Ｃ１−Ｃ１’と平行な面から垂直に放射される。
【００６４】
図５に示す本実施例２のアンテナを電磁界解析した放射特性のグラフを図６Ａに示す。放射部１１０ａから放射された電波は＋８ｄｅｇの最大利得角度方位となるアンテナ放射特性となり、放射部１１０ｂからの電波は−８ｄｅｇ、放射部１１０ｃからの電波は０ｄｅｇが最大利得角度方位となるアンテナ放射特性となる。
【００６５】
特に放射部１１０ｃから放射される電波は、正面方向２５０ｍ以上のレーダの最大検知距離実現のため、第３のホーン２００ｃの開口面サイズを第１のホーン２００ａ及び第２のホーン２００ｂより拡大してもよい。
【００６６】
誘電体基板１００に形成された３つの放射部１１０、ホーン２００、誘電体レンズ３００ａから構成されるアンテナでは、３つの指向性を有するマルチビーム特性を有し、±３０ｄｅｇ角度方位のアンテナ利得は、放射部１００ｃによる０ｄｅｇ角度方位のアンテナ放射特性より１３ｄＢ以上改善され、正面方向ならび広角度方向のレーダの検知距離拡大に貢献する。
【００６７】
本実施例２に示したアンテナ構成では、各ホーン２００に構成された各導波管の開口面が平面Ｃ１−Ｃ１’上に統一されているため、複数の凸面と斜面を設ける誘電体レンズが射出成型等の容易な加工手段で薄く小型に実現できる。また、各導波管の開口面を平面Ｃ１−Ｃ１’上に統一した結果、不要な伝導性の突起がなく回折が起こりにくいため、隣り合う放射部からのアンテナ放射特性への影響を低減することが可能である。
【００６８】
図７は本実施例２を実現する第２のアンテナ構成である。図７に示すアンテナでは、第１の放射部１１０ａと第２の放射部１１０ｂと第３の放射部１１０ｃが誘電体基板１００の第１の面に形成される。
【００６９】
図中左から第２の放射部１１０ｂ、第３の放射部１１０ｃ、第１の放射部１１０ａと配置され、誘電体基板１００の第１の面側には、少なくとも内側表面が導体から形成される第２のホーン２００ｂと第３のホーン２００ｃと第１のホーン２００ａとが左から配置される。
【００７０】
第２のホーン２００ｂの放射側開口部付近には、放射部と同数の凸形状レンズ曲面を有する第２の誘電体レンズ３０１ｂが配置される。第２の誘電体レンズ３０１ｂの放射面側には、第２のホーン２００ｂの開口面Ｃ１−Ｃ１’の法線方向と異なる所定の角度αを有する斜面３１０ｂを有する。
【００７１】
中央に位置する第３のホーン２００ｃの放射側開口部付近には、放射部と同数の凸形状レンズ曲面を有する第３の誘電体レンズ３０１ｃが配置される。第３の誘電体レンズ３０１ｃの放射面側は、第３のホーン２００ｃの開口面Ｃ１−Ｃ１’に平行する平面３１０ｃを有する。
【００７２】
図中右側に位置する第１のホーン２００ａの放射側開口部付近には、放射部と同数の凸形状レンズ曲面を有する第１の誘電体レンズ３０１ａが配置される。第１の誘電体レンズ３０１ａの放射面側は、第１のホーン２００ａの開口面Ｃ１−Ｃ１’の法線方向と異なる所定の角度αを有する斜面３１０ａを有する。
【００７３】
第１の誘電体レンズ３０１ａの斜面３１０ａおよび第２の誘電体レンズ３０１ｂのプリズム形状が、隣り合う放射部からのアンテナ放射特性への影響が軽微であれば、図７に示すアンテナ配置でもよい。
【００７４】
なお、上記では３つの誘電体レンズ３０１ａ〜３０１ｃに分割する例を示したが、第１の誘電体レンズ３０１ａと、第１の誘電体レンズ３０１ｂ及び第３の誘電体レンズ３０１ｃは、一体で形成することができる。
【００７５】
以上のように、本実施例２では、第１の誘電体レンズ３０１ａの放射面が、第１のホーン２００ａの開口面Ｃ１−Ｃ１’の法線方向（ビームの放射方向と垂直な平面）と異なる所定の角度αを有する斜面３１０ａで形成され、第２の誘電体レンズ３０１ｂの放射面が、第１のホーン２００ａの開口面Ｃ１−Ｃ１’の法線方向（ビームの放射方向と垂直な平面）と異なる所定の角度αを有し、かつ、斜面３１０ａとは面方位が異なる斜面３１０ｂａで形成され、第３の誘電体レンズ３０１ｃの放射面が、第１のホーン２００ａの開口面Ｃ１−Ｃ１’と平行な平面３１０ｃで形成される。
【００７６】
そして、第１〜３のホーン２００ａ〜２００ｃの開口面を同一の平面上に揃えることで、放射方位の異なるマルチビームが生成可能な高利得アンテナを、低コスト且つ小型で製造することが可能となる。
【実施例３】
【００７７】
図８は、本発明の実施例２の扁平ビーム生成ホーンアンテナの構造図である。図８に示すアンテナでは、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂが誘電体基板１００の第１の面に形成される。
【００７８】
また、誘電体基板１００の第１の面には第１の導体部１２０ａが形成され、誘電体基板１００の第１の面と反対側の第２の面には第２の導体部１３０ａが形成される。また、第１の導体部１２０ａは、接続部材４００ａを介して誘電体基板１００の第２の面に形成された第２の導体部１３０ａと電気的に接続される。
【００７９】
これにより、第１の導体部１２０ａおよび第２の導体部１３０ａが、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂの基準電位面として機能し、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂは各々パッチアンテナとして機能し、誘電体基板１００の第１の面側から電波を放射する。
【００８０】
誘電体基板１００の第１の面側には、少なくとも内側表面が導体から形成される第１のホーン２００ｄが取り付けられ、第１のホーン２００ｄの放射側開口部付近には、レンズ曲面を有する第１の誘電体レンズ３００ｂが配置される。
【００８１】
第１のホーン２００ｄは導波管であり、２つの放射部から電波を放射するために２つのテーパを含む形状に形成される。第１のホーン２００ｄの放射源側は、第１の放射部１１０ａを取り囲む第１の開口部と、第２の放射部１１０ｂを取り囲む第２の開口部を有し、放射側開口部は第１の誘電体レンズ３００ｂを取り付けるひとつの開口部が形成される。なお、第１の放射部１１０ａと第２の放射部１１０ｂの間には後述するように突起部２００ｅが形成されて、第１のホーン２００ｄの内部には放射側へ向けて拡大する２つのホーンが形成される。
【００８２】
第１の誘電体レンズ３００ｂは、放射部１１０ａ側方向(入射面側)に放射部と同数の凸面形状を形成する。第１の誘電体レンズ３００ｂの放射面側平面は、ホーン２００ｄの開口面Ｃ１−Ｃ１’の法線方向と異なる所定の角度αを有する斜面３１０ａとなっている。
【００８３】
第１の誘電体レンズ３００ｂは、第１の放射部１１０ａに向けて凸状に形成された曲面を有する第１のレンズ曲面３０２ａと、第２の放射部１１０ａに向けて凸状に形成された曲面を有する第２のレンズ曲面３０２ｂを有する。
【００８４】
第１のレンズ曲面３０２ａの光軸は、第１の面となる第１の放射部１１０ａの中心を通る法線と同軸上に設定することができ、例えば、図中Ｆ１ａ−Ｆ１ａ’となる。第２のレンズ曲面３０２ｂの光軸は、第１の面となる第２の放射部１１０ｂの中心を通る法線と同軸上に設定することができ、例えば、図中Ｆ１ｂ−Ｆ１ｂ’となる。
【００８５】
このような構成によって、実施例３のアンテナは、第１の誘電体レンズ３００ｂの第１のレンズ曲面３０２ａの光軸Ｆ１ａ−Ｆ１ａ’および第２のレンズ曲面３０２ｂの光軸Ｆ１ｂ−Ｆ１ｂ’と略並行に電波を放射する。
【００８６】
第１の仮想線（縦中心線）Ａ１−Ａ１’は第１のホーン２００ｄの放射側開口部の中心を通りかつ最短の長さとなる線であり、第２の仮想線（横中心線）Ｂ１−Ｂ１’は第１の仮想線Ａ１−Ａ１’の中心を通り、かつ第１の仮想線Ａ１−Ａ１’と直交する線である。
【００８７】
第３の仮想線Ｅ１ａ−Ｅ１ａ’は、第１の仮想線Ａ１−Ａ１’と、第１のレンズ曲面３０２ａの光軸Ｆ１ａ−Ｆ１ａ’との交点を通り、かつ第１の仮想線Ａ１−Ａ１’と直交する線である。第４の仮想線Ｅ１ｂ−Ｅ１ｂ’は、第１の仮想線Ａ１−Ａ１’と第２のレンズ曲面３０２ｂの光軸Ｆ１ｂ−Ｆ１ｂ’との交点を通り、かつ第１の仮想線Ａ１−Ａ１’と直交する線である。
【００８８】
図８の（Ａ）は、本実施例３のアンテナを第１のホーン２００ｄの放射側開口部側から見た形状を示す。また、図８の（Ｂ）は、本実施例３のアンテナの第１の仮想線Ａ１−Ａ１’に沿った断面形状を示す。また、図８の（Ｃ）は、本実施例３のアンテナの第３の仮想線Ｅ１ｂ−Ｅ１ｂ’に沿った断面形状を示す。図８の（Ｄ）は、アンテナ開口部側から俯瞰した、ホーン２００ｄの内面を示す。
【００８９】
第１のホーン２００ｄ内には、第１のレンズ曲面３０２ａの光軸Ｆ１ａ−Ｆ１ａ’および第２のレンズ曲面３０２ｂの光軸Ｆ１ｂ−Ｆ１ｂ’に対し、前記金属ホーン内面と線対称の面を有する突起部２００ｅが配置される。
【００９０】
第１のホーン２００ｄは突起部２００ｅにより、第２の仮想線Ｂ１−Ｂ１’を光軸に対称なホーン形状を有する。本実施例３のアンテナは、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂと、第１のホーン２００ｄおよび突起部２００ｅで構成される。
【００９１】
第１のホーン２００ｄと突起部２００ｅを第１の導体部１２０ａで電気的に接続することによって、第１のホーン２００ｄと突起部２００ｅの電位を放射部の基準電位と等しくできるため、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂから放射される電波を効率よく第１のホーン２００ｄに伝達できる。
【００９２】
さらに、複数のレンズ曲面を有する第１の誘電体レンズ３００ｂは放射源側開口部の方向に凸の形状を形成することにより、第１のホーン２００ｄの放射源側開口部から放射側開口部の長さを短くでき、アンテナを小型化できる。第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂは第１の誘電体レンズ３００ｂの各々のレンズ曲面の焦点位置に大凡一致する位置に配置される。
【００９３】
前述の構造によって、放射部が２つの構成となる場合、第１のホーン２００ｄの第１の仮想線Ａ１−Ａ１’の方向（縦方向）には２つのレンズ曲面（３０２ａ、３０２ｂ）が含まれるため、１つのレンズ曲面でカバーするレンズ曲面径は開口サイズの半分で済み、レンズ曲面で必要となる焦点距離は約半分となる。これにより、アンテナの小型化を推進することができる。
【００９４】
次に、本実施例３のアンテナの機能を説明する。第１の放射部１１０ａから放射された電波は第１のホーン２００ｄ内を伝搬し、第１の誘電体レンズ３００ｂの第１のレンズ曲面３０２ａ及び第２のレンズ曲面３０２ｂを透過した後、放射側の空間へ放射される。
【００９５】
パッチアンテナ形状の第１の放射部１１０ａ及び第２の放射部１１０ｂから半球面状の電波がそれぞれ放射され、第１の誘電体レンズ３００ｂの２つの光軸Ｆ１ａ−Ｆ１ａ’と光軸Ｆ１ｂ−Ｆ１ｂ’に対して第１のホーン２００ｄ内面と対称な面となる突起部２００ｅの内面により構成されるテーパ状空間を球面状電波面のまま通過し、第１のレンズ曲面３０２ａと第２のレンズ曲面３０２ｂにより球面波から平面波に変換される。
【００９６】
自動車向けのアンテナ開口面から放射される電波は、不要輻射抑制のため開口面中心部に重点的に電力分配されることが要求される。突起部２００ｅの高さを第１のホーン２００ｄの開口部と等しく設定すると、突起部２００ｅ先端部は電波強度が小さいため、アンテナ開口面中心である第１の仮想線Ａ１−Ａ１’上に電波強度のノッチが発生する。
【００９７】
図示の仮想線Ｂ１−Ｂ１’を境に電波強度ピークが２つに分割されるため、開口面の電力分布はテイラー分布的になりえず、アンテナ放射特性で不要輻射が上昇する要因となる。
【００９８】
突起部２００ｅの高さを第１のホーン２００ｄの開口部より放射源側へ低くすれば、第１の誘電体レンズ３００ｂへ入射する前に、電波は突起部２００ｅの先端で回折する。突起部２００ｅの高さを第１のホーン２００ｄの開口部より放射源側へ低くすることは、仮想線Ｂ１−Ｂ１’上の電波強度を回折により補填することとなる。これにより、２つの放射部１１０ａと１１０ｂからの球面波が第１の誘電体レンズ３００ｂの手前で空間合成され、仮想線Ｂ１−Ｂ１’上で正対する電波ベクトルは打ち消し合い、レンズ曲面の光軸と同方向の電波ベクトルは合成されることになる。
【００９９】
突起部２００ｅの高さ（第１のホーン２００ｄの開口面からの後退量）、２つの放射部１１０ａと１１０ｂとの相対距離、第１のホーン２００ｄおよび突起部２００ｅのホーン形状のテーパの角度を調整することで、第１のホーン２００ｄの開口部で開口面中心がピークとなるテイラー分布的な電力分布を生成することが可能となる。
【０１００】
ホーン２００ｄの開口面Ｃ１−Ｃ１’での電波方向は、誘電体レンズ３００ｂの入射面（レンズ曲面３０２ａ、３０２ｂ）の凸面形状により平面波に変換されているため、開口面Ｃ１−Ｃ１’に対し垂直に伝搬する。
【０１０１】
従って、誘電体レンズ３００ｂの放射面斜面（３１０ａ）の法線方向が角度αの場合、スネルの法則により誘電体レンズ斜面から放射される電波伝搬方向（ｎ−１）×αとなる角度方位へ放射される（ｎ：誘電体レンズの誘電率から求まる屈折率ｎ＝（ｅｒ）１／２）。
【０１０２】
本実施例３のアンテナは、このような機能によりアンテナサイズを小型に構成しつつ、不要輻射を抑制し、第１の仮想線Ａ１−Ａ１’の方向（縦方向）より第２の仮想線Ｂ１−Ｂ１’の方向（横方向）の幅が広くなる扁平ビームを所望の方位（電波伝搬方向（ｎ−１）×αとなる角度方位）へ放射できる。
【０１０３】
なお、第１の放射部１１０ａおよび第２の放射部１１０ｂから放射される電波の電界面方向（Ｅ面方向）を第１の仮想線Ａ１−Ａ１’と並行に配置することにより、第１のホーン２００ｄより放射されるビームの形状を第１の仮想線Ａ１−Ａ１’方向で狭くしやすくなり、自動車などの車両に搭載するアンテナとして望ましいビーム形状を得ることができる。
【実施例４】
【０１０４】
図９は、実施例４を示し、扁平ビーム生成アンテナの送信側の構成を示すブロック図である。前述した実施例２に示した扁平ビーム生成アレーアンテナを有するレーダの送信側のブロック図である。実施例４では、送信回路を介して扁平ビーム生成アレーアンテナに給電するレーダ装置の送信側の例を説明する。
【０１０５】
図９に示すレーダの送信側ブロック図は、扁平ビーム生成アレーアンテナ１０および第１の送信回路５１０ａを有する。第１の送信回路５１０ａは、第１の放射部１１０ａが接続される第１の端子５１１ａおよび第２の放射部１１０ｂが接続される第２の端子５１１ｂおよび第３の放射部１１０ｃが接続される第３の端子５１１ｃを有する。
【０１０６】
扁平ビーム生成アレーアンテナ１０は、前記実施例２と同様であり、第１の放射部１１０ａ〜第３の放射部１１０ｃの電波を偏向する３つの誘電体レンズ（３０１ａ〜３０１ｃ）を有し、各誘電体レンズの放射面を図中３１０ａ〜３１０ｃで示す。
【０１０７】
次に、本実施例４のレーダの送信部の機能を説明する。第１の送信回路５１０ａの第１の端子５１１ａから出力された信号は第１の放射部１１０ａに入力され、第１の誘電体レンズ３０１ａの斜面３１０ａより電波として放射される。
【０１０８】
同様に、第１の送信回路５１０ａの第２の端子５１１ｂから出力された信号は第２の放射部１１０ｂに入力され、第２の誘電体レンズ３０１ｂの斜面３１０ｂより電波として放射される。
【０１０９】
第１の送信回路５１０ａの第３の端子５１１ｃから出力された信号は第３の放射部１１０ｃに入力され、放射部１１０ｃからの電波は第３の誘電体レンズ３０１ｃの開口面平面Ｃ１−Ｃ１’と平行な平面３１０ｃから垂直に放射される。
【０１１０】
本実施例４の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するレーダの送信部は、放射部１１０ａ、放射部１１０ｂ、放射部１１０ｃの中から、排他的に電波を放射するか、もしくは２つ以上の放射部から電波を放射し、障害物等までの距離、障害物等の相対速度を計測するレーダに適用可能である。
【０１１１】
図１０は、前述した実施例２の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するレーダの受信側ブロック図である。扁平ビーム生成アレーアンテナ１０および第１の受信回路５２０ａを有する。第１の受信回路５２０ａは、第１の放射部１１０ａが接続される第１の端子５２１ａおよび第２の放射部１１０ｂが接続される第２の端子５２１ｂおよび第３の放射部１１０ｃが接続される第３の端子５２１ｃを有する。
【０１１２】
次に、本実施例４のレーダの受信部の機能を説明する。第１の誘電体レンズ３０１ａの斜面３１０ａより入射した電波は、第１の放射部１１０ａにより信号として出力され、第１の受信回路５２０ａの第１の端子５２１ａに入力される。
【０１１３】
同様に、第２の誘電体レンズ３０１ｂの斜面３１０ｂより入射した電波は、第２の放射部１１０ｂにより信号として出力され、第１の受信回路５２０ａの第２の端子５２１ｂに入力される。
【０１１４】
第３の誘電体レンズ３０１ｃの開口面の平面Ｃ１−Ｃ１’と平行な平面３１０ｃから垂直に入射した電波は、第３の放射部１１０ｃにより信号として出力され、第１の受信回路５２０ａの第３の端子５２１ｃに入力される。
【０１１５】
本実施例４の扁平ビーム生成アレーアンテナを有するセンサの受信部は、放射部１１０ａ、放射部１１０ｂ、放射部１１０ｃから電波を入射し、障害物等までの距離、障害物等の相対速度を計測するレーダ装置またはレーダシステムに適用可能である。
【実施例５】
【０１１６】
図１１は、本発明の実施例５を示し、扁平ビーム生成ホーンアンテナの構造を示す図である。
【０１１７】
図１１に示すアンテナでは、第１の放射部１１０ａが誘電体基板１００の第１の面に形成される。また、誘電体基板１００の第１の面には第１の導体部１２０ａが形成され、誘電体基板１００の第１の面と反対側の第２の面には第２の導体部１３０ａが形成される。
【０１１８】
また、誘電体基板１００の第１の面の導体と第２の面の導体とを導通させる接続部材４００ａが形成される。誘電体基板１００の第１の面側には、少なくとも内側表面が導体から形成される第１のホーン２００ａが取り付けられ、第１のホーン２００ａの放射側開口部付近には、放射部と同数のレンズ曲面３１０ｄを有する第１の誘電体レンズ３００ｃが配置される。
【０１１９】
第１のホーン２００ａは導波管であり、電波を放射するためにテーパ状に形成される。第１の誘電体レンズ３００ｃは、放射部１１０ａ側(入射面側)に向けた凸形状を形成する。本実施例５の第１の誘電体レンズ３００ｃは、放射面側にもレンズ曲面を有する。
【０１２０】
次に、本実施例５のアンテナの機能を説明する。実施例１で述べたように、第１の放射部１１０ａから放射された電波は、ホーン２００ａの開口面Ｃ１−Ｃ１’での電波方向は、誘電体レンズ３００ｃの入射面の凸面形状により平面波に変換されているため、開口面Ｃ１−Ｃ１’に対し垂直に伝搬する。
【０１２１】
誘電体レンズ３００ａの放射側のレンズ曲面３１０ｄは、凹面のシリンドリカル形状で構成され、入射面の凸面による光軸線上より左右にシフトした円中心を有する。シリンドリカル曲面の円中心から誘電体レンズ３００ｃに鉛直した面は、第１のホーン２００ａの開口面Ｃ１−Ｃ１’と平行である。
【０１２２】
それ以外のシリンドリカル曲面では、円中心からの距離によって斜度が異なるため、斜度に応じて電波が屈折される。その結果、本実施例５のアンテナでは、最大利得角度方位を左右に傾けつつ、凹面で形成されたレンズ曲面３１０ｄの曲面度(シリンドリカル曲面では円半径に相当)によりビーム半値幅を変更することが可能となる。
【０１２３】
また、実施例１乃至実施例４に示した誘電体レンズの入射面は凸面であるが、入射面を凹面(該双曲線関数の係数を符号反転する)とすれば、第１のホーン２００ａの開口面平面Ｃ１−Ｃ１’上での位相が、第１の放射部１１０ａから放射される電波の球面波曲率をさらに圧縮することが可能である。誘電体レンズの放射側凹面と組合せることで、ビームの半値幅をより広くすることも可能である。
【実施例６】
【０１２４】
図１２は、実施例６の扁平ビーム生成アレーアンテナを含むレーダを有する車載システムの一例を示すブロック図である。
【０１２５】
実施例６の車載システムは、実施例１〜５の実施例の扁平ビーム生成アレーアンテナ１０−１、１０−２と、平面３２０で受信する誘電体レンズ３０１ｄを複数有するアレーアンテナ１１−１、１１−２と、第１の送信回路５１０ａ、第１の受信回路５２０ａ、第２の受信回路５２０ｂ、第３の受信回路５２０ｃ、信号処理回路（信号処理部）７００および車両制御回路（車両制御部）８００を有する。
【０１２６】
扁平ビーム生成アレーアンテナ１０−１、１０−２、１１−１、１１−２は、各ホーン２００ａ〜２００ｄの開口面を同一平面上に配置したものである。
【０１２７】
第１の送信回路５１０ａには、扁平ビーム生成アレーアンテナ１０−１の第１の放射部１１０ａと、第２の放射部１１０ｂ及び第３の放射部１１０ｃが接続される。第１の受信回路５２０ａには、扁平ビーム生成アレーアンテナ１０−２の第１の放射（受信）部１１０ｄと、第２の放射部１１０ｅ及び第３の放射部１１０ｆが接続される。
【０１２８】
第２の受信回路５２０ｂには、アレーアンテナ１１−１の第１の放射（受信）部１１０ｇと、第２の放射部１１０ｈと、第３の放射部１１０ｉ及び第４の放射部１１０ｊが接続される。第３の受信回路５２０ｃには、アレーアンテナ１１−２の第１の放射（受信）部１１０ｋと、第２の放射部１１０ｌと、第３の放射部１１０ｍ及び第４の放射部１１０ｎが接続される。
【０１２９】
信号処理回路７００は、第１の送信回路５１０ａ、第１の受信回路５２０ａ、第２の受信回路５２０ｂ、第３の受信回路５２０ｃに接続されている。信号処理回路７００は、アンテナから送信すべき信号情報を第１の送信回路５１０ａに供給し、第１の受信回路５２０ａ、第２の受信回路５２０ｂおよび第３の受信回路５２０ｃから出力された信号を処理する。
【０１３０】
車両制御回路８００は、信号処理回路７００に接続される。車両制御回路８００と信号処理回路７００との接続は、ケーブル等を用いた有線でも、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの無線でもよい。
【０１３１】
また、車両制御回路８００は、信号処理回路７００より出力される信号によって障害物等の位置および障害物等までの距離を認識し、パワートレイン制御部や車体制御部に制御信号を出力することによって、周辺状況に応じた移動体の挙動を制御できる。このようにして、本実施例６の車載システムは、運転支援システムとして機能する。
【０１３２】
以上、実施例１〜６を用いて、本発明の扁平ビーム生成アレーアンテナ、扁平ビーム生成アレーアンテナを有するレーダおよび当該レーダを有する車載システムの構造および機能の好ましい形態を説明した。本発明の扁平ビーム生成アレーアンテナを構成する放射部の数が実施例１〜６と異なってもよく、本発明の扁平ビーム生成アレーアンテナの効果が得られる。
【０１３３】
また、扁平ビーム生成アレーアンテナおよび扁平ビーム生成アレーアンテナを有するレーダの種類および組み合わせ個数は、前述した実施例以外の任意の組み合わせでもよい。
【０１３４】
さらに、誘電体基板１００を構成する材料は、樹脂系材料、セラミック系材料、半導体材料のいずれでもよい。
【０１３５】
以上に説明したように、本発明の実施例によると、基板上に形成された複数の放射部と、各放射部から放射された球面波を平面波に各々変換する誘電体レンズと、放射部から誘電体レンズへ電波を導く複数のホーンを含み、前記誘電体レンズは、ビームの放射方向に垂直な断面の形状が、互いに直交する第１の方向より第２の方向が狭いビームを放射する形状に形成されており、誘電体レンズの放射面の一部に斜面を有することにより、最大利得方位が正面、または左右方面に傾斜した、マルチビームを生成するレーダを実現する。
【０１３６】
アンテナに用いる複数のホーンに突起部を付随すれば、放射されたビームが誘電体レンズ前後で空間合成されるように、誘電体レンズに形成された入射面凸面曲面が前記第２の方向に並んで配置されるので、誘電体レンズを小型化して焦点距離を短くできる。このため、扁平ビームを生成するアンテナを小型化できる。特に、突起部形状の先端をホーン開口面より放射部側に波長程度短縮することで、誘電体レンズ中心付近に電波強度がピークとなるテイラー分布的な電力分布を形成し、サイドローブを抑制した高利得のアンテナ特性を得ることが可能となる。
【０１３７】
また、ホーンは、前記第１の方向より前記第２の方向が長い形状を有し、前記第１の方向は水平方向に、前記第２の方向が垂直方向になるように、前記ホーンと前記誘電体レンズを設置すると、水平方向の幅が広い扁平ビームを生成できる。
【０１３８】
また、前記複数の放射部を、上下左右に複数個並んで配置することで、水平方向と垂直方向からの障害物の角度検知が可能となる。例えば、前方の上り坂と障害物とを分けて検知できる。
【０１３９】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
【０１４０】
また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
【０１４１】
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
【０１４２】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
【符号の説明】
【０１４３】
１０  扁平ビーム生成アレーアンテナ
１００  誘電体基板
１１０ａ〜１１０ｎ  放射部
１２０ａ  導体部
１３０ａ  導体部
１４０ａ  給電線
２００ａ〜２００ｄ  ホーン
２００ｅ  突起部
３００ａ〜３００ｃ、３０１ａ〜３０１ｄ  誘電体レンズ
３１０ａ〜３１０ｄ  斜面
４００ａ  接続部材
５１０ａ  送信回路
５２０ａ〜５２０ｃ  受信回路
７００  信号処理回路
８００  車両制御回路
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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