(57)【要約】【課題】放射スロット配置の自由度を高め、主ビームの幅・傾きを可変すると同時にグレーティングローブを抑制できる同軸給電スロットアレイアンテナを提供する。【解決手段】同軸内導体４と前記同軸内導体を内部に含む同軸外導体６で構成された同軸線路部３と、給電スロット２を介して同軸線路部３に電磁波を給電する給電導波管部７と、同軸線路部３に対応して同軸外導体６の外壁面に形成された複数の放射スロット１からなるサブアレイ２０とを備えた同軸給電スロットアレイアンテナであって、同軸内導体４と同軸外導体６で囲まれた空間に所定の発泡率を有する発泡誘電体５を充填する。【選択図】図１
2008294811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸内導体と前記同軸内導体を内部に含む同軸外導体で構成された同軸線路部と、給電スロットを介して前記同軸線路部に電磁波を給電する給電導波管部と、前記同軸線路部に対応して前記同軸外導体の外壁面に形成された複数の放射スロットからなるサブアレイとを備えた同軸給電スロットアレイアンテナであって、
前記同軸内導体と前記同軸外導体で囲まれた空間に所定の発泡率を有する発泡誘電体を充填したことを特徴とする同軸給電スロットアレイアンテナ。
【請求項２】
前記発泡誘電体は、前記同軸内導体で発生する定在波の腹で電流が最大となるよように、前記同軸内導体の軸方向の一部において発泡率を変えることを特徴とする請求項１の同軸給電スロットアレイアンテナ。
【請求項３】
前記サブアレイは、垂直方向に複数個配列されており、サブアレイ毎に対応する前記同軸線路部に充填した発泡誘電体の発泡率を変化させたことを特徴とする請求項１の同軸給電スロットアレイアンテナ。
【請求項４】
前記サブアレイは、水平方向に複数個配列されており、サブアレイ毎に対応する前記同軸線路部に充填した発泡誘電体の発泡率を変化させたことを特徴とする請求項１の同軸給電スロットアレイアンテナ。
【請求項５】
前記同軸線路部を構成する前記同軸内導体と前記同軸外導体、および前記給電導波管部の外導体は、導電メッキまたは導電塗装により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の同軸給電スロットアレイアンテナ。
を形成したことを特徴とする請求項１に記載の同軸給電スロットアレイアンテナ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の同軸給電スロットアレイアンテナを用いたことを特徴とする車両用レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スロットアレイによりビームを放射するアンテナに係わり、特に自車両の周辺を監視する車両用のレーダ装置などに用いられるのに好適な同軸給電スロットアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の同軸給電スロットアレイアンテナの構成例を示す図である。
なお、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ断面図、図７（ｃ）は製作方法を説明するための図である。
このスロットアレイアンテナは、自車両の周辺を監視するレーダ装置などに使用されるアンテナであり、ビームを自車両の周辺に放射し、その反射波を受信する物である。
車両用のレーダ装置等では、スロットアレイアンテナで送受信される信号(位相差等)に基づいて、自車両周辺の障害物までの距離、相対速度、方向を検出する。
スロットアレイアンテナでは、送信電波の周波数や同軸線路の寸法、放射スロットと給電スロットの位置関係等により、各々の放射スロット間の位相関係が決定される。
【０００３】
図７に示した従来の同軸給電スロットアレイアンテナでは、同軸線路部３と、給電スロット２を介して同軸線路部３に電磁波（例えばミリ波）を給電する給電導波管部７と、同軸線路部３の外壁面に形成された複数の放射スロット１からなるサブアレイ２０とを備えており、同軸線路部３および給電導波管部７の空間部分５０は空気である。
同軸線路部３の空間部分５０が空気であるため、同軸線路部３の内部を伝搬する電磁波の管内波長λｇは一定（固定）である。
従来のスロットアレイアンテナでは、管内波長が一定で、位相が固定されるために、スロット間隔を自由に選ぶことができない。
そのため、垂直方向のビーム傾きθ、水平方向のビーム傾きφおよびビーム幅θｗを容易に可変できないという問題がある。
なお、ビーム傾きθ、ビーム傾きφおよびビーム幅θｗなどについては、図２を用いて後述する。
【０００４】
また、位相を強め合う干渉条件によって、主ビームとは違う方向に現れる大きなローブ（グレーティングローブと称される）の角度θｇも送信電波の周波数やスロット間隔で決定され、このグレーティングローブの角度θｇもビームの傾きθ,φと同様に容易に可変できない。
スロットアレイアンテナにおいて、放射ビームの幅や方向を変えるためには、隣接するスロットアレイ間隔や各放射スロット間の位相関係を変化させればよい。
そのために誘電体を導波管内部に挿入する方法がある。
例えば、特公昭５２−６０６３号公報（特許文献１）によれば、導波管内に挿入した低損失誘電体の誘電率に分布を持たせることにより、放射ビームの方向を調整したものが示されている。
【０００５】
しかし、同軸線路や導波管に誘電体を内挿（充填）する場合、低損失な誘電体材料は種類が限られるため高価である。さらに、所望の誘電率、誘電正接を有する誘電体材料は少なく、設計自由度が制限される。
また、スロットアレイアンテナは、放射スロットへの給電のために、同軸線路や導波管が複雑に配置される。
図７に示すような従来の同軸給電スロットアンテナにおいては、複数の放射スロット(サブアレイ)毎に同軸線路部３が配置され、この同軸線路部３は、複数スロット毎に隔壁を設ける必要があるなど形状が複雑となる。
また、このようなスロットアレイアンテナを製作するために、図７（ｃ）に示すように、各層毎に分割面を作製し、層間を接合する方法もあるが非常に高価なものになる。
なお、図７（ｃ）において、Ｅは分割面を示しており、分割面Ｅで分けられた各部品が各層である。
また、接合面に隙間が発生した場合、隣接するスロットアレイ間でのアイソレーションが保てなくなり、特性が大きく低下する問題がある。
【特許文献１】特公昭５２−６０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のスロットアレイアンテナでは、同軸線路部の空隙部分が空気であるため、管内波長が一定で、位相が固定されるために、スロット間隔を自由に選ぶことができない。
そのため、垂直方向のビーム傾きθ、水平方向のビーム傾きφおよびビーム幅θｗを容易に可変できないという問題がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、同軸線路部および導波管の位相を容易に変えることができ、ビームの傾きθ・φ、およびグレーティングローブの角度θgを自由に設定でき、かつ低損失なスロットアレイアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る同軸給電スロットアレイアンテナは、同軸内導体と前記同軸内導体を内部に含む同軸外導体で構成された同軸線路部と、給電スロットを介して前記同軸線路部に電磁波を給電する給電導波管部と、前記同軸線路部に対応して前記同軸外導体の外壁面に形成された複数の放射スロットからなるサブアレイとを備えた同軸給電スロットアレイアンテナであって、前記同軸内導体と前記同軸外導体で囲まれた空間に所定の発泡率を有する発泡誘電体を充填したものである。
【０００８】
また、この発明に係る車両用レーダ装置は、この発明による同軸給電スロットアレイアンテナを用いていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、同軸内導体と同軸外導体で囲まれた空間に所定の発泡率を有する発泡誘電体を充填するので、同軸線路部のマイクロ波の位相を容易に変えることが可能であり、放射スロットから放射するビームの傾きやグレーティングローブの角度を自由に設定でき、かつ低損失な同軸給電スロットアレイアンテナを提供することができる。
【００１０】
また、この発明によれば、放射スロットから放射するビームの傾きやグレーティングローブの角度を自由に設定でき、かつ低損失な同軸給電スロットアレイアンテナを用いた車両用レーダ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による同軸給電スロットアレイアンテナの構成を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
同軸給電スロットアレイアンテナ１００は、外導体１０１、複数の放射スロット１、給電スロット２、同軸線路部３、同軸内導体４、同軸外導体６および給電導波管７で構成される。
また、同軸内導体４と同軸外導体６とで構成された同軸線路部３の空間には発泡誘電体５が充填（内挿）されている。
【００１２】
図１において、同軸外導体６は外導体１０１の一部であり、放射スロット１は外導体１０１の一部である同軸外導体６に形成される。
同軸給電スロットアレイアンテナ１００では、放射スロット１、同軸線路部３、同軸外導体６、給電導波管７が、それぞれ独立した薄い板状の部品として製作される。
そして、拡散接合や各種接着工法により、これら板状の個々の部品を接合し、図１に示すような一体構造の同軸給電スロットアレイアンテナ１００を形成する。
図１（ａ）では、１つの同軸線路部３に対応して配置された複数（例えば、４個）の放射スロット１で形成された２つのサブアレイ２０が、模式的に示されている。
実際には、複数の同軸線路部３にそれぞれ対応して、複数のサブアレイ２０が上下左右に配置されている。
【００１３】
ここで、給電スロット２を介して給電導波管部７から同軸線路部３に給電された電磁波（例えば、ミリ波）が放射スロット１で励振される原理を説明する。
同軸線路部３は、その両端部が同軸外導体６で短絡されており、管内（即ち、同軸線路内）に送信周波数にて定在波が伝搬するように、その長さが設定されている。
同軸線路部３内ではＴＥＭ（transverseelectro-magnetic）波が基本モードとして伝搬するので、内外導体（即ち、同軸内導体４と同軸外導体６）で囲まれた空間が空気の場合は、管内波長λgは自由空間波長λ0と等しくなる。
同軸線路部３内を伝搬する定在波の腹の位置では電流最大となるので、そこに各々の放射スロット１を配置することで電磁波（例えば、ミリ波）が一様に励振され、かつ、効率よく放射することが可能となる。
このため、同軸線路部３の長さを、ほぼ波長λ0の整数倍とし、放射スロット１の長さＬを約λ0／２の共振長とする。
また、サブアレイ両側端部のスロット位置は、同軸線路部３の終端部から約λ0／２離し、内側２つの放射スロット１の間隔ｄが約λ0となるように配置される。
【００１４】
しかし、従来のように、同軸線路部３において内外導体で囲まれた部分（即ち、同軸内導体４と同軸外導体６で囲まれた空間部）が空気の場合、放射スロット間隔ｄは、管内波長λｇ（＝自由空間波長λ0）に固定される。
このように、λｇ≧λ0場合、±９０度以内の方向にグレーティングローブが発生し、主ビームの利得が低下するという問題がある。
このグレーティングローブの影響を抑制するためには、管内波長λｇを自由空間波長λ0より狭くする必要がある。
上記の問題を解決するために、本実施の形態では、図１に示すように、同軸線路部３および給電導波管７の空間部に発泡誘電体５を充填し、充填された発泡誘電体５が持つ誘電特性により、管内波長λｇを短縮させる。
【００１５】
また、発泡誘電体５は、空隙率（即ち、発泡率）によってその誘電率を変えることが可能である。
例えば、ＰＥ(ポリエチレン)を用いて発泡誘電体５を製作する際に、発泡剤の使用量や発泡中に圧入する空気量を制御することにより所望の空隙率の誘電体が得られる。
なお、図１では、給電スロット２には発泡誘電体を充電していない場合を示しているが、給電スロット２は発泡誘電体が充電されていてもよい。
給電スロット２に発泡誘電体を充電する場合は、放射スロット１の幅および長さを充填する発泡誘電体の誘電率に合わせて調整する。
このことは、後述する実施の形態２および実施の形態３において、同様である。
【００１６】
図２は、材質がＰＥの場合の空隙率(発泡率)と比誘電率（物質の誘電率と真空の誘電率との比）εの関係を示す図である。
発泡誘電体５は、その空隙率（発泡率）が大きい程、比誘電率εが小さくなる。
従って、同軸線路部３内の管内波長λｇは、充填される発泡誘電体５の発泡率を制御することで変化させることができる。
本実施の形態によれば、同軸線路部３内に所定の発泡率を有した発泡誘電体５を充填し、管内波長λｇを短縮させることで、放射スロット間隔ｄを自由空間波長λ0より狭くすることができる。
その結果として、ビーム幅θｗ、垂直方向のビーム傾きθ,水平方向のビーム傾きφを変えることができるとともに、グレーティングローブを抑えることができる。
図３は、ビーム幅θｗ、垂直方向のビーム傾きθ、水平方向のビーム傾きφ、グレーティングローブの角度θｇを示している。
【００１７】
発泡誘電体５は、同じ材質の誘電体であっても、空隙率(発泡率)を変化させると誘電率が変わる。従って、発泡誘電体５の材料を適宜選定することによさて、所望の空隙率(発泡率)が得られる。
この発泡誘電体５を同軸線路部３の空間部に充填し、管内波長λｇを変えることによって、各放射スロット間および複数スロット（サブアレイ）間の給電位相を設定することができる。
この給電位相を制御することで、ビーム幅θw、ビーム傾きθを変化させるとともに、グレーティングローブの発生を抑える。
【００１８】
以上説明したように、本実施の形態による同軸給電スロットアレイアンテナは、同軸内導体４と同軸内導体４を内部に含む同軸外導体６で構成された同軸線路部３と、給電スロット２を介して同軸線路部３に電磁波を給電する給電導波管部７と、同軸線路部３に対応して同軸外導体６の外壁面に形成された複数の放射スロット１からなるサブアレイ２０とを備えた同軸給電スロットアレイアンテナであって、同軸内導体４と同軸外導体６で囲まれた空間に所定の発泡率を有する発泡誘電体５を充填している。
従って、本実施の形態によれば、同軸内導体と同軸外導体で囲まれた空間に所定の発泡率を有する発泡誘電体を充填するので、同軸線路部のマイクロ波の位相を容易に変えることが可能であり、放射スロットから放射するビームの傾きやグレーティングローブの角度を自由に設定でき、かつ低損失な同軸給電スロットアレイアンテナを実現できる。
【００１９】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２による同軸給電スロットアレイアンテナの構成を示す図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。なお、図４（ｂ）において、５ａ、５ｂは発泡誘電体５の発泡率を変えた部分を示している。
放射スロットにおける励振原理は、実施の形態１と同じであるので説明は省略するが、スロットアレイに効率よく定在波励振させるには、定在波の腹で電流が最大となる位置に放射スロットを配置する必要がある。
前述した実施の形態１のように、スロットアレイ内おいて発泡誘電体５の発泡率が一定の場合、放射スロット間隔は“ｄ”に固定化される。
【００２０】
しかし、図４に示すように、発泡誘電体５の一部(５ａの部分、５ｂの部分)の発泡率を変えることによって、同軸線路部３内部の管内波長λgが局所的に変化するため放射スロット間隔ｄ１、ｄ２を任意に変えることができる。
つまり、スロットアレイを効率よく定在波励振させる位置（即ち、定在波の腹の位置）に放射スロットを配置することができる。
ここで、放射スロット間隔ｄ１は各放射スロットの間隔であり、放射スロット間隔ｄ２は上端の放射スロットあるいは下端の放射スロットと同軸線路部３の終端部との間隔である。
また、スロットアレイを定在励振するには、サブアレイ２０の両端の放射スロット１と同軸線路部３の短絡位置までの間隔ｄ２を、実際には隣接サブアレイとの隔壁等の影響でλ0／２より若干狭くする必要がある。
このような場合においても、上記同様、発泡誘電体５の一部（５ａの部分）の発泡率を変えることでｄ２の間隔を狭くできる。
【００２１】
以上説明したように、本実施の形態による同軸給電スロットアレイアンテナは、発泡誘電体５は、同軸内導体４で発生する定在波の腹で電流が最大となるよように、同軸内導体４の軸方向の一部において発泡率を変える。
従って、スロットアレイを効率よく定在波励振させるように放射スロット間隔を自由に設定できる。
【００２２】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３による同軸給電スロットアレイアンテナの構成を示す図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
なお、図５（ｂ）において、５ａ、５ｂは、互いに異なった発泡率を有した発泡誘電体を示している。
図５は、垂直方向の複数放射スロット毎に（即ち、垂直方向のサブアレイ２０毎に）、同軸線路部３に充填した発泡誘電体の発泡率を変化させたものを示している。
発泡誘電体５ａと発泡誘電体５ｂの発泡率を変えて管内波長λｇを変えることで、サブアレイ毎に放射スロット間隔ｄ１、ｄ２を可変させることができる。
なお、図５に、は放射スロット間隔ｄ１、ｄ２は示していないが、間隔ｄ１、ｄ２は、前述の実施の形態３で説明したとおりのものである。
【００２３】
これにより、垂直方向の各スロットアレイで形成されるビームを変形し、図３に示す垂直方向のビームの傾きθを変える。
上記同様、水平方向に隣接するスロットアレイで発泡誘電体の発泡率をかえることで異なるビームを形成し、図３に示す水平方向ビームの傾きφを変えることも可能である。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態による同軸給電スロットアレイアンテナのサブアレイ２０は、垂直方向に複数個配列されており、サブアレイ毎に対応する同軸線路部３に充填した発泡誘電体の発泡率を変化させる。
これにより、垂直方向に配列されたサブアレイの放射スロットへの給電位相を変化させて垂直方向のビームの傾きθを変えることができる。
また、本実施の形態による同軸給電スロットアレイアンテナのサブアレイは、水平方向に複数個配列されており、サブアレイ毎に対応する前記同軸線路部に充填した発泡誘電体の発泡率を変化させる。
これにより、水平方向に配列されたサブアレイの放射スロットへの給電位相を変化させて水平方向のビームの傾きφを変えることができる。
【００２５】
実施の形態４．
図６は、実施の形態４による同軸給電スロットアレイアンテナの構成を示す図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ断面図、図６（ｃ）は製作過程を説明するための図である。
本実施の形態においては、まず、同軸線路部３や給電導波管部７を形成するための発泡誘電体５を予め押出成形などで製作する。
そして押出成形により製作された成形部品（即ち、押出成形により製作された発泡誘電体５）にマスキングをして、必要な部分にＣｕ、ＡｕあるいはＮｉなどの導電性金属のメッキ（導電メッキ）を施す。このときの状態を図６（ｃ）に示す。
その後、図６（ｂ）に示すように、導電メッキされた各部品を導電性接着剤により接着し、一体化する。
【００２６】
図６（ｂ）あるいは図６（ｃ）において、太線で示された部分が導電メッキ部分であり、導電メッキは、発泡誘電体５の軸（即ち、同軸線路部３の中心軸である同軸内導体４）方向の端面および内外周の一部を電磁波が反射する反射体となっている。
なお、導電メッキに代えて導電性の塗料を塗装してもよい。
このように、発泡誘電体５の軸方向端面および内外周の一部に、電磁波を反射するように導電メッキまたは導電塗装をすることにより、同軸線路部の軸方向長さ毎に隔壁(短絡板)を設けることができ、金属による隔壁が不要となる。
また、導波管７を形成するように発泡誘電体５に導電メッキあるいは導電塗装することにより、同軸線路部３の内導体、金属外壁がなくとも同軸線路部３および給電導波管部７が形成できる。
【００２７】
以上説明したように、本実施の形態による同軸給電スロットアレイアンテナは、同軸線路部３を構成する同軸内導体４と同軸外導体６、および給電導波管部７の外導体は、導電メッキまたは導電塗装により形成されている。
これにより、金属隔壁が無くても同軸線路部の単位長毎に隔壁(短絡板)を設けることができ、隣接するサブアレイの間隔を狭くすることができると共に、同軸線路部を構成する同軸内導体４と同軸外導体６および給電導波管部７の外導体を金属で製作する必要がないので、同軸線路部および給電導波管部の小型・軽量化が図れる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
この発明は、車両用レーダ装置に好適な同軸給電スロットアレイアンテナの実現に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施の形態１による同軸給電スロットアレイアンテナの構成を説明するための図である。
【図２】材質がＰＥの場合の発泡率と比誘電率の関係を示す図である。
【図３】スロットアレイアンテナのビーム放射方向を説明するための図である。
【図４】実施の形態２による同軸給電スロットアレイアンテナの構成を説明するための図である。
【図５】実施の形態３による同軸給電スロットアレイアンテナの構成を説明するための図である。
【図６】実施の形態４による同軸給電スロットアレイアンテナの構成を説明するための図である。
【図７】従来の同軸給電スロットアレイアンテナの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  放射スロット                      ２  給電スロット
３  同軸線路部                        ４  同軸内導体
５、５ａ、５ｂ  発泡誘電体            ６  同軸外導体
７  給電導波管部                    ２０  サブアレイ
１００  スロットアレイアンテナ        １０１  外導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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