(57)【要約】      （修正有）【課題】送受信のアイソレーションを確保し、かつ、物体面のフォーカスを複数持つことができるマルチフォーカスアンテナの構成方法を提供する。【解決手段】レンズの光軸上に送信及び受信用の一次放射器を配置した。レンズ近傍に目標がある場合、焦点深度に広がりがあり、そのフォーカルエリアの中に送信アンテナおよび送受アンテナを配置した。逆にこの位置に送信アンテナと受信アンテナがあるとき、物体面のフォーカルエリアは、光軸上を前後するが被写体深度に奥行きがあるので、目標は、デフォーカスすることなく鮮明にイメージングできる。また、送信アンテナおよび受信アンテナ間のスパンロスおよびバックローブ特性により高アイソレーションが得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を収束する機能を有するアンテナにおいて、光軸上に送信用及び受信用の一次放射器を配置したことを特徴としたアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁波を収束する機能を有するアンテナにおいて、受信用又は、送信用の一次放射器を光軸上に複数個並べ、一次放射器を切り替えることにより物体面のフォーカスの位置を変えることができることを特徴としたアンテナ。
【請求項３】
前記請求項目１．から２．において送信用及び受信用の一次放射器を光軸に対して直角方向に複数配置することを特徴としたアンテナ。
【請求項４】
前記請求項目１．から３．において送信用及び受信用の一次放射器の前に凹面レンズをおき像面の被写体深度を広くすることを特徴としたアンテナ。
【請求項５】
前記請求項目１．及び４．において光軸上に配置した一次放射器間のアイソレーションを高くするため、一次放射器間に遮蔽板、誘電体又は吸収体を挿入することを特徴としたアンテナ。
【請求項６】
前記請求項目１．から５．において送信用及び受信用の一次放射器の偏波面が９０°異なったアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、レーダ等に使用する電磁波を収束する機能を有するアンテナの給電方式に関し、送受信のアイソレーションを確保し、かつ、物体面のフォーカスを複数持つことができるマルチフォーカスアンテナの構成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来のレーダシステムに使われているアンテナは送受信を共用しているか、または、送受信別々のアンテを用いている。
一般的なパルスレーダは、送受信の時間分離が可能であり、アンテナはサーキュレータを介し送信機及び受信機に接続され共用している。一方、ＦＭＣＷレーダのように、送信中に受信をおこなうレーダは、送受信間のアイソレーションを高く取らないと送信波が受信器に回り込むため受信感度が低下することになり送受アンテナを分離することにより実現している。
送信アンテナと受信アンテナを共用するためには、サーキュレータを使用するが、高アイソレーションを確保することが困難である。なぜならば、アイソレータが高アイソレーションを確保しても、送信波はアンテナで反射され受信系に回り込むため、アンテナのリターンロスで制限されることになり、通常アイソレーションは、２０ｄＢ〜３０ｄＢとなり不十分である。
この問題点を解決する一般的な方法に送受信アンテナ分離方式がある。しかし、２個のアンテナを使用するので形状が大きくなる。また、コストアップになり好ましくない。イメージングレーダは、近傍の目標を探知するので時間分離が難しく、送受信アンテナを分離しているケースが多い。この場合、送受アンテナ間隔により送受信のビームを同一の光軸上で収束させることが不可能となり、解像度を低下させていた。また、近傍のイメージングレーダは、レンズ等でビームを絞っているため物体面の被写体深度が浅く、奥行きのある物体は、デフォーカスとなって鮮明な画像が得られなかった。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】上述したように、従来のイメージングレーダは、図７に示すように送信アンテナ７１と受信アンテナ７２は分離しているため以下の問題があった。
１）送信光軸７５と受信光軸７４は、一か所で交差するので送受信の光軸のずれをなくすことは不可能であった。また、フォーカルポイント７６を合わせるのが困難であり分解能が低下していた。
２）送受信のアイソレーションを広帯域に確保できなかった。
３）近接目標を見るため物体面における被写体深度が浅く、奥行きのある物体を見たとき、フォーカスが全体に合わないため鮮明な画像が得られなかった。現状は、メカニカルにフォーカルポイントを移動させる必要があり形状が大きく瞬時性がなかった。
４）送受信アンテナを共用とし小型・低価格化を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は、ミリ波イメージング装置において、高分解能化および被写体深度を深くとる手段である。
１）電磁波を収束する機能を有するアンテナにおいて、一次放射器を光軸上に配置することにより軸ずれをなくした。図８の動作原理図に示すように、送信用一次放射器８２から放射された波は物体面側で集束する。そこに物体８６があると波は反射され誘電体レンズ８１をとおして像面側の焦点に戻るので、その位置に受信用一次放射器８３があると滲みなく鮮明な画像が得られることになる。本発明は、送信用一次放射器からの波は、誘電体レンズをとおして物体面側で収束されるので被写体深度８４は奥行きを持つことになる。また、物体側から放射され誘電体レンズを通した像面側の焦点深度８５は、レンズのＦ値が大きい程、物体が近傍である程奥行きをもっているのでその範囲に受信用一次放射器を配置すれば、焦点が合うことになり、鮮明な画像が得られることを利用したものである。
つまり、物体面側の被写体深度および像面側の焦点深度に幅がありその中に送信用及び受信用一次放射器を配置すればよいことになる。送信用一次放射器と受信用一次放射器の間隔が狭ければ、物体面側のフォーカルポイントが一致し好ましい。
しかし、送受信の一次放射器の間隔が狭いと送受のアイソレーションが低下するので、物体面のフォーカルポイント範囲と送受アイソレーションをトレードオフし決定する必要がある。逆に、送信用一次放射器と受信用一次放射器の間隔を広げると、物体面側のフォーカルポイントの幅が狭くなり前後が極端にボケることになり被写体深度が狭い画像を得ることができる。この特質を利用すると奥行きに対して選択性のある画像が得られることになる。
２）前述構成にすると、一次放射器のバックローブ特性と空間スペースにより送受アイソレーションにより確保できる。空間ロスによるアイソレーションは周波数に無関係で広帯域に取れる。
３）前述構成において、一次放射器を光軸上に並べると、各一次放射器の物体面におけるフォーカルポイントが異なる。物体面の合わせたいフォーカルポイントとなる一次放射器２個で送受を行うことによりフォーカスを合わせることができる。並べた一次放射器を組み合わせることにより、物体面のフォーカルポイントと被写体深度を選択できる。送受信信号をスイッチにより切り替えることにより、高速でフォーカルポイントを切り替えることができる。
４）送受信のレンズおよび反射鏡の共通化を図った。
【発明の効果】
【０００５】  本発明の方法を用いると、以下に示す効果がある。
１）光軸上に送受信の一次放射器を配置することができ焦点が光軸上に結び解像度が向上する。
２）前後のアンテナ位置がずれているので、深度方向で広範囲にビームの幅が一定とすることが可能、また、受信用給電器を複数並べることにより光軸上に焦点が複数でき、同時に受信することによりレンジ方向の焦点範囲を広くすることが可能となる。
３）送受信アンテナを空間的に分離可能であり広帯域に送受アイソレーションが得られる。このことにより、受信器への送信ノイズの回り込みを抑えることが可能であり受信感度が向上する。
４）電磁波を収束する機能を有するものに、レンズおよび反射鏡がある。これらは、波長の数十倍の大きさが必要で形状が大きい。このレンズおよび反射鏡を共通化することにより小型・低価格をはかる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】以下、本発明に係るレンズアンテナについて、〔実施形態１〕、〔実施形態２〕〔実施形態３〕〔実施形態４〕〔実施形態５〕〔実施形態６〕の順で図面を参集しつり詳細に説明する。【０００７】〔実施形態１〕図１は、誘電体レンズ１１を用いた平面図である。図中に示す送信用一次放射器１２と受信用一次放射器１３を、誘電体レンズの光軸上１４に配置したレーダ装置アンテナの例である。フォーカルポイント１６は、送信用と受信用の送受積の点である。一次放射器は、ホーンアンテナ、ダイポールアンテナおよびプリント板アンテナ等であればよく、形式は限定されない。図９に、プリント基板アンテナの一例としてＰＴＦＥのグラスファイバー基板上９１に送信用一次放射器（テーパードスロットアンテナ）９３と受信用一次放射器９２を２個構成しコネクタ９４を実装した例を示す。送信用一次放放射器と受信用一次放射器の位置は、逆でもかまわない。【０００８】〔実施形態２〕図２は、送信用一次放射器２２ａ〜２２ｂと受信用一次放射器２３ａ〜２３ｂを光軸上２４に配置し、送信用一次放射器２２ａと受信用一次放射器２３ａの送受積は、物体面側フォーカルポイントＡ２６ａに、また、送信用一次放射器２２ｂと受信用一次放射器２３ｂからの波は物体面側のフォーカルポイントＢ２６ｂで収束する。この受信用一次放射器２３ａ〜２３ｂの出力を合成またはスイッチにより切り替えることにより被写体深度が深くすることができる。通常機械的に、一次放射器の位置を調整しているが、本発明においては、送受信信号を合成または切り替えるだけでフォーカルポイント２６ａ，２６ｂを切り替えることが可能となる。また、全て受信用一次放射器とし受信アレイを構成することもできる。図１０に、４個の一次放射器１０２ａ〜１０２ｂ，１０３ａ〜１０３ｂを配列した例を示す。この場合、レンズからの距離に応じて最適な放射ビーム幅となるようレンズの近傍の一次放射器１０２ａのビーム幅１０５ａが広く，もっとも離れた一次放射器１０３ｂのビーム幅１０５ｄが狭くなるようにアンテナ開口１０６ｄを大きく、アンテナ開口１０６ａを小さくしている。このことによりレンズ面に近い側の開口が小さいので、ブロッキングが小さくなり利得低下も少なくなる効果がある。送信用も同様可能である。なお、ここに示した一次放射器は、ファルミアンテナであり、これは例えば日本国特許  特許第３４６２９５９号『平面アンテナ』に示されている。このアンテナは、平面対であり、アンテナを光軸上に配置してもアンテナ同士の干渉が少ない。【０００９】〔実施形態３〕図３は、実施形態１の送信用一次放射器３２ａ〜３２ｄと受信用一次放射器３３ａ〜３３ｄを光軸３４と垂直に４素子アレイ用とし、素子数分同時に検出できるようにした構成である。使用目的に応じて、素子数を決定する。また、前後の位置は一致に限定したものではなく任意の位置に置くことが可能である。【００１０】〔実施形態４〕図４は、実施形態１の送信用一次放射器４２と受信用一次放射器４３と誘電体レンズ間４１に誘電体の凹誘電体レンズ４５を配置することにより、像面側の焦点深度を深くすることにより物体面から離れたフォーカルポイント４６に合わせることを可能とした構成であ���。物体が離れている場合、物体面側の焦点が誘電体レンズの焦点４７に近くなり、像面側の焦点深度が極端に狭くなるので、凹誘電体レンズを用いて焦点を後方に伸ばし焦点深度を広げた構成である。【００１１】〔実施形態５〕図５は、実施形態１から４において、一次放射器間のアイソレーションを確保するために、一次放射器間に遮蔽板、誘電体又は吸収体５８を挿入した構成である。【００１２】〔実施形態６〕図６は、実施形態１から５において、送信用一次放射器６２と受信用一次放射器６３の電界方向は９０度異ならせることにより、送受アイソレーションを確保した構成である。
【実施例】
【００１３】図１１は、実施形態２を使用した、ミリ波イメージング装置の構成である。これまでの実施形態は電磁波を収束する機能を有するものとして、誘電体レンズを用いてきたが、本実施例では、９０°非軸方物面ミラー１２０を使用し電磁波を収束させている。９０°非軸方物面ミラーの光軸上１１４に一次放射器を４個実装し、ミラーより送信用一次放射器（１）１１２ａ、受信用一次放射器（１）１１３ａ、送信用一次放射器（２）１１２ｂ、受信用一次放射器（２）１１３ｂの順に可動部１２１に固定している。可動部に乗った９０°非軸方物面ミラーは回転機構１２６により高速回転させ一次放射器からの波を反射し集束させることにより水平面を走査する。この可動部を、電動スライダ１１７により上下移動させ垂直面を走査させ、先の水平走査と組み合わせ２次元走査することにより、人全体をイメージングしている。実施形態２のように一次放射器を切り替えることにより物体面のフォーカルポイントの近い側Ａ１１５ｂと遠方Ｂ１１５ａに変え奥行きのある物体の画像を鮮明に得ることができる。この送信及び受信信号は、送信器、受信器に接続さている。受信信号は、信号処理器でアンテナの方位と上下位置によりマッッピングされ、ディスプレイに平面画像として表示される。また、波の反射信号の到達時間から立体的な表示も行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】    本発明の実施形態１の構成図
【図２】    本発明の実施形態２の構成図
【図３】    本発明の実施形態３の構成図
【図４】    本発明の実施形態４の構成図
【図５】    本発明の実施形態５の構成図
【図６】    本発明の実施形態６の構成図
【図７】    本発明の動作原理
【図８】    従来の構成の説明図
【図９】    本発明に使用する一次放射器２個のプリント基板アンテナ例
【図１０】    本発明に使用する一次放射器４個のプリント基板アンテナ例
【図１１】    本発明の実施例
【符号の説明】
【００１５】    １１、４１、８１    誘電体レンズ
１２、２２ａ、２２ｂ、３２ａ〜３２ｄ、４２、８２、９２、１０２ｂ〜１０２ｂ、                        １１２ａ、１１２ｂ    送信用一次放射器
１３、２３ａ、２３ｂ、３３ａ〜３３ｄ、４３、８３、９３、１０３ａ〜１０３ｂ、                        １１３ａ、１１３ｂ    受信用一次放射器
１４，２４，３４，４４，１１４    光軸
１６、４６、７６    フォーカルポイント
２６ａ、１５５ａ    フォーカルポイントＡ
２６ｂ、１１５ｂ    フォーカルポイントＢ
４５      凹誘電体レンズ
４７      レンズ焦点
５８      遮蔽板、誘電体または吸収体
７１      送信アンテナ
７２      受信アンテナ
７４      受信光軸
７５      送信光軸
８４      物体面側の被写体深度
８５      像面側の焦点深度
８６      物体
９１、１１０１      ＰＴＦＥグラスファイバー
９４      コネクタ
１０５ａ〜１０５ｄ    ビーム幅
１０６ａ〜１０５ｄ    アンテナ開口
１２０    非軸９０°方物面ミラー
１２１    可動部
１２６    回転機構
１１７    電動スライダ
１１９    イメージングレーダ
【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】
2009198474.tif 000009
【図８】
2009198474.tif 000010
【図９】
2009198474.tif 000011
【図１０】
2009198474.tif 000012
【図１１】
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