JP2016058790A

JP2016058790A - アレーアンテナおよびそれを用いた装置

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Publication number: JP2016058790A
Application number: JP2014181569A
Authority: JP
Inventors: 岩井　浩; Hiroshi Iwai; 岩井　　浩; 佐藤　潤二; Junji Sato; 潤二佐藤; 亮佑塩崎; Ryosuke Shiozaki; 廣川　二郎; Jiro Hirokawa; 二郎廣川; ビョウチョウ; Miao Zhang
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2016-04-21
Also published as: US20160072191A1; EP2993733A1; CN105406204A

Abstract

【課題】平面アンテナで構成されたコンフォーマルアンテナに比較して低損失で電波を放射でき、しかも放射角度を広げることができ、容易に製造することができるスロットアレーアンテナ装置を提供する。【解決手段】アレーアンテナ装置は、複数のスロットアンテナをそれぞれ含み、コンフォーマル形状で形成された放射面をそれぞれ有する、配列された複数のスロットアレーアンテナと、上記各スロットアレーアンテナに対してそれぞれ給電するための複数の導波管とを備える。上記複数の導波管の本体を樹脂成形法で形成した後、導波管内面をメッキで表面処理して構成した。【選択図】図１

Description

本開示は、例えばコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置などのアレーアンテナ装置およびそれを用いた無線通信装置に関する。

例えば特許文献１において、コンフォーマルアンテナの一例が開示されている。当該コンフォーマルアンテナは、「所望の曲面を有するアンテナ基体と、この基体の外まわりに所定のピッチで取り付けられたマイクロストリップアンテナと、アンテナ基体の内側または外側に位置し上記マイクロストリップアンテナに電波を給電する給電回路とから成るアンテナ装置において、マイクロストリップアンテナを構成する誘電体基板、複数個のコネクタと放射導体素子のうち、放射導体素子の厚みを変化させ、その外側の面がアンテナ基体の曲面の一部を成すこと」を特徴としている。なお、コンフォーマルアンテナとは、航空機の胴体のような曲率のある面上に放射素子を配列したアレーアンテナを、一般にコンフォーマルアンテナと呼んでいる。

また、特許文献２では、例えば三角錐や球の表面、あるいは航空機の胴体のような曲面に放射素子を配列したコンフォーマルアレーアンテナに導波管スロットアンテナを用いた実施例が開示されている。ここで、１つの導波管に複数のスロットを形成することによりコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置を構成しており、１つの導波管の上部金属板及び下部金属板が円弧状に形成されている。

さらに、特許文献３及び４では、矩形導波管の広壁上に電波の伝搬方向に沿って複数のクロススロットが形成される漏れ波導波管クロススロットアレーアンテナが開示されている。

特開昭６３−０３１３０４号公報特開平７−１７６９４８号公報特開平６−１８８９２５号公報特開平７−１０６８４７号公報

例えば特許文献１において開示されたコンフォーマルアンテナでは、基板上に形成された平面アンテナで構成しているので、製造プロセスは簡単であるが、特許文献２〜４で開示された導波管アレーアンテナに比較して低損失化のためには高価な誘電体材料を用いる必要があり、放射角度を広げることは難しいという問題点があった。

本開示の目的は以上の問題点を解決し、平面アンテナで構成されたコンフォーマルアンテナに比較して低損失で電波を放射でき、しかも放射角度を広げることができ、容易に製造することができるアレーアンテナ装置を提供することにある。

本開示に係るアレーアンテナ装置は、
複数のスロットアンテナをそれぞれ含み、コンフォーマル形状で形成された放射面をそれぞれ有する、配列された複数のスロットアレーアンテナと、
上記各スロットアレーアンテナに対してそれぞれ給電するための複数の導波管とを備えたことを特徴とする。

これらの概括的かつ特定の態様は、システム、装置及び方法の任意の組み合わせにより実現してもよい。

本開示に係るアレーアンテナ装置によれば、平面アンテナで構成されたコンフォーマルアンテナに比較して低損失で電波を放射でき、しかも放射角度を広げることができる。

実施形態１に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の外観を示す斜視図である。図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置及びその周辺回路の構成を示す側面図である。第１の変形例に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の縦断面図である。第２の変形例に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の平面図である。第３の変形例に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の平面図である。図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の底面の給電部１０６を示す底面図である。図２及び図３の集積回路（ＩＣ）２０２の上面を示す平面図である。図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の放射パターン１３１及び比較例の導波管スロットアレーアンテナ装置の放射パターン１３２を示す図である。図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置を樹脂成形法で製造する場合の構成を示す縦断面図である。図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の素子間隔を説明するための側面図である。図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の各導波管において管内波長を揃えることを説明するための側面図である。実施形態２に係るレーダ装置の外観を示す斜視図である。図１２の送信アンテナ１０１Ｔのための無線送信回路の構成を示すブロック図である。図１２の受信アンテナ１０１Ｒのための無線受信回路の構成を示すブロック図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

実施形態１．
図１は実施形態１に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１の外観を示す斜視図である。図１において、本実施形態に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１は、例えば航空機の胴体のような曲率のあるコンフォーマル形状の放射面１１０の各狭壁面１１１〜１１８上にそれぞれ、複数のスロットアンテナ１０３をそれぞれ備える複数のスロットアレーアンテナを配列したことを特徴としている。ここで、放射面１１０は、例えば複数の矩形平板形状の狭壁面１１１〜１１８で構成される。放射面１１０の下部は、側部広壁面１２０，１２８の間において側壁１０４で分離された複数の矩形導波管１０２で構成される。当該各矩形導波管１０２に無線信号を給電して同導波管１０２内を伝搬させた後、複数のスロットアンテナ１０３からなるスロットアレーアンテナから放射する。

なお、図１のスロットアンテナ１０３の形成方向については、図４及び図５を参照して詳細後述する。

図２は図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１及びその周辺回路の構成を示す側面図である。図２において、コンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１の各導波管１０２の下部の給電部から、コンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１の下部に載置された基板２０１内の給電線２０３を介して、無線送受信回路を含む集積回路（ＩＣ）２０２に接続される。集積回路２０２からの無線信号は複数の給電線２０３及び複数の導波管１０２を介して放射面１１０に設けられた複数のアンテナから放射される一方、放射面１１０で受信される無線信号は複数の導波管１０２及び複数の給電線２０３を介して集積回路２０２に出力される。

図３は第１の変形例に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の縦断面図である。第１の変形例に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置は、放射面１１０を各導波管１０２の狭壁面に対向する狭壁面１１１〜１１８のうち隣接する各対の狭壁面をそれぞれ接続面１２１〜１２７で連結したことを特徴としている。ここで、狭壁面１１１は接続面１２１を介して狭壁面１１２に連結され、狭壁面１１２は接続面１２２を介して狭壁面１１３に連結され、狭壁面１１３は接続面１２３を介して狭壁面１１４に連結される。狭壁面１１４は接続面１２４を介して狭壁面１１５に連結され、狭壁面１１５は接続面１２５を介して狭壁面１１６に連結され、狭壁面１１６は接続面１２６を介して狭壁面１１７に連結され、狭壁面１１７は接続面１２７を介して狭壁面１１８に連結される。

図３において、放射面１１０の各狭壁面１１１〜１１８と各導波管１０２との間には無線信号を伝搬させる給電部１０５が設けられ、各導波管１０２の下部と各給電線２０３との間には無線信号を伝搬させる給電部１０６が設けられる。また、集積回路２０２の各接続端子２０４はそれぞれ給電線２０３に接続される。なお、複数の導波管１０２はそれぞれ側壁１０４で分離されている。集積回路２０２からの無線信号は複数の接続端子２０４、複数の給電線２０３、複数の給電部１０６、複数の導波管１０２及び給電部１０５を介して放射面１１０に設けられた複数のスロットアンテナから放射される。一方、放射面１１０に設けられた複数のスロットアンテナで受信される無線信号は複数の給電部１０５、複数の導波管１０２、複数の給電部１０６、複数の給電線２０３、及び複数の接続端子２０４を介して集積回路２０２に出力される。

図３のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置では、各導波管１０２の狭壁面に対向する狭壁面１１１〜１１８にスロットアレーアンテナ装置を形成し、ここで、コンフォーマル形状の放射面１１０を形成するようにそれぞれ狭壁面１１１〜１１８を有する複数の細長い平板を側面で連結して構成した。これにより、図１０を参照して詳細後述するように、従来例の平面アンテナに比較して広角化できる。

図４は第２の変形例に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１の平面展開図である。第２の変形例に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１は、放射面１１０の各狭壁面に形成される複数のスロットアンテナ１０３が互いに平行であって、狭壁面の長手方向に対して概略４５度の角度をなすように形成されている。これにより、図４のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置は、水平偏波と垂直偏波の間の角度を有する直線偏波の偏波面を有する。なお、各隣接するスロットアンテナ１０３は互いに１波長だけ離隔し、各スロットアンテナ１０３は半波長の長手方向の長さを有するように形成されている。

図５は第３の変形例に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の平面展開図である。図５においては、第３の変形例に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置は、狭壁面の長手方向と平行となる長手方向を有する複数のスロットアンテナ１０３であって、電界Ｅの矢印で図示するように、スロットアンテナ１０３のスロットの配置を隣接するブランチのスロットアレーアンテナと互いに逆相となるようにスロットアンテナ１０３を形成したことを特徴としている。なお、各スロットアレーアンテナにおいて互いに長手方向で隣接するスロットアンテナ１０３は互いに電界Ｅの回転方向が逆となるように互いに所定の距離だけ離隔されかつ、狭壁面の短辺方向で右端部又は左端部で互い違いで形成される。これにより、互いに隣接するブランチ（スロットアレーアンテナ）間の電位差が側壁１０４の中央部でゼロになるために、放射面１１０の各狭壁面と導波管１０２とを厳密に対向するように連結しなくても垂直偏波（直線偏波）で動作可能である。このため、放射面１１０と導波管１０２を別部品として構成した場合に、放射面１１０と導波管１０２を組み立てる場合に厳密に接続する必要がなくなるため、製造プロセスが簡易化され、量産性が増すという効果を生じせしめる。

なお、図４及び図５は、図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１の平面をそのまま見た平面図ではなく、各スロットアレーアンテナの幅が同一になるようにした平面展開図である。

図６は図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の底面の給電部１０６を示す底面図である。図６に示すように、各導波管１０２の長手方向の中央部に矩形柱形状の給電部１０６が形成されている。

図７は図２及び図３の集積回路（ＩＣ）２０２の上面を示す平面図である。図７に示すように、集積回路２０２の上部には、複数の接続端子２０４が形成されている。

図８は図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の放射パターン１３１及び比較例の導波管スロットアレーアンテナ装置の放射パターン１３２を示す図である。図８において、１３０は放射基準点であり、実施形態１に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の放射パターンは、比較例に係る導波管スロットアレーアンテナ装置の放射パターン１３２に比較して広い角度（広角）で放射することができる。

図９は図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１を樹脂成形法で製造する場合の構成を示す縦断面図である。

図９において、図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１を、アンテナ上部１０１Ａと、アンテナ下部１０１Ｂとに励振時の電流がおおむねゼロとなる高さの分割位置において導波管の長手方向で２分割する。ここで、導波管１０２ａを上部導波管１０２ａａと下部導波管１０２ａｂとに２分割し、導波管１０２ａを上部導波管１０２ａａと下部導波管１０２ａｂとに２分割し、導波管１０２ｂを上部導波管１０２ｂａと下部導波管１０２ｂｂとに２分割し、導波管１０２ｃを上部導波管１０２ｃａと下部導波管１０２ｃｂとに２分割し、導波管１０２ｄを上部導波管１０２ｄａと下部導波管１０２ｄｂとに２分割する。なお、各上部導波管１０２ａａ〜１０２ｄａ及び各下部導波管１０２ａｂ〜１０２ｄｂでそれぞれ、分割位置から導波管内部を介して導波管端部に向かってその短辺幅が狭くなるように形成することで樹脂成形法でアンテナ上部１０１Ａ及びアンテナ下部１０１Ｂを形成してこれらを貼り付けた後、導波管内部をＣｕメッキなどの金属メッキで内面を金属薄膜の内面処理を行うことで、導波管１０２ａ〜１０２ｄを形成することができる。

なお、樹脂成形法では、導波管本体を例えばエポキシ樹脂や液晶ポリマーなどの樹脂で例えば金属金型を用いて形成し、形成した導波管内面をメッキで表面処理する。ここで、導波管本体は３Ｄプリンタで形成してもよい。

以上説明したように、樹脂成形法及びメッキ法を用いて導波管を形成することにより、従来例のように金属を折り曲げなどして導波管を形成する場合に比較して製造プロセスを簡単化でき製造コストを大幅に低減できる。また、導波管で給電するので、無線信号を低損失で伝送することができる。さらに、上述のように、放射面１１０をコンフォーマル形状とすることで、図８を用いて説明したように広角化できる。

図１０は図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１の素子間隔を説明するための側面図である。以下、コンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１では、コンフォーマルではない導波管スロットアレーアンテナ装置に比較して素子間隔を大きくできる理由について以下に説明する。

アレーアンテナでは、一般的に素子間隔を広げるとグレーティングローブが発生しやすくなるため、平面上に等間隔でアンテナ素子を配列する従来構成の場合には、グレーティングローブの発生を抑圧した上でビーム指向方向を広範囲にスキャンする場合には素子間隔を小さくする必要があった。

一方、本実施形態に係るコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の場合には、アンテナ面がビーム指向方向に対して物理的に傾いて構成されるため、複数のビーム基準方向を設けることが可能となり、各ビーム基準方向に対するアンテナ素子のビームスキャン範囲を狭くすることが可能となる。

具体的には、図１０に示す８ブランチ構成の場合に１２０°の範囲をカバーするためには、ビーム指向方向Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれに対して４０°の範囲をカバーすればよく、この場合、ビーム基準方向Ａについては、スロットアレーアンテナ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄを主に動作させてビーム指向方向Ａを中心とする±２０度の範囲をカバーする。同様に、ビーム基準方向Ｂについては、スロットアレーアンテナ１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆを主に動作させてビーム指向方向Ｂを中心とする±２０度の範囲をカバーする。また、ビーム基準方向Ｃについては、スロットアレーアンテナ１０１ｅ，１０１ｆ，１０１ｇ，１０１ｈを主に動作させてビーム指向方向Ｃを中心とする±２０度の範囲をカバーする。これにより、各ビーム基準方向Ａ，Ｂ，Ｃに対するビームスキャン範囲を狭くすることが可能となるため、アンテナ素子間隔を広くしてもグレーティングローブが生じることなく、利得が高い上に半値角の狭い良好なビーム指向性を形成することが可能となる。

なお、ビーム基準方向とは、アレーアンテナ全体のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子で構成されるサブアレーに対する概正面方向のことであり、本実施形態では、ビーム基準方向が３つの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、４つ以上のビーム基準方向を備えていても良いことは当然のことである。すなわち、本開示では、放射面１１０において互いに異なる３つ以上のビーム基準方向を備えて、各ビーム基準方向に対して４つ以上のスロットアレーアンテナを割り当てて所定のビーム指向性を得ることができる。

なお、平面上に等間隔で配置された従来のアレーアンテナの場合には、ビーム基準方向は正面方向のみとなることは自明である。

なお、ビーム基準方向と反対方向となる一部のサブアレーを非励振とすることで、装置全体の消費電力を抑えることが期待できることは当然のことである。この場合、例えば、ビーム基準方向Ａに対してはスロットアレーアンテナ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅを励振しつつ、スロットアレーアンテナ１０１ｆ、１０１ｇ、１０１ｈを非励振とすることですべてのスロットアレーアンテナを励振する場合に比べて消費電力を少なくすることが可能となる。非励振とするスロットアレーアンテナはこれに限定されるものではない。

図１１は図１のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置の各導波管において管内波長を揃えることを説明するための側面図である。図１１において、導波管１０２ａ，１０２ｂが側壁１０４ａで分離され、導波管１０２ｃ，１０２ｄが側壁１０４ｂで分離されている。

導波管１０２ａ〜１０２ｄを形成する側壁１０４ａ，１０４ｂを、各導波管１０２ａ〜１０２ｄが平行となるように構成する場合には、中心付近の壁の長さに比べて端部付近の壁の長さが短くなるため、管内波長が著しく異なってしまい、広い周波数をカバーすることができないという課題があった。

一般的に導波管の管内波長λ_ｃは、導波管の長手方向の長さをａとすると式（１）で表される。この場合、λ_０は自由空間波長である。また、λ_０＝２ａとなる場合に数式１は発散してしまうため、ａ＞λ_０／２であることが必要となり、さらに、ａ＞λ_０となると高次モードが発生することから、長手方向の長さａは式（２）に示される範囲内で設計することが重要となる。一方、狭壁面にアンテナ素子を形成する場合には、短手方向の長さｂは高次モードを抑制するためには、式（３）のごとくλ_０／２より短く設計する必要がある。

そこで、図１１に示すように、一部もしくはすべての側壁１０４を給電面に対して垂直とならないように形成することにより、端部付近の壁の長さを長くすることが可能となるため、管内波長を略均一にすることができるため、広い周波数をカバーすることが可能となることが期待できる。この場合、中心付近の壁の長さはａ１であるのに対して、端部の導波管の壁の長さはａ２となっている。長さａ２は長さａ１よりは短いものの、アンテナ面の高さａ３より長くすることができ、結果的に管内波長λ_ｃが長くなることを抑制する効果が期待できる。

なお、端部の導波管の管内波長を従来に比べて長くすることができさえすれば、図１１に示した壁の形状に限定されるものではなく、例えば、図９に示すように、上下２つの部品として構成する場合には壁の根元の幅を解放部の幅よりも太くなるようにすることで、長さｂがλ_０／２以下となるよう抑制しつつ、長さａを長くできるため、同様の効果が期待できることはいうまでもない。

実施形態２．
図１２は実施形態２に係るレーダ装置３００の外観を示す斜視図である。実施形態２に係るレーダ装置３００は、図１２に示すように、実施形態１に係る２個のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置１０１を送信アンテナ１０１Ｔ及び受信アンテナ１０１Ｒとして用いて構成したことを特徴としている。図１２において、基板３１０上に送信アンテナ１０１Ｔ及び受信アンテナ１０１Ｒが並置され、それらの基板下部に図１３の無線送信回路３２１及び図１４の無線受信回路３２２を備えてレーダ装置３００のためのＲＦモジュールを構成する。当該レーダ装置３００は例えば車両の衝突防止のための車両検出のためのレーダ装置であって、例えば準ミリ波又はミリ波帯の電波を用いて送信無線信号を送信して、例えば車両や歩行者などの所定の反射物体からの反射信号を受信無線信号として受信して反射信号の有無、反射物体までの距離や方角などを検出する。

図１３は図１２の送信アンテナ１０１Ｔのための無線送信回路３２１の構成を示すブロック図である。図１３において、送信アンテナ１０１Ｔは複数Ｎ個のスロットアレーアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎ（Ｎは複数）を備えて構成され、当該無線送信回路は複数Ｎ個の送信ブランチ回路Ｔ１〜ＴＮを備えて構成される。互いに直交するＩベースバンドデジタル信号及びＱベースバンドデジタル信号のうちのＩベースバンドデジタル信号は信号入力端子１１を介して各送信ブランチ回路Ｔ１〜ＴＮの移相器１２に入力され、Ｑベースバンド信号は信号入力端子２１を介して各送信ブランチ回路Ｔ１〜ＴＮの移相器２２に入力される。

各送信ブランチ回路Ｔ１〜ＴＮにおいて、移相器１２は入力されるデジタル信号をコントローラ１０から制御される所定の移相量だけ移相して可変増幅器１３に出力し、可変増幅器１３は入力されるデジタル信号をコントローラ１０から制御される所定の増幅率で増幅してＤＡ変換器１４に出力する。ＤＡ変換器１４は入力されるデジタル信号をアナログ信号にＤＡ変換してミキサ回路１５に出力する。また、移相器２２は入力されるデジタル信号をコントローラ１０から制御される所定の移相量だけ移相して可変増幅器２３に出力し、可変増幅器２３は入力されるデジタル信号をコントローラ１０から制御される所定の増幅率で増幅してＤＡ変換器２４に出力する。ＤＡ変換器２４は入力されるデジタル信号をアナログ信号にＤＡ変換してミキサ回路２５に出力する。

局部発振器３０は所定の送信用局部発振周波数を有する局部発振信号を発生して移相回路３１に出力し、移相回路３１は入力される局部発振信号を移相しないでそのまま第１の局部発振信号としてミキサ回路１５に出力する一方、９０度だけ移相して第２の局部発振信号としてミキサ回路２５に出力する。ミキサ回路１５は所定の高域通過フィルタ又は帯域通過フィルタを備え、ＤＡ変換器１４から入力されるアナログ信号を第１の局部発振信号と混合して所定の第１の無線信号に高域周波数変換（アップコンバート）して電力増幅器３２に出力する。また、ミキサ回路２５は所定の高域通過フィルタ又は帯域通過フィルタを備え、ＤＡ変換器２４から入力されるアナログ信号を第２の局部発振信号と混合して所定の第２の無線信号に高域周波数変換（アップコンバート）して電力増幅器３２に出力する。電力増幅器３２は入力される第１及び第２の無線信号を混合して電力増幅した後、スロットアンテナ１０３を介して放射する。

以上のように構成された無線送信回路３２１において、各送信ブランチ回路Ｔ１〜ＴＮのスロットアレーアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎは全体としてコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置である送信アンテナ１０１Ｔを構成して、当該送信アンテナ１０１Ｔは第１及び第２の無線信号を混合してなる無線信号をコントローラ１０により制御される放射角度で放射する。レーダ装置３００では、当該放射角度はコントローラ１０により所定の回転速度で走査される。

図１４は図１２のコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置のための無線受信回路の構成を示すブロック図である。図１４において、受信アンテナ１０１Ｒは複数Ｎ個のスロットアレーアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎ（Ｎは複数）を備えて構成され、当該無線受信回路は複数Ｎ個の受信ブランチ回路Ｒ１〜ＲＮを備えて構成される。受信アンテナ１０１Ｒにより受信される無線信号はスロットアレーアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎにより受信される。

各受信ブランチ回路Ｒ１〜ＲＮにおいて、受信された無線信号は低雑音増幅器４１を介して、ミキサ回路５１，６１に入力される。局部発振器４２は所定の受信用局部発振周波数を有する局部発振信号を発生して移相回路４３に出力し、移相回路４３は入力される局部発振信号を移相しないでそのまま第３の局部発振信号としてミキサ回路５１に出力する一方、９０度だけ移相して第４の局部発振信号としてミキサ回路６１に出力する。ミキサ回路５１は所定の低域通過フィルタ又は帯域通過フィルタを備え、低雑音増幅器４１から入力される無線信号を第３の局部発振信号と混合して所定の第１のベースバンド信号に低域周波数変換（ダウンコンバート）して、デジタル信号処理回路４０により増幅率が制御される可変増幅器５２を介してＡＤ変換器５３に出力する。ＡＤ変換器５３は入力されるアナログの第１のベースバンド信号をＩデジタルベースバンド信号にＡＤ変換してデジタル信号処理回路４０に出力する。また、ミキサ回路６１は所定の低域通過フィルタ又は帯域通過フィルタを備え、低雑音増幅器４１から入力される無線信号を第４の局部発振信号と混合して所定の第２のベースバンド信号に低域周波数変換（ダウンコンバート）して、デジタル信号処理回路４０により増幅率が制御される可変増幅器６２を介してＡＤ変換器６３に出力する。ＡＤ変換器６３は入力されるアナログの第２のベースバンド信号をＱデジタルベースバンド信号にＡＤ変換してデジタル信号処理回路４０に出力する。

以上のように構成された無線受信回路３２２において、各受信ブランチ回路Ｒ１〜ＲＮのスロットアレーアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎは全体としてコンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置である受信アンテナ１０１Ｒを構成する。例えば上記送信アンテナ１０１Ｔから放射される無線信号が例えば車両などの反射物体で反射された反射無線信号を当該受信アンテナ１０１Ｒにより受信し、コントローラ１０により制御されるデジタル信号処理回路４０が各可変増幅器５２，６２の増幅率を制御しつつデジタル信号処理回路４０に入力される複数のＩデジタルベースバンド信号及び複数のＱデジタルベースバンド信号に基づいて受信された無線信号の有無及び受信角度（方角）等を演算して出力する。これにより、所定の距離内において他の車両や歩行者が存在するか否か、また検出物までの距離や方角を検出することができる。

以上の実施形態２では、レーダ装置３００について説明しているが、本開示はこれに限らず、通常の通信用無線送信回路及び通信用無線受信回路を備えた無線通信装置であってもよい。

なお、本実施の形態で説明した構成に限定されるものではなく、例えば、送信アンテナと受信アンテナのブランチ数が異なっていても良いことは当然のことである。

なお、送信アンテナをたとえば送信ビームフォーミングとして動作せしめ、受信アンテナをデジタルビームフォーミングとして動作せしめることができることは当然のことである。これにより、送信アンテナのブランチ数を例えば８や１６と大きくした場合でも、ＩＣの送信ポートは１つにできるため、回路の簡素化が期待できることは言うまでもない。

実施形態のまとめ．
本開示の第１の態様に係るアレーアンテナ装置は、
複数のスロットアンテナをそれぞれ含み、コンフォーマル形状で形成された放射面をそれぞれ有する、配列された複数のスロットアレーアンテナと、
上記各スロットアレーアンテナに対してそれぞれ給電するための複数の導波管とを備えたことを特徴とする。

本開示の第２の態様に係るアレーアンテナ装置は、第１の態様に係るアレーアンテナ装置において、上記複数の導波管の本体を樹脂成形法で形成した後、導波管内面をメッキで表面処理して構成したことを特徴とする。

本開示の第３の態様に係るアレーアンテナ装置は、第２の態様に係るアレーアンテナ装置において、
上記複数の導波管は、互いに隣接する導波管を側壁で分離して構成され、
上記複数の導波管は、上記各導波管の長手方向で２分割しかつ、上記各導波管の短辺幅が分割位置から導波管端部に向かって短くなるように形成されたことを特徴とする。

本開示の第４の態様に係るアレーアンテナ装置は、第２又は第４の態様に係るアレーアンテナ装置において、
上記各スロットアレーアンテナをそれぞれ上記各導波管の狭壁面に形成したことを特徴とする。

本開示の第５の態様に係るアレーアンテナ装置は、第１〜４の態様に係るアレーアンテナ装置において、
上記各スロットアレーアンテナは、所定の同一の長手方向を有する複数のスロットアンテナを有することを特徴とする。

本開示の第６の態様に係るアレーアンテナ装置は、第４の態様に係るアレーアンテナ装置において、
上記各スロットアレーアンテナは、上記各導波管の狭壁面の長手方向に沿って短辺幅方向で短辺右側又は短辺左側において形成され、かつ、隣接するスロットアレーアンテナのスロットアンテナの一対の電界の回転方向が逆となるように形成された複数のスロットアンテナを有することを特徴とする。

本開示の第７の態様に係るアレーアンテナ装置は、第１〜６の態様に係るアレーアンテナ装置において、
上記複数の導波管を分離する一部もしくはすべての側壁を給電面に対して垂直とならないように形成したことを特徴とする。

本開示の第８の態様に係るアレーアンテナ装置は、第１〜７の態様に係るアレーアンテナ装置において、
上記複数のスロットアレーアンテナの放射面において互いに異なる３つ以上のビーム基準方向を備えて、各ビーム基準方向に対して４つ以上のスロットアレーアンテナを割り当てて所定のビーム指向性を得るように構成したことを特徴とする。

本開示の第９の態様に係るアレーアンテナ装置は、
第１〜８のうちのいずれかの態様に係るアレーアンテナ装置を２個備え、
一方のアレーアンテナ装置を送信用アレーアンテナ装置として用い、
他方のアレーアンテナ装置を受信用アレーアンテナ装置として用いることを特徴とする。

本開示の第１０の態様に係る無線通信装置は、第９の態様に係るアレーアンテナ装置を備えた無線通信装置であって、
上記送信用アレーアンテナ装置に接続された無線送信回路と、
上記受信用アレーアンテナ装置に接続された無線受信回路とを備えたことを特徴とする。

本開示の第１１の態様に係る無線通信装置は、第１０の態様に係る無線通信装置において、上記無線通信装置はレーダ装置であることを特徴とする。

以上詳述したように、本開示に係るスロットアレーアンテナ装置によれば、平面アンテナで構成されたコンフォーマルアンテナに比較して低損失で電波を放射でき、しかも放射角度を広げることができ、容易に製造することができる。

１０…コントローラ、
１１…信号入力端子、
１２…移相器、
１３…可変増幅器、
１４…ＤＡ変換器、
１５…ミキサ回路、
２１…信号入力端子、
２２…移相器、
２３…可変増幅器、
２４…ＤＡ変換器、
２５…ミキサ回路、
３０…局部発振器、
３１…移相回路、
３２…電力増幅器、
４０…デジタル信号処理回路、
４１…低雑音増幅器、
４２…局部発振器、
４３…移相回路、
５１…ミキサ回路、
５２…可変増幅器、
５３…ＡＤ変換器、
５４…信号出力端子、
６１…ミキサ回路、
６２…可変増幅器、
６３…ＡＤ変換器、
６４…信号出力端子、
１０１…コンフォーマル導波管スロットアレーアンテナ装置、
１０１Ｔ…送信アンテナ、
１０１Ｒ…受信アンテナ、
１０１Ａ…アンテナ上部、
１０１Ｂ…アンテナ下部、
１０１ａ〜１０１ｈ…スロットアレーアンテナ、
１０１−１〜１０１−Ｎ…スロットアレーアンテナ、
１０２，１０２ａ〜１０２ｈ…導波管、
１０２ａａ〜１０２ｄａ…上部導波管、
１０２ａｂ〜１０２ｄｂ…下部導波管、
１０３…スロットアンテナ、
１０４，１０４ａ〜１０４ｂ…側壁、
１０５，１０６…給電部、
１１０…放射面、
１１１〜１１８…狭壁面、
１２０，１２８…側部広壁面
１２１〜１２７…連結面、
１３０…放射基準点、
１３１，１３２…放射パターン、
２０１…基板、
２０２…集積回路（ＩＣ）、
２０３…給電線、
２０４…接続端子、
３００…レーダ装置、
３１０…基板、
３２１…無線送信回路、
３２２…無線受信回路。
Ｔ１〜ＴＮ…送信ブランチ回路、
Ｒ１〜ＲＮ…受信ブランチ回路。

Claims

複数のスロットアンテナをそれぞれ含み、コンフォーマル形状で形成された放射面をそれぞれ有する、配列された複数のスロットアレーアンテナと、
上記各スロットアレーアンテナに対してそれぞれ給電するための複数の導波管とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
上記複数の導波管の本体を樹脂成形法で形成した後、導波管内面をメッキで表面処理して構成したことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
上記複数の導波管は、互いに隣接する導波管を側壁で分離して構成され、
上記複数の導波管は、上記各導波管の長手方向で２分割しかつ、上記各導波管の短辺幅が分割位置から導波管端部に向かって短くなるように形成されたことを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。
上記各スロットアレーアンテナをそれぞれ上記各導波管の狭壁面に形成したことを特徴とする請求項２又は３記載のアレーアンテナ装置。
上記各スロットアレーアンテナは、所定の同一の長手方向を有する複数のスロットアンテナを有することを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置。
上記各スロットアレーアンテナは、上記各導波管の狭壁面の長手方向に沿って短辺幅方向で短辺右側又は短辺左側において形成され、かつ、隣接するスロットアレーアンテナのスロットアンテナの一対の電界の回転方向が逆となるように形成された複数のスロットアンテナを有することを特徴とする請求項４記載のアレーアンテナ装置。
上記複数の導波管を分離する一部もしくはすべての側壁を給電面に対して垂直とならないように形成したことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置。
上記複数のスロットアレーアンテナの放射面において互いに異なる３つ以上のビーム基準方向を備えて、各ビーム基準方向に対して４つ以上のスロットアレーアンテナを割り当てて所定のビーム指向性を得るように構成したことを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置。
請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置を２個備え、
一方のアレーアンテナ装置を送信用アレーアンテナ装置として用い、
他方のアレーアンテナ装置を受信用アレーアンテナ装置として用いることを特徴とするアレーアンテナ装置。
請求項９記載のアレーアンテナ装置を備えた無線通信装置であって、
上記送信用アレーアンテナ装置に接続された無線送信回路と、
上記受信用アレーアンテナ装置に接続された無線受信回路とを備えたことを特徴とする無線通信装置。
上記無線通信装置はレーダ装置であることを特徴とする請求項１０記載の無線通信装置。