天线装置的制作方法

专利名称：天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及监视机动车的行驶方向的车载雷达装置中使用的天线装置。
背景技术：
车载雷达装置，例如具有使用毫米波的雷达功能，提高机动车行驶的安全性，为它的普及，正在开发更高性能低价格的装置。这样的车载雷达装置，例如进行数字波束形成(DBF Digital Beam Forming)。进行DBF的雷达装置，具有横向排列的多列接收天线，把来自各接收天线的接收信号变换为数字数据，通过运算处理等价地对于各接收信号给与相位差并合成，由此生成扫描波束。不需要驱动部件或者可动机构，能够高速、高精度进行扫描。为监视前方的本车车道以及邻接车道的前方车辆或者插入车辆等，需要横向20° 左右的视野。作为雷达天线，波导管缝式天线，能够形成吻合这点的扇状的波束特性，进而因为供电损失小所以能够得到高增益，因为整体用金属平板构成所以几乎没有由于热引起的性能变动或者变形等，另外也能获得散热功能等，具有适合小型车载雷达装置的特长。这里，现有的波导管缝式天线例如在日本特开2010-103806号公报中表示。其概要或原理，在手代木扶/米山務编著“新毫米波技术”(新S 'J波技術)，平成11年11月25日，株式会社才厶社，P. 112-119等中说明。波导管缝式天线，是在足够长的波导管的壁面上设置多条缝，通过使从各缝依次辐射的电场在规定的方向相位一致而周期地配置，能够得到高增益的行波天线。在使各缝的辐射电场相位相同的情况下，相对于天线面(具有缝的波导管壁面)在垂直方向(真直方向)上得到主波束。在通信等中使用的高增益单一波束天线中，在横向排列多个直线阵列，通过供电波导管使全部缝的辐射电场成为同相而供电。作为一般的结构，公知在加工有波导管槽的金属平板(基板)上，使开有缝的金属薄板(缝板)对齐，仅通过螺丝固定周围的简易的制法。这里，完全贴紧分割各波导管的间隔壁和缝板是困难的，但是公知通过反相给相邻的直线阵列供电，抑制波导管间的电波的漏入的方法。该方法，使壁面电流在间隔壁的两侧反向而抵消，在使用多个直线阵列的平面天线中十分有效。但是，最外的波导管得不到抵消的效果，需要采取别的对策。例如，在电子情报通信学会总和大会，B-l-134，2000年中，公开了在周围设置节流槽。这里，在进行DBF的车载雷达装置中，接收天线的间隔约为2λ是合适的，详细的说明后述。λ是与使用频率对应的自由空间波长。在使用现有的缝阵列的情况下，考虑把两根或者三根等的直线阵列作为一组构成接收天线的情况。图8是使用现有的缝阵列的情况下的雷达装置中设置的天线装置的结构，㈧是主视图，(B)是主视图中沿横向的切断线V-V中的横向剖面图。该例表示把两根直线阵列作为一组构成接收天线的结构。该天线装置具有，形成有用间隔壁113、114分割的多个波导管槽111形成的基板101 ;与基板101重合、封闭波导管槽111，并且穿孔有和各波导管槽111连通的缝112的缝板 102。另外，在该天线装置中，通过用缝板102封闭波导管槽111，形成中空的波导管103。另外，在图8中，表示成为波导管槽111宽度的波导管103的长边宽度(在本实施方式中横向的宽度)Wal、接收天线的间隔Pl、间隔(相邻的波导管103的横向间隔)D、位于与横向正交的纵向附近的缝112的纵向间隔λ g/2。这里，λ g是波导管103的管内波长。
如果对于成对的波导管103使用反相供电(图8所示的+和-的供电)，则波导管壁面(间隔壁113、114)和缝板102的结合即使不严也能够抑制天线内的漏入。但是，在邻接天线间，各个接收波即使相同的频率也是另外的信号，得不到壁面电流的抵消效果，难以防止漏入。在雷达装置，特别在进行DBF的雷达装置中，因为当通过接收信号间的串扰而相位紊乱时检测性能大大降低，所以特别需要压低漏入干扰。

发明内容
本发明鉴于所述情况而做出，其目的在于，提供一种作为车载雷达装置适合的高效率的天线装置。(I)为解决所述课题，本发明的一种实施方式的天线装置的特征在于，通过把在纵向排列有多个天线元件而构成的天线，在与所述纵向交叉的横向排列多个而构成，对于与使用频率对应的自由空间波长λ，所述横向排列的多个所述天线的间隔约为2λ，在所述多个天线元件的各个上设置喇叭(日文*一 > )。(2):在所述(I)中记载的天线装置中，所述喇叭，也可以在波导管上设置的缝的长边的延伸方向上，具有包含曲折部展宽的形状。(3):在所述(2)中记载的天线装置中，所述喇叭，也可以在波导管上设置的缝的长边的延伸方向上，具有仅包含一个曲折部不连续地展宽的形状，该形状为角锥。(4):在所述(I)到(3)中任何一项记载的天线装置中，所述喇叭的缝侧的底部的横向的宽度也可以在I. 5 λ以上。(5):在所述⑴到(4)中任何一项记载的天线装置中，波导管的长边宽度也可以不到I λ。(6):在所述⑴到(4)中任何一项记载的天线装置中，波导管的长边宽度也可以在I λ以上不到I. 5入。(7):在所述⑴到(6)中任何一项记载的天线装置中，所述天线也可以是接收天线。(8):在所述(I)到(6)中任何一项记载的天线装置中，所述天线也可以是发送天线。(9)为解决所述课题，本发明的一种实施方式的天线装置，具有一列以上的发送天线和多列接收天线，且该发送天线和接收天线为横向排列，所述发送天线通过多个天线元件在和所述横向交叉的纵向排列而构成，在所述多个天线元件的各个上设置喇叭，所述接收天线通过多个天线元件在纵向排列而构成，在所述多个天线元件的各个上设置喇叭，对于与使用频率对应的自由空间波长λ，所述横向排列的多个所述接收天线的间隔约为2入。(10):在所述(9)中记载的天线装置中，所述发送天线的形状也可以和所述接收天线的形状不同。如上所述，根据本发明的各种方式，能够提供在车载雷达装置中使用的高效率的天线装置。


图I是表示在车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置的结构的主 视图。图2是在车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置的结构(立体结构)，(A)是主视图，(B)是主视图中沿横向的切断线I-I的横向剖面图，(C)是主视图中沿与横向正交的纵向的切断线II-II的纵向剖面图，(D)是横向剖面图中在纵向III向视的背面图。图3(A)是喇叭的开口面的电场图，⑶是喇叭的主视图(辐射面)，(C)是在喇叭的主视图中沿横向的切断线IV-IV的喇叭的横向剖面图。图4是表示各方式的电场分布的图。图5是表示具有其他结构的喇叭的例子的横向剖面图。图6是表示具有其他结构的喇叭的例子的横向剖面图。图7是表示具有其他结构的喇叭的例子的横向剖面图。图8是使用现有的缝阵列的情况下的雷达装置中设置的天线装置的结构，㈧是主视图，(B)是主视图中沿横向的切断线V-V的横向剖面图。图9是表示具有曲折断面(bent-cross-section)的喇机的横向面的福射指向特性(天线特性)的图。图10是表示现有的缝阵列的横向面的辐射指向特性(天线特性)的图。图11是表示车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置(雷达天线)的横向面的辐射指向特性(天线特性)的设计例的图。图12是表示使用现有的缝阵列的天线装置(雷达天线)的横向面的辐射指向特性(天线特性)的设计例的图。图13是表示在车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置(雷达天线)中，展宽接收天线间隔的情况下的横向面的辐射指向特性(天线特性)的设计例的图。图14是表示车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置(雷达天线)的仰角方向的辐射指向特性(天线特性)的设计例的图。图15是表示DBF图形的例子的图。
具体实施方式
图I是表示在车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置(雷达天线I)的结构的主视图。在本实施方式中，表示在进行DBF的雷达装置中设置的天线装置(雷达天线I)的配置结构。图2是在车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置的结构(立体结构)，(A)是图I中表示的点划线包围的部分的范围3000的主视图，(B)是主视图中沿横向的切断线I-I的横向剖面图，(C)是主视图中沿与横向正交的纵向的切断线II-II的纵向剖面图，(D)是横向剖面图中在高度方向III向视金属框架22的背面图。此外，在该例中，表示出N(N为大于I的值)列的接收天线12-1 12_N的结构，而关于发送天线11，尺寸可以不同，但是可以使用和任何一个接收天线12-1 12-N(亦即一列量的结构)相同的结构。这里，在车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置，例如在机动车等 的车辆的前方部，使天线装置的横向为车辆的横向(车辆在地面上存在时的大致水平(左右)方向)而且天线装置的纵向为车辆的纵向(车辆在地面上存在时的大致垂直(上下)方向)而设置。参照图I、图2、图3说明车载雷达装置中设置的本实施方式的天线装置(雷达天线I)的结构。如图I所示，雷达天线I具有沿纵向排列多个天线元件的一列发送天线11、和沿纵向排列多个天线元件、在横向设置N列的接收天线12-1 12-N。各接收天线12-1 12-N，以相等的接收天线的横向间隔(喇叭33、矩形波导管31、缝32的横向的间隔)P在横向排列。另外，一列量的发送天线11，作为在纵向以相等的间隔Qt排列的天线元件的行数(纵向的喇叭51排列的数)，在纵向有12行。另外，一列量的接收天线12-1 12-N，作为在纵向以相等的间隔Qr排列的天线元件的行数(纵向的喇叭33排列的数)，在纵向有12行。如图2所示，雷达天线I具有天线板21、和在天线板21的背面侧设置的金属框架22。天线板21具有在背面侧开口而在纵向延伸设置的断面大致为矩形的波导管槽34 ;在波导管槽34的表面侧形成、在天线板21的表面开口的喇叭33 ;和连通喇叭33和波导管槽34的缝32。在天线板21的背面形成螺孔23、和向螺孔23的纵向两侧延伸设置的节流槽(千3 —々溝)24。金属板22通过在螺孔23内拧合的螺栓25在天线板21的背面固定。波导管槽34通过金属板22封闭，由此形成断面大致为矩形的矩形波导管31。矩形波导管31 (波导管槽34)，在纵向延伸设置，在横向隔开多个间隔设置。另外，喇叭33以及缝32，与矩形波导管31对应在纵向隔开间隔设置多个。此外，在本实施方式中，表示使用具有矩形形状的波导管(矩形波导管31)的情况，但是也可以使用具有其他形状的波导管。在本实施方式中，作为喇叭33，使用具有曲折断面的角锥喇叭。具体说，喇叭33，形成为相对于表面侧的开口部33a而背面侧的底部33b缩小的那样的角锥状。开口部33a、底部33b形成为具有沿横向的长边、和沿纵向的短边的大致矩形。使开口部33a的长边、短边设定为分别比底部33b的长边、短边大。缝32也形成断面大致为矩形。使沿缝32的横向的长边设定为比喇叭33的底部33b的长边小。另外，沿缝32的纵向的短边，设定为与喇叭33的底部33b的短边大致相等。另外，喇叭33的底部33b，在缝32的横向两侧具有与天线板21的表面以及背面大致平行的平面，形成为底部33b的端部成为曲折部33c、具有曲折断面的角锥喇叭。这样，在本实施方式中，各接收天线12-1 12-N，在一个矩形波导管31的长边面上具有垂直于波导管的长度方向的缝32，在各缝32分别设置(在本实施方式中为装加)喇叭33。这些在天线板21上一体加工，相对于喇叭33的开口侧(辐射面)在波导管槽34侧的面(背面)与金属板22对齐，用螺栓25贴紧固定，形成矩形波导管31的中空结构。
另外，图2(D)的背面图，是从背面看天线板21的图，通过螺栓25的螺孔23、节流槽24也相同地一体加工设置。另外，在图2中，表示成为喇叭33的开口部33a中的长边的长度的横向宽度(开口宽度)A、成为开口部33a中的短边的长度的纵向宽度B、接收天线12-1 12-N的横向的间隔(喇叭33、矩形波导管31、缝32的横向的间隔)P、接收天线12-1 12-N的纵向的间隔(喇叭33、缝32的纵向的间隔)Qr、矩形波导管31的长边宽度(在本实施方式中横向宽度)Wa。在背面，因为相对于间隔2 λ矩形波导管31的长边宽度(横宽)Wa通常不到I λ，所以在相邻的矩形波导管31之间残留宽度宽的间隔壁35。例如，在76GHz带中有约4_的余量，能够在重要位置设置直径3mm左右的螺栓25得到紧贴的状态。但是，对于矩形波导管31的长边宽度(横宽)Wa，其他的结构也可以。进而，如果并用节流槽24，即使是少的螺栓数也能够可靠地阻止漏入。另外，在本实施方式中，装配螺栓25在辐射面的背面侧设置，也不需要装置外周的节流槽或者用于代替螺栓的外框结构，装置面积能够做成与辐射所需要的面积大致相等的最小尺寸。雷达装置中设置的本实施方式的天线装置(雷达天线I)具有天线性能提高、适合进行DBF的雷达装置的特长。下面说明各种尺寸。通过发送天线11的喇叭51的纵向的间隔Qt和各接收天线12-1 12_N的喇叭33的纵向的间隔Qr相等(设Qt = Qr = Q)，使该喇叭的纵向的间隔Q等于矩形波导管31的管内波长λ g，以相同相位对各喇机供电。这里，矩形波导管31的管内波长Ag，对于矩形波导管31的长边宽度Wa，用式(I)表不。Ag= (I/λ 2-l/4ffa2) · · · (I)λ是与使用频率对应的自由空间波长，在车载用的毫米波雷达中使用的76GHz频带中在76. 5GHz下为3. 92_。在Wa = 3. 6mm的情况下，λ g = 4. 67mm,喇叭的纵向宽度B成为4_左右。
此外，在本实施方式中，发送天线11的喇叭51的横宽(开口宽度)C，是3λ以上的值，但是作为另外的实施例，也可以使用和接收天线12-1 12-Ν的喇叭33的横宽(开口宽度)Α相同或其以上(而且不到3λ)的结构。作为雷达性能，例如要求能够分离本车车道或者邻接车道的先行车进行检测的高分辨能力。因此，希望扫描波束宽度尽可能狭窄(日文銳俊)。DBF波束宽度，大致与接收天线12-1 12-Ν的列数N和其间隔P的积成反比例，但是伴随接收天线的列数(N)的增加，接收器、信号变换器等，接收系统的规模增大，装置变得价格高，大型化。另一方面，当天线间隔过大时，分级瓣(々'' > 一 f 4 口一 7')成为障碍。以天线面的垂直方向(真直方向)为基准(0° )，把雷达的视场角(检测范围)作为左右ω °，分级瓣在sid I λ/P土Sin(Co)]的范围内出现(t =1、2、...)。 在ω = 10°的情况下，因为当间隔P比2. 88 λ大时分级瓣在视场角内出现，所以不能判别为扫描波束，不能确定到来波的方位。因此，在车载雷达装置中，适当考虑选择接收天线12-1 12-Ν的间隔P约2 λ (优选I. 5 λ以上2. 5 λ以下)。例如在ρ = 2λ的情况下，分级瓣在19 42°以及56 90°的范围内出现。因为当从该方向有强的到来波时误检测为位于正面方向，所以在雷达天线的收发指向特性中，需要压低分级瓣的出现角度范围的旁瓣电平。图3是表示车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置的喇叭(在本实施方式中是具有曲折断面的角锥喇叭)33的结构以及原理的说明图。在图3中，(A)是喇叭33的开口面的电场图，⑶是喇叭33的主视图(辐射面)，(C)是在喇叭33的主视图中沿横向的切断线IV-IV的喇叭33的横向剖面图。这里，在图3(C)的喇叭33的横向剖面图中，表示各方式(ΤΕ10方式电场、ΤΕ30方式电场)的传输、发生。另外，表示矩形波导管31的长边宽度(在本实施方式中是横向宽度)Wa、喇叭33的底部33b的横向宽度F、喇叭33的进深(在本实施方式中是高度方向的长度)H。喇叭33，缝32附近的底部33b在长边的延长方向(在本实施方式中是横向)具有I. 5 λ以上(而且优选不到2 λ )的横宽F，在缝32的长边(在本实施方式中缝32的长边的尺寸等于矩形波导管31的长边宽度Wa)的延长方向具有包含曲折部33c不连续展宽的形状，使用由此发生的高次方式修整辐射特性。通常，波导管确定尺寸以仅传送单一方式。在矩形波导管31中，在长边在λ /2以上不到I λ、短边不到λ /2 (而且优选λ /10以上)的情况下，仅传送TElO方式，将其称为
主方式。这里，当波导管的长边变得比I λ大时传送ΤΕ20方式，当变得比1.5λ大(而且优选不到2 λ )时传送ΤΕ30方式。在图3中，如(A)的喇叭33的开口面的电场图中所示，在本实施方式中，喇叭33，在底部33b包含曲折部33c的不连续部中发生TE30方式，在辐射开口面发生TElO方式的电场和TE30方式的电场合成的电场分布。图3(A)的喇叭33的开口面的电场图，表示喇叭33的开口面中的两方式成分的电场方向以及分布情况。图4是表示各方式的电场分布的图。该图的横轴表不喇机33的横向的开口宽度A的横宽方向(把中心位置作为Ο,-Α/2 Α/2),该图的纵轴表不电场强度。由此，把横轴作为横宽方向，表不开口电场强度分布的计算例。具体说，表示TElO方式的电场强度分布2001、ΤΕ20方式的电场强度分布2002、ΤΕ30方式的电场强度分布2003、合成TElO方式的电场和ΤΕ30方式的电场的电场(ΤΕ10方式+ΤΕ30方式)的电场强度分布2004。如图4所示，在TElO方式和ΤΕ30方式的电场比为3 I、中央处的电场方向是反向的情况下效率最高，与TElO方式单一的情况比能够增加O. 5dB的增益。·
这里，TE30方式的发生量以及相对相位，可以选择喇叭33的底部33b的横向宽度F、喇叭33的横向的开口宽度A、喇叭33的进深H的尺寸进行调整。该调整，作为一例，可以检测雷达的波瓣的样子、设定者一边在画面上看雷达的旁瓣的样子一边进行。此外，TE20方式也可以存在，但是如图4所示，因为具有左右反对称的电场分布，所以仅在左右存在大的不对称的情况下发生，即使在76GHz频带中通过实验也已确认，如果以O. Imm左右的精度保持对称性则可以忽略。另外，这里表示出TElO方式、TE20方式、TE30方式，但是也可以使用更高次的方式。但是因为更高次的方式电平小，所以通常优选考虑使用TElO方式、TE30方式。图5是表示具有另一结构的喇叭41的例子的横向剖面图。该例的具有曲折断面的喇叭41是多段结构(例如两段)，具有具有曲折断面且不连续地展宽的形状。具体说，本实施例的喇叭41，具有在表面侧开口的第一部分41a、和从第一部分41a看在背面侧设置的第二部分41b，第一部分41a和第二部分41b的边界成为曲折部41c。在本变形例的喇叭41中，第一部分41a断面大致为矩形，从表面侧朝向背面侧形成同一断面。另外，第二部分41b断面大致为矩形，从表面侧朝向背面侧形成同一断面。第二部分41b，矩形断面的大小形成为比第一部分41a小，和第一部分41a连通。另外，在第一部分41a的、和第二部分41b连通的底部，形成表面以及背面具有大致平行的平面的台阶部。另外，第二部分41b和缝32A连通，矩形断面的大小形成为比缝32A大。另外，在第二部分41b中，在和缝32A连通的底部也形成为在表面以及背面具有大致平行的平面的台阶部。图6是表示具有另一结构的喇叭42的例子的横向剖面图。该例的具有曲折断面的喇叭42是多段结构(在该例中是两段)，具有成锥形展宽的形状。亦即，本变形例的喇叭42也具有在表面侧开口的第一部分42a、和在第一部分42a的背面侧设置、和缝32B连通的第二部分42b，第一部分42a和第二部分42b的边界成为曲折部42c。第一部分42a以及第二部分42b各自的侧面，形成随着从表面侧朝向背面侧、从外侧向内侧倾斜那样的倾斜面，倾斜角度互相不同。图7是表示具有另一结构的喇叭43的例子的横向剖面图。该例的具有曲折断面的喇叭43做成多段结构(在该例中是两段)。
本变形例的喇叭43也具有在表面侧开口的第一部分43a、和在第一部分43a的背面侧设置、和缝32C连通的第二部分43b，第一部分43a和第二部分43b的边界成为曲折部43c。第一部分43a，断面形成锥形形状。另外，在第二部分43b，和缝32C连通的底部，在表面以及背面成为大致平行的平面。该例的喇叭43的形状，是组合图5表示的喇叭41的台阶部形状和图6表示的喇叭42的锥形部的形状那样的形状。这样，作为具有曲折断面的喇叭的断面形状，可以考虑图5所示那样的台阶状多级结构、图6所示那样的锥形形状、或者图7所示那样的这些的复合形状等等多种，但是通过具有I. 5 λ以上的宽度、包含曲折部的不连续部，能够得到相同的作用。因此，具有曲折断面的喇叭的开口尺寸，在横宽(开口宽度)为2λ左右或者比其大的情况下显现效果。
这里，在图I 图3以及图5 图7中，作为具有曲折断面的喇叭的形状表示出几个例子，但是也可以使用具有不连续部(曲折部)的其他各种形状。作为一例，也可以使用六边形断面等、矩形断面以外的形状。另外，作为其他的例子，不仅可以使用矩形断面那样的、断面用直线围起的形状，而且也可以使用部分圆断面形状或者部分椭圆断面形状等曲线状的断面形状的一部分或者全部。此外，通常比之曲线状的断面形状，使用直线状的断面形状的一方，具有制造上容易制作这样的优点。另外，作为具有曲折断面的喇叭的段数，在一段以外，也可以使用两段以上的结构。但是段数少的结构，为实现小型化或者低价格，可以认为是理想的。下面，通过与现有的用缝阵列构成的天线装置的比较，表示通过在车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置得到的辐射特性。这里，在车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置是图I以及图2中表示的天线装置，现有的用缝阵列构成的天线装置是图8中表示的天线装置。图9是表示在车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置中具有的、具有曲折断面的喇叭33的横向面的辐射指向特性(天线特性)的图。横轴表示离开中心的离角Θ (度)，纵轴表示增益(dBi)。图10是表示现有的缝阵列的横向面的辐射指向特性(天线特性)的图。横轴表示离开中心的离角Θ (度)，纵轴表示增益(dBi)。说明图9表示的曲线。特性2011 (I)、特性2012(11)、特性2013 (III)，是设想接收天线的特性。在该例中，是在图2以及图3中，把天线的横向间隔P作为2 λ ( = 7. 84mm)，喇叭33的尺寸，横向的开口宽度A = 7. 4mm、开口面的纵向宽度B = 4mm、另外，喇叭33的进深H=5mm的情况。另外，特性2011(1)是例外作为没有曲折部的喇叭的特性，是在喇叭的底部的横向的宽度F = 3. 6mm (无台阶)的情况下的计算值。特性2012 (II)是具有曲折断面的喇叭33的底部的横向的宽度F = 6mm的情况下的计算值。
特性2013(111)是具有曲折断面的喇叭33的底部的横向的宽度F = 7. Imm的情况下的计算值。作为增益，在本实施方式的结构中，在没有曲折部的喇叭(特性2011)中也能够得到12. 7dBi (开口效率77% )。另外，在使用具有曲折断面的喇叭33的情况下(特性2012、特性2013)中，能够得到13. 2 13. 4dBi (开口效率86 90%)的高性能。作为指向特性，当在横向的开口宽度A恒定的情况下缩窄波束宽度时，旁瓣升高，但是因为在发送天线11中开口宽度没有配置上的制约，所以通过适宜选择喇叭的横向的开口宽度C、底部的横向的宽度F’、进深H’的尺寸，即使以同样窄的波束也能够得到低旁瓣的特性。作为具体例，特性2014 (IV)、特性2015 (V)，是设想发送天线11的特性。特性2014(IV)，是在喇叭51的尺寸中横向的开口宽度C = 14. 5mm、开口面的纵向宽度B’ = 4mm、进深H’ = 13. 5mm、底部的横向的宽度F，= 6. 5mm的情况下的计算值。特性2015 (V)，是在喇叭51的尺寸中横向的开口宽度C = 15. 7mm、开口面的纵向宽度B’ = 4mm、进深H’ = 15mm、底部的横向的宽度F，= 6. 32mm的情况下的计算值。此外，关于发送天线11的喇叭51的横向的开口宽度C、开口面的纵向宽度B’、进深H’、底部的横向的宽度F’，分别表示与关于接收天线12-1 12-N的喇叭33的横向的开口宽度A、开口面的纵向宽度B、进深H、底部的横向的宽度F对应的部分的长度。说明图10中表示的图表。特性3011⑴是和在图9中表示的图表中使用的接收天线的喇叭33相同的辐射面积下的辐射特性。在图8中，天线的横向间隔取相同的Pl = 2λ。另外，因为缝112在与横向正交的纵向以λ g/2的间隔配置，所以图8中表示的范围3001 (图8中的点划线围起来的部分的范围)的缝112，四个一组与一个喇叭相当。 在该四元件阵列中，表示图8表示的间隔(相邻的波导管103的横向的间隔)D =3. 92mm ( = I λ )的情况。特性3011 (I)，如图8表示的例子那样，是直线阵列个数m = 2的情况。特性3013(111)，是图8表示的间隔(相邻的波导管103的横向间隔)D = 2. 6mm、直线阵列个数m = 2的情况的特性。特性3014(IV)，是图8表示的间隔(相邻的波导管103的横向间隔)D = 2. 6mm、直线阵列个数m = 3的情况下，六元件阵列的特性。在特性3011 (I)中，元件阵列的分级瓣大大显现。与此相比，特性3014(IV)能够降低旁瓣，但是波导管宽度变窄，当接近遮断尺寸(入/2)时，通过频率或者制造精度引起的特性变动变大。另外，因为元件接近，所以缝112之间的相互结合也增加，难以得到稳定的性能。下面关于发送天线，说明特性3012(11)以及特性3015(V)。特性3012 (II)，是图8表示的间隔(相邻的波导管103的横向间隔)D =
3.92mm ( = I λ )、直线阵列个数m = 3的情况。特性3015 (V)，是图8表示的间隔(相邻的波导管103的横向间隔)D = 2. 6mm、直线阵列个数m = 4的情况。
在发送/接收的任何一方中，特别在进行DBF的雷达天线中因为元件数少，所以在元件阵列的特性中辐射电场的抵消点(零)以及重叠点(尖峰)显著显现，与来自喇叭那样的连续电场面的辐射相比产生高的旁瓣。图11是表示在车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置(雷达天线I)的横向面的辐射指向特性(天线特性)的设计例的图。横轴表示离开中心的离角Θ (度)，纵轴表示相对电平(dB)。在该例中，天线的横向间隔P取2 λ ( = 7. 84mm)。接收特性2021，是在喇叭33的尺寸中取横向的开口宽度A = 7. 4mm、开口面的纵向宽度B = 4mm、进深H = 5mm、底部的横向的宽度F = 7. Imm的情况下的设计例。发送特性2022，是在喇叭33的尺寸中取横向的开口宽度C= 15. 7mm、开口面的纵 向宽度B’ = 4mm、进深H’ = 15mm、底部的横向的宽度F’ = 6. 32mm的情况下的设计例。雷达指向特性2023，是相乘接收特性2021和发送特性2022的特性。在该例中，作为雷达指向特性2023，表示想在DBF的分级瓣出现的离角19°以上的区域内得到-30dB以下的设计例。图12是表示使用现有的缝阵列的天线装置(雷达天线)的横向面的辐射指向特性(天线特性)的设计例的图。横轴表示离开中心的离角Θ (度)，纵轴表示相对电平(dB)。设计诸元素，接收特性3021，是图8表示的间隔(相邻的波导管103的横向间隔)D = 2. 6mm、直线阵列个数m = 3的情况。发送特性3022，是图8表示的间隔(相邻的波导管103的横向间隔)D = 2. 7mm、直线阵列个数m = 4的情况。雷达指向特性3023，是相乘接收特性3021和发送特性3022的特性。在该例中，即使通过在接收特性3021和发送特性3022中的一方的尖峰处重合另一方的零点进行调整，与本实施方式相比，也残留高的旁瓣。进而，在本实施方式中，即使对于各种雷达性能要件，仅通过选定喇叭33、51的尺寸就能够应对。例如，为用少的接收系统数得到高分辨能力，展宽接收天线12-1 12-N的横向间隔P是有效的。图13是表示车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置(雷达天线I)中，展宽接收天线12-1 12-N的横向间隔P的情况下的横向面的辐射指向特性(天线特性)的设计例的图。横轴表示离开中心的离角Θ (度)，纵轴表示相对电平(dB)。在该例中，接收天线12-1 12-N的横向间隔P取8. 5mm。接收特性2031，是在喇叭33的尺寸中取横向的开口宽度A = 8mm、开口面的纵向宽度B = 4_、进深H = 6_、底部的横向的宽度F = 7mm的情况下的设计例。发送特性2032，是在喇叭51的尺寸中取横向的开口宽度C = 17mm、开口面的纵向宽度B’ = 4mm、进深H’ = 18mm、底部的横向的宽度F，= 6. 8mm的情况下的设计例。雷达指向特性2033，是相乘接收特性2031和发送特性2032的特性。在这种情况下，分级瓣在17°以上的角度方向上出现，但是，即使在该区域中也能够得到_30dB以下的低旁瓣特性。在本实施方式中，因为接收天线12-1 12-N的喇叭33的横向的开口宽度A能够与接收天线12-1 12-N的横向间隔P对应展宽，所以能够得到更高的增益，也可以在内侧制作零点。另外，发送天线11的喇叭51，仅通过使横向的开口宽度C、进深H’的尺寸增加3mm左右,就能够得到期望的特性。<其他结构的说明>下面说明横向以外的旁瓣特性。在日本特开2007-228313号公报等中，公开了不需要向斜方向的辐射的技术。在现有的缝阵列中，因为在格子状配置的对角方向也成为周期排列，所以当展宽缝间隔时，出现阵列的分级瓣。另一方面，在本实施方式的结构中，因为没有斜方向的排列，所以它不产生。但是，因为纵向的喇叭间隔比I λ大，所以在仰角方向出现阵列的分级瓣。其出现角度，把纵向的喇叭间隔作为Q，以SirT1 [λ/Q]给出，在Q = 4. 67mm的情况下为57°。在该方向上，通过喇叭自身的指向性衰减，分级瓣的电平被抑制在-15 _20dB，不产生使主 波束的增益降低那样的劣化情况。但是，更希望通过接收/发送中使分级瓣的出现角度不同，不使它们重叠。在主波束宽度为4°左右的情况下，如果使天线的纵向的间隔(喇叭、缝的纵向间隔)Qr、Qt有5%左右的不同，则作为雷达指向性能够抑制到_40dB以下。这里，缩小了喇叭的纵向间隔Qr、Qt的一方分级瓣变低，设计上希望缩短纵向间隔Qr、Qt的间隔，相应增加喇叭的数。因此，需要选择波导管的横向宽度(在图3的例子中，长边宽度Wa)要宽。此外，因为当该横向宽度(在图3的例子中，长边宽度Wa)成为I λ以上时能够传送不需要的高次方式，所以通常不使用，但是在本实施方式中，因为是左右对称结构，所以不发生ΤΕ20方式。但是，在波导管内需要遮断ΤΕ30方式。因此，在本实施方式中，可以选择波导管的横向宽度(在图3的例子中，长边宽度Wa)成为I λ以上不到1.5入。图14是表示车载雷达装置中设置的本发明的实施方式的天线装置(雷达天线I)的仰角方向的辐射指向特性(天线特性)的设计例的图。横轴表示仰角n (度)，纵轴表示相对电平(dB)。表示出发送特性2041、接收特性2042、相乘发送特性2041和接收特性2042的特性的雷达指向特性2043。这里，发送特性2041，是天线间隔(与天线间隔P对应)=4. 67mm、波导管的横宽(与长边宽Wa对应)=3. 6mm、纵向的喇叭间隔Qt = 4. 67mm的情况另外，接收特性2042，是天线间隔P = 4. 35mm、波导管的横宽(长边宽)Wa =
4.5mm、纵向的喇卩八间隔Qr = 4. 35mm的情况。〈DBF图形的例子〉图15是表不DBF图形的例子的图。横轴表不角度(度)，纵轴表不电平。如图15所示，可以得到由各种各样的特性组成的DBF图形4001。具体说，把与角度为O度(正面方向)对应的特性4011作为中心，表示从中心逐渐偏离角度的多个特性 4012,4013, · · ·、4018、4019、4020、· · ·、4025、4026。<以上表示的实施方式的汇总>这里，另外作为在波导管缝阵列上附加喇叭的结构，例如有在日本特开平5-209953号公报等中表不的结构。
该结构在横向配置波导管的长度方向，在横向制作狭窄的波束，旋转天线全体进行扫描，因为船舶雷达等主要在S频带或者X频带等的微波频带中使用，所以实际尺寸大，要求用途上重量轻。因此，适合在波导管管坯中用板金焊接等安装喇叭板那样的结构，在各个缝上附加角锥喇叭制造复杂，重量也大幅增加。与此相比，在车载雷达装置中设置的本实施方式的天线装置(雷达天线I)实际尺寸小，另外，由于配置多个天线，例如希望通过模铸等一体制造。这里，在车载雷达装置中设置的本实施方式的天线装置(雷达天线I)的配置中，如果没有横向的壁面，则在波导管部内产生金属壁薄的部分，因为和喇叭部的壁厚的部分重复相邻所以在制作上容易产生翘曲。通过设置这样的壁面，没有金属壁薄的部分，另外使具有梁的功能，能够适合图2表示的一体制造。 另外，即使在电气性能上，通过角锥的喇叭33、51，在开口面上制作平面波的电场分布，能够得到高增益。另外，通过包围四面，确定波导管的边界条件，能够控制需要的高次方式。如上所述，在车载雷达装置中设置的本实施方式的天线装置(雷达天线1)，例如在DBF扫描的毫米波车载雷达中使用，在横向排列设置多列接收天线12-1 12-N和至少一列发送天线11。另外，接收天线12-1 12-N有约2λ的横向宽度(开口宽度)Α，发送天线11作为一例有3 λ以上的横向宽度C。另外，各天线11、12-1 12-Ν，在纵向长的一根矩形波导管31的长边面上，大致以I λ g的间隔Q设置多个在波导管断面的长边方向上长的矩形的缝32。另外，在各个缝32中，加装具有曲折断面的角锥的喇叭33。具有曲折断面的角锥的喇叭33，缝32附近的底部33b，在波导管31的长边方向具有I. 5 λ以上的横向宽度(底部的宽度F)，在缝32的长边的延伸方向，具有包含曲折部不连续地展宽的形状。车载雷达装置中设置的本实施方式的天线装置(雷达天线I)，作为一例，接收或者发送的至少一方的天线的矩形波导管31的长边宽度Wa在I λ以上不到I. 5 λ。车载雷达装置中设置的本实施方式的天线装置(雷达天线I)，例如通过可靠地堵塞天线间的漏入而防止通过串扰而使雷达检测性能降低，另外，因为能够在广角范围内得到低旁瓣特性，所以能够消除通过DBF的分级瓣引起的误检测。这里，在本实施方式中，表示出在进行DBF的雷达中应用车载雷达装置中设置的天线装置(雷达天线I)的情况，但是也可以在DBF以外的雷达中使用。另外，也可以在车载雷达装置以外的任意的装置中应用本实施方式中所示那样的天线装置。另外，接收天线12-1 12-Ν的多列的列数(N)，也可以使用任意的值。另外，在本实施方式中，表示出发送天线11是一列的情况，但是作为其他例，也可以使用具有多列发送天线的结构。另外，一列量的接收天线12-1 12-Ν或者一列量的发送天线11中的天线元件的行数(纵向的喇叭排列的数)，也可以使用任意的数。以上参照附图详细叙述了本发明的实施方式，但是具体的结构不限于该实施方式，也包含不脱离该发明的要义的范围的设计等。
权利要求
1.一种天线装置，其通过把在纵向排列多个天线元件而构成的天线，在与所述纵向交叉的横向排列多个而构成，其中， 对于与使用频率对应的自由空间波长λ，所述横向排列的多个所述天线的间隔约为2入， 在所述多个天线元件的各个上设置喇叭。
2.根据权利要求I所述的天线装置，其中， 所述喇叭，在波导管上设置的缝的长边的延伸方向上，具有包含曲折部展宽的形状。
3.根据权利要求2所述的天线装置，其中， 所述喇叭，在波导管上设置的缝的长边的延伸方向上，具有仅包含一个曲折部展宽的形状，该形状为角锥。
4.根据权利要求I所述的天线装置，其中， 所述喇叭的缝侧的底部的横向的宽度在1. 5 λ以上。
5.根据权利要求2所述的天线装置，其中， 所述喇叭的缝侧的底部的横向的宽度在1. 5 λ以上。
6.根据权利要求3所述的天线装置，其中， 所述喇叭的缝侧的底部的横向的宽度在1. 5 λ以上。
7.根据权利要求I到6中任何一项所述的天线装置，其中， 波导管的长边宽度不到1入。
8.根据权利要求I到6中任何一项所述的天线装置，其中， 波导管的长边宽度在I λ以上不到I. 5 λ。
9.根据权利要求I到6中任何一项所述的天线装置，其中， 所述天线是接收天线。
10.根据权利要求7所述的天线装置，其中， 所述天线是接收天线。
11.根据权利要求8所述的天线装置，其中， 所述天线是接收天线。
12.根据权利要求I到6中任何一项所述的天线装置，其中， 所述天线是发送天线。
13.根据权利要求7所述的天线装置，其中， 所述天线是发送天线。
14.根据权利要求8所述的天线装置，其中， 所述天线是发送天线。
15.一种天线装置，其中， 具有一列以上的发送天线和多列接收天线，且该发送天线和接收天线为横向排列，所述发送天线通过多个天线元件在和所述横向交叉的纵向排列而构成，在所述多个天线元件的各个上设置喇叭， 所述接收天线通过多个天线元件在纵向排列而构成，在所述多个天线元件的各个上设置喇叭， 对于与使用频率对应的自由空间波长λ，所述横向排列的多个所述接收天线的间隔约为2 λ。
16.根据权利要求15所述的天线装置，其中， 所述发送天线的形状和所述接收天线的形状不同。
全文摘要
本发明涉及一种天线装置，其通过把在纵向排列多个天线元件而构成的天线，在与所述纵向交叉的横向排列多个构成，对于与使用频率对应的自由空间波长λ，所述横向排列的多个所述天线的间隔约为2λ，在所述多个天线元件的各个上设置喇叭。
文档编号H01Q13/22GK102931497SQ20121039551
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月1日 优先权日2011年8月2日
发明者阿部朗 申请人:株式会社本田艾莱希斯