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JP6585440B2 - Substrate side horn antenna - Google Patents

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JP6585440B2
JP6585440B2 JP2015181228A JP2015181228A JP6585440B2 JP 6585440 B2 JP6585440 B2 JP 6585440B2 JP 2015181228 A JP2015181228 A JP 2015181228A JP 2015181228 A JP2015181228 A JP 2015181228A JP 6585440 B2 JP6585440 B2 JP 6585440B2
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Description

本発明は、広角に目標物の存在及び方位を検知する技術に関する。   The present invention relates to a technique for detecting the presence and orientation of a target at a wide angle.

広角に目標物の存在を検知する技術が、特許文献1〜3に開示されている。特許文献1では、基板平面に形成される平面アンテナを用いて、正面方向の目標物の存在を検知し、基板側面に形成される電磁波反射面を用いて、側面方向の目標物の存在を検知する。特許文献2では、基板平面に形成される平面アンテナを用いて、正面方向の目標物の存在を検知し、基板側面の近傍の基板平面の端部に形成されるアンテナパターンを用いて、側面方向の目標物の存在を検知する。特許文献3では、基板平面に形成される平面アンテナを用いて、正面方向の目標物の存在を検知し、基板側面の近傍の基板平面の端部に形成されるダイポールアンテナを用いて、側面方向の目標物の存在を検知する。   Techniques for detecting the presence of a target at a wide angle are disclosed in Patent Documents 1 to 3. In Patent Document 1, the presence of a target in the front direction is detected using a planar antenna formed on the substrate plane, and the presence of the target in the side direction is detected using an electromagnetic wave reflection surface formed on the side surface of the substrate. To do. In Patent Document 2, the presence of a target in the front direction is detected using a planar antenna formed on the substrate plane, and the side surface direction is detected using an antenna pattern formed on the end of the substrate plane near the substrate side surface. Detect the presence of the target. In Patent Document 3, the presence of a target in the front direction is detected using a planar antenna formed on the substrate plane, and the side direction is determined using a dipole antenna formed at the end of the substrate plane near the substrate side surface. Detect the presence of the target.

特開2007−049691号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-049791 特許5464152号公報Japanese Patent No. 5464152 特許5609772号公報Japanese Patent No. 5609772

ところで、特許文献1、3では、広角に目標物の存在を検知することは、考慮されているが、広角に目標物の方位を検知することは、考慮されていない。もっとも、特許文献2では、基板正面の方向の広角に目標物の存在を検知することが、考慮されているし、基板正面の方向の広角に目標物の方位を検知することも、考慮されている。それでも、特許文献2では、空間的に離れたアンテナを基板側面にどのように形成すれば、基板側面の方向の広角に目標物の存在を検知するのみならず、基板側面の方向の広角に目標物の方位を検知するうえに、広角方位検知システムの小型化、製造容易化及び低コスト化を図ることができるのか、窺い知ることはできなかった。   Incidentally, in Patent Documents 1 and 3, detection of the presence of the target at a wide angle is considered, but detection of the orientation of the target at a wide angle is not considered. However, in Patent Document 2, it is considered that the presence of the target is detected at a wide angle in the direction of the front of the substrate, and that the direction of the target is detected at a wide angle in the direction of the front of the substrate. Yes. Still, in Patent Document 2, how to form spatially separated antennas on the side surface of the substrate not only detects the presence of the target at a wide angle in the direction of the substrate side surface, but also targets at a wide angle in the direction of the substrate side surface. In order to detect the orientation of an object, it was impossible to know whether the wide-angle orientation detection system could be reduced in size, manufactured easily, and reduced in cost.

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、空間的に離れたアンテナを基板側面に形成する方法を工夫して、基板側面の方向の広角に目標物の存在を検知するのみならず、基板側面の方向の広角に目標物の方位を検知するうえに、広角方位検知システムの小型化、製造容易化及び低コスト化を図ることを目的とする。   Therefore, in order to solve the above problems, the present invention devised a method of forming spatially separated antennas on the side surface of the substrate, and not only detects the presence of the target at a wide angle in the direction of the substrate side surface, In addition to detecting the azimuth of the target at a wide angle in the direction of the side surface of the substrate, it is an object to reduce the size of the wide-angle azimuth detection system, facilitate manufacturing, and reduce costs.

上記目的を達成するために、2個のホーンアンテナを用いて、モノパルス測角方式を採用するとともに、アンテナ指向性を容易に調整可能とする。ここで、広角方位検知システムの小型化、製造容易化及び低コスト化を図るためには、各々のホーン構造に接続される各々の導波路を、誘電体基板の厚さ方向のなるべく同一位置に形成することが望ましい。   In order to achieve the above object, a monopulse angle measurement method is adopted using two horn antennas, and the antenna directivity can be easily adjusted. Here, in order to reduce the size of the wide-angle azimuth detection system, facilitate manufacturing, and reduce the cost, each waveguide connected to each horn structure should be placed in the same position in the thickness direction of the dielectric substrate as much as possible. It is desirable to form.

しかし、誘電体基板の厚さ方向と平行方向について、2個のホーン構造の開き方向を同一方向とすれば、2個のホーンアンテナの間隔を実効的に0とするため、モノパルス測角方式を採用することができない。そこで、誘電体基板の厚さ方向と平行方向について、2個のホーン構造の開き方向を異なる方向とすれば、2個のホーンアンテナの間隔を実効的に有限値とするため、モノパルス測角方式を採用することができる。   However, if the opening direction of the two horn structures is the same in the direction parallel to the thickness direction of the dielectric substrate, the interval between the two horn antennas is effectively zero. It cannot be adopted. Therefore, if the opening directions of the two horn structures are different from each other in the direction parallel to the thickness direction of the dielectric substrate, the distance between the two horn antennas is effectively a finite value. Can be adopted.

具体的には、本発明は、基板内部において基板平面と平行方向に2本の導波路の導波部を形成され、基板側面において前記2本の導波路の開口部を形成される誘電体基板と、2個の受信ホーン構造を形成され、前記2本の導波路の開口部と前記2個の受信ホーン構造の接続部が接続されるように、前記誘電体基板に接続される金属部材と、を備え、前記誘電体基板の厚さ方向と平行方向について、前記2個の受信ホーン構造の開口部が、互いに離れるように配置され、前記各々の受信ホーン構造の開き方向が、前記各々の受信ホーン構造の開口部の離れ方向と同一方向に設定され、前記2個の受信ホーン構造により、前記誘電体基板の厚さ方向と平行方向の目標物測角が可能であり、前記誘電体基板の厚さ方向と垂直方向について、前記2個の受信ホーン構造の開口部が、互いに離れるように配置され、前記2個の受信ホーン構造により、前記誘電体基板の厚さ方向と垂直方向の目標物測角が可能であることを特徴とする基板側面ホーンアンテナである。   Specifically, the present invention provides a dielectric substrate in which a waveguide portion of two waveguides is formed in the substrate in a direction parallel to the substrate plane, and an opening portion of the two waveguides is formed on the side surface of the substrate. And a metal member connected to the dielectric substrate so that two receiving horn structures are formed, and the openings of the two waveguides are connected to the connecting portions of the two receiving horn structures. The openings of the two receiving horn structures are arranged so as to be separated from each other in the direction parallel to the thickness direction of the dielectric substrate, and the opening direction of each receiving horn structure is It is set in the same direction as the direction away from the opening of the receiving horn structure, and the two receiving horn structures can measure a target angle parallel to the thickness direction of the dielectric substrate. 2 in the thickness direction and the vertical direction The opening of the receiving horn structure is disposed so as to be separated from each other, and the two receiving horn structures can measure a target angle in a direction perpendicular to the thickness direction of the dielectric substrate. Side horn antenna.

この構成によれば、各々のホーン構造に接続される各々の導波路の導波部を、誘電体基板の厚さ方向のなるべく同一位置に形成することができる。よって、基板側面にホーンアンテナを形成するのみならず、基板平面に平面アンテナを形成することにより、広角に目標物の存在を検知する他、広角に目標物の方位を検知するうえに、広角方位検知システムの小型化、製造容易化及び低コスト化を図ることができる。   According to this configuration, the waveguide portions of the respective waveguides connected to the respective horn structures can be formed at the same position as possible in the thickness direction of the dielectric substrate. Therefore, not only the horn antenna is formed on the side of the substrate but also the planar antenna is formed on the substrate plane, so that the presence of the target is detected at a wide angle, and the orientation of the target is detected at a wide angle. The detection system can be reduced in size, manufactured easily, and reduced in cost.

また、本発明は、前記2本の導波路の導波部及び開口部は、前記誘電体基板の厚さ方向の同一位置に形成されることを特徴とする基板側面ホーンアンテナである。   Further, the present invention is the substrate side horn antenna, wherein the waveguide portion and the opening portion of the two waveguides are formed at the same position in the thickness direction of the dielectric substrate.

この構成によれば、各々のホーン構造に接続される各々の導波路の導波部を、誘電体基板の厚さ方向の同一位置に形成することができる。よって、基板側面にホーンアンテナを形成するのみならず、基板平面に平面アンテナを形成することにより、広角に目標物の存在を検知するのみならず、広角に目標物の方位を検知するうえに、広角方位検知システムのさらなる小型化、製造容易化及び低コスト化を図ることができる。   According to this configuration, the waveguide portion of each waveguide connected to each horn structure can be formed at the same position in the thickness direction of the dielectric substrate. Therefore, not only to form a horn antenna on the side of the substrate, but also to form a planar antenna on the substrate plane, not only to detect the presence of the target at a wide angle, but also to detect the orientation of the target at a wide angle, The wide-angle azimuth detection system can be further reduced in size, manufactured easily, and reduced in cost.

また、本発明は、前記誘電体基板は、基板内部において基板平面と平行方向に別個の導波路の導波部を形成され、基板側面において前記別個の導波路の開口部を形成され、前記金属部材は、送信ホーン構造を形成され、前記別個の導波路の開口部と前記送信ホーン構造の接続部が接続されるように、前記誘電体基板に接続され、前記2本及び別個の導波路の導波部及び開口部は、前記誘電体基板の厚さ方向の同一位置に形成されることを特徴とする基板側面ホーンアンテナである。   According to the present invention, the dielectric substrate has a waveguide portion of a separate waveguide formed in a direction parallel to the substrate plane inside the substrate, and an opening portion of the separate waveguide is formed on a side surface of the substrate. The member is formed with a transmission horn structure, and is connected to the dielectric substrate so that an opening of the separate waveguide and a connection portion of the transmission horn structure are connected, and the two and separate waveguides are connected to each other. The substrate side horn antenna is characterized in that the waveguide and the opening are formed at the same position in the thickness direction of the dielectric substrate.

この構成によれば、基板側面に送受信ホーンアンテナを形成するにあたり、広角方位検知システムのさらなる小型化、製造容易化及び低コスト化を図ることができる。   According to this configuration, when the transmission / reception horn antenna is formed on the side surface of the substrate, the wide-angle azimuth detection system can be further reduced in size, manufactured easily, and reduced in cost.

このように、本発明は、空間的に離れたアンテナを基板側面に形成する方法を工夫して、基板側面の方向の広角に目標物の存在を検知するのみならず、基板側面の方向の広角に目標物の方位を検知するうえに、広角方位検知システムの小型化、製造容易化及び低コスト化を図ることができる。   As described above, the present invention devised a method of forming spatially separated antennas on the substrate side surface to detect not only the presence of the target at a wide angle in the direction of the substrate side surface but also a wide angle in the direction of the substrate side surface. In addition to detecting the orientation of the target, the wide-angle orientation detection system can be reduced in size, manufactured easily, and reduced in cost.

本発明の広角方位検知システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wide angle azimuth | direction detection system of this invention. 本発明のモノパルス測角方式の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the monopulse angle measuring system of this invention. 本発明の基板側面のホーンアンテナの形状及び位置を示す図である。It is a figure which shows the shape and position of a horn antenna of the board | substrate side surface of this invention. 本発明の基板側面のホーンアンテナの形状及び位置を示す図である。It is a figure which shows the shape and position of a horn antenna of the board | substrate side surface of this invention. 本発明の基板側面のホーンアンテナの水平方向測角可能性を示す図である。It is a figure which shows the horizontal direction angle measurement possibility of the horn antenna of the board | substrate side surface of this invention. 本発明の基板側面のホーンアンテナの水平/垂直方向指向性を示す図である。It is a figure which shows the horizontal / vertical direction directivity of the horn antenna of the board | substrate side surface of this invention. 本発明の基板平面のアレーアンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the array antenna of the board | substrate plane of this invention. 本発明の基板平面の平面アンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the planar antenna of the board | substrate plane of this invention.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.

(広角方位検知システムの構成)
本発明の広角方位検知システムの構成を図1に示す。本発明の広角方位検知システムSは、誘電体基板1及び金属部材2から構成される。誘電体基板1は、基板内部において基板平面と平行方向に導波路11、12、13の導波部(図3を参照。)が形成され、基板側面において導波路11、12、13の開口部(図3を参照。)が形成され、基板平面において基板平面アンテナ14が形成される。金属部材2は、ホーン構造21、22、23が形成され、導波路11、12、13の開口部(図3を参照。)とホーン構造21、22、23の接続部がそれぞれ接続されるように、誘電体基板1に接続される。
(Configuration of wide-angle azimuth detection system)
The configuration of the wide-angle azimuth detection system of the present invention is shown in FIG. The wide-angle azimuth detection system S of the present invention includes a dielectric substrate 1 and a metal member 2. In the dielectric substrate 1, waveguide portions (see FIG. 3) of the waveguides 11, 12, and 13 are formed in a direction parallel to the substrate plane inside the substrate, and openings of the waveguides 11, 12, and 13 are formed on the side surface of the substrate. (See FIG. 3) is formed, and the substrate planar antenna 14 is formed in the substrate plane. The metal member 2 is formed with horn structures 21, 22, and 23 so that the openings of the waveguides 11, 12, and 13 (see FIG. 3) and the connection portions of the horn structures 21, 22, and 23 are connected to each other. In addition, the dielectric substrate 1 is connected.

ホーン構造21、22は、受信用のものであり、ホーン構造23は、送信用のものである。ホーン構造21、22、23の詳細については、図2から図6を用いて説明する。基板平面アンテナ14は、受信用のもの及び送信用のものを、様々な監視方式に応じて、高い自由度で配置する。基板平面アンテナ14については、図7及び図8を用いて説明する。以下の説明では、誘電体基板1の厚さ方向と平行方向を「水平方向」と定義し、誘電体基板1の厚さ方向と垂直方向を「垂直方向」と定義する。   The horn structures 21 and 22 are for reception, and the horn structure 23 is for transmission. Details of the horn structures 21, 22, and 23 will be described with reference to FIGS. The substrate planar antenna 14 is arranged with a high degree of freedom for reception and transmission according to various monitoring methods. The substrate planar antenna 14 will be described with reference to FIGS. In the following description, the direction parallel to the thickness direction of the dielectric substrate 1 is defined as “horizontal direction”, and the direction perpendicular to the thickness direction of the dielectric substrate 1 is defined as “vertical direction”.

(基板側面のホーンアンテナの構成)
本発明のモノパルス測角方式の原理を図2に示す。モノパルス測角方式では、空間的に距離dだけ離れたアンテナを用いて、受信信号の位相差2π(dsinθ/λ)(λは、電磁波の真空波長。)を測定して、反射波の到来角θを測定する。
(Configuration of horn antenna on the side of the board)
The principle of the monopulse angle measurement system of the present invention is shown in FIG. In the monopulse angle measurement method, the phase difference 2π (d sin θ / λ) (λ is the vacuum wavelength of the electromagnetic wave) of the received signal is measured by using an antenna spatially separated by a distance d, and the arrival angle of the reflected wave is measured. Measure θ.

本発明の基板側面のホーンアンテナの形状及び位置を図3及び図4に示す。基板側面のホーンアンテナの形状及び位置について、最も望ましい実施形態を、図3を用いて説明する。基板側面のホーンアンテナの形状及び位置について、最も望ましい実施形態として、図3の実施形態を選択する理由を、図4を用いて説明する。   The shape and position of the horn antenna on the side surface of the substrate of the present invention are shown in FIGS. The most preferred embodiment of the shape and position of the horn antenna on the side surface of the substrate will be described with reference to FIG. The reason why the embodiment of FIG. 3 is selected as the most desirable embodiment regarding the shape and position of the horn antenna on the side surface of the substrate will be described with reference to FIG.

まず、図3について説明する。導波路11、12、13の導波部及び開口部は、水平方向の同一位置に形成される。導波路11、12、13のうち、基板平面に平行方向の広壁面は、例えば、導体箔を用いて形成され、基板平面に垂直方向の狭壁面は、例えば、金属柱を用いて形成される。導波路11、12、13の開口部を導波路11、12、13の広壁面の方向に狭める金属柱は、インピーダンス整合器として機能し、導波路11、12、13の開口部を導波路11、12、13の広壁面の方向に拡げる金属柱は、反射器として機能する。導波路11、12、13の形成方法は、例えば、特開2011−109438号公報及び特許第5669043号公報に開示されている。   First, FIG. 3 will be described. The waveguides and the openings of the waveguides 11, 12, and 13 are formed at the same position in the horizontal direction. Of the waveguides 11, 12, and 13, the wide wall surface parallel to the substrate plane is formed using, for example, a conductive foil, and the narrow wall surface perpendicular to the substrate plane is formed using, for example, a metal column. . The metal pillar that narrows the openings of the waveguides 11, 12, 13 in the direction of the wide wall surface of the waveguides 11, 12, 13 functions as an impedance matching device, and the openings of the waveguides 11, 12, 13 are connected to the waveguide 11. , 12, 13 function as reflectors. A method of forming the waveguides 11, 12, and 13 is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-109438 and Japanese Patent No. 5669043.

ホーン構造21、22の開口部は、水平方向に互いに離れるように配置される。図3では、ホーン構造21の開口部は、導波路11の開口部を基準として、紙面右方向にずれて、ホーン構造22の開口部は、導波路12の開口部を基準として、紙面左方向にずれる。ホーン構造21、22の開き方向の水平成分は、ホーン構造21、22の開口部の上述した離れ方向と同一方向に設定される。図3では、ホーン構造21の開き方向の水平成分は、導波路11の導波方向を基準として、紙面右方向にずれて、ホーン構造22の開き方向の水平成分は、導波路12の導波方向を基準として、紙面左方向にずれる。ホーン構造21、22により、水平方向の目標物測角が可能である。   The openings of the horn structures 21 and 22 are arranged so as to be separated from each other in the horizontal direction. In FIG. 3, the opening of the horn structure 21 is shifted to the right in the drawing on the basis of the opening of the waveguide 11, and the opening of the horn structure 22 is on the left in the drawing on the basis of the opening of the waveguide 12. Sneak away. The horizontal component in the opening direction of the horn structures 21 and 22 is set in the same direction as the above-described separation direction of the openings of the horn structures 21 and 22. In FIG. 3, the horizontal component in the opening direction of the horn structure 21 is shifted to the right in the drawing with respect to the waveguide direction of the waveguide 11, and the horizontal component in the opening direction of the horn structure 22 is guided in the waveguide 12. Shifts to the left side of the page with respect to the direction. The horn structures 21 and 22 can measure the target angle in the horizontal direction.

ホーン構造21、22の開口部は、垂直方向に互いに離れるように配置される。図3では、ホーン構造21の開口部は、導波路11の開口部の位置に従い、紙面上方向に位置して、ホーン構造22の開口部は、導波路12の開口部の位置に従い、紙面下方向に位置する。ホーン構造21、22により、垂直方向の目標物測角が可能である。   The openings of the horn structures 21 and 22 are arranged so as to be separated from each other in the vertical direction. In FIG. 3, the opening of the horn structure 21 is positioned upward in the drawing according to the position of the opening of the waveguide 11, and the opening of the horn structure 22 is positioned below the drawing according to the position of the opening of the waveguide 12. Located in the direction. The horn structures 21 and 22 can measure the target angle in the vertical direction.

次に、図4について説明する。本発明では、2個のホーン構造21、22を用いて、モノパルス測角方式を採用するとともに、アンテナ指向性を容易に調整可能とする。ここで、広角方位検知システムSの小型化、製造容易化及び低コスト化を図るためには、各々のホーン構造21、22に接続される各々の導波路11、12を、誘電体基板1の厚さ方向のなるべく同一位置に形成することが望ましい(図4の左上欄を参照。)。   Next, FIG. 4 will be described. In the present invention, using the two horn structures 21 and 22, the monopulse angle measurement method is adopted, and the antenna directivity can be easily adjusted. Here, in order to reduce the size of the wide-angle azimuth detection system S, facilitate manufacturing, and reduce the cost, the waveguides 11 and 12 connected to the horn structures 21 and 22 are connected to the dielectric substrate 1. It is desirable to form it at the same position in the thickness direction (see the upper left column in FIG. 4).

しかし、図4の左上欄に示すように、ホーン構造21、22の開き方向の水平成分を同一方向とすれば、ホーン構造21、22の水平方向の実効的な間隔dを0とするため、水平方向のモノパルス測角方式を採用することができず、広角方位検知システムSの小型化、製造容易化及び低コスト化以前の問題である。そして、図4の右上欄に示すように、導波路11、12を誘電体基板1の厚さ方向の大きく異なる位置(誘電体基板1の厚さ方向の隔離距離h)に形成すれば、ホーン構造21、22の水平方向の実効的な間隔dを有限値とするため、水平方向のモノパルス測角方式を採用することができるが、広角方位検知システムSの小型化、製造容易化及び低コスト化を図ることができない。   However, as shown in the upper left column of FIG. 4, if the horizontal components in the opening direction of the horn structures 21 and 22 are the same direction, the effective distance d in the horizontal direction of the horn structures 21 and 22 is set to 0. The horizontal monopulse angle measurement method cannot be adopted, and this is a problem before the wide-angle azimuth detection system S is reduced in size, manufactured easily, and reduced in cost. Then, as shown in the upper right column of FIG. 4, if the waveguides 11 and 12 are formed at positions that are greatly different in the thickness direction of the dielectric substrate 1 (separation distance h in the thickness direction of the dielectric substrate 1), Since the effective distance d in the horizontal direction of the structures 21 and 22 is set to a finite value, a horizontal monopulse angle measurement method can be adopted, but the wide-angle azimuth detection system S can be downsized, easily manufactured, and low in cost. Cannot be achieved.

そこで、図4の左下欄に示すように、ホーン構造21、22の開き方向の水平成分を異なる方向とすれば、導波路11、12を誘電体基板1の厚さ方向のあまり異ならない位置(誘電体基板1の厚さ方向の隔離距離h’(<h))に形成しても、ホーン構造21、22の水平方向の実効的な間隔dを図4の右上欄とほぼ同程度の有限値とする。よって、水平方向のモノパルス測角方式を採用することができるうえに、広角方位検知システムSの小型化、製造容易化及び低コスト化を図ることができる。   Therefore, as shown in the lower left column of FIG. 4, if the horizontal components in the opening direction of the horn structures 21 and 22 are set in different directions, the waveguides 11 and 12 are positioned not significantly different in the thickness direction of the dielectric substrate 1 ( Even when the dielectric substrate 1 is formed at the separation distance h ′ (<h) in the thickness direction, the effective distance d in the horizontal direction of the horn structures 21 and 22 is finitely about the same as the upper right column in FIG. Value. Therefore, it is possible to adopt a horizontal monopulse angle measurement system, and it is possible to reduce the size, ease of manufacture, and cost reduction of the wide-angle azimuth detection system S.

そして、図4の右下欄に示すように、ホーン構造21、22の開き方向の水平成分を異なる方向とすれば、導波路11、12を誘電体基板1の厚さ方向の同一位置に形成しても、ホーン構造21、22の水平方向の実効的な間隔dを図4の左下欄ほどではないが有限値とする。よって、水平方向のモノパルス測角方式を採用することができるうえに、広角方位検知システムSのさらなる小型化、製造容易化及び低コスト化を図ることができる。   Then, as shown in the lower right column of FIG. 4, if the horizontal components in the opening direction of the horn structures 21 and 22 are different directions, the waveguides 11 and 12 are formed at the same position in the thickness direction of the dielectric substrate 1. Even so, the effective distance d in the horizontal direction of the horn structures 21 and 22 is set to a finite value although not as large as the lower left column of FIG. Therefore, it is possible to employ a horizontal monopulse angle measurement method, and it is possible to further reduce the size, ease of manufacture, and reduce the cost of the wide-angle azimuth detection system S.

本発明の基板側面のホーンアンテナ(図3を参照。)の水平方向測角可能性を図5に示す。反射波の到来角が、−45°より大きくかつ+45°より小さいときには、受信信号の位相差は、反射波の到来角に応じて単調に変化するため、水平方向の測角が可能である。反射波の到来角が、−45°より小さい又は+45°より大きいときには、受信信号の位相差は、反射波の到来角に関わらずほぼ変化しないため、水平方向の測角が不能である。これは、ホーン構造21、22の水平方向の開き角度が、有限であるためである。   FIG. 5 shows the possibility of angle measurement in the horizontal direction of the horn antenna (see FIG. 3) on the side surface of the substrate of the present invention. When the arrival angle of the reflected wave is larger than −45 ° and smaller than + 45 °, the phase difference of the received signal changes monotonously according to the arrival angle of the reflected wave, so that the angle can be measured in the horizontal direction. When the angle of arrival of the reflected wave is smaller than −45 ° or larger than + 45 °, the phase difference of the received signal does not substantially change regardless of the angle of arrival of the reflected wave, and thus horizontal angle measurement is impossible. This is because the opening angle in the horizontal direction of the horn structures 21 and 22 is finite.

本発明の基板側面のホーンアンテナ(図3を参照。)の水平/垂直方向指向性を図6に示す。ホーン構造21からなるホーンアンテナの水平方向指向性は、基板側面と垂直方向から水平方向に負の方向(ほぼ−15°)に利得が若干偏っている。ホーン構造22からなるホーンアンテナの水平方向指向性は、基板側面と垂直方向から水平方向に正の方向(ほぼ+15°)に利得が若干偏っている。これは、ホーン構造21、22の開き方向の水平成分が、基板側面と垂直方向からずれているためである。なお、ホーン構造21、22からなるホーンアンテナの垂直方向指向性は、ほぼ同程度に良好な利得が得られている。   FIG. 6 shows the horizontal / vertical direction directivity of the horn antenna (see FIG. 3) on the side surface of the substrate of the present invention. The horizontal directionality of the horn antenna comprising the horn structure 21 is slightly biased in the negative direction (approximately -15 °) in the horizontal direction from the vertical direction to the side surface of the substrate. The horizontal directionality of the horn antenna formed of the horn structure 22 is slightly biased in the positive direction (approximately + 15 °) in the horizontal direction from the vertical direction to the side surface of the substrate. This is because the horizontal component in the opening direction of the horn structures 21 and 22 is deviated from the direction perpendicular to the substrate side surface. The vertical directionality of the horn antenna composed of the horn structures 21 and 22 has a substantially equal gain.

ホーン構造21、22の水平方向の開き角度が大きければ、ホーン構造21、22の水平方向の実効的な間隔dが広くなり、ホーン構造21、22の位相中心ずれが大きくなり、水平方向の測角範囲が狭くなり、水平方向指向性の利得の偏りが大きくなる。ホーン構造21、22の水平方向の開き角度が小さければ、ホーン構造21、22の水平方向の実効的な間隔dが狭くなり、ホーン構造21、22の位相中心ずれが小さくなり、水平方向の測角範囲が広くなり、水平方向指向性の利得の偏りが小さくなる。   If the opening angle in the horizontal direction of the horn structures 21 and 22 is large, the effective distance d in the horizontal direction of the horn structures 21 and 22 is widened, the phase center shift of the horn structures 21 and 22 is large, and the horizontal measurement is performed. The angular range is narrowed, and the bias of the horizontal directivity gain is increased. If the opening angle in the horizontal direction of the horn structures 21 and 22 is small, the effective distance d in the horizontal direction of the horn structures 21 and 22 is narrowed, the phase center shift of the horn structures 21 and 22 is reduced, and the horizontal measurement is performed. The angular range is widened, and the horizontal directivity gain bias is reduced.

もっとも、ホーン構造21、22の水平方向の開き角度が小さくなり過ぎれば、ホーン構造21、22の水平方向の実効的な間隔dも小さくなり過ぎるため、モノパルス測角方式を採用することができない。そして、ホーン構造21、22の水平方向の開き角度は、監視範囲や監視精度に応じて、高い自由度で設定することができる。   However, if the opening angle in the horizontal direction of the horn structures 21 and 22 becomes too small, the effective distance d in the horizontal direction of the horn structures 21 and 22 becomes too small, so that the monopulse angle measurement method cannot be adopted. And the opening angle of the horizontal direction of the horn structures 21 and 22 can be set with a high degree of freedom according to the monitoring range and the monitoring accuracy.

(基板平面のアレー/平面アンテナの構成)
本発明の基板平面のアレーアンテナの構成を図7に示す。本発明のアレーアンテナ3では、アンテナ素子31が直線状に配置され、単一の誘電体基板1、単一の地板導体(不図示)及び単一の誘電体層(不図示かつ後述)が、直線状に配置される複数のアンテナ素子31により共有される。図7で説明するアレーアンテナ3は、中央給電進行波型アレーアンテナである。アレーアンテナ3の水平方向を、アレーアンテナ3の延伸方向に垂直な方向と定義する。アレーアンテナ3の垂直方向を、アレーアンテナ3の延伸方向に平行な方向と定義する。アレーアンテナ3の垂直方向は、基板側面の垂直方向と一致する。
(Platform array / Planar antenna configuration)
FIG. 7 shows the configuration of an array antenna on a substrate plane according to the present invention. In the array antenna 3 of the present invention, the antenna elements 31 are arranged linearly, and a single dielectric substrate 1, a single ground plane conductor (not shown), and a single dielectric layer (not shown and described later) Shared by a plurality of antenna elements 31 arranged in a straight line. The array antenna 3 described in FIG. 7 is a center-fed traveling wave type array antenna. The horizontal direction of the array antenna 3 is defined as a direction perpendicular to the extending direction of the array antenna 3. The vertical direction of the array antenna 3 is defined as a direction parallel to the extending direction of the array antenna 3. The vertical direction of the array antenna 3 coincides with the vertical direction of the side surface of the substrate.

本発明の基板平面の平面アンテナの構成を図8に示す。本発明の平面アンテナ4では、アンテナ素子31が格子状に配置され、単一の誘電体基板1、単一の地板導体(不図示)及び単一の誘電体層(不図示かつ後述)が、格子状に配置される複数のアンテナ素子31により共有される。図8で説明する平面アンテナ4は、中央給電進行波型平面アンテナである。平面アンテナ4の水平方向を、アレーアンテナ3の延伸方向に垂直な方向と定義する。平面アンテナ4の垂直方向を、アレーアンテナ3の延伸方向に平行な方向と定義する。アレーアンテナ3の垂直方向は、基板側面の垂直方向と一致する。   FIG. 8 shows the configuration of a planar antenna having a substrate plane according to the present invention. In the planar antenna 4 of the present invention, the antenna elements 31 are arranged in a lattice pattern, and a single dielectric substrate 1, a single ground plane conductor (not shown), and a single dielectric layer (not shown and described later) Shared by a plurality of antenna elements 31 arranged in a grid. The planar antenna 4 described in FIG. 8 is a centrally fed traveling wave planar antenna. The horizontal direction of the planar antenna 4 is defined as a direction perpendicular to the extending direction of the array antenna 3. The vertical direction of the planar antenna 4 is defined as a direction parallel to the extending direction of the array antenna 3. The vertical direction of the array antenna 3 coincides with the vertical direction of the side surface of the substrate.

共振波型アレーアンテナは、狭帯域特性を有する一方で、進行波型アレーアンテナは、広帯域特性を有するため、広帯域用途では、進行波型アレーアンテナが利用されている。本出願の発明者は、進行波型アレーアンテナについて、以下に示す課題を突き止めた。   While the resonant wave type array antenna has a narrow band characteristic, the traveling wave type array antenna has a wide band characteristic. Therefore, the traveling wave type array antenna is used in a wide band application. The inventor of the present application has identified the following problems regarding traveling wave type array antennas.

つまり、進行波型アレーアンテナの全アンテナ素子が同相で励振されるときには、全アンテナ素子から同相で反射が起きるため、この周波数において反射ロスが大きくなり放射効率が低くなる。一方で、進行波型アレーアンテナの各アンテナ素子が異相で励振されるときには、各アンテナ素子から異相で反射が起きるため、正面方向からチルトした方向に放射が起きるものの、広帯域において反射ロスが小さくなり放射効率が高くなる。   That is, when all the antenna elements of the traveling wave array antenna are excited in the same phase, reflection occurs in the same phase from all the antenna elements, so that the reflection loss increases at this frequency and the radiation efficiency decreases. On the other hand, when each antenna element of a traveling wave array antenna is excited in a different phase, reflection occurs in a different phase from each antenna element, so that radiation occurs in a direction tilted from the front direction, but reflection loss is reduced in a wide band. Increases radiation efficiency.

そして、進行波型アレーアンテナが一端において給電されるときには、動作周波数が変化すると、正面方向に対する放射方向の角度が変化する。一方で、進行波型アレーアンテナが中央において給電されるときには、動作周波数が変化しても、正面方向に対する放射方向の角度が変化しない。そこで、進行波型アレーアンテナを広帯域において利用する際に、アレーの中央において給電することを目標とした。   When the traveling wave array antenna is fed at one end, the angle of the radial direction with respect to the front direction changes when the operating frequency changes. On the other hand, when the traveling wave array antenna is fed at the center, the angle of the radial direction with respect to the front direction does not change even if the operating frequency changes. Therefore, when the traveling wave type array antenna is used in a wide band, it is aimed to feed power at the center of the array.

アレーの中央において給電する場合において、アレーの一端において給電する場合と同様に、アレーの垂直方向のサイズ(すなわち、アンテナ素子数)を維持することが必要となる。つまり、アレーの中央において給電する場合において、アレーの一端において給電する場合と比べて、垂直方向の各々のサイズ(すなわち、アンテナ素子数)が半分である二体のアレーを、給電部を挟んで形成することになる。   When power is supplied at the center of the array, it is necessary to maintain the vertical size of the array (ie, the number of antenna elements), as in the case of power supply at one end of the array. In other words, when feeding at the center of the array, two arrays, each of which has half the vertical size (ie, the number of antenna elements) compared to feeding at one end of the array, sandwiching the feed section Will form.

ここで、進行波型アレーアンテナは、給電部に近いアンテナ素子において、給電電力の一部を放射し、給電部から遠いアンテナ素子において、残りの電力の一部を放射し、アレーの終端の抵抗において、残りの電力を散逸する。よって、アレーの中央において給電する場合において、アレーの一端において給電する場合と比べて、放射効率が低くなる。   Here, the traveling wave type array antenna radiates a part of the feed power at the antenna element close to the power feeding part, and radiates a part of the remaining power at the antenna element far from the power feeding part. The remaining power is dissipated. Therefore, when power is supplied at the center of the array, the radiation efficiency is lower than when power is supplied at one end of the array.

アレーの中央において給電する場合において、アレーの一端において給電する場合と同様に、放射効率を高くするために、各アンテナ素子の放射量を増やすことが考えられる、すなわち、各アンテナ素子の幅を広げることが考えられる。しかし、各アンテナ素子の幅が広がれば、アレーの水平方向の指向性が狭くなる。本出願の発明者は、このことが、監視領域を広げたいレーダ等の用途において、問題になると突き止めた。   In the case of feeding at the center of the array, as in the case of feeding at one end of the array, it is conceivable to increase the radiation amount of each antenna element in order to increase the radiation efficiency, that is, widen the width of each antenna element. It is possible. However, if the width of each antenna element is increased, the horizontal directivity of the array is reduced. The inventor of the present application has found that this becomes a problem in applications such as radar that wants to expand the monitoring area.

そこで、図7に示したように、素子表面に誘電体層を形成されるアンテナ素子31を適用する。すると、アンテナ素子導体の周囲の環境での実効誘電率が高くなるため、放射効率を高く維持したうえで、アンテナ素子導体を幅方向に小型化することができる。そして、誘電体層内部への入射角に応じて、誘電体層内部の伝搬距離及び誘電体層による位相遅れが変わるため、アンテナ素子31に水平方向の広角指向性を持たせることができる。   Therefore, as shown in FIG. 7, an antenna element 31 having a dielectric layer formed on the element surface is applied. Then, since the effective dielectric constant in the environment around the antenna element conductor is increased, the antenna element conductor can be reduced in the width direction while maintaining high radiation efficiency. Since the propagation distance inside the dielectric layer and the phase delay due to the dielectric layer change according to the incident angle to the inside of the dielectric layer, the antenna element 31 can have a wide-angle directivity in the horizontal direction.

そして、図7に示したように、伝送線路32の経路上に、スタブ33を配置することにより、アレーアンテナ3の全アンテナ素子31が同相で励振されるときでも、全アンテナ素子31からの同相での反射が起きにくいため、この周波数において反射ロスが小さくなり放射効率が高くなるとともに、正面方向に放射が起こるようになる。   As shown in FIG. 7, by arranging the stub 33 on the path of the transmission line 32, even when all the antenna elements 31 of the array antenna 3 are excited in the same phase, the in-phase from all the antenna elements 31 can be obtained. Therefore, reflection loss is reduced at this frequency, radiation efficiency is increased, and radiation occurs in the front direction.

さらに、図7に示したように、伝送線路32の末端部に、終端素子34を配置することにより、アレーアンテナ3は、元々終端抵抗において散逸された電力を、終端素子34において放射するため、放射効率をさらに向上させることができる。   Further, as shown in FIG. 7, by arranging the termination element 34 at the end portion of the transmission line 32, the array antenna 3 radiates the power originally dissipated in the termination resistance in the termination element 34. Radiation efficiency can be further improved.

なお、図7に示したように、アレーアンテナ3の中央部に、伝送線路/導波管変換部35を配置することにより、アレーアンテナ3は、中央給電を施される。   As shown in FIG. 7, the transmission line / waveguide converter 35 is disposed at the center of the array antenna 3, so that the array antenna 3 is subjected to central feeding.

また、図8においては、伝送線路/導波管変換部35は、平面アンテナ4の水平方向に千鳥状に配置されている。ここで、変形例としては、伝送線路/導波管変換部35は、平面アンテナ4の水平方向に直線状に配置されてもよい。   Further, in FIG. 8, the transmission line / waveguide converters 35 are arranged in a staggered manner in the horizontal direction of the planar antenna 4. Here, as a modification, the transmission line / waveguide converter 35 may be linearly arranged in the horizontal direction of the planar antenna 4.

本発明の基板側面ホーンアンテナは、基板平面アンテナと組み合わせて、広角に目標物の存在を検知するのみならず、広角に目標物の方位を検知するうえに、広角方位検知システムの小型化、製造容易化及び低コスト化を図るにあたり、適用することができる。   The substrate side surface horn antenna of the present invention is combined with the substrate planar antenna to detect not only the presence of the target at a wide angle, but also to detect the orientation of the target at a wide angle, and to reduce the size and manufacture of the wide angle direction detection system. It can be applied to facilitate and reduce costs.

S:広角方位検知システム
1:誘電体基板
2:金属部材
11、12、13:導波路
14:基板平面アンテナ
21、22、23:ホーン構造
3:アレーアンテナ
31:アンテナ素子
32:伝送線路
33:スタブ
34:終端素子
35:伝送線路/導波管変換部
4:平面アンテナ

S: Wide-angle azimuth detection system 1: Dielectric substrate 2: Metal members 11, 12, 13: Waveguide 14: Substrate planar antennas 21, 22, 23: Horn structure 3: Array antenna 31: Antenna element 32: Transmission line 33: Stub 34: Termination element 35: Transmission line / waveguide converter 4: Planar antenna

Claims (3)

基板内部において基板平面と平行方向に2本の導波路の導波部を形成され、基板側面において前記2本の導波路の開口部を形成される誘電体基板と、2個の受信ホーン構造を形成され、前記2本の導波路の開口部と前記2個の受信ホーン構造の接続部が接続されるように、前記誘電体基板に接続される金属部材と、を備え、
前記誘電体基板の厚さ方向と平行方向について、前記2個の受信ホーン構造の開口部が、互いに離れるように配置され、前記各々の受信ホーン構造の開き方向が、前記各々の受信ホーン構造の開口部の離れ方向と同一方向に設定され、前記2個の受信ホーン構造での受信信号の位相差により、前記誘電体基板の厚さ方向と平行方向の目標物測角が可能であり、
前記誘電体基板の厚さ方向と垂直方向について、前記2個の受信ホーン構造の開口部が、互いに離れるように配置され、前記2個の受信ホーン構造での受信信号の位相差により、前記誘電体基板の厚さ方向と垂直方向の目標物測角が可能であることを特徴とする基板側面ホーンアンテナ。
A dielectric substrate in which a waveguide portion of two waveguides is formed in a direction parallel to the substrate plane inside the substrate, and an opening of the two waveguides is formed on the side surface of the substrate, and two receiving horn structures are provided. A metal member formed and connected to the dielectric substrate so that the openings of the two waveguides and the connection portions of the two receiving horn structures are connected,
With respect to the direction parallel to the thickness direction of the dielectric substrate, the openings of the two receiving horn structures are arranged so as to be separated from each other, and the opening direction of each receiving horn structure is the same as that of each receiving horn structure. It is set in the same direction as the separation direction of the opening, and the target object angle in the direction parallel to the thickness direction of the dielectric substrate is possible by the phase difference of the reception signals in the two reception horn structures,
In the direction perpendicular to the thickness direction of the dielectric substrate, the openings of the two receiving horn structures are arranged so as to be separated from each other, and the dielectric is determined by the phase difference of the received signals in the two receiving horn structures. A substrate-side horn antenna characterized by being capable of measuring a target angle in a direction perpendicular to a thickness direction of a body substrate.
前記2本の導波路の導波部及び開口部は、前記誘電体基板の厚さ方向の同一位置に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の基板側面ホーンアンテナ。   The substrate side surface horn antenna according to claim 1, wherein the waveguide portion and the opening portion of the two waveguides are formed at the same position in the thickness direction of the dielectric substrate. 前記誘電体基板は、基板内部において基板平面と平行方向に別個の導波路の導波部を形成され、基板側面において前記別個の導波路の開口部を形成され、
前記金属部材は、送信ホーン構造を形成され、前記別個の導波路の開口部と前記送信ホーン構造の接続部が接続されるように、前記誘電体基板に接続され、
前記2本及び別個の導波路の導波部及び開口部は、前記誘電体基板の厚さ方向の同一位置に形成されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の基板側面ホーンアンテナ。
The dielectric substrate is formed with a waveguide portion of a separate waveguide in a direction parallel to the substrate plane inside the substrate, and an opening portion of the separate waveguide is formed on a side surface of the substrate,
The metal member is connected to the dielectric substrate so that a transmission horn structure is formed, and an opening of the separate waveguide and a connection portion of the transmission horn structure are connected.
The substrate side surface horn antenna according to claim 1 or 2, wherein the waveguide portions and the openings of the two and separate waveguides are formed at the same position in the thickness direction of the dielectric substrate. .
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