特許 6789086 基板側面ホーンアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6789086

(24)【登録日】2020年11月5日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】基板側面ホーンアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/02 20060101AFI20201116BHJP

   H01Q 25/02 20060101ALI20201116BHJP

   H01Q 1/42 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H01Q13/02

   H01Q25/02

   H01Q1/42

【請求項の数】4

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-236113(P2016-236113)

(22)【出願日】2016年12月5日

(65)【公開番号】特開2018-93397(P2018-93397A)

(43)【公開日】2018年6月14日

【審査請求日】2019年12月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】菅野 真行

【審査官】 佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１５−５２８１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３４９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０３６３４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １／４２

Ｈ０１Ｑ ３／００− ３／４６

Ｈ０１Ｑ １３／０２

Ｈ０１Ｑ ２１／００− ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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り、
前記各々の受信ホーン構造の４面の管壁のうち、少なくとも１面の管壁において、階段構造を形成されることを特徴とする基板側面ホーンアンテナ。

【請求項2】

前記各々の受信ホーン構造の階段構造の各段のサイズのうち、前記誘電体基板の厚さ方向と平行方向のサイズが、前記基板側面ホーンアンテナの帯域中心波長の半分以下であ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。

【請求項3】

前記各々の受信ホーン構造の開口部において埋め込まれるにあたり、前記各々の受信ホーン構造の階段構造を用いて埋め込み深さを調整されるレドーム部材、をさらに備え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。

【請求項4】

受信波に対して回折源となる回折構造が、前記２個の受信ホーン構造の開口部が形成される前記金属部材の筐体面において、かつ、前記誘電体基板の厚さ方向と平行方向における前記金属部材の筐体角と前記２個の受信ホーン構造の開口部の間において、前記誘電体基板の厚さ方向と垂直方向に延伸して形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の基板側面ホーンアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、広角に目標物の存在及び方位を検知する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−０４９６９１号公報

【特許文献2】特許５４６４１５２号公報

【特許文献3】特許５６０９７７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

具体的には、誘電体基板については、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２本の導波路の開口部を形成される。そして、金属部材については、２個の受信ホーン構造を形成され、２本の導波路の開口部と２個の受信ホーン構造の接続部が接続されるように、誘電体基板に接続される。

【0009】

ここで、金属部材については、各々の受信ホーン構造の４面の管壁のうち、少なくとも１面の管壁において、平面構造を形成されず、階段構造を形成される。よって、広角方位検知システムの製造容易化及び低コスト化を図りながら、通常のホーン構造そのものを実現するわけではないが、通常のホーン構造に近い構造を実現することができる。

【0010】

具体的には、本開示は、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り、前記各々の受信ホーン構造の４面の管壁のうち、少なくとも１面の管壁において、階段構造を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。

【0011】

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。そして、各々の受信ホーン構造の４面の管壁のうち、少なくとも１面の管壁において、階段構造を形成されることにより、通常のホーン構造に近い構造を実現することができる。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。

【0012】

また、本開示は、前記各々の受信ホーン構造の階段構造の各段のサイズのうち、前記誘電体基板の厚さ方向と平行方向のサイズが、前記基板側面ホーンアンテナの帯域中心波長の半分以下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。

【0013】

この構成によれば、階段構造の不連続性が小さいため、階段構造による不要なモードが発生することなく、ホーン構造の指向性が設計しやすくなる。なお、ホーン構造の管壁のうち、全体に渡り階段構造を形成してもよく、一部のみに階段構造を形成してもよい。また、基板側面ホーンアンテナの帯域中心波長は、後述のレドーム部材が埋め込まれないときには、真空中での波長を表わし、後述のレドーム部材が埋め込まれるときには、後述のレドーム部材の内部での波長又は真空中での波長を表わす。

【0014】

また、本開示は、前記各々の受信ホーン構造の開口部において埋め込まれるにあたり、前記各々の受信ホーン構造の階段構造を用いて埋め込み深さを調整されるレドーム部材、をさらに備えることを特徴とする基板側面ホーンアンテナである。

【0015】

この構成によれば、各々の受信ホーン構造の開口面を塞ぐようにして、レドーム部材を「貼り付ける」構造を採用しないで、各々の受信ホーン構造の階段構造をストッパーとして、レドーム部材を「埋め込む」構造を採用している。よって、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並びに風雨等に対する高耐性化を図ることができる。

【0016】

そして、貼り付けたレドーム部材において、内部での繰り返し反射波が端部から漏れ出す影響をなくすことができる。よって、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、ほとんどリップルを生じることがなく、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。つまり、複数の反射波の到来角が、単一の受信信号の位相差に対して、対応することがほとんどないと考えてもよく、モノパルス測角方式の測角精度を高くすることができる。

【0017】

ここで、２個のホーン構造の開口部は、広角方位検知システムの広がりが有限な筐体面に形成される。すると、２個のホーンアンテナは、広角方位検知システムの筐体角を回折源とする回折波の影響を受ける。よって、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、単調に変化せずリップルを生じる。つまり、複数の反射波の到来角が、単一の受信信号の位相差に対して、対応するようになり、モノパルス測角方式の測角精度が低くなる。

【0018】

そこで、発明者は、自社出願の特開２０１５−０６１２３１号公報を参照して、広角方位検知システムの筐体角を回折源とする回折波の影響が、広角方位検知システムの筐体角と２個のホーン構造の開口部の間の距離に応じて、相違することに着目した。

【0019】

広角方位検知システムの筐体角と２個のホーン構造の開口部の間の距離が「短距離」のときには、回折波の波長が広角方位検知システムの筐体角と２個のホーン構造の開口部の間の距離と比べて十分に長くなるため、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、長周期を有するリップルを生じるのみであり、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。

【0020】

広角方位検知システムの筐体角と２個のホーン構造の開口部の間の距離が「長距離」のときには、回折波の振幅が広角方位検知システムの筐体角と２個のホーン構造の開口部の間の距離において十分に減衰するため、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、小振幅を有するリップルを生じるのみであり、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。

【0021】

広角方位検知システムの筐体角と２個のホーン構造の開口部の間の距離が「中距離」のときには、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、中程度の周期及び有限の振幅を有するリップルを生じるため、ほとんど単調に変化すると考えることができない。

【0022】

よって、広角方位検知システムの筐体角と２個のホーン構造の開口部の間の距離が「中距離」のときには、モノパルス測角方式の測角精度を高くするためには、以下に示す手段を適用することが望ましい。むろん、広角方位検知システムの筐体角と２個のホーン構造の開口部の間の距離が「短距離」又は「長距離」のときにも、モノパルス測角方式の測角精度がある程度高いものの、以下に示す手段を適用することは問題ない。

【0023】

その手段とは、広角方位検知システムの筐体角と２個のホーン構造の開口部の間において、受信波に対して回折源となる回折構造を、広角方位検知システムの筐体角とは別に、形成することである。ここで、受信波に対して回折源となる回折構造と２個のホーン構造の開口部の間の距離は、以上で言う「短距離」である。よって、受信波に対して回折源となる回折構造からの回折波は、モノパルス測角方式の測角精度を低くしない。そして、広角方位検知システムの筐体角からの回折波は、受信波に対して回折源となる回折構造からの回折波と干渉した結果減衰するため、モノパルス測角方式の測角精度に影響しない。

【0024】

具体的には、本開示は、受信波に対して回折源となる回折構造が、前記２個の受信ホーン構造の開口部が形成される前記金属部材の筐体面において、かつ、前記誘電体基板の厚さ方向と平行方向における前記金属部材の筐体角と前記２個の受信ホーン構造の開口部の間において、前記誘電体基板の厚さ方向と垂直方向に延伸して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。

【0025】

この構成によれば、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、長周期を有するリップルを生じるのみであり、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。つまり、複数の反射波の到来角が、単一の受信信号の位相差に対して、対応することがほとんどないと考えてもよく、モノパルス測角方式の測角精度を高くすることができる。

【発明の効果】

【0026】

このように、本開示は、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。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本開示の広角方位検知システムの構成を示す図である。

【図2】本開示のモノパルス測角方式の原理を示す図である。

【図3】本開示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。

【図4】本開示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。

【図5】測角方向の開き角が大きいときにおける、本開示の基板側面のホーンアンテナの形状を示す図である。

【図6】測角方向の開き角が小さいときにおける、本開示の基板側面のホーンアンテナの形状を示す図である。

【図7】変形例の基板側面のホーンアンテナの形状を示す図である。

【図8】本開示の基板側面のホーンアンテナのレドーム部材の配置方法を示す図である。

【図9】従来技術の基板平面のアンテナ素子のモノパルス測角方式を示す図である。

【図10】変形例の基板側面のホーンアンテナの近傍の回折構造の位置を示す図である。

【図11】本開示の基板側面のホーンアンテナの近傍の回折構造の構造を示す図である。

【図12】本開示の基板側面のホーンアンテナの近傍の回折構造の構造を示す図である。

【図13】比較例の基板側面のホーンアンテナのモノパルス測角精度を示す図である。

【図14】本開示の基板側面のホーンアンテナのモノパルス測角精度を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0029】

（広角方位検知システムの構成）
本開示の広角方位検知システムの構成を図１に示す。本開示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。）を形成され、基板側面において導波路１１、１２、１３の開口部（図３を参照。）を形成され、基板平面において基板平面アンテナ１４を形成される。金属部材２は、ホーン構造２１、２２、２３を形成され、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。

【0030】

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。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。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。

【0031】

（基板側面のホーンアンテナの構成）
本開示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_０）（λ_０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。

【0032】

本開示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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

次に、図４について説明する。本開示では、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。）。

【0037】

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ｌ）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。

【0038】

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ｌ’（＜ｌ））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。

【0039】

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。

【0040】

（基板側面のホーンアンテナの形状）
図３及び図４において、ホーン構造２１、２２、２３は、通常のホーン構造ではない。ホーン構造２１、２２、２３の形状について、図５から図７までを用いて説明する。

【0041】

測角方向の開き角が「大きい」ときにおける、本開示の基板側面のホーンアンテナの形状を図５に示す。図５では、測角方向として水平方向を採用したうえで、ホーン構造２１の水平方向の形状について説明するが、ホーン構造２２、２３の水平方向の形状及びホーン構造２１、２２、２３の垂直方向の形状についてもほぼ同様である。

【0042】

図５の左欄に示すように、水平方向にホーン構造２１を開く管壁において、階段構造の段数が少ない（図５の左欄では、２段の階段構造）ときには、階段構造の不連続性が大きく、通常のホーン構造から遠いホーン構造２１となる。よって、階段構造による不要なモードが発生することにより、ホーン構造２１の指向性が設計しにくくなる。

【0043】

図５の右欄に示すように、水平方向にホーン構造２１を開く管壁において、階段構造の段数が多い（図５の右欄では、４段の階段構造）ときには、階段構造の不連続性が小さく、通常のホーン構造に近いホーン構造２１となる。よって、階段構造による不要なモードが発生することなく、ホーン構造２１の指向性が設計しやすくなる。

【0044】

測角方向の開き角が「小さい」ときにおける、本開示の基板側面のホーンアンテナの形状を図６に示す。図６では、測角方向として水平方向を採用したうえで、ホーン構造２１の水平方向の形状について説明するが、ホーン構造２２、２３の水平方向の形状及びホーン構造２１、２２、２３の垂直方向の形状についてもほぼ同様である。

【0045】

図６に示すように、水平方向にホーン構造２１を開く管壁において、階段構造の段数が少ない（図６では、２段の階段構造）ときでも、階段構造の不連続性が小さく、通常のホーン構造に近いホーン構造２１となる。よって、階段構造による不要なモードが発生することなく、ホーン構造２１の指向性が設計しやすくなる。

【0046】

具体的には、ホーン構造２１の階段構造の各段のサイズのうち、誘電体基板１の厚さ方向と平行方向のサイズが、広角方位検知システムＳの帯域中心波長λ_ｇの半分λ_ｇ／２以下である。すると、水平方向にホーン構造２１を開く管壁において、階段構造の不連続性が小さく、通常のホーン構造に近いホーン構造２１となる。よって、階段構造による不要なモードが発生することなく、ホーン構造２１の指向性が設計しやすくなる。

【0047】

そして、広角方位検知システムＳの製造容易化及び低コスト化を図りながら、通常のホーン構造そのものを実現するわけではないが、通常のホーン構造に近いホーン構造２１を実現することができる。例えば、テーパ形状の角穴加工を用いることができる。

【0048】

なお、図７で後述するように、ホーン構造２１の管壁のうち、全体に渡り階段構造を形成してもよく、一部のみに階段構造を形成してもよい。また、広角方位検知システムＳの帯域中心波長λ_ｇは、図８で後述のレドーム部材３１が埋め込まれないときには、真空中での波長λ_０を表わし、図８で後述のレドーム部材３１が埋め込まれるときには、図８で後述のレドーム部材３１の内部での波長λ_ｇ又は真空中での波長λ_０を表わす。

【0049】

図３及び図４に示した本実施形態のホーン構造２１、２２について説明する。水平方向にホーン構造２１、２２を開く１面の管壁において、２段の階段構造を形成される。垂直方向にホーン構造２１、２２を開く２面の管壁において、２段の階段構造を形成される。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するために、ホーン構造２１、２２の残りの１面の管壁においては、水平方向にホーン構造２１、２２を開いておらず、階段構造を形成されていない。

【0050】

図３及び図４に示した本実施形態のホーン構造２３について説明する。水平方向及び垂直方向にホーン構造２３を開く各面の管壁において、階段構造を形成されてもよく、通常のホーン構造のような平面構造を形成されてもよい。

【0051】

図７の左上欄に示した第１の変形例のホーン構造２１について説明する。水平方向にホーン構造２１を開く１面の管壁において、開口面側では１段の階段構造を形成され、導波路１１側では通常のホーン構造のような平面構造を形成される。垂直方向にホーン構造２１を開く２面の管壁において、２段の階段構造を形成される。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するために、ホーン構造２１の残りの１面の管壁においては、水平方向にホーン構造２１を開いておらず、ホーン構造２１を開く階段構造や平面構造を形成されていない。

【0052】

図７の右上欄に示した第２の変形例のホーン構造２１について説明する。水平方向にホーン構造２１を開く１面の管壁において、通常のホーン構造のような平面構造を形成される。垂直方向にホーン構造２１を開く２面の管壁において、２段の階段構造を形成される。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するために、ホーン構造２１の残りの１面の管壁においては、水平方向にホーン構造２１を開いておらず、ホーン構造２１を開く階段構造や平面構造を形成されていない。

【0053】

図７の左下欄に示した第３の変形例のホーン構造２１について説明する。水平方向にホーン構造２１を開く１面の管壁において、２段の階段構造を形成される。垂直方向にホーン構造２１を開く２面の管壁において、通常のホーン構造のような平面構造を形成される。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するために、ホーン構造２１の残りの１面の管壁においては、水平方向にホーン構造２１を開いておらず、ホーン構造２１を開く階段構造や平面構造を形成されていない。

【0054】

図７の右下欄に示した第４の変形例のホーン構造２１について説明する。水平方向にホーン構造２１を開く１面の管壁において、開口面側では１段の階段構造を形成され、導波路１１側では通常のホーン構造のような平面構造を形成される。垂直方向にホーン構造２１を開く２面の管壁において、通常のホーン構造のような平面構造を形成される。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するために、ホーン構造２１の残りの１面の管壁においては、水平方向にホーン構造２１を開いておらず、ホーン構造２１を開く階段構造や平面構造を形成されていない。

【0055】

（レドーム部材の配置方法）
図３及び図４において、ホーン構造２１、２２、２３は、レドーム部材３１、３２、３３を開口部に埋め込まれて、フィルム部材３１’、３２’、３３’を開口面に貼り付けられる。ホーン構造２１、２２、２３のレドーム部材３１、３２、３３及びフィルム部材３１’、３２’、３３’の配置方法について、図８を用いて説明する。

【0056】

本開示の基板側面のホーンアンテナのレドーム部材の配置方法を図８に示す。図８では、測角方向として水平方向を採用したうえで、ホーン構造２１のレドーム部材３１及びフィルム部材３１’の水平方向の配置方法について説明するが、ホーン構造２２、２３のレドーム部材３２、３３及びフィルム部材３２’、３３’の水平方向の配置方法及びホーン構造２１、２２、２３のレドーム部材３１、３２、３３及びフィルム部材３１’、３２’、３３’の垂直方向の配置方法についてもほぼ同様である。

【0057】

図８の左欄に示すように、ホーン構造２１の開口面を塞ぐようにして、レドーム部材３１（例えば、半波長レドーム）を「貼り付ける」構造を採用するときについて説明する。すると、広角方位検知システムＳの製造容易化及び低コスト化並びに風雨等に対する高耐性化を図ることができても、広角方位検知システムＳの小型化を図ることができない。

【0058】

そして、貼り付けた厚みのある（例えば、半波長分程度）レドーム部材３１において、内部での繰り返し反射波が端部から漏れ出す影響をなくすことができない。よって、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、大きなリップル（図１３を参照。）を生じることがあり、単調に変化すると考えることができない。つまり、複数の反射波の到来角が、単一の受信信号の位相差に対して、対応することがないと考えることができず、モノパルス測角方式の測角精度を高くすることができない。

【0059】

図８の右欄に示すように、ホーン構造２１の階段構造をストッパーとして、レドーム部材３１（例えば、半波長レドーム）を「埋め込む」構造を採用するときについて説明する。ここで、ホーン構造２１の開口面を塞ぐようにして、フィルム部材３１’（例えば、半波長分未満の厚さのフィルム）を貼り付けてもよい。すると、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並びに風雨等に対する高耐性化を図ることができる。

【0060】

そして、貼り付けた厚みのない（例えば、半波長分未満）フィルム部材３１’において、内部での繰り返し反射波が端部から漏れ出す影響をなくすことができる。よって、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、ほとんどリップル（図１４を参照。）を生じることがなく、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。つまり、複数の反射波の到来角が、単一の受信信号の位相差に対して、対応することがほとんどないと考えてもよく、モノパルス測角方式の測角精度を高くすることができる。

【0061】

図３及び図４に示した本実施形態のホーン構造２１、２２について説明する。まず、水平方向にホーン構造２１、２２を開く１面の管壁に形成される２段の階段構造と、垂直方向にホーン構造２１、２２を開く２面の管壁に形成される２段の階段構造と、をストッパーとして、直方体形状のレドーム部材３１、３２を埋め込む。次に、ホーン構造２１、２２の開口面を塞ぐようにして、フィルム部材３１’、３２’を貼り付けてもよい。

【0062】

図３及び図４に示した本実施形態のホーン構造２３について説明する。まず、水平方向にホーン構造２３を開く２面の管壁に形成される階段構造と、垂直方向にホーン構造２３を開く２面の管壁に形成される階段構造と、を形成されているときには、これらの階段構造をストッパーとして、直方体形状のレドーム部材３３を埋め込む。次に、ホーン構造２３の開口面を塞ぐようにして、フィルム部材３３’を貼り付けてもよい。

【0063】

図７の左上欄に示した第１の変形例のホーン構造２１について説明する。まず、水平方向にホーン構造２１を開く１面の管壁に形成される１段の階段構造と、垂直方向にホーン構造２１を開く２面の管壁に形成される２段の階段構造と、をストッパーとして、直方体形状のレドーム部材３１を埋め込む。次に、ホーン構造２１の開口面を塞ぐようにして、フィルム部材３１’を貼り付けてもよい。

【0064】

図７の右上欄に示した第２の変形例のホーン構造２１について説明する。まず、垂直方向にホーン構造２１を開く２面の管壁に形成される２段の階段構造をストッパーとして、４面の管壁に沿う形状のレドーム部材３１を埋め込む。次に、ホーン構造２１の開口面を塞ぐようにして、フィルム部材３１’を貼り付けてもよい。

【0065】

図７の左下欄に示した第３の変形例のホーン構造２１について説明する。まず、水平方向にホーン構造２１を開く１面の管壁に形成される２段の階段構造をストッパーとして、４面の管壁に沿う形状のレドーム部材３１を埋め込む。次に、ホーン構造２１の開口面を塞ぐようにして、フィルム部材３１’を貼り付けてもよい。

【0066】

図７の右下欄に示した第４の変形例のホーン構造２１について説明する。まず、水平方向にホーン構造２１を開く１面の管壁に形成される１段の階段構造をストッパーとして、４面の管壁に沿う形状のレドーム部材３１を埋め込む。次に、ホーン構造２１の開口面を塞ぐようにして、フィルム部材３１’を貼り付けてもよい。

【0067】

（受信波に対する回折源の原理）
受信波に対する回折源の原理に関連して、従来技術（自社出願の特開２０１５−０６１２３１号公報）の基板平面のアンテナ素子のモノパルス測角方式を示す図を図９に示す。

【0068】

ここで、ホーン構造２１、２２の開口部は、金属部材２の広がりが有限な筐体面２４に形成される。すると、ホーン構造２１、２２は、金属部材２の筐体角２５、２６を回折源とする回折波の影響を受ける。よって、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、単調に変化せずリップルを生じる。つまり、複数の反射波の到来角が、単一の受信信号の位相差に対して、対応するようになり、モノパルス測角方式の測角精度が低くなる。

【0069】

そこで、発明者は、自社出願の特開２０１５−０６１２３１号公報を参照して、金属部材２の筐体角２５、２６を回折源とする回折波の影響が、金属部材２の筐体角２５、２６とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離に応じて、相違することに着目した。

【0070】

従来技術では、図９の上段に示したように、平面アンテナ素子と基板平面端部の間の距離が「短距離」のときには、回折波の波長が平面アンテナ素子と基板平面端部の間の距離と比べて十分に長くなるため、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、長周期を有するリップルを生じるのみであり、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。

【0071】

本開示では、図９の上段に示した従来技術を参照して、金属部材２の筐体角２５、２６とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離が「短距離」のときには、回折波の波長が金属部材２の筐体角２５、２６とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離と比べて十分に長くなるため、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、長周期を有するリップルを生じるのみであり、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。

【0072】

従来技術では、図９の下段に示したように、平面アンテナ素子と基板平面端部の間の距離が「長距離」のときには、回折波の振幅が平面アンテナ素子と基板平面端部の間の距離において十分に減衰するため、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、小振幅を有するリップルを生じるのみであり、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。

【0073】

本開示では、図９の下段に示した従来技術を参照して、金属部材２の筐体角２５、２６とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離が「長距離」のときには、回折波の振幅が金属部材２の筐体角２５、２６とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離において十分に減衰するため、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、小振幅を有するリップルを生じるのみであり、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。

【0074】

従来技術では、図９の中段に示したように、平面アンテナ素子と基板平面端部の間の距離が「中距離」のときには、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、中程度の周期及び有限の振幅を有するリップルを生じるため、ほとんど単調に変化すると考えることができない。

【0075】

本開示では、図９の中段に示した従来技術を参照して、金属部材２の筐体角２５、２６とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離が「中距離」のときには、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、中程度の周期及び有限の振幅を有するリップルを生じるため、ほとんど単調に変化すると考えることができない。

【0076】

よって、金属部材２の筐体角２５、２６とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離が「中距離」のときには、モノパルス測角方式の測角精度を高くするためには、以下に示す手段を適用することが望ましい。むろん、金属部材２の筐体角２５、２６とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離が「短距離」又は「長距離」のときにも、モノパルス測角方式の測角精度がある程度高いものの、以下に示す手段を適用することは問題ない。

【0077】

その手段とは、図１、図３及び図４にすでに示したように、金属部材２の筐体角２５、２６とホーン構造２１、２２の開口部の間において、受信波に対して回折源となる回折構造２７を、金属部材２の筐体角２５、２６とは別に、形成することである。ここで、受信波に対して回折源となる回折構造２７とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離は、図９で言う「短距離」である。よって、受信波に対して回折源となる回折構造２７からの回折波は、モノパルス測角方式の測角精度を低くしない。そして、金属部材２の筐体角２５、２６からの回折波は、受信波に対して回折源となる回折構造２７からの回折波と干渉した結果減衰するため、モノパルス測角方式の測角精度に影響しない。

【0078】

よって、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、長周期を有するリップルを生じるのみであり、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。つまり、複数の反射波の到来角が、単一の受信信号の位相差に対して、対応することがほとんどないと考えてもよく、モノパルス測角方式の測角精度を高くすることができる。

【0079】

ここで、不図示の信号処理回路が、基板平面アンテナ１４が形成されない誘電体基板１の一平面に接続され、モノパルス測角方式を適用して受信信号を処理する。

【0080】

そして、受信波に対して回折源となる回折構造２７が、ホーン構造２１、２２、２３の開口部が形成される金属部材２の筐体面２４において、かつ、水平方向における金属部材２の「信号処理回路側」の筐体角２５とホーン構造２１、２２、２３の開口部の間において、垂直方向に延伸して形成されることが出来れば望ましい。

【0081】

一方で、受信波に対して回折源となる回折構造２７は、ホーン構造２１、２２、２３の開口部が形成される金属部材２の筐体面２４において、かつ、水平方向における金属部材２の「誘電体基板１側」の筐体角２６とホーン構造２１、２２、２３の開口部の間において、垂直方向に延伸して形成されることを必ずしも要しない。

【0082】

（受信波に対する回折源を備える変形例）
変形例の基板側面のホーンアンテナの近傍の回折構造の位置を図１０に示す。第１及び第２の変形例に示した回折構造２７は、形成箇所がそれぞれ相違する。

【0083】

金属部材２の筐体角２５、２６とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離は、誘電体基板１及び信号処理回路が有する厚さに応じて決まる。

【0084】

ここで、金属部材２の「信号処理回路側」の筐体角２５とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離は、信号処理回路が有する厚さを考慮すれば、図９で言う「中距離」となることが多い。よって、金属部材２の「信号処理装置側」の筐体角２５とホーン構造２１、２２の開口部の間において、受信波に対して回折源となる回折構造２７を、金属部材２の「信号処理装置側」の筐体角２５とは別に、形成することが望ましい。

【0085】

第１の変形例では、金属部材２の「信号処理装置側」の筐体角２５とホーン構造２１、２２、２３の開口部の間において、受信波に対して回折源となる回折構造２７を、金属部材２の「信号処理装置側」の筐体角２５とは別に、形成している。そして、ホーン構造２１、２２の開口部が、水平方向に大きく離れている場合には、ホーン構造２１の開口部と回折構造２７の間の距離と、ホーン構造２２の開口部と回折構造２７の間の距離が、ほぼ等しく図９で言う「短距離」となるように、ホーン構造２１、２２の開口部の境界近傍において、回折構造２７を屈曲させることが望ましい。

【0086】

一方で、金属部材２の「誘電体基板１側」の筐体角２６とホーン構造２１、２２の開口部の間の距離は、誘電体基板１が有する基板平面アンテナ１４を考慮すれば、図９で言う「短距離」となることが多い。よって、金属部材２の「誘電体基板１側」の筐体角２６とホーン構造２１、２２の開口部の間において、受信波に対して回折源となる回折構造２７を、金属部材２の「誘電体基板１側」の筐体角２６とは別に、特に形成するまでもない。

【0087】

第２の変形例では、金属部材２の「誘電体基板１側」の筐体角２６とホーン構造２１、２２、２３の開口部の間において、受信波に対して回折源となる回折構造２７を、金属部材２の「誘電体基板１側」の筐体角２６とは別に、形成している。そして、ホーン構造２１、２２の開口部が、水平方向に大きく離れている場合には、ホーン構造２１の開口部と回折構造２７の間の距離と、ホーン構造２２の開口部と筐体角２６の間の距離が、ほぼ等しく図９で言う「短距離」となるように、ホーン構造２１の開口部の筐体角２６側の水平方向側方において、回折構造２７を延伸させることが望ましい。

【0088】

（受信波に対する回折源の構成）
本開示の基板側面のホーンアンテナの近傍の回折構造の構造を図１１及び図１２に示す。図１１及び図１２に示した回折構造２７は、構成要素がそれぞれ相違する。

【0089】

図１、図３、図４及び図１０では、回折構造２７は、受信波に対して回折源となる限りにおいて、不特定の構造を有する。図１１及び図１２においては、回折構造２７は、受信波に対して回折源となるだけではなく、チョーク構造を有する。

【0090】

ここで、チョーク構造は、ホーン構造２１、２２の開口部が形成される金属部材２の筐体面２４に沿って、かつ、水平方向における金属部材２の筐体角２５、２６とホーン構造２１、２２の開口部の間において、電磁波が伝搬することを低減する。

【0091】

よって、チョーク構造を経由する／素通りする電磁波の間の弱め合い干渉により、金属部材２の筐体角２５、２６からの回折波がホーン構造２１、２２の開口部において減衰するため、モノパルス測角方式の測角精度を高くすることができる。

【0092】

図１１に示した本開示では、チョーク構造は、金属部材２の筐体面２４と垂直方向の深さｈ＝λ_０／４を有し、金属部材２の筐体面２４と平行方向の幅ｗ≦λ_０／２を有する。よって、金属部材２の筐体面２４と垂直な方向の電界を有する、金属部材２の筐体角２５、２６からの回折波を、ホーン構造２１、２２の開口部において減衰させることができる。

【0093】

図１２に示した本開示では、チョーク構造は、金属部材２の筐体面２４と平行方向の深さｈ＝λ_０／４を有し、金属部材２の筐体面２４と垂直方向の幅ｗ≦λ_０／２を有する。よって、金属部材２の筐体面２４と平行な方向の電界を有する、金属部材２の筐体角２５、２６からの回折波を、ホーン構造２１、２２の開口部において減衰させることができる。

【0094】

（受信波に対する回折源を備えない比較例）
比較例の基板側面のホーンアンテナのモノパルス測角精度を図１３に示す。

【0095】

図１３に示した比較例では、受信波に対して回折源となる回折構造２７は、ホーン構造２１、２２、２３の開口部が形成される金属部材２の筐体面２４において、かつ、水平方向における金属部材２の「信号処理回路側」の筐体角２５とホーン構造２１、２２、２３の開口部の間において、垂直方向に延伸して形成されていない。ただし、ホーン構造２１、２２、２３は、レドーム部材３１、３２、３３を開口部に埋め込まれており、フィルム部材３１’、３２’、３３’を開口面に貼り付けられている。

【0096】

すると、比較例では、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、単調に変化せずリップルを生じる。つまり、比較例では、複数の反射波の到来角が、単一の受信信号の位相差に対して、対応するようになり、モノパルス測角方式の測角精度が低くなる。

【0097】

なぜならば、比較例では、ホーン構造２１、２２、２３の水平方向指向性は、広角方位検知システムＳの水平方向角度に対して、大きなリップルを生じるからである。つまり、比較例では、ホーン構造２１、２２、２３の信号対雑音比が、広角方位検知システムＳの特定の水平方向角度において、極度に低くなり得て、モノパルス測角方式の測角精度が低くなる。

【0098】

（受信波に対する回折源を備える本開示）
本開示の基板側面のホーンアンテナのモノパルス測角精度を図１４に示す。

【0099】

図１４に示した本開示では、受信波に対して回折源となる回折構造２７は、ホーン構造２１、２２、２３の開口部が形成される金属部材２の筐体面２４において、かつ、水平方向における金属部材２の「信号処理回路側」の筐体角２５とホーン構造２１、２２、２３の開口部の間において、垂直方向に延伸して形成されている。そして、ホーン構造２１、２２、２３は、レドーム部材３１、３２、３３を開口部に埋め込まれており、フィルム部材３１’、３２’、３３’を開口面に貼り付けられている。

【0100】

すると、本開示では、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、リップルを生じず単調に変化する。つまり、本開示では、複数の反射波の到来角が、単一の受信信号の位相差に対して、対応することがなく、モノパルス測角方式の測角精度が高くなる。

【0101】

なぜならば、本開示では、ホーン構造２１、２２、２３の水平方向指向性は、広角方位検知システムＳの水平方向角度に対して、大きなリップルを生じないからである。つまり、本開示では、ホーン構造２１、２２、２３の信号対雑音比が、広角方位検知システムＳの特定の水平方向角度において、極度に低くなり得ず、モノパルス測角方式の測角精度が高くなる。

【0102】

ここで、反射波の到来角が、−６０°より大きくかつ＋６０°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。そして、反射波の到来角が、−６０°より小さい又は＋６０°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。

【0103】

さらに、ホーン構造２１、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それぞれ逆の方向に利得が若干ではあるが偏っている。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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【産業上の利用可能性】

【0106】

本開示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。

【符号の説明】

【0107】

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
２４：筐体面
２５、２６：筐体角
２７：回折構造
３１、３２、３３：レドーム部材
３１’、３２’、３３’：フィルム部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】