特開 2022-191769 高周波装置用アンテナアレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022191769

(43)【公開日】2022-12-28

(54)【発明の名称】高周波装置用アンテナアレイ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/06 20060101AFI20221221BHJP

   G01S 7/02 20060101ALI20221221BHJP

   H01Q 3/36 20060101ALI20221221BHJP

   G01S 13/931 20200101ALN20221221BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/06

G01S7/02 216

H01Q3/36

G01S13/931

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021100206

(22)【出願日】2021-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】幸谷 真人

【テーマコード（参考）】

5J021

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J021AA09

5J021DB03

5J021FA06

5J021GA05

5J021HA04

5J070AB24

5J070AC02

5J070AC06

5J070AC11

5J070AD06

5J070AD09

5J070AE01

5J070AF03

5J070AH31

5J070AH35

5J070AK08

(57)【要約】

【課題】 移相器数を削減しながらグレーティングローブを抑圧できるようにした高周波装置用アンテナアレイを提供する。
【解決手段】アンテナアレイ７は、レーダ装置１に用いられると共に所定領域内に二次元的に配列された複数のアンテナエレメント１１ａ～１１ｃを備える。アンテナエレメント７は、移相器１４に電気的に接続され位相設定を共通化（グルーピング）した２つの隣接オンエレメント１１ａ、移相器１４に電気的に接続されないオフエレメント１１ｂを有している。シングルエレメント１１ｃは、アンテナエレメント１１aの位相中心の周期性を低減する目的で配置される。さらにシングルエレメント１１ｃを特定間隔でグルーピング方向に配置することでヌルを形成できる。アンテナエレメント７は、オンエレメント１１ａの密度を中央部で高くすると共に四隅で低くするように二次元的に配列されている。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーダ装置に用いられると共に所定領域内に二次元的に配列された複数のアンテナエレメント（１１）を備え、
前記アンテナエレメントは、移相器（１４）に電気的に接続されるオンエレメント（１１ａ、１１ｃ）を有して所定領域内に配列され、
前記オンエレメントの密度を中央部で高くすると共に四隅で低くするように前記二次元的に配列されている高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項2】

前記二次元的な配列の中で縦方向または横方向に沿って隣接した前記オンエレメント（１１ａ）を第１のオンエレメントとしたときに、
前記第１のオンエレメントはグルーピングされることで同一の前記移相器により制御される請求項１記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項3】

前記移相器に電気的に接続されないオフエレメント（１１ｂ）を備え、
前記オフエレメントに挟まれた単一のオンエレメント（１１ｃ）を第２のオンエレメントとしたときに、前記第２のオンエレメントが前記グルーピングされた方向と同一方向に離間して複数配置されている請求項２記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項4】

前記第２のオンエレメントがアンテナアレイ（７）の中心部から点対称に二次元的な四角形の頂点に配置されている請求項３記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項5】

前記第２のオンエレメントは、前記アンテナアレイの中央から線対称に（０.５＋ｍ）λの間隔（但し、ｍ＝１、２、…)で配置されヌルフィルタを前記配列に構成する請求項４記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項6】

前記第２のオンエレメントは、前記（０.５＋ｍ）λの間隔において前記ｍの値を３以上としている請求項５記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項7】

前記（０.５＋ｍ）λの間隔において前記ｍの値が互いに異なる条件を満たす前記第２のオンエレメントを複数組備える請求項５又は６記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項8】

前記二次元的な配列の中で縦方向または横方向に沿って隣接した前記オンエレメント（１１ａ）を第１のオンエレメントとしたときに、
前記第１のオンエレメントは、その座標中心が二次元的な格子点配列のうちの少なくとも一部に所定の周期で規則的に配置されるものであり、配置された位置の前記座標中心が格子点の位置から上、下、左又は右にシフト配列されている請求項１から７の何れか一項に記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項9】

前記オンエレメントは、その形状が四角形以外の多角形形状に構成されている請求項１から８の何れか一項に記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項10】

前記二次元的な前記配列の最外周にダミーエレメント（１１ｄ）が配置されている請求項１から９の何れか一項に記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項11】

前記移相器を備えたＩＣのパッド（２０）から前記オンエレメントに接続する伝送線路（２１）の線路長を、互いに等長又は互いにｐ×λ（但し、ｐは整数）の関係性とする請求項１から１０の何れか一項に記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項12】

複数の混合器（９）を有するハイブリッドレーダアーキテクチャに前記二次元的に前記配列する請求項１から１１の何れか一項に記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【請求項13】

前記レーダ装置の送信部（５）および受信部（６）のフェーズドアレイアンテナとして適用した請求項１から１２の何れか一項に記載の高周波装置用アンテナアレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高周波装置用アンテナアレイに関する。

【背景技術】

【0002】

高周波装置用にフェーズドアレイアンテナの技術開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載のフェーズドアレイアンテナによれば、二次元的に個別アレイ要素、本発明の有効なエレメント（以後 オンエレメントと呼ぶ）相当、を配列すると共に、当該個別アレイ要素を８個単位、例えば４×２、８×１の方形サブアレイとしてグルーピングしている。そして、複数の方形サブアレイは、位相中心の周期性を低減するようにタイリングされており、これにより、グレーティングローブを低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１９－５０３６２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１記載の技術では、グレーティングローブを抑圧するため、位相中心の周期性を低減している。しかし逆に、位相中心の周期性を低減することが原因で、位相中心が全てエレメント座標から不規則にシフトすることになり、位相値の計算やテーパリングの計算を複雑化してしまう。

【0005】

つまり、位相中心位置が縦横方向共にオフグリッドが増えると、隣接するエレメントの間隔が０．５λとなる理想距離から変化し、前提がなくなることから位相値の計算が複雑化してしまう。また発明者は、移相器数削減とシステム簡素化のため隣接した個別アレイ要素を縦または横方向にグルーピングすることで、グルーピングと同じ縦または横方向スキャン時にグレーティングローブを発生させてしまうことを突き止めている。他方、例えばスキャン型のレーダセンサでは、コスト削減とシステムの簡素化のため、フェイズドアレイのオンエレメントに電気的に接続する移相器の個数の削減が特に求められている。

【0006】

本発明の目的は、移相器数を削減しながらグレーティングローブ（およびサイドローブ等）の発生を抑圧できるようにした高周波装置用アンテナアレイを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１記載の発明によれば、レーダ装置に用いられると共に所定領域内に二次元的に配列された複数のアンテナエレメントを備える。アンテナエレメントは、移相器に接続されるオンエレメントを有して所定領域内に配列されている。アンテナエレメントは、オンエレメントの密度を中央部で高くすると共に四隅で低くするように二次元的に配列されている。このため、オンエレメントの個数を少なくできるため、当該オンエレメントに電気的に接続される移相器の個数も少なく抑制できる。しかも、オンエレメントの密度を中央部で高くしつつ四隅で低くしているため、不要なサイドローブ等の発生を抑圧できる。

【0008】

請求項２記載の発明によれば、二次元的な配列の中で縦方向または横方向に沿って隣接したオンエレメントがグルーピングして構成されているため、位相値を共通化して設計できるようになり移相器を削減できる。しかも、縦方向または横方向の一方向に沿ってグルーピングして構成しているため、当該一方向の直交方向にはグルーピングされておらず当該直交方向にはグレーティングローブを原理的に生じさせることなくアンテナ設計できる。

【0009】

請求項３記載の発明によれば、単一のオンエレメントがグルーピングの方向と同一方向にオフエレメントに挟まれた状態で複数配置されているため、位相中心の周期性を低減することになり、グレーティングローブを抑圧できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態について実ビーム及び仮想ビームを説明する図その１

【図2】第１実施形態について示すレーダ装置の電気的構成図

【図3】第１実施形態について受信移相部の電気的構成図

【図4】第１実施形態について実ビーム及び仮想ビームを説明する図その２

【図5】第１実施形態についてアンテナアレイの配置態様を模式的に示す図

【図6】第１実施形態についてオンエレメントの配置態様と受信移相部との接続形態を模式的に示す図

【図7】第１実施形態についてオンエレメントの配置寸法を説明する図

【図8】オンエレメントをランダム配置した場合のグレーティングローブ角度の説明図

【図9】第１実施形態についてヌルフィルタを構成するようにオンエレメントを配置した場合の受信特性を模式的に示す図

【図10】第１実施形態のアンテナアレイについてメインローブレベルを０ｄＢｍに正規化した場合の送信特性及び受信特性並びに送受信特性を模式的に示す図

【図11】第１実施形態のアンテナアレイについてメインビーム角度を５°に調整したときの受信特性を模式的に示す図

【図12】第１実施形態のアンテナアレイについてメインビーム角度を１７．５°に調整したときの受信特性を模式的に示す図

【図13】第１実施形態のアンテナアレイについてメインビーム角度を０°から４０°に変化させたときのグレーティングローブ発生角度の推移とそのグレーティングローブレベルのシミュレーション結果を示す図

【図14】第２実施形態のアンテナアレイについてオンエレメントの配置態様を模式的に示す図

【図15】第３実施形態のアンテナアレイについてオンエレメントの配置態様を模式的に表す図

【図16】第３実施形態のアンテナアレイについてオンエレメントの一部の配置態様を模式的に表す図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、高周波装置用アンテナアレイをレーダ装置１に用いた幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する各実施形態において、同一又は類似の動作を行う構成については、同一又は類似の符号を付して必要に応じて説明を省略する。

【0012】

（第１実施形態）
第１実施形態について図１から図１３を参照しながら説明する。レーダ装置１は、図１に例示したように車両４０の前端部に取付けられており、数百ｍ程度前方の所定範囲をスキャンする長距離レーダ（Long Range Radar：ＬＲＲ）用途として用いられる。車両４０の前後左右等の複数個所に取り付けられていても良い。

【0013】

図２に例示した車両用のレーダ装置１は、トランシーバ集積回路ＩＣ１、及び移相器集積回路ＩＣ２を主として構成される。レーダ装置１は、受信チャンネル数を４とし受信チャンネルの信号を合成処理することで物標までの距離、存在角度などを算出する。以下の例では、送信チャンネルの数を１とすると共に、受信チャンネル数を４とし、受信チャンネルにRx1、Rx2、Rx3、Rx4の符号を付した例を説明するが、受信チャンネル数ｎは二以上であれば幾つであっても良い。

【0014】

移相器集積回路ＩＣ２は、受信チャンネルRx1～Rx4毎に受信移相部１０を備えている。受信移相部１０には高周波装置用アンテナアレイ７（以下、アンテナアレイ７と略す）が接続されている。図３に示すように、アンテナアレイ７は、フェーズドアレイアンテナとして用いられるもので、移相器集積回路ＩＣ２に電気的に接続されるオンエレメント１１ａ、１１ｃ、移相器集積回路ＩＣ２に電気的に接続されないオフエレメント１１ｂ及びダミーエレメント１１ｄを組み合わせて構成されている。詳しくは後述する。

【0015】

図２に示すように、受信移相部１０は、ＩＣパッド２０に接続されている。アンテナアレイ７を構成するオンエレメント１１ａ、１１ｃは、それぞれ対応したＩＣパッド２０に対しＰＣＢ配線を介して接続している。また受信移相部１０は、高周波部１２として、可変利得増幅器１３、移相器１４、及び増幅器１５を備える。

【0016】

受信移相器ＩＣ１０では、アンテナアレイ７からＩＣパッド２０を通じて信号を受信すると、可変利得増幅器１３がアンテナアレイ７から受信した信号を増幅し、移相器１４は、可変利得増幅器１３の増幅信号を移相値φだけ移相し、そして増幅器１５が移相器１４の移相信号を増幅して混合器９に出力する。アンテナアレイ７と移相器１４との間に可変利得増幅器１３を構成することで、レーダ装置１のシステム上のＮＦと歪性能のトレードオフを用途に応じて改善できるようになる。例えば、高利得設定（ＮＦ最小）にすることで長距離物標の検出能力が改善し、低利得設定では近距離物標の検出時に飽和を緩和させることが可能になる。

【0017】

図２の結線をより具体的に示す図３の構成例では、受信チャンネルRx1～Rx4の受信移相部１０は、アンテナアレイ７から受信した信号を処理した後、ノードＮ１～Ｎ５を通じて合成して混合器９に出力する。ノードＮ１では２つのオンエレメント１１ａから受信した受信信号を合成する。ノードＮ２では２つのオンエレメント１１ａ、１１ｃから受信した受信信号を合成する。

【0018】

図３のノードＮ３では２つのオンエレメント１１ａ、１１ｃから受信した受信信号を合成する。ノードＮ４では２つのオンエレメント１１ａから受信した受信信号を合成する。ノードＮ５ではノードＮ１～Ｎ４を通じて得られた信号を合成し混合器９に出力する。各オンエレメント１１ａ、１１ｃから混合器９に至るまでの線路長は互いに等長経路に構成すると良い。

【0019】

他方、図２に示すように、トランシーバ集積回路ＩＣ１は、制御部２、信号処理部３、ＰＬＬ４、送信部５、及び受信部６にブロック化して構成される。トランシーバ集積回路ＩＣ１の制御部２は、所定の制御ロジックを実行することで出力周波数制御部２ａ、増幅度制御部２ｂ、及び位相制御部２ｃなどの各種制御機能を実行する。出力周波数制御部２ａはＰＬＬ４の出力周波数を制御する。位相制御部２ｃは、移相器集積回路ＩＣ２内の移相器１４の移相値φを制御する。増幅度制御部２ｂは、移相器集積回路ＩＣ２内の可変利得増幅器１３の増幅度を制御する。制御部２は、位相制御部２ｃにより各受信チャンネルRx1～Rx4の移相器１４の移相値φを制御することで、受信チャンネルRx1～Rx4の受信ビーム走査角を制御できる。

【0020】

受信部６は、ＬＯアンプ８及び混合器９を備え、移相器集積回路ＩＣ２の受信移相部１０を接続している。ＰＬＬ４は、基準発振回路（図示せず）から入力される基準クロックCLKを用い、基準クロックCLKの逓倍数等のパラメータを調整することで、周波数が互いに等しいミリ波帯のローカル信号（例えば、７７ＧＨｚ）を全ての受信チャンネルRx1～Rx4の混合器９に出力する。混合器９は、このローカル信号と送信部５から出力された電波が物標に反射して受信する信号とをミキシングすることで距離に比例した周波数のＩＦ出力を得ることができる。ここでは、省略しているが、逓倍器を設けて所望の周波数に逓倍した上で、ローカル信号を各受信チャンネルRx1～Rｘ4に出力しても良い。

【0021】

ＬＯアンプ８は、所定の増幅度でＰＬＬ４のローカル信号を増幅し、各受信チャンネルRx1～Rx4の混合器９に出力する。各受信チャンネルRx1～Rx4の混合器９は、各受信チャンネルRx1～Rx4の受信移相部１０の出力信号とＬＯアンプ８により増幅されたローカル信号を入力し混合してＩＦ信号IF1～IF4として出力する。

【0022】

同一のＰＬＬ４が、全ての受信チャンネルRx1～Rx4の混合器９にローカル信号を供給するため、ＩＦ信号は基準クロックCLKの周波数変動や外的環境変動に対する周波数特性変化に高い相関性を備える。

【0023】

各受信チャンネルRx1～Rｘ4の混合器９は、それぞれの混合器９の出力信号を信号処理部３に出力する。信号処理部３は、プロセッサや所定の電子制御ロジックにより構成されており、デジタルビーム形成（ＤＢＦ）等の信号処理により、視野を絞ったセクタ内に存在する物標の角度を推定できる。

【0024】

信号処理部３は、混合器９により処理されたＩＦ信号について、図示しないＩＦフィルタを介してＡ／Ｄ変換器３ａに入力する。Ａ／Ｄ変換器３ａは、ＩＦ信号をアナログデジタル変換してデジタルデータとして処理する。信号処理部３は、ＦＦＴ３ｂにより所定のデジタル信号処理を行うことで、図１に示したように、自車両４０から他の車両４１までの距離、車両４１との相対速度、車両４１の存在角度を測定できる。

【0025】

信号処理部３は、移相器１４を用いたアナログビームフォーミングにより視野を図１に示すセクタ領域Ｓｂに絞り込む。信号処理部３は、ＤＢＦアルゴリズムによる信号処理を実行することで、図４に示したように、セクタ領域Ｓｂの中に狭い仮想ビームＳｃを形成し、より高い分解能でスキャン対象となる車両４１を識別できる。これにより、他の車両４２をスキャン対象から除外できる。また、複数の物標に対して前述のＤＢＦより高い分離能が得られる多信号分類処理（MUltiple SIgnal Classification： ＭＵＳＩＣ）などを適用することもできる。

【0026】

例えば、図１及び図４に例示したように、信号処理部３は、ＤＢＦアルゴリズムを用いて広い角度視野範囲Ｓａの全体ではなくセクタ領域Ｓｂに視野を絞り、セクタ領域Ｓｂ毎に仮想ビームＳｃを取得することで、狭いセクタ領域Ｓｂの中で物標となる車両４１を高解像度で識別できる。セクタ領域Ｓｂに視野を絞りこむことができるため、従来のＭＩＭＯレーダに比較して計算量を削減でき、ハイブリッド方式は、スキャン時間短縮と高分解能能力のトレードオフを緩和した効率の良いスキャン手法と言える。

【0027】

以下、このようなレーダ装置１に用いられるアンテナアレイ７の構造について説明する。送信部５及び受信部６用のアンテナアレイ７の構造は同一であるため、以下では受信部６に接続されるアンテナアレイ７について説明する。

【0028】

図５及び図６に示したように、各受信チャンネルRx1～Rx4のアンテナアレイ７は、格子状に区画された領域にそれぞれ金属矩形面によるエレメント１１ａ～１１ｄを配置して構成される。アンテナアレイ７の外枠は方形に構成されており、アンテナアレイ７の外枠の中の格子状の頂点の領域に矩形状のエレメント１１ａ～１１ｄを配置している。本実施形態では、図５又は図６に示すように、有効エレメントが（Ｙ、Ｘ）＝１６行１２列に区画された二次元的な配列領域に配置されている。

【0029】

本実施形態では、図５又は図６に示すように、個々のアンテナアレイ７において、Ｙ方向の長尺辺に沿って１８個のエレメント１１ａ～１１ｄが格子区画領域に並設されていると共にＸ方向の短尺辺に沿って１４個のエレメント１１ａ～１１ｄが格子区画領域に並設されている。また、エレメント１１ａ～１１ｄは、隣り合うエレメント１１ａ～１１ｄの間の間隔をレーダ波長λの２分の１に設定しており、各エレメント１１ａ～１１ｄの形状をそれぞれ四角形状に構成している。アンテナアレイ７は、ＸＹ平面に配置されており、ＸＹ平面に直交した＋Ｚ軸方向にビームを放射する。図５に示すように、１６×１２の基本配列から成るアンテナアレイ７は、４つの受信チャンネルRX1～Rx4に接続されるように、Ｘ軸方向に連続配置されている。言い換えると、ハイブリッド方式とは、例えば１６×４８のアンテナアレイ７、…、７を１６×１２のＮ個のアンテナアレイ７に分割し、Ｎ個の受信ミキサを使用して、Ｎ個だけＩＦ信号処理することを意味する。本形態では、Ｎ＝４の例を記載している。

【0030】

前述したように、アンテナアレイ７は、オンエレメント１１ａ、１１ｃ、オフエレメント１１ｂ、及びダミーエレメント１１ｄを備える。オンエレメント１１ａは、Ｙ方向に隣接した状態にて一対で電気的に移相器集積回路ＩＣ２に接続されるエレメントであり、オンエレメント１１ｃは、Ｙ方向に離間した状態にて一対で電気的に移相器集積回路ＩＣ２に接続されるエレメントである。このため、オンエレメント１１ａ、１１ｃは符号を分けて示している。図５及び図６において塗りつぶされた領域がオンエレメント１１ａを示しており、単一のオンエレメント１１ｃにはハッチングを付して示している。また、オフエレメント１１ｂは実線枠にて示しており、ダミーエレメント１１ｄは破線枠にて示している。

【0031】

アンテナアレイ７の二次元的な配列の最外周にダミーエレメント１１ｄが配置されている。ダミーエレメント１１ｄは、オフエレメント１１ｂと同様に受信移相部１０には接続されていない。二次元的な配列の最外周にダミーエレメント１１ｄが配置されているため、アンテナアレイ７を用いた送受信信号の品質を向上できる。

【0032】

本実施形態の構成では、最外枠のダミーエレメント１１ｄを除く内側の格子の頂点にオンエレメント１１ａを配置すれば、全体で１６×１２＝１９２個のオンエレメント１１ａを配置できる。しかし、格子の頂点の全てにオンエレメント１１ａを配置し、その全てのオンエレメント１１ａを移相器集積回路ＩＣ２により移相制御すると、移相制御を複雑化してしまうため好ましくない。このため、本形態では、オンエレメント１１ａ、１１ｃ及びオフエレメント１１ｂの二次元配置を工夫することで移相制御すべきオンエレメント１１ａ、１１ｃの個数を減らし、移相制御をより簡単化している。

【0033】

以下の説明では、図６に示したように、アンテナアレイ７…７の全体がダミーエレメント１１ｄに囲われる個々のアンテナアレイ７の列を列Ｘ１～Ｘ１２と称する。またダミーエレメント１１ｄを配置したＹ行の両端部を行Ｙｄ１、Ｙｄ２とし、その間の行を行Ｙ１～Ｙ１６と称する。そして、エレメント１１ａ～１１ｄの配置領域を示す場合、座標（Ｘ，Ｙ）の表記をもって表す。また例えば、行Ｙ３のオンエレメント１１ａと行Ｙ４のオンエレメント１１ａが電気的に接続されており、グルーピングされている場合、「Ｙ３－Ｙ４」のように、マイナス符号により結合することでオンエレメント１１ａがグルーピングされていることを表す。

【0034】

図６に示したように、多数のＩＣパッド２０とアンテナアレイ７の一対のオンエレメント１１ａ、１１ｃとはプリント配線基板を用いた伝送線路２１により接続されており、これによりアンテナアレイ７のオンエレメント１１ａ、１１ｃから信号を受信できる。図６を参照してエレメント１１ａ～１１ｄの配置例を説明する。

【0035】

図６に示すように、アンテナアレイ７は、行Ｙ８と行Ｙ９との間に行の中心部が位置しており、列Ｘ６と列Ｘ７との間に列の中心部が位置している。オンエレメント１１ａは、これらの行の中心部に対して上下対称で、且つ、列の中心部に対して左右対称に配置されている。また、オンエレメント１１ａは、アンテナアレイ７の中心部に対し点対称となるように配置されている。

【0036】

具体的に、アンテナアレイ７の中で図示左半領域のオンエレメント１１ａは、
座標（Ｘ１，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ１，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ２，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ２，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ２，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ２，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ２，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ３，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ３，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ３，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ３，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。

【0037】

また、オンエレメント１１ａは、
座標（Ｘ４，Ｙ１－Ｙ２）及び座標（Ｘ４，Ｙ１５－Ｙ１６）、
座標（Ｘ４，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ４，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ４，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ４，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ５，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ５，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ５，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ５，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ５，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ６，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ６，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ６，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ６，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。

【0038】

さらに、アンテナアレイ７の中で図示右半領域のオンエレメント１１ａは、
座標（Ｘ１２，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ１２，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ１１，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ１１，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ１１，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ１１，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ１１，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ１０，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ１０，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ１０，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ１０，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。

【0039】

また、オンエレメント１１ａは、
座標（Ｘ９，Ｙ１－Ｙ２）及び座標（Ｘ９，Ｙ１５－Ｙ１６）、
座標（Ｘ９，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ９，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ９，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ９，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ８，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ８，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ８，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ８，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ８，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ７，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ７，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ７，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ７，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。

【0040】

オンエレメント１１ａのグルーピング方向はＹ方向となっておりＸ方向にはグルーピングされていない。したがって、グルーピングされていれば発生しやすいＸ方向に沿うグレーティングローブを原理的に発生させることなくオンエレメント１１ａを配置できる。

【0041】

伝送線路２１は、一対のオンエレメント１１ａを接続した接続中央部を受信給電点としており、グルーピングされた一対のオンエレメント１１ａの位相中心はその接続中央部に位置している。伝送線路２１は、プリント基板に構成される配線を用いて構成されるが、このとき、ＩＣパッド２０と一対のオンエレメント１１ａとを接続する伝送線路２１の線路長は、互いに等長又は互いにｐ×λ（但し、ｐは整数）の関係性とすることが望ましい。すると、アンテナアレイ７内のオンエレメント１１ａの配置を設計しやすくなる。

【0042】

また図６に例示したように、オンエレメント１１ｃもアンテナアレイ７の中に配置されているが、Ｙ方向にオフエレメント１１ｂに挟まれた状態で一つ孤立配置されている。単一のオンエレメント１１ｃは、オンエレメント１１ａがグルーピングされたＹ方向と同一方向に離間して２つ配置されており、行の中央部を基準として線対称に配置されている。

【0043】

オンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ６，Ｙ５）、座標（Ｘ６，Ｙ１２）にて一対に設けられている。オンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ７，Ｙ５）、座標（Ｘ７，Ｙ１２）にて一対に設けられている。行Ｙ５と行Ｙ１２のオンエレメント１１ｃの間の中心間の距離は３．５λとなる。これらの３．５λ離間したオンエレメント１１ｃは、第１のヌルフィルタ（steerable null filter）として作用する。

【0044】

またオンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ５，Ｙ１）、座標（Ｘ５，Ｙ１６）にて一対に設けられている。同様に、オンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ８，Ｙ１）、座標（Ｘ８，Ｙ１６）にて一対に設けられている。行Ｙ１と行Ｙ１６のオンエレメント１１ｃの間の中心間の距離は７．５λとなる。これらの７．５λ離間したオンエレメント１１ｃは、第２のヌルフィルタとして作用する。

【0045】

オンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ３，Ｙ２）、座標（Ｘ３，Ｙ１５）にて一対に設けられている。同様にオンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ１０，Ｙ２）、座標（Ｘ１０，Ｙ１５）にて一対に設けられている。隣接するエレメント１１ａ～１１ｄの間の行間距離又は列間距離が０．５λであるため、行Ｙ３と行Ｙ１５のオンエレメント１１ｃの間の中心間の距離は６．５λとなる。これらの６．５λ離間したオンエレメント１１ｃは、第３のヌルフィルタとして作用する。

【0046】

このように、オンエレメント１１ｃは、単一のエレメントを離間して配置しているが、これらのオンエレメント１１ｃの中心間のＹ方向距離ｄ１～ｄ３は（０．５＋ｍ）λ（但しｍは整数）に設定されている。すなわち、オンエレメント１１ｃは、アンテナアレイ７の列中央から線対称で（０.５＋ｍ）λの間隔（但し、ｍ＝１、２、…）にて配置されている。また、中央部のオンエレメント１１ａ、１１ｃの密度を高めるためには、意図的に、ｍを３以上とすることが望ましい。ｍを３以上とすることで、アンテナアレイ７の中央部の有効エレメントを密にすることができサイドローブ対策できる。なお図６では、ｍ＝３、６、７の例を示している。さらに、ヌルフィルタの特性を変えるため、アンテナアレイ７の中でｍの値が互いに異なる条件を満たすオンエレメント１１ｃを複数組設けることが望ましい。グレーティングローブも角度幅を持っているため、グレーティングローブ発生角度近傍に異なる減衰特性を有するヌルフィルタを重ねることで角度幅を有するグレーティングローブ抑圧が可能となる。

【0047】

図７には、列Ｘ６、Ｘ７のエレメント配置を抜き出して示している。Ｙ方向に隣接する行Ｙ７－Ｙ８のオンエレメント１１ａには、それぞれ移相器１４による移相値φが同一値となるように制御される。このため、行Ｙ７－Ｙ８のオンエレメント１１ａの位相中心は行Ｙ７－Ｙ８の間の中間位置となる。行Ｙ９－Ｙ１０のオンエレメント１１ａにも同様の信号が与えられるため、行Ｙ９－Ｙ１０のオンエレメント１１ａの位相中心は行Ｙ９－Ｙ１０の間の中間位置となる。

【0048】

行Ｙ７－Ｙ８、行Ｙ９－Ｙ１０のそれぞれのエレメント間距離はλ／２であるため、行Ｙ７－Ｙ８と行Ｙ９－Ｙ１０におけるオンエレメント１１ａの位相中心間距離ｄはλ／２の２倍のλとなる。図８にはメインビーム角を変化させたときの理論的なグレーティングローブ角の変化をシミュレーション結果でプロットしているが、この図８に示すように位相中心間隔ｄとレーダ波長λとの関係をｄ＝１λで設計した場合と等価なグレーティングローブ発生角度となる。

【0049】

これにより、原理的にグレーティングローブを強く発生させてしまう虞がある。これは、移相器１４の数の削減のためにＹ方向の隣接エレメントをグルーピングするように設計した弊害により生じている現象であるが、前述したように単一のエレメント１１ｃを挟むことで、図７に示したように１．２５λ程度に位相中心距離ｄを形成でき、位相中心間隔ｄのλ周期性を崩すことができる。これにより、グレーティングローブを数dB程、低減することができる。さらに、オンエレメント１１ｃがヌルフィルタ（steerable null filter）として減衰特性を有し、グレーティングローブを追従・抑圧できることが確認されている。

【0050】

言い換えると、隣接した一対のオンエレメント１１ａは、アンテナアレイ７の中でＹ方向に線対称に配置されているが、そのＹ方向に位置して当該Ｙ方向両側をオフエレメント１１ｂに挟んだ状態で単一のオンエレメント１１ｃを配置している。このため、隣接したオンエレメント１１ａを一対にグルーピングしたとしても位相中心の周期性を崩すことができる。

【0051】

また、単一のオンエレメント１１ｃの配置位置をさらに言い換えて説明する。オンエレメント１１ｃは、アンテナアレイ７の中心部から点対称に、二次元的な四角形の頂点に配置されている。四角形の頂点とは、例えば、座標（Ｘ６，Ｙ５）と座標（Ｘ６，Ｙ１２）のペアおよび座標（Ｘ７，Ｙ５）と座標（Ｘ７，Ｙ１２）のペアを頂点とした位置、座標（Ｘ５，Ｙ１）と座標（Ｘ５，Ｙ１６）のペアおよび座標（Ｘ８，Ｙ１）と座標（Ｘ８，Ｙ１６）のペアを頂点とした位置、座標（Ｘ３，Ｙ２）と座標（Ｘ３，Ｙ１５）のペアおよび座標（Ｘ１０，Ｙ２）と座標（Ｘ１０，Ｙ１５）のペアを頂点とした位置、を示している。

【0052】

このような配置を採用することで、Ｘ方向、Ｙ方向に対する対称性を維持することで移相器１４の移相値φを制御してメインビーム方向を調整する際に、当該移相値φも対称的に制御できるようになる。このため移相値φの設計容易性を向上できる。しかも、Ｙ方向に沿って隣接した一対のオンエレメント１１ａに離間して単一のオンエレメント１１ｃを配置しているため、オンエレメント１１ａをグルーピングした時の位相中心間隔の一様性を低減でき、グレーティングローブを抑圧できると共にサイドローブレベルを追従・抑圧できる。

【0053】

また、左半領域のオンエレメント１１ａ、１１ｃと右半領域のオンエレメント１１ａ、１１ｃとは左右対称に配置されている。本実施形態の構成では、オンエレメント１１ａ及びオフエレメント１１ｂの配置において、アンテナアレイ７の中央部側にオンエレメント１１ａ、１１ｃが占有する密度を高めると共に、その四隅における占有密度を低くしている。占有密度の中央部の目安としてＮ＝行数とすれば、(Ｎ－２)／３＋２＝（１６－２）／３＋２≒６エレメント、他方、占有密度の四隅の目安として、(Ｎ－２)／３＝（１６－２）／３≒４エレメント、を想定して配置している。

【0054】

具体的に、アンテナアレイ７の中央部側の６×６四方の領域では、３×３四方の領域におけるオンエレメント１１ａ、１１ｃの占有密度が７／９～９／９の間、すなわち７５％を超える割合となっている。他方、アンテナアレイ７の四隅におけるオンエレメント１１ａ、１１ｃの占有密度は４／９、すなわち４４％程度の割合となっている。なお、矩形状のアンテナアレイ７は、その四辺の両端中央においてオンエレメント１１ａ、１１ｃの占有密度が５／９、すなわち５６％程度の割合となっている。テーパリングの観点でも四隅にオンエレメント１１ａ、１１ｃを無くした設計は有効である。何故ならアンテナアレイ７の中央部からの距離が離れているため、テーパリング実現のために図２の移相器ＩＣ２の内部の可変利得増幅器１３に大きな減衰量が必要になってしまうためである。

【0055】

一般的な比較例として、オンエレメント１１ａをランダムに配置することが考えられるが、この場合、オンエレメント１１ａ、１１ｃの占有密度は原理的に全領域で一定となる。しかし、中央付近の占有密度を平均値と仮定すると、占有密度は４／９～５／９＝４４％～５６％程度と低くなるため、サイドローブレベルの劣化が懸念される。本形態の構成によれば、中央部付近の占有密度を四隅よりも高くして構成しているため、オンエレメント１１ａ、１１ｃの配置個数を概ね維持しつつ、サイドローブレベルの悪化を抑制できることが確認されている。

【0056】

また前述した位置にて、オンエレメント１１ａをアンテナアレイ７に配置すると、アンテナアレイ７に対するオンエレメント１１ａの占有割合は６０．４％となる。またＹ方向（縦方向）にオンエレメント１１ａを２個ずつグルーピングすることで、移相制御を必要とするオンエレメント１１ａの占有割合を約半分に低減できる。実際は、グルーピングされないオンエレメント１１ｃも予め考慮して３３％になるように設計した。これは、１９２×３３％＝６４ｃｈ分の制御で済むことを意味しており、例えば１６ｃｈ分の移相器ＩＣ２を使用する場合、４個の移相器ＩＣ２だけでアンテナアレイ７を制御可能になることを意味する。

【0057】

以下、シミュレーション結果を説明する。発明者は、オンエレメント１１ａ、１１ｃを上述のように配置したアンテナアレイ７の構造についてシミュレーションを行っている。図９には、前述した間隔ｄ＝３．５λの第１のヌルフィルタ、間隔ｄ＝７．５λの第２のヌルフィルタを個別に構成した場合のグレーティングローブのリファレンスデータを比較例（１７．５°Old beam pattern）と共に示している。これらの例では、グルーピング後のＹ方向（縦方向）に所定角度１７．５°の角度でスキャンした例を示しており、比較例は、オンエレメント１１ａをランダム配置した場合の受信特性を図示している。

【0058】

第１又は第２のヌルフィルタを構成すると、ランダム配置した場合に比較して、メインビーム角度の損失を最小化できると共に、サイドローブレベルやグレーティングローブレベルを抑圧でき、グレーディングローブ角度に追従・抑圧できることが確認された。

【0059】

また前述したアンテナアレイ７の構造を採用し、メインローブレベルを０ｄＢｍに正規化した場合の送信特性及び受信特性並びに送受信合成角度スペクトラムを図１０に示している。この図１０に示すように、送受合成後のスペクトラムでは、１７．５°縦方向スキャン時に、－４３°付近に発生するグレーティングローブを－４０ｄＢｃ以下に抑圧できている。さらにサイドローブレベルを－３５ｄＢｃ程度に抑圧できることが確認されている。

【0060】

また図１１は、移相器１４の移相値φを移相制御することでメインビーム角度をＹ方向（縦方向）に５°に調整したときのアンテナアレイ７の受信特性を図示したものであり、図１２はメインビーム角度をＹ方向に１７．５°に調整したときのアンテナアレイ７の受信特性を図示したものである。比較例はランダム配置した場合の受信特性を図示しているが、これらの何れも、このランダム配置した場合に比較してサイドローブレベルやグレーティングローブレベルを抑圧できることが確認できた。

【0061】

グローティングローブレベルが強く残留してしまうと、車両用途のレーダ装置１の場合、本来検出すべきメインビームを前方方向に調整すると、レーダ装置１の設置箇所の垂直方向に存在する路面からの反射の影響を強く受けやすくなり受信信号に干渉してしまう。このため、グローティングローブレベルを抑圧することで、レーダ装置１に適用したときでも路面からの反射の影響を抑制でき誤検知を防止できる。

【0062】

図１３には、メインビームの角度を０°から４０°に変化させたときのグレーティングローブ発生角度の推移とそのグレーティングローブレベルのシミュレーション結果を示している。受信移相部１０において移相器１４の移相値φを調整することで、メインビームの角度を０°から４０°に連続的に変化させると、グレーティングローブの発生角度も変化する。しかし、２次元配列に埋め込んだヌルフィルタの影響によりグレーティングローブ角度に追従してグレーティングローブを抑圧できることを確認できている。

【0063】

＜まとめ＞
本実施形態によれば、アンテナアレイ７の中央部付近におけるオンエレメント１１ａの占有密度を四隅の占有密度よりも高く構成しているため、ランダム配置構成に比較してオンエレメント１１ａの配置個数を少なくしつつサイドローブレベルの悪化を抑制できる。したがって、オンエレメント１１ａの配置個数を少なくしながらグレーティングローブの発生を抑圧できる。

【0064】

また本実施形態によれば、オフエレメント１１ｂにより挟まれたオンエレメント１１ｃを配置し、オンエレメント１１ａをグルーピングした後の位相中心の周期性を低減すると共に、オンエレメント１１ｃを特定の間隔になるように線対称、点対称に配置することでヌルフィルタを構成でき、グレーティングローブを追従・抑圧できる。

【0065】

本実施形態によれば、オンエレメント１１ａ／オフエレメント１１ｂの設計において中央部側のオンエレメント１１ａの密度を高め四隅の密度を低くすることで、移相制御をより簡単化できることから移相器集積回路ＩＣ２の中の移相器１４の数を削減でき、さらにサイドローブレベルを低減できる。また、隣接したオンエレメント１１ａをグルーピングすることで、同一の移相器１４に対応して複数のオンエレメント１１ａをまとめて制御できるようになり、移相器１４の設置個数を約半分に削減できる。その際に発生するグレーティングローブを必要な全てのスキャン角度において抑圧できる。

【0066】

（第２実施形態）
第２実施形態について図１４を参照しながら説明する。図１４に示すように、オンエレメント１１ａ、１１ｃの形状を、四角形以外の形状、例えば八角形などの多角形の形状に構成しても良い。図１４にはそれぞれ八角形の形状に構成したオンエレメント１１ａ、１１ｃのみ示しており、オフエレメント１１ｂ、ダミーエレメント１１ｄは図示していない。本実施形態によっても前述実施形態と同様の作用効果を奏する。また、オンエレメント１１ａ、１１ｃの形状を互いに異なる形状としても良い。

【0067】

（第３実施形態）
第３実施形態について図１５及び図１６を参照しながら説明する。図１５には、第２実施形態のように、オンエレメント１１ａ及び１１ｃを八角形に構成した形態について図示している。図１５に示したように、オンエレメント１１ａは、その座標中心が二次元的な格子点配列のうちの少なくとも一部に所定の周期で規則的に配置されるものであり、配置された位置の座標中心が格子点の位置からその座標が二次元的に格子点配列の中心から上、下、左又は右にシフト配列されていることが望ましい。なおオンエレメント１１ｃは、格子点配列に固定して配置することが望ましい。

【0068】

図１５には格子点配列の中心からオンエレメント１１ａをシフトするのに望ましい方向を示している。Ｘ方向中心側に配置されたオンエレメント１１ａについては、Ｘ方向に沿って外側に格子点間隔０．５λ未満の所定間隔だけシフトさせることが望ましい。また、Ｙ方向中心側に配置されたオンエレメント１１ａについては、Ｙ方向に沿ってオンエレメント１１ｃに向かうように格子点間隔０．５λ未満の所定間隔だけシフトさせることが望ましい。

【0069】

また、図１５の矢印方向に示したように、ＸＹの斜め方向については、中心方向に向けてオンエレメント１１ａを格子点間隔０．５λ未満の所定間隔だけシフトさせることが望ましい。これらのシフト間隔は、Ｘ方向、Ｙ方向に線対称、すなわち中心位置に点対称に同一間隔だけ設定することが望ましい。位相中心の周期性を低減するように、オンエレメント１１ａが、オフエレメント１１ｂの領域を埋めるような角度に僅かにシフトさせると良いことが考えられる。この結果、グレーティングローブを抑圧できることが期待できる。

【0070】

また、図１６にＸ方向中心側の４列分Ｘ５～Ｘ８のオンエレメント１１ａ、１１ｃの配置間隔を示したように、列Ｘ６、Ｘ７におけるオンエレメント１１ｃのＹ方向間隔を３．５λ固定とし、列Ｘ５、Ｘ８におけるオンエレメント１１ｃのＹ方向間隔を７．５λ固定としている。これにより、オンエレメント１１ｃによるヌルフィルタとしての特性を保持できる。

【0071】

（他の実施形態）
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができ、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、以下のように変形可能である。

【0072】

オンエレメント１１ａをＹ方向、すなわち縦方向に２個グルーピングした形態を説明したが、これに限られるものではない。オンエレメント１１ａをＸ方向、すなわち横方向に２個グルーピングして構成しても良い。単一のオンエレメント１１ｃをＹ方向、すなわち縦方向に離間して２個配置した形態を説明したが、これに限られるものではない。オンエレメント１１ｃをＹ方向に孤立した状態で４以上配置しても良い。

【0073】

本発明は、前述した実施形態に準拠して記述したが、本発明は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範畴や思想範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0074】

図面中、７はアンテナエレメント、１１ａ、１１ｃはオンエレメント、１１ｂはオフエレメント、１１ｄはダミーエレメント、１４は移相器、を示す。

【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】

【図15】

【図16】