JP2018148351A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電波を広角で送受信するアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】実施形態に係るアンテナ装置は、誘電体基板と、アンテナ部と、支持部を備える。アンテナ部は、誘電体基板の表面に配置され、アンテナ素子を有する。支持部は、誘電体基板の裏面に配置され、誘電体基板を支持する。また、支持部は、誘電体基板を介してアンテナ素子と向かい合う凹部を有する。
【選択図】図３

Description

開示の実施形態は、アンテナ装置に関する。

従来、導体の接地板が形成された誘電体基板上にアンテナ素子を配置したアンテナ装置が知られている。このようなアンテナ装置は、車両に搭載されるレーダ装置など、配置スペースが小さい箇所に配置される装置に適用することができる。なお、本発明に関連する技術を説明する資料としては特許文献１がある。

特開平７−３２１５４６号公報

しかしながら、上記アンテナ装置には、電波を広角で送受信するという点で更なる改善の余地があった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、電波を広角で送受信するアンテナ装置を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るアンテナ装置は、誘電体基板と、アンテナ部と、支持部を備える。アンテナ部は、誘電体基板の表面に配置され、アンテナ素子を有する。支持部は、誘電体基板の裏面に配置され、誘電体基板を支持する。また、支持部は、誘電体基板を介してアンテナ素子と向かい合う凹部を有する。

実施形態の一態様によれば、電波を広角で送受信することができる。

図１は、アンテナ装置が用いられたレーダ装置の配置例を示す図である。 図２は、アンテナ装置の正面図である。 図３は、アンテナ装置の斜視分解図である。 図４は、図２のIV−IV断面図である。 図５は、誘電体基板を第１裏面側から見た図である。 図６は、図４のＡ領域の拡大図である。 図７は、送信アンテナから放射された電波の進行方向を示す概略図である。 図８は、受信アンテナが受信する電波の進行方向を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するアンテナ装置を説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（アンテナ装置１の適用例）
本実施形態では、図１に示すように、車両１００のバンパー１０１内に配置される車両周辺監視用のレーダ装置１０２に用いられるアンテナ装置１（図２参照）を一例として説明する。図１は、アンテナ装置１が用いられたレーダ装置１０２の配置例を示す図である。なお、アンテナ装置１は、自動運転用のセンサ用のレーダ装置に用いられてもよい。また、アンテナ装置１は、航空機や船舶などに搭載されるレーダ装置に用いられてもよい。また、アンテナ装置１は、無線通信機器などに用いられてもよい。

車両１００のバンパー１０１内に配置されるレーダ装置１０２は、アンテナ装置１によって送受信された電波に基づいて車両１００の周囲の物標を検出する。物標は、自車両の前方を走行する前方車両、後方を走行する後方車両や自転車、歩行者などの移動体である。また、物標は、例えば、路側帯や信号機やポール、ガードレールなどの静止物であってもよい。

このようなレーダ装置１０２に用いられるアンテナ装置１は、物標を水平方向において広角で検出するために広角に電波を送受信し、アンテナ利得が大きいことが望まれる。また、レーダ装置１０２は、バンパー１０１内の狭いスペースに配置されるため、アンテナ装置１は、小型、特に薄型にすることが望まれる。

本実施形態に係るアンテナ装置１は、以下で詳しく説明する構成により、アンテナ利得を低下させずに、広角で電波を送受信することができる。またアンテナ装置１を小型にすることができる。

（アンテナ装置１の構成）
次に、本実施形態のアンテナ装置１について図２〜図４を参照し説明する。図２は、アンテナ装置１の正面図である。図３は、アンテナ装置１の斜視分解図である。図４は、図２のIV−IV断面図である。なお、図２などにおいては、説明の便宜のために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向で規定される３次元の直交座標系を図示している。また、Ｚ軸方向を鉛直方向の上向きに規定する。

アンテナ装置１は、アンテナ部２と、誘電体基板３と、アンテナシャーシ４とを備える。

アンテナ部２は、２本の送信アンテナ２Ａと、４本の受信アンテナ２Ｂとによって構成される。なお、送信アンテナ２Ａおよび受信アンテナ２Ｂの本数は一例であり、これに限定されるものではない。

送信アンテナ２Ａおよび受信アンテナ２Ｂは、同一の形状である。そのため、ここでは、送信アンテナ２Ａおよび受信アンテナ２Ｂをまとめて、アンテナ部２として説明することがある。また、図２などでは、１つの受信アンテナ２Ｂに後述するアンテナ素子２０などの符号を付して説明し、他のアンテナでは符号を省略している。

アンテナ部２は、誘電体基板３の第１表面に配置される。アンテナ部２は、Ｚ軸方向に沿って延伸するように形成される。また、アンテナ部２は、アンテナ部２の延伸方向に直交する方向、ここではＸ軸方向に並んで平行に配置される。

具体的には、アンテナ部２は、誘電体基板３のＸ軸方向に沿って２本の送信アンテナ２Ａ、４本の受信アンテナ２Ｂの順に並んで平行に配置される。

なお、ここでは、誘電体基板３の面積が最大となる面のうち、一方の面であり、アンテナ部２が配置される面を「第１表面」とする。また、誘電体基板３の面積が最大となる面のうち、他方の面を「第１裏面」とする。

アンテナ部２は、マイクロストリップアンテナであり、複数のアンテナ素子２０と、複数の給電線路２１と、変換部２２とを備える。

アンテナ素子２０は、導電性の薄膜パターンとして形成される。薄膜パターンは、スパッタリング法や蒸着法といった手法を用いて、銅などの薄膜を誘電体基板３の第１表面に形成した後、薄膜をフォトエッチング法などでパターニングすることによって形成される。また、薄膜パターンは、薄膜、厚膜、銅箔等の基盤パターンで形成されても良い。

アンテナ素子２０は、アンテナ部２の延伸方向であるＺ軸方向に並んで配置される。アンテナ素子２０は、矩形形状に形成される。アンテナ素子２０のＺ軸方向の長さは、アンテナ部２が送受信する電波の共振周波数に応じて設定され、アンテナ素子２０は、Ｚ軸方向の長さに応じた共振周波数の電波を送受信する。また、アンテナ素子２０は、アンテナ素子２０のＸ軸方向の長さに応じた電界強度の電波を送受信する。

ここでは、誘電体基板３と向かい合うアンテナ素子２０の面を「第２裏面」とし、第２裏面とは逆側の面を「第２表面」とする。また、アンテナ素子２０に対して誘電体基板３側を「背面側」とし、背面側とは逆側を「正面側」とする。

給電線路２１は、導電性の薄膜パターンとして形成される。隣接するアンテナ素子２０間に配置された給電線路２１は、隣接するアンテナ素子２０に接続される。また、変換部２２とアンテナ素子２０との間に配置された給電線路２１は、一端がアンテナ素子２０に接続され、他端が変換部２２の切り込み部内に形成される。

変換部２２は、誘電体基板３を介して、後述する導波管４０と向かい合うように形成される。変換部２２は、切り込み部内に形成された給電線路２１と導波管４０とを電磁気的に結合し、給電線路２１と導波管４０との間で電力変換を行う。すなわち、変換部２２は、給電線路２１の給電点となる。

誘電体基板３は、所定の比誘電率を有する基板である。誘電体基板３は、例えば矩形状の基板である。誘電体基板３は、例えば、ＰＴＦＥ（Poly-Tetra-Fluoro-Ethylene）などのフッ素樹脂やＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）などが用いられる。

誘電体基板３の第１裏面には、図５に示すように、接地導体３０が形成される。図５は、誘電体基板３を第１裏面側から見た図である。接地導体３０は、導電性の薄膜パターンとして形成される。なお、図５では、受信アンテナ２Ｂの一部を破線で示す。

接地導体３０には、薄膜パターンが形成されず、誘電体基板３が露出する複数の第１開口部３１および複数の第２開口部３２が形成される。

第１開口部３１は、図６に示すように、アンテナシャーシ４の凹部４１に向かい合う位置に形成される。図６は、図４のＡ領域の拡大図である。

第１開口部３１は、アンテナ素子２０から背面側に向けて放射された電波、物標によって反射された電波である反射波、および後述するアンテナシャーシ４の凹部４１によって反射された電波（反射波）が接地導体３０によって妨げられずに通過するように形成される。

第１開口部３１は、図５に示すように、矩形状に形成される。第１開口部３１は、一方の辺である長辺の長さＷ（Ｘ軸方向の長さ）が電波の自由空間における波長以上となり、かつ他方の辺である短辺の長さＬ（Ｚ軸方向の長さ）が給電線路２１内の波長である管内波長以上となるように形成される。

第１開口部３１は、アンテナ部２の延伸方向（Ｚ軸方向）に並んで形成される。第１開口部３１がアンテナ部２の延伸方向に並んで形成されることで、接地導体３０の一部として、アンテナ部２の延伸方向で隣接する第１開口部３１を離間させる第１分離部３３が形成される。

第１分離部３３は、アンテナ部２の延伸方向に対して直交する方向であるＸ軸方向に沿って形成される。

第１開口部３１は、誘電体基板３を第１裏面（第１表面）から見た場合に、第１開口部３１の一部および接地導体３０（第１分離部３３）の一部がアンテナ素子２０に重なるように形成される。

例えば、誘電体基板３を第１裏面から見た場合に、第１分離部３３はアンテナ素子２０の中心部と重なり、第１開口部３１はＺ軸方向におけるアンテナ素子２０の端部と重なる。

端部は、給電線路２１との接続部分を含むアンテナ素子２０の一部分である。アンテナ素子２０の一方の端部と他方の端部とのそれぞれが第１開口部３１と重なる。アンテナ素子２０のＺ軸方向におけるこれらの２つの端部の間の部分（中心部）は、第１分離部３３と重なる。

また、第１開口部３１は、各アンテナ部２に応じて形成される。すなわち、第１開口部３１は、アンテナ部２の配置方向（Ｘ軸方向）に並んで形成される。

第１開口部３１がアンテナ部２の配置方向に並んで形成されることで、接地導体３０の一部として、アンテナ部２の配置方向で隣接する第１開口部３１を離間させる第２分離部３４が形成される。

第２分離部３４は、隣接するアンテナ部２間で電波の干渉を防ぎ、アンテナ部２のアイソレーションを確保するように形成される。

第２開口部３２は、アンテナシャーシ４の導波管４０と向かい合う位置に形成され、中心部に接地導体３０が残るように形成される。

図３に戻り、アンテナシャーシ４は、誘電体基板３の第１裏面、すなわち接地導体３０と向かい合うように配置される。アンテナシャーシ４は、誘電体基板３が接合され、誘電体基板３を支持する。

アンテナシャーシ４は、例えば、アルミダイキャストにより成形される。アンテナシャーシ４は、直方体のブロック形状である。アンテナシャーシ４には、複数の導波管４０と、複数の凹部４１とが形成される。導波管４０は、Ｙ軸方向に沿って形成され、誘電体基板３を介して変換部２２と向かい合うように形成される。

凹部４１は、図６に示すように、誘電体基板３が接合される接合面から窪んで形成され、アンテナ部２の延伸方向（Ｚ軸方向）に沿った溝形状である。凹部４１は、所定方向、ここではアンテナ部２の延伸方向に対して直交する平面による断面が円弧形状となるように形成され、凹部４１は、反射板として機能する。このように、凹部４１は、曲面形状に形成される。

凹部４１は、誘電体基板３を介してアンテナ素子２０と向かい合うように形成される。具体的には、凹部４１の底部が誘電体基板３を介してアンテナ素子２０と向かい合うように形成される。すなわち、凹部４１は、アンテナ素子２０と凹部４１の底部とがＹ軸方向に沿って一列に並んで形成される。凹部４１は、アンテナ部２に応じて、アンテナ部２の配置方向（Ｘ軸方向）に並んで形成される。

凹部４１は、アンテナ素子２０で送受信される電波の周波数に応じて、誘電体基板３との接合面から凹部４１の底部までの距離である凹部４１の深さｄ１が設定される。凹部４１の深さｄ１は、アンテナ素子２０で送受信される電波の周波数が大きくなるほど小さくなる。

凹部４１の深さｄ１は、アンテナ素子２０と凹部４１の底部までの距離ｄ２が、物標によって反射されて受信アンテナ２Ｂに直接到達する電波と、凹部４１によって反射されて受信アンテナ２Ｂに到達する電波との位相が、例えば１８０ｄｅｇずれない距離となるように設定される。

具体的には、凹部４１の深さｄ１は、アンテナ素子２０と凹部４１の底部までの距離ｄ２が、管内波長の１／２に設定される。これにより、例えば、物標によって反射された反射波の電力が最大となっている場合に、受信アンテナ２Ｂで受信する電波の電力が、凹部４１によって反射された反射波によって低下することを抑制することができる。

（アンテナ装置１の作用）
次にアンテナ装置１の作用について図７、図８を参照し説明する。図７は、送信アンテナ２Ａから放射された電波の進行方向を示す概略図である。図８は、受信アンテナ２Ｂが受信する電波の進行方向を示す概略図である。

送信アンテナ２Ａのアンテナ素子２０から放射された電波は、図７において実線の矢印で示すように正面側に進む。また、接地導体３０に第１開口部３１が形成されていることで、送信アンテナ２Ａのアンテナ素子２０から放射された電波は、図７において破線の矢印で示すように背面側にも進み、第１開口部３１を通り、凹部４１で反射される。反射された電波は、正面側に進む。

アンテナ装置１は、アンテナ素子２０と給電線路２１とによる垂直偏波と、アンテナ素子２０と給電線路２１とを放射器として機能させ、凹部４１を有するアンテナシャーシ４を反射器として機能させた円偏波とが位相合成された電波を送信波として正面側に送信（放射）する。

そのため、凹部４１が設けられない場合、例えば、図７中の実線の矢印のみの場合と比較して、アンテナ装置１は、送信波を水平方向に広角で送信する。

物標によって反射された反射波の一部は、図８において実線の矢印で示すように正面側から受信アンテナ２Ｂのアンテナ素子２０に直接到達する。また、反射波の一部は、図８において破線の矢印で示すように、受信アンテナ２Ｂのアンテナ素子２０の周囲、誘電体基板３および第１開口部３１を通り、凹部４１によって反射され、背面側からも受信アンテナ２Ｂのアンテナ素子２０に到達する。すなわち、受信アンテナ２Ｂのアンテナ素子２０は、これらが位相合成された反射波を受信する。

そのため、凹部４１が設けられない場合、例えば、図８中の実線の矢印のみの場合と比較して、アンテナ装置１は、反射波を水平方向に広角で受信する。

（実施形態の効果）
次に、本実施形態のアンテナ装置１の効果について説明する。

アンテナ装置１では、誘電体基板３の第１裏面にアンテナシャーシ４が配置され、アンテナシャーシ４には、誘電体基板３を介してアンテナ素子２０と向かい合う凹部４１が形成される。

これにより、送信アンテナ２Ａでは、背面側に向けて放射された電波が、凹部４１によって反射され、正面側に向けて放射される。そのため、送信アンテナ２Ａは、アンテナ部２から直接正面側に向けて放射される電波に加えて、凹部４１によって反射された電波を正面側に放射し、これらが位相合成された送信波を正面側に送信することができる。従って、アンテナ装置１は、アンテナ利得を低下させずに、送信波を水平方向に広角で送信することができる。

また、受信アンテナ２Ｂは、正面側から直接受信する反射波と、凹部４１によって反射された反射波とが位相合成された反射波を受信することができる。そのため、アンテナ装置１は、アンテナ利得を低下させずに、反射波を水平方向に広角で受信することができる。

本実施形態のアンテナ装置１は、アンテナシャーシ４に凹部４１を設けることで、アンテナ装置１を厚くせずに電波を水平方向に広角で送受信することができる。すなわち、薄型のアンテナ装置１で、電波を水平方向に広角に送受信することができる。

誘電体基板３の第１裏面に形成された接地導体３０には、凹部４１と向かい合う位置に第１開口部３１が形成される。これにより、電波を凹部４１まで到達させて、凹部４１によって電波を反射させることができる。そのため、アンテナ装置１は、電波を水平方向に広角で送受信することができる。

誘電体基板３を第１裏面から見た場合に、接地導体３０の一部（第１分離部３３）および第１開口部３１の一部がアンテナ素子２０と重なるように第１開口部３１が形成される。これにより、アンテナ素子２０によって電波を送受信させるとともに、送信アンテナ２Ａのアンテナ素子２０から背面側に放射された電波を凹部４１まで到達させ、また受信アンテナ２Ｂのアンテナ素子２０に背面側から電波を到達させることができる。

各アンテナ部２に応じた複数の第１開口部３１がアンテナ部２の配置方向に沿って形成される。これにより、アンテナ部２の配置方向において隣接する第１開口部３１の間に接地導体３０の一部として第２分離部３４が形成される。そのため、隣接するアンテナ部２において電波の干渉を防ぎ、アイソレーションを確保することができる。

第１開口部３１は、長辺の長さＷ（Ｘ軸方向の長さ）が電波の自由空間における波長以上であり、かつ短辺の長さＬ（Ｚ軸方向の長さ）が給電線路２１内の波長である管内波長以上である矩形状に形成される。これにより、第１開口部３１は、電波を確実に通過させることができる。

凹部４１の深さは、アンテナ素子２０で送受信される電波の周波数が大きくなるほど小さくなる。具体的には、凹部４１の深さは、管内波長の１／２とする。これにより、物標によって反射されて受信アンテナ２Ｂに直接到達する電波と、凹部４１によって反射されて受信アンテナ２Ｂに到達する電波との位相がずれることを抑制することができる。そのため、例えば、物標によって反射された反射波の電力が最大となっている場合に、受信アンテナ２Ｂで受信する反射波の電力が、凹部４１によって反射された反射波によって低下することを適宜抑制することができる。

凹部４１は、アンテナ部２の延伸方向に対して直交する平面による断面が円弧形状となるように形成される。これにより、アンテナ装置１は、電波を水平方向に広角で送受信することができる。

凹部４１は、アンテナ部２の延伸方向に沿った溝形状に形成される。これにより、凹部４１をアンテナシャーシ４に容易に成形することができる。

（実施形態の変形例）
次に、本実施形態の変形例について説明する。

凹部４１は、アンテナ部２の延伸方向に対して直交する平面による断面が放物線形状となるように形成されてもよい。これによっても、アンテナ装置１は、電波を水平方向に広角で送受信することができる。また、凹部４１の断面形状は、円弧形状などの曲面形状に限られず、例えば、Ｖ字形状などであってもよい。

また、凹部４１は、各アンテナ素子２０に対応してそれぞれ形成されてもよい。凹部４１は、例えば、図６で示す円弧形状の断面をＹ軸で回転させて形成される球面の一部であってもよい。また、凹部４１は、放物面形状であってもよい。これにより、アンテナ装置１は、例えば、鉛直方向および鉛直方向上向きにおいても、電波を広角に送受信することができる。

また、凹部４１に反射膜を形成してもよく、また、凹部４１を鏡面加工してもよい。これにより、凹部４１による反射率を向上させることができ、アンテナ装置１は、アンテナ利得を向上させることができる。

また、上記実施形態では、アンテナ装置１は、直線偏波として垂直偏波の電波を送受信したが、水平偏波の電波を送受信するものであってもよい。また、偏波は、直線偏波に限定されず、他の偏波、例えば、４５ｄｅｇ偏波や、円偏波であってもよい。

また、上記実施形態では、アンテナ部２は、複数のアンテナ素子２０を有しているが、アンテナ素子２０は１つであってもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。従って、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ アンテナ装置
２ アンテナ部
３ 誘電体基板
４ アンテナシャーシ（支持部）
２０ アンテナ素子
２１ 給電線路
３０ 接地導体
３１ 第１開口部（開口部）
３３ 第１分離部
３４ 第２分離部
４１ 凹部

Claims (11)

1. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板の表面に配置され、アンテナ素子を有するアンテナ部と、
   前記誘電体基板の裏面に配置され、前記誘電体基板を支持する支持部とを備え、
   前記支持部は、
   前記誘電体基板を介して前記アンテナ素子と向かい合う凹部を有する
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記誘電体基板は、
   前記裏面に接地導体を有し、
   前記接地導体は、
   前記凹部と向かい合う位置に前記誘電体基板が露出する開口部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記接地導体は、
   前記裏面から見た場合に、前記開口部の一部および前記接地導体の一部が前記アンテナ素子と重なる
   ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナ部は、
   複数配置され、
   前記支持部は、
   各アンテナ部に応じた複数の前記凹部を有し、
   前記接地導体は、
   各アンテナ部に応じた複数の前記開口部を有する
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のアンテナ装置。
5. 前記開口部は、
   一方の辺の長さが前記アンテナ素子で送受信される電波の自由空間における波長以上であり、かつ他方の辺の長さが管内波長以上である矩形状である
   ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のアンテナ装置。
6. 前記凹部の深さは、
   前記アンテナ部で送受信される電波の周波数が大きくなるほど小さくなる
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のアンテナ装置。
7. 前記凹部の深さは、
   前記アンテナ素子と前記凹部の底部との距離が管内波長の１／２である
   ことを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 前記凹部の断面形状は、
   円弧形状である
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のアンテナ装置。
9. 前記凹部の断面形状は、
   放物線形状である
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のアンテナ装置。
10. 前記凹部は、
    前記アンテナ部の延伸方向に沿った溝形状である
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のアンテナ装置。
11. 前記凹部は、
    反射膜を有する
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のアンテナ装置。

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