CN110880639B - 天线装置和雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种更适合用于经由罩部件收发电磁波的天线装置和雷达装置。该天线装置是经由配置于外部的罩部件(B)进行电磁波的收发的天线装置，具备：第一天线部(2a)及第二天线部(2b)，沿着与进行电磁波的收发的规定方向正交的方向彼此相邻地配设，分别发送电磁波；以及第一电介质透镜(5a)及第二电介质透镜(5b)，分别配设于第一天线部(2a)及第二天线部(2b)的发送电磁波的规定方向，将分别由第一天线部(2a)及第二天线部(2b)发送的电磁波的波束缩聚并向外部送出，第一电介质透镜(5a)的外侧端面突出至比第二电介质透镜(5b)的外侧端面更靠规定方向的前方的位置。

Description

天线装置和雷达装置
技术领域
本发明涉及天线装置。
背景技术
已知有使用毫米波或微波的频段的电磁波，以非接触的方式检测物体(以下，也称为“目标”)的位置的雷达用的天线装置。
这种天线装置一般从针对来自外部的飞来物带来的威胁进行防护的观点和维持被搭载对象(例如，车身)的美观的观点出发，构成为，搭载于车辆的保险杠等的罩部件内，且经由该罩部件收发电磁波(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-103457号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，毫米波那样的高频的电磁波一般具有透射绝缘体(例如，构成保险杠的树脂材料)的性质，但该电磁波的透射率根据绝缘体的介电常数、绝缘体的厚度、以及向绝缘体的入射角等而发生变化。因此，有时天线装置发送的电磁波中的一部分由罩部件的内表面反射，引起该天线装置的输出特性或接收特性的恶化。
图1是对由罩部件反射后的电磁波的举动进行说明的图。
图1示出天线装置100发送的电磁波F中的一部分由罩部件B反射，并且该反射波由天线装置100的前端面(例如，电介质透镜的前端面)再次反射的状态。
在这样的状态下，天线装置100发送的电磁波F的一部分(图1的虚线)(以下，也称为“直接透射波Fa”)不由罩部件B反射，而向天线装置100的前方的外部空间发送，另一部分(图1的单点划线)(以下，也称为“再次反射波Fb”)由罩部件B反射之后，由天线装置100的前端面再次反射并向天线装置100的前方的外部空间发送。这时，假设，在直接透射波Fa的相位和再次反射波Fb的相位成为反相关系的情况下，两者会相互抵消，因此天线装置100的输出增益会降低。这样的天线装置100的输出增益的降低例如还导致物体检测的检测性能的恶化。
针对这一点，通过将天线装置100的前端面与罩部件B的内表面之间的距离，例如设定为λ/4(其中，λ表示天线装置100收发的电磁波的自由空间波长。以下相同)的偶数倍的距离，能够使直接透射波Fa的相位和再次反射波Fb的相位成为相同相位，从而避免由再次反射波Fb将直接透射波Fa抵消的状态。
但是，实际上，在使用天线装置100时，由于搭载该天线装置100的车辆的振动等，导致天线装置100与罩部件B之间的距离发生变化。因此，在以往技术的天线装置100中，存在如下问题：即使是在以使该天线装置100的前端面与罩部件B的内表面之间的距离成为λ/4的偶数倍的距离的方式，设置了天线装置100的情况下，也会由于车辆的振动等而不能避免该天线装置100的输出增益的降低。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，提供更适合用于经由罩部件收发电磁波的天线装置。
解决问题的方案
解决上述问题的本发明的一个方面是天线装置，其是经由配置于外部的罩部件进行电磁波的收发的天线装置，具备：
第一天线部及第二天线部，沿着与发送所述电磁波的规定方向正交的方向彼此相邻地配设，分别发送电磁波；以及
第一电介质透镜及第二电介质透镜，分别配设于所述第一天线部及所述第二天线部各自的所述规定方向的前方，将分别由所述第一天线部及所述第二天线部发送的所述电磁波的波束缩聚并向外部送出，
所述第一电介质透镜的外侧端面突出至比所述第二电介质透镜的外侧端面更靠所述规定方向的前方的位置。
发明效果
本发明的天线装置能够适合地用于经由罩部件收发电磁波。
附图说明
图1是对由罩部件反射后的电磁波的举动进行说明的图。
图2是表示第一实施方式的天线装置搭载于罩部件内的状态的图。
图3是表示第一实施方式的天线装置的结构的侧面剖面图。
图4是俯视第一实施方式的天线装置的图。
图5是从背面观察第一实施方式的天线装置的图。
图6是表示第一实施方式的天线装置动作时的电磁波的举动的图。
图7是表示比较例的天线装置动作时的电磁波的举动的图。
图8是表示第一实施方式的天线装置中的、相对于天线装置的位置的再次反射波Fb1、Fb2的振幅的图形。
图9A是验证第一实施方式的天线装置的雷达性能的仿真结果。
图9B是验证第一实施方式的天线装置的雷达性能的仿真结果。
图10是俯视第二实施方式的天线装置的图。
图11是从背面观察第二实施方式的天线装置的图。
图12是验证第二实施方式的天线装置的雷达性能的仿真结果。
图13A是对比较例的天线装置、第一实施方式的天线装置、以及第二实施方式的天线装置各自的接收增益进行比较的图。
图13B是对比较例的天线装置、第一实施方式的天线装置、以及第二实施方式的天线装置各自的接收增益进行比较的图。
图14是俯视第三实施方式的天线装置的图。
图15是表示第三实施方式的天线装置中的、相对于天线装置的位置的、再次反射波的振幅的图形。
图16是俯视第四实施方式的天线装置的图。
图17是从背面观察第五实施方式的天线装置的图。
图18A是表示第五实施方式的天线装置的与放射方向相应的输出特性的图形。
图18B是表示第五实施方式的天线装置的与放射方向相应的输出特性的图形。
图19是表示第六实施方式的天线装置的一例的图。
附图标记说明
U天线装置
B罩部件
C车辆
1电路基板
2a第一天线部
2b第二天线部
2c第三天线部
3信号处理IC(integrated circuit，集成电路)
4壳体
4a、4b窗部
5a第一电介质透镜
5b第二电介质透镜
5c第三电介质透镜
6托架
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的适宜的实施方式进行详细说明。此外，本说明书及附图中，对于实质上具有相同功能的构成要素，通过标注相同的附图标记而省略重复说明。
(第一实施方式)
[天线装置的结构]
以下，参照图2至图8，对第一实施方式的天线装置的结构的一例进行说明。此外，本实施方式的天线装置适用于搭载于车辆的雷达装置。
各图中，为了明确各结构的位置关系，以天线装置向自身的外部(以下，称为“装置外部”)发送电磁波的前方方向(即，成为物体检测的对象的方向)为基准，示出相同的正交坐标系(X、Y、Z)。以下，设为如下而进行说明：X轴的正方向表示天线装置向装置外部发送电磁波的前方方向(以下，简称为“前方方向”)，Y轴的正方向表示天线装置的侧面左侧方向，Z轴的正方向表示天线装置的上方方向(以下，简称为“上方方向”)。
图2是表示本实施方式的天线装置U搭载于罩部件B(在此，为车辆C的保险杠部件)内的状态的图。
本实施方式的天线装置U例如构成为，安装于车辆C的罩部件B，经由该罩部件B进行电磁波的收发。
例如，如图2所示，罩部件B呈在相对于地面垂直的方向上延伸的薄板形状。此外，在图2中，示出天线装置U的正Z方向朝向车辆C的上方方向(与地面垂直的方向)，天线装置U的正X方向朝向车辆C的行进方向(与地面平行的方向)的状态。
图3是表示本实施方式的天线装置U的结构的侧面剖面图。图4是俯视本实施方式的天线装置U的图。图5是从背面观察本实施方式的天线装置U的图。
本实施方式的天线装置U具备：电路基板1、第一天线部2a、第二天线部2b、信号处理IC3、壳体4、第一电介质透镜5a、第二电介质透镜5b、以及托架6。
电路基板1是安装第一天线部2a、第二天线部2b、以及信号处理IC3等的基板。在电路基板1的基板面内安装有第一天线部2a、第二天线部2b及信号处理IC3等，并且经图案形成而形成有将各部分电连接的配线(未图示)。
电路基板1以基板面的延伸方向与前后方向平行的方式配设。换言之，电路基板1以基板面的延伸方向相对于罩部件B的延伸方向(在此，为大致±Z方向)交叉的方式配设。
对于电路基板1的构成，在本发明中不特别地进行限定，例如，作为电路基板1，使用PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)基板、多层基板、或内置有信号处理IC3的半导体基板等。
第一天线部2a配设于电路基板1内，向前方发送电磁波Fx1。另外，第一天线部2a接收第一天线部2a及第二天线部2b所发送的电磁波Fx1、Fx2由目标反射回来的、来自前方的反射波。
第二天线部2b在电路基板1内，在第一天线部2a的负Y方向侧相邻地配设，向前方发送电磁波Fx2。另外，第二天线部2b接收第一天线部2a及第二天线部2b所发送的电磁波Fx1、Fx2由目标反射回来的、来自前方的反射波。
作为第一天线部2a及第二天线部2b，例如适用在电路基板1的基板面方向上具有指向特性的端射阵列(End-fire Array)天线。而且，第一天线部2a及第二天线部2b配设于电路基板1的前部区域，向电路基板1的前端侧的方向，与电路基板1的基板面平行地发送电磁波Fx1、Fx2，并且从电路基板1的前端侧的方向，与电路基板1的基板面平行地接收反射波。此外，端射阵列天线包含以各自的长度方向相互平行的方式排列的多个条形导体而构成，并沿着该多个条形导体排列的方向收发电磁波。
第一天线部2a例如由沿着±Y方向相邻地配设的三个端射阵列天线(以下，也称为“天线元件”)构成。另外，同样地，第二天线部2b由沿着±Y方向相邻地配设的三个端射阵列天线构成。而且，第一天线部2a及第二天线部2b分别由沿着±Y方向相邻地配设的多个天线元件，作为相控阵列天线构成。
典型地，第一天线部2a和第二天线部2b以执行相同的动作的方式构成。也就是说，第一天线部2a和第二天线部2b将相同频率且相同相位的电磁波Fx1、Fx2向装置外部的前方发送。另外，第一天线部2a和第二天线部2b接收该电磁波Fx1、Fx2由目标反射回来的反射波。
信号处理IC3相对于第一天线部2a及第二天线部2b送出高频(例如，毫米波频段)的驱动信号，并从第一天线部2a及第二天线部2b发送电磁波Fx1、Fx2(例如，由脉冲系列构成的脉冲压缩方式的电磁波、或调频连续波的电磁波等)。
另外，信号处理IC3分别从第一天线部2a及第二天线部2b获得反射波的接收信号，对该接收信号实施物体检测处理(例如，检波处理和频率解析处理)而对至目标(例如，车辆或人)为止的距离和目标存在的方位、以及目标的反射强度或速度等进行检测。
此外，信号处理IC3例如通过扫描从天线部(第一天线部2a及第二天线部2b)发送的电磁波Fx1、Fx2的发送方向、或检测天线部(第一天线部2a及第二天线部2b)的配置为阵列状的天线元件各自接收的反射波信号的接收相位差的方法，估计目标的方位。
信号处理IC3进行的处理与公知的结构相同，因此省略此处的详细说明。信号处理IC3例如以由CPU(central processing unit，中央处理器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)及RAM(random access memory，随机存取存储器)等构成的众所周知的微型计算机为中心构成，除此之外，还具备生成送出至第一天线部2a及第二天线部2b的高频的驱动信号的驱动电路、以及进行来自第一天线部2a及第二天线部2b的反射波信号的接收处理的检波电路等。但是，对于信号处理IC3的一部分，当然仅利用不具有CPU等的专用的硬件电路也能够实现。
壳体4收纳电路基板1，并且在电路基板1的前方支撑第一电介质透镜5a及第二电介质透镜5b。典型地，壳体4在大致密闭状态下收纳电路基板1。
在壳体4的前表面形成有供第一天线部2a及第二天线部2b分别进行电磁波的收发的窗部4a、4b，在该窗部4a、4b装配有第一电介质透镜5a及第二电介质透镜5b(参照图3)。
作为壳体4的原材料，例如使用金属材料或树脂材料。此外，在使用树脂材料作为壳体4的情况下，对于壳体4和电介质透镜(第一电介质透镜5a或第二电介质透镜5b)，也可以使用由相同的树脂材料一体地形成的部件。
第一电介质透镜5a被支撑于第一天线部2a的前方，将第一天线部2a所发送的电磁波Fx1的波束缩聚，并向装置外部的前方区域送出。而且，第一电介质透镜5a将发送到装置外部的电磁波Fx1、Fx2由目标反射回来的反射波，聚光于第一天线部2a。
第二电介质透镜5b被支撑于第二天线部2b的前方，将第二天线部2b所发送的电磁波Fx2的波束缩聚，并向装置外部的前方区域送出。而且，第二电介质透镜5b将发送到装置外部的电磁波Fx1、Fx2由目标反射回来的反射波，聚光于第二天线部2b。
此外，第一电介质透镜5a的前端面(相当于本发明的“外侧端面”)及第二电介质透镜5b的前端面(相当于本发明的“外侧端面”)都正对罩部件B。换言之，天线装置U以成为如下状态的方式安装于罩部件B：第一天线部2a与第二天线部2b相邻的方向(±Y方向)相对于罩部件B的延伸方向平行。
作为第一电介质透镜5a及第二电介质透镜5b，例如使用凸向正X方向、且沿着±Y方向延伸的半圆筒形状或抛物柱面形状的透镜。半圆筒形状或抛物柱面形状的透镜中，侧面的剖面形状在±Y方向的任意位置都呈大致相同的形状(也称为半圆柱形状。以下，总称为半圆筒形状的透镜)。因此，能够抑制以下情况：从沿着±Y方向配设的多个天线元件分别发送的电磁波，在由目标反射后到达天线元件时朝向彼此不同的指向方向(第一天线部2a和第二天线部2b均是如此)。由此，能够抑制由于相互干涉或相位差的变化，而导致产生物体检测的精度恶化的情况。
但是，第一电介质透镜5a的前端面突出至比第二电介质透镜5b的前端面更靠前方的位置(参照图4)。换言之，第一电介质透镜5a的前端面与罩部件B的内表面之间的距离(以下，称为“第一端面间距离”)D1，比第二电介质透镜5b的前端面与罩部件B的内表面之间的距离(以下，称为“第二端面间距离”)D2短。
典型地，以第一电介质透镜5a的前端面的向前方的突出量与第二电介质透镜5b的前端面的向前方的突出量之差，成为大致λ/4×(2m-1)(其中，λ是电磁波Fx1、Fx2的自由空间波长，m是任意的正的整数)的方式进行设定。换言之，第一端面间距离D1与第二端面间距离D2之差以成为大致λ/4×(2m-1)(其中，λ是电磁波Fx1、Fx2的自由空间波长，m是任意的正的整数)的方式进行设定。此外，在此，“大致”是指包含制造误差带来的公差的范围(例如，1mm前后)(以下相同)。
此外，对于第一电介质透镜5a的前端面的向前方的突出量与第二电介质透镜5b的前端面的向前方的突出量之差的调整，例如，通过第一电介质透镜5a及第二电介质透镜5b各自的透镜的厚度、配设位置、相对介电常数或开口直径等的调整来进行。
由此，能够使“从第一天线部2a发送的电磁波Fx1由罩部件B反射后，再次由第一电介质透镜5a反射而射向装置外部，从而产生的再次反射波”与“从第二天线部2b发送的电磁波Fx2由罩部件B反射后，再次由第二电介质透镜5b反射而射向装置外部，从而产生的再次反射波”以彼此抵消的方式进行作用(在后面参照图6进行描述)。
此外，例如，为了使发送电磁波Fx1、Fx2时的直接透射波的相位与再次反射波的相位不成为反相关系，以满足以下的式(1)、式(2)的方式分别设定第一端面间距离D1及第二端面间距离D2。
λ/4×2i-β<D1<λ/4×2i+β (1)
λ/4×2j-β<D2<λ/4×2j+β (2)
(其中，i、j是任意的正的整数，β是λ/8的余量(margin)距离。)
此外，构成第一电介质透镜5a及第二电介质透镜5b的原材料可以是任意的，例如可使用丙烯酸树脂、四氟乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸丁二酯树脂、聚亚苯基树脂、聚丙烯树脂、间规聚苯乙烯树脂、或ABS树脂等。
托架6对壳体4进行保持，在壳体4的前方区域，将壳体4相对于罩部件B固定。托架6例如使用双面胶带或螺栓等固定部件，将壳体4相对于罩部件B固定。
此外，托架6例如以使电磁波Fx1、Fx2的发送方向成为与地面平行的方向的方式，将壳体4相对于罩部件B固定。
[天线装置动作时的电磁波的举动]
接着，参照图6、图7，对本实施方式的天线装置U动作时的电磁波的举动进行说明。
图6是表示本实施方式的天线装置U动作时的电磁波的举动的图。
图7是表示比较例的天线装置Ua动作时的电磁波的举动的图。比较例的天线装置Ua与本实施方式的天线装置U的不同之处在于，第一端面间距离D1与第二端面间距离D2相同。
如图6、图7所示，在天线装置U、Ua中，从第一天线部2a向前方发送的电磁波Fx1和从第二天线部2b向前方发送的电磁波Fx2以大致相同相位到达罩部件B。
这时，从第一天线部2a发送的电磁波Fx1的大部分Fa1(以下，称为“直接透射波Fa1”)直接透射罩部件B，而该电磁波Fx1的一部分Fb1(以下，称为“再次反射波Fb1”)由罩部件B反射之后，向第一电介质透镜5a侧返回并由第一电介质透镜5a再次反射后向装置外部送出。
另外，从第二天线部2b发送的电磁波Fx2的大部分Fa2(以下，称为“直接透射波Fa2”)直接透射罩部件B，而该电磁波Fx2的一部分Fb2(以下，称为“再次反射波Fb2”)由罩部件B反射之后，向第二电介质透镜5b侧返回并由第二电介质透镜5b再次反射后向装置外部送出。
在此，假设，在将天线装置U、Ua的前端面与罩部件B的内表面之间的距离(第一端面间距离D1、第二端面间距离D2)，以使直接透射波Fa1、Fa2和再次反射波Fb1、Fb2成为相同相位的方式进行设定的情况下，再次反射波Fb1、Fb2对天线装置U、Ua的输出增益带来的影响较小。但是，实际上，由于搭载该天线装置U、Ua的车辆的振动等，导致天线装置U、Ua与罩部件B之间的距离发生变化。
这时，如比较例的天线装置Ua(参照图7)所示，在第一端面间距离D1与第二端面间距离D2相同的情况下，如以上参照图1所述的那样，再次反射波Fb1、Fb2以将直接透射波Fa1、Fa2抵消的方式进行作用，引起天线装置Ua的输出增益的降低。
针对这一点，在本实施方式的天线装置U中，以使第一端面间距离D1与第二端面间距离D2之差成为大致λ/4×(2m-1)的方式进行设定。因此，因从第一天线部2a发送的电磁波Fx1而产生的再次反射波Fb1的相位、与因从第二天线部2b发送的电磁波Fx2而产生的再次反射波Fb2的相位成为反相位的关系，相互抵消。其结果，在本实施方式的天线装置U中，能够降低再次反射波Fb1、Fb2相对于直接透射波Fa1、Fa2叠加的程度。由此，能够抑制由于天线装置U的错位，导致电磁波Fx1、Fx2的输出增益降低的情况。
图8是表示本实施方式的天线装置U中的、相对于天线装置U的位置的再次反射波Fb1、Fb2的振幅的图形。在图8中，横轴表示天线装置U距罩部件B的位置，纵轴表示因从第一天线部2a发送的电磁波Fx1而产生的再次反射波Fb1的振幅、因从第二天线部2b发送的电磁波Fx2而产生的再次反射波Fb2的振幅、以及将再次反射波Fb1和再次反射波Fb2合成后的成分Fb-all的振幅。
根据图8可知，在本实施方式的天线装置U中，设定为：第一端面间距离D1与第二端面间距离D2之差成为大致λ/4×(2m-1)(参照上式(1))。由此，无论天线装置U的位置如何，再次反射波Fb1与再次反射波Fb2均成为反相位的关系。因此，无论天线装置U的位置如何，将再次反射波Fb1和再次反射波Fb2合成后的成分Fb-all均为零。
此外，即使在第一端面间距离D1与第二端面间距离D2之差与大致λ/4×(2m-1)不完全一致的情况下，只要第一端面间距离D1与第二端面间距离D2彼此不同，就能够使再次反射波Fb1和再次反射波Fb2以相互削弱的方式进行作用，与第一端面间距离D1与第二端面间距离D2相同的情况相比，能够减轻再次反射波Fb1、Fb2叠加到直接透射波Fa1、Fa2的程度。
另外，通过以使第一端面间距离D1与第二端面间距离D2彼此不同的方式进行设定，能够在第一天线部2a和第二天线部2b之中的任意一者中，确保较高的输出增益及接收增益，由此，还有助于提高针对天线装置U的错位的鲁棒性。
图9A、图9B是验证本实施方式的天线装置U及比较例的天线装置Ua的雷达性能的仿真结果。
本仿真从第一天线部2a及第二天线部2b分别发送电磁波，并且计算由第一天线部2a及第二天线部2b分别接收的来自规定目标的反射波的电波强度(即，接收增益)。在本仿真中，使罩部件B的内表面与天线装置U、Ua的前端面之间的距离(即，第一端面间距离D1及第二端面间距离D2)变化，并针对罩部件B与天线装置U、Ua之间的各个距离，计算接收增益。此外，各图形是将仿真结果的轮廓用线连结而成的。
图9A的各图形是本实施方式的天线装置U的仿真结果，如以下所示。
虚线图形：第一天线部2a中的接收增益
单点划线图形：第二天线部2b中的接收增益
实线图形：第一天线部2a中的接收增益和第二天线部2b中的接收增益的合计
图9B的各图形是比较例的天线装置Ua的仿真结果，如以下所示。
虚线图形：第一天线部2a中的接收增益
单点划线图形：第二天线部2b中的接收增益
实线图形：第一天线部2a中的接收增益和第二天线部2b中的接收增益的合计
根据图9B可知，在比较例的天线装置Ua中，根据罩部件B与天线装置Ua的前端面之间的距离，在多个位置出现电波强度减弱的区域(图9B中为5mm的位置及7mm的位置)。也就是说，在比较例的天线装置Ua中，由于天线装置Ua的微小的错位，造成天线装置Ua的输出增益降低，其结果，天线装置Ua中的接收增益降低。也就是说，在比较例的天线装置Ua中，由于该天线装置Ua的错位，导致物体检测的精度过度恶化。
另一方面，根据图9A可知，在本实施方式的天线装置U中，即使罩部件B与天线装置U的前端面之间的距离发生变化，第一天线部2a的接收增益及第二天线部2b的接收增益的合计也会成为大致恒定的接收增益(图9A的实线图形)。也就是说，在本实施方式的天线装置U中，与比较例的天线装置Ua不同，即使产生该天线装置U的错位，也能够抑制物体检测的精度过度恶化的情况。
[效果]
如以上那样，本实施方式的天线装置U构成为，具备：第一天线部及第二天线部2a、2b，沿着与前方方向正交的方向相邻地配设，各自向前方发送电磁波Fx1、Fx2；以及第一电介质透镜5a及第二电介质透镜5b，分别配设于第一天线部2a及第二天线部2b各自的前方，将分别由第一天线部及第二天线部2a、2b发送的电磁波Fx1、Fx2的波束缩聚并向装置外部送出，第一电介质透镜5a的前端面(外侧端面)突出至比第二电介质透镜5b的前端面(外侧端面)更靠前方的位置。
因此，根据本实施方式的天线装置U，在向装置外部送出电磁波Fx1、Fx2时，能够使“从第一天线部2a发送的电磁波Fx1由罩部件B反射后，再次由第一电介质透镜5a反射而射向装置外部的再次反射波Fb1”和“从第二天线部2b发送的电磁波Fx2由罩部件B反射后，再次由第二电介质透镜5b反射而射向装置外部的再次反射波Fb2”以相互抵消的方式进行作用。由此，即使在由于行驶时的振动等而导致天线装置U与罩部件B之间的距离发生了变化的情况下，也能够抑制由于上述的再次反射波Fb1、Fb2而导致输出增益及接收增益降低的情况。
另外，特别地，在本实施方式的天线装置U中，以第一电介质透镜5a的前端面的向前方的突出量与第二电介质透镜5b的前端面的向前方的突出量之差(或者，第一电介质透镜5a的前端面与罩部件B之间的距离、与第二电介质透镜5b的前端面与罩部件B之间的距离之差)成为大致λ/4×(2m-1)的方式进行设定。由此，能够更有效地使再次反射波Fb1和再次反射波Fb2以相互抵消的方式进行作用。
(第二实施方式)
接着，参照图10～图12，对第二实施方式的天线装置U进行说明。本实施方式的天线装置U与第一实施方式的不同之处在于，第一电介质透镜5a及第二电介质透镜5b的结构。此外，对于与第一实施方式共通的结构，省略说明(以下，其他实施方式也相同)。
图10是俯视本实施方式的天线装置U的图。图11是从背面观察本实施方式的天线装置U的图。
本实施方式的第一电介质透镜5a的前端部由半圆筒形状的透镜构成。另一方面，本实施方式的第二电介质透镜5b的前端部由圆顶形状或旋转抛物面形状的透镜构成。
半圆筒形状的电介质透镜仅在±Z方向上将波束缩聚，相对于此，圆顶形状或旋转抛物面形状的电介质透镜在±Z方向及±Y方向上都将波束缩聚。因此，与半圆筒形状的电介质透镜相比，圆顶形状或旋转抛物面形状的电介质透镜更能够将电磁波的波束缩聚，在这点上是有用的。
在本实施方式的天线装置U中也同样地，优选以使再次反射波Fb1和再次反射波Fb2相互抵消的方式，使第一电介质透镜5a的前端面的向前方的突出量与第二电介质透镜5b的前端面的向前方的突出量之差(即，第一端面间距离D1与第二端面间距离D2之差)成为大致λ/4×(2m-1)。在图10中，示出了第一电介质透镜5a的前端面的向前方的突出量比第二电介质透镜5b的前端面的向前方的突出量大λ/4的形态。
但是，在如本实施方式那样，使用不同形状的透镜作为第一电介质透镜5a和第二电介质透镜5b的情况下，以该透镜的平均突出位置为基准，使第一端面间距离D1与第二端面间距离D2之差成为大致λ/4×(2m-1)。例如，与半圆筒形状的电介质透镜的前端面相比，圆顶形状的电介质透镜的前端面呈现向各方向凹陷的形状，因此即使到圆顶形状的电介质透镜的前端面的顶点之间的距离、与到半圆筒形状的电介质透镜的前端面的顶点之间的距离相同，圆顶形状的电介质透镜的前端面的平均突出位置也是比半圆筒形状的电介质透镜的前端面的平均突出位置更靠基端侧的位置(参照图10的D2的基准位置)。
与图9A同样地，图12是验证本实施方式的天线装置U的雷达性能的仿真结果。
图12的各图形如以下所示。
虚线图形：第一天线部2a中的接收增益
单点划线图形：第二天线部2b中的接收增益
实线图形：将第一天线部2a中的接收增益和第二天线部2b中的接收增益合计后的合成增益
根据图12可知，在本实施方式的天线装置U中也同样地，即使罩部件B与天线装置U之间的距离发生变化，第一天线部2a和第二天线部2b整体的接收增益也会成为大致恒定的接收增益(图12的实线图形)。也就是说，在本实施方式的天线装置U中，也与第一实施方式的天线装置U同样地，即使产生该天线装置U的错位，也能够抑制物体检测的精度过度恶化的情况。
图13A、图13B是对比较例的天线装置Ua(参照图7)、第一实施方式的天线装置U及第二实施方式的天线装置U各自的接收增益进行比较的图。
图13A是将使罩部件B与天线装置U、Ua的前端面之间的距离变化时的接收增益(在此，是将第一天线部2a中的接收增益和第二天线部2b中的接收增益合计后的合成增益)，与该距离对应地示出的图。另外，图13B是表示使罩部件B与天线装置U、Ua的前端面之间的距离变化时的合成增益的变化量的图。
图13A的各图形如以下所示。
虚线图形：比较例的天线装置Ua中的接收增益
单点划线图形：第一实施方式的天线装置U中的接收增益
实线图形：第二实施方式的天线装置U中的接收增益
根据图13A、图13B可知，与比较例的天线装置Ua相比，在第一实施方式的天线装置U及第二实施方式的天线装置U中，即使在产生了天线装置U的错位的情况下，接收增益的变化量也会较少。也就是说，第一实施方式的天线装置U及第二实施方式的天线装置U与比较例的天线装置Ua的情况不同，即使产生该天线装置U的错位，也能够减少输出增益的变化量。其结果，能够抑制物体检测的精度过度恶化的情况。
如以上那样，如本实施方式的天线装置U那样，即使在第一电介质透镜5a的透镜形状与第二电介质透镜5b的透镜形状彼此不同的情况下，也能够通过以使第一端面间距离D1与第二端面间距离D2彼此不同的方式，设定第一电介质透镜5a和第二电介质透镜5b，来抑制由再次反射波Fb1、Fb2导致输出增益及接收增益降低的情况。
但是，在本实施方式的天线装置U中，与第一实施方式的天线装置U相比，罩部件B与天线装置U之间的距离发生了变化的情况下的、接收增益的变化量更大，因此更优选第一实施方式的天线装置U。
(第三实施方式)
接着，参照图14、图15，对第三实施方式的天线装置U进行说明。本实施方式的天线装置U与第一实施方式的不同之处在于，还具有第三天线部2c及第三电介质透镜5c。
图14是俯视本实施方式的天线装置U的图。
图15是表示本实施方式的天线装置U中的、相对于天线装置U的位置(X轴方向的位置)的、再次反射波的振幅的图形。图15的各图形如以下所示。
Fb1：从第一天线部2a发送的电磁波Fx1带来的再次反射波的振幅
Fb2：从第二天线部2b发送的电磁波Fx2带来的再次反射波的振幅
Fb3：从第三天线部2c发送的电磁波Fx3带来的再次反射波的振幅
Fb-all：再次反射波Fb1、再次反射波Fb2、再次反射波Fb3的合成
第三天线部2c在电路基板1内，在第二天线部2b的负Y方向侧相邻地配设，向前方发送电磁波Fx3，并且接收电磁波Fx1、Fx2、Fx3由目标反射回来的、来自前方的反射波。另外，与第一天线部2a及第二天线部2b同样地，第三天线部2c由沿着±Y方向配设的三个端射阵列天线构成。
第三天线部2c以执行与第一天线部2a及第二天线部2b相同的动作的方式构成。也就是说，第一天线部2a、第二天线部2b及第三天线部2c以相同的频率将相同相位的电磁波Fx1、Fx2、Fx3向装置外部的前方发送。而且，第一天线部2a、第二天线部2b及第三天线部2c分别接收该电磁波Fx1、Fx2、Fx3由目标反射回来的电磁波。
第三电介质透镜5c被支撑于第三天线部2c的前方，将第三天线部2c所发送的电磁波Fx3的波束缩聚，并向装置外部的前方区域送出。而且，第三电介质透镜5c将发送到装置外部的电磁波Fx1、Fx2、Fx3从目标回来的反射波，聚光于第三天线部2c。
在本实施方式的天线装置U中，通过第一电介质透镜5a、第二电介质透镜5b及第三电介质透镜5c各自的前端面的突出量的调整，来实现再次反射波Fb1、Fb2、Fb3的抵消作用，该再次反射波Fb1、Fb2、Fb3是电磁波Fx1、Fx2、Fx3分别由罩部件B反射，并由第一电介质透镜5a、第二电介质透镜5b及第三电介质透镜5c各自的前端面反射而产生的。
具体而言，第一电介质透镜5a、第二电介质透镜5b及第三电介质透镜5c各自的前端面的突出量例如各错开大致λ/6而彼此不同。例如，第二电介质透镜5b的前端面的突出量比第三电介质透镜5c的前端面的突出量大λ/6，第一电介质透镜5a的前端面的突出量比第三电介质透镜5c的前端面的突出量大2×λ/6。换言之，第二电介质透镜5b的前端面相对于配置于前方的罩部件B的距离D2比第三电介质透镜5c的前端面相对于配置于前方的罩部件B的距离D3小λ/6，第一电介质透镜5a的前端面相对于配置于前方的罩部件B的距离D1比第三电介质透镜5c的前端面相对于配置于前方的罩部件B的距离D3小2×λ/6。
由此，如图15所示，能够使从第一天线部2a发送的电磁波Fx1带来的再次反射波Fb1、从第二天线部2b发送的电磁波Fx2带来的再次反射波Fb2、以及从第三天线部2c发送的电磁波Fx3带来的再次反射波Fb3，以与天线装置U的位置无关地相互抵消的方式进行作用。
此外，在上述实施方式中，示出了将沿着±Y方向相邻地配设的天线部和电介质透镜配设三组的形态，但本发明也能适用于以下天线装置U，该天线装置U具备：n(其中，n为任意的正的整数)个天线部，沿着±Y方向相邻地配设，各自向前方发送电磁波；以及n个电介质透镜，配设于n个天线部各自的前方，将分别由n个天线部发送的所述电磁波的波束缩聚并向装置外部送出。
在该情况下，将n个电介质透镜各自的前端面的向前方的突出量，以彼此各错开大致λ×(2m-1)/(n×2)而不同的方式进行设定即可。换言之，将n个电介质透镜各自的前端面相对于配置于前方的罩部件B的距离，以彼此各错开大致λ×(2m-1)/(n×2)而不同的方式进行设定即可。例如，在将天线部和电介质透镜配设四组的形态中，将四个电介质透镜各自的前端面的向前方的突出量以各错开大致λ/8而不同的方式进行设定。另外，在将天线部和电介质透镜配设五组的形态中，将五个电介质透镜各自的前端面的向前方的突出量以各错开大致λ/10而不同的方式进行设定。
换言之，相对于1个电介质透镜的外侧端面，其他n-1个电介质透镜中的第k个电介质透镜的外侧端面向规定方向突出大致λ×k×(2m-1)/(n×2)，其中，k是满足1≤k≤n-1的整数，并且相对于1个电介质透镜的外侧端面的、其他n-1个电介质透镜的外侧端面向所述规定方向的突出量彼此不同。
如以上那样，天线部和电介质透镜的组数是任意的，根据该组数设定电介质透镜各自的前端面的向前方的突出量即可。由此，能够与天线装置U的位置无关地，使再次反射波以相互抵消的方式进行作用。
(第四实施方式)
接着，参照图16，对第四实施方式的天线装置U进行说明。本实施方式的天线装置U与第二实施方式的不同之处在于，仅第一天线部2a作为接收用天线发挥功能。
图16是俯视本实施方式的天线装置U的图。
第二天线部2b经由第二电介质透镜5b将电磁波Fx2向装置外部的前方发送。但是，本实施方式的第二天线部2b仅进行电磁波Fx2的发送，不进行接收处理。送出到装置外部的电磁波Fx2由目标反射，并由第一天线部2a检测。也就是说，第二天线部2b作为用于提高第一天线部2a的电磁波的输出增益的辅助天线发挥功能。
如以上那样，在本实施方式的天线装置U中也同样地，在向装置外部送出电磁波Fx1、Fx2时，能够使“从第一天线部2a发送的电磁波Fx1由罩部件B反射后，再次由第一电介质透镜5a反射而射向装置外部的再次反射波Fb1”和“从第二天线部2b发送的电磁波Fx2由罩部件B反射后，再次由第二电介质透镜5b反射而射向装置外部的再次反射波Fb2”以相互抵消的方式进行作用。
(第五实施方式)
接着，参照图17、图18A、图18B，对第五实施方式的天线装置U进行说明。本实施方式的天线装置U与第二实施方式的不同之处在于，使用不同的透镜直径的电介质透镜，作为第一电介质透镜5a和第二电介质透镜5b。
图17是从背面观察本实施方式的天线装置U的图。
图18A是表示本实施方式的天线装置U的输出特性的图形，图18B是表示第二实施方式的天线装置U的输出特性的图形。
图18A、图18B的各图形如以下所示。
虚线图形：第一天线部2a的输出增益
单点划线图形：第二天线部2b的输出增益
实线图形：第一天线部2a的输出增益和第二天线部2b的输出增益的合计
在图18A、图18B中，横轴表示放射角度，纵轴表示输出增益。在图18A、图18B中，放射角度90度的位置表示从天线部(第一天线部2a、第二天线部2b)发送电磁波的方向。此外，大致60度～120度的区域相当于从天线部(第一天线部2a、第二天线部2b)发送的电磁波的主瓣，大致0度～60度的区域及大致120度～180度的区域相当于从天线部(第一天线部2a、第二天线部2b)发送的电磁波的旁瓣。
在图18A、图18B中，合成增益(实线图形)中的主瓣的输出增益与旁瓣的输出增益之差(图18A、图18B中的差距(Gap)的范围)的大小表示天线装置U整体的旁瓣电平。
一般来说，电介质透镜的输出增益与自该电介质透镜的放射方向相应地发生变化。而且，与电介质透镜的放射方向相应的输出特性根据电介质透镜的透镜直径而不同。也就是说，在使用两个电介质透镜的情况下，通过使用透镜直径彼此不同的电介质透镜，能够错开彼此的输出增益降低的放射方向。
在本实施方式中，从这样的观点出发，作为第二电介质透镜5b，使用透镜直径比第一电介质透镜5a大的电介质透镜(例如，第二电介质透镜5b的透镜直径Lb为15mm、第一电介质透镜5a的透镜直径La为10mm)。此外，在本实施方式中，适用半圆筒形状的透镜作为第一电介质透镜5a，适用圆顶形状的透镜作为第二电介质透镜5b，但也可以适用相同形状的透镜，作为第一电介质透镜5a和第二电介质透镜5b。
根据图18B可知，在第一电介质透镜5a的透镜直径和第二电介质透镜5b的透镜直径为相同尺寸的情况下，第一天线部2a和第二天线部2b示出相同的输出特性。因此，在第一电介质透镜5a的透镜直径和第二电介质透镜5b的透镜直径为相同尺寸的情况下，第一天线部2a发送的电磁波的旁瓣的强度较大的放射角度，与第二天线部2b发送的电磁波的旁瓣的强度较大的放射角度重叠。因此，作为合成增益，会产生相对于主瓣的强度，旁瓣的强度异常大的放射角度。其结果，有可能诱发以下情况：将因旁瓣而产生的反射波(例如，来自地面的反射波)误检测为来自目标的反射波。
另一方面，根据图18A可知，在第一电介质透镜5a的透镜直径和第二电介质透镜5b的透镜直径为不同尺寸的情况下，第一天线部2a发送的电磁波的旁瓣的强度较大的放射角度，与第二天线部2b发送的电磁波的旁瓣的强度较大的放射角度错开。因此，就它们的合成增益而言，相对于主瓣的强度，各方位的旁瓣的强度比较小。其结果，产生旁瓣所引起的误检测的情况也减少了。
如以上那样，根据本实施方式的天线装置U，能够抑制旁瓣所引起的误检测的产生。
(第六实施方式)
在上述各实施方式中，列举雷达装置作为天线装置U的适用对象进行了说明，但本发明的天线装置U也能够适用于通信用途。
图19是表示第六实施方式的天线装置U的一例的图。
图19表示在搭载于一方的车辆Ca的天线装置U与搭载于另一方的车辆Cb的天线装置U之间，进行电磁波的收发而执行通信(即，车车间通信)的状态。此外，在本实施方式的天线装置U中，只要搭载通信用的信号处理IC(未图示)，来代替上述的物体检测的信号处理IC3即可。
本发明的天线装置U即使在经由罩部件B发送电磁波时，也能够抑制由于与罩(保险杠)部件的多次反射，导致相位抵消而输出增益降低的情况，因此，也能够适用于如本实施方式那样，与其他天线装置进行通信的形态。
(其他的实施方式)
本发明不限于上述实施方式，可以考虑各种变形形态。例如，当然也可以使用对各实施方式中所示的形态进行各种组合而成的形态。
在上述实施方式中，作为第一电介质透镜5a及第二电介质透镜5b的形状的一例，示出了半圆筒形状的透镜和圆顶形状的透镜。但是，作为第一电介质透镜5a及第二电介质透镜5b的形状，也可以适用双面凸透镜、球镜、菲涅耳透镜、上述透镜的组合、或者凹透镜和上述透镜的组合等。另外，作为第一电介质透镜5a及第二电介质透镜5b，除此之外，也可以将后表面侧向负X方向设为凸状。另外，也可以一体地形成第一电介质透镜5a和第二电介质透镜5b。
另外，在上述实施方式中，作为第一天线部2a及第二天线部2b的一例，示出了端射阵列天线。但是，作为第一天线部2a及第二天线部2b，只要由形成于电路基板1的导体图案构成即可，除了端射阵列天线以外，也能适用八木阵列天线、费米天线、柱壁波导天线、或柱壁喇叭天线等。
另外，在上述实施方式中，作为天线装置U与罩部件B的位置关系的一例，示出了罩部件B沿着天线装置U的第一天线部2a及第二天线部2b相邻的方向(±Y方向)延伸的形态。但是，天线装置U也可以以相对于罩部件B倾斜的方式安装。换言之，也可以是天线装置U的第一天线部2a及第二天线部2b相邻的方向(±Y方向)，相对于罩部件B的延伸方向倾斜的状态。在该形态下，以第一电介质透镜5a的前方的罩部件B与第一电介质透镜5a的前端面之间的距离为基准，设定第一端面间距离D1，以第二电介质透镜5b的前方的罩部件B与第二电介质透镜5b的前端面之间的距离为基准，设定第二端面间距离D2即可。
以上，详细地说明了本发明的具体例，但这些具体例只不过是示例，并不限定本发明的请求保护的范围。本发明的请求保护的范围所记载的技术中包含将以上示例的具体例进行各种变形、变更的具体例。
工业实用性
根据本发明的天线装置，即使在经由罩部件进行电磁波的收发时，也能够确保较高的输出增益。

Claims (10)

1.一种天线装置，是经由配置于外部的罩部件进行电磁波的收发的天线装置，其特征在于，具备：
第一天线部及第二天线部，沿着与发送所述电磁波的规定方向正交的方向彼此相邻地呈直线状地配设，分别发送电磁波；以及
第一电介质透镜及第二电介质透镜，分别配设于所述第一天线部及所述第二天线部各自的所述规定方向的前方，将分别由所述第一天线部及所述第二天线部发送的所述电磁波的波束缩聚并向外部送出，
所述第一电介质透镜的内侧端面配置在与所述第二电介质透镜的内侧端面相同的位置，
所述第一电介质透镜的外侧端面突出至比所述第二电介质透镜的外侧端面更靠所述规定方向的前方的位置，
所述第一电介质透镜的外侧端面的向所述规定方向的突出量、与所述第二电介质透镜的外侧端面的向所述规定方向的突出量之差为大致λ/4×(2m-1)，其中，λ是所述电磁波的自由空间波长，m是任意的正的整数。
2.一种天线装置，是经由配置于外部的罩部件进行电磁波的收发的天线装置，其特征在于，具备：
第一天线部及第二天线部，沿着与发送所述电磁波的规定方向正交的方向彼此相邻地呈直线状地配设，分别发送电磁波；以及
第一电介质透镜及第二电介质透镜，分别配设于所述第一天线部及所述第二天线部各自的所述规定方向的前方，将分别由所述第一天线部及所述第二天线部发送的所述电磁波的波束缩聚并向外部送出，
所述第一电介质透镜的内侧端面配置在与所述第二电介质透镜的内侧端面相同的位置，
所述第一电介质透镜的外侧端面突出至比所述第二电介质透镜的外侧端面更靠所述规定方向的前方的位置，
所述第一电介质透镜的外侧端面和所述罩部件的与所述第一电介质透镜相对的面之间的距离、与所述第二电介质透镜的外侧端面和所述罩部件的与所述第二电介质透镜相对的面之间的距离之差为大致λ/4×(2m-1)，其中，λ是所述电磁波的自由空间波长，m是任意的正的整数。
3.一种天线装置，是经由配置于外部的罩部件进行电磁波的收发的天线装置，其特征在于，具备：
n个天线部,沿着与发送所述电磁波的规定方向正交的方向彼此相邻地呈直线状地配设，分别发送电磁波，其中，n为任意的正的整数；以及
n个电介质透镜，分别配设于所述n个天线部各自的所述规定方向的前方，将分别由所述n个天线部发送的所述电磁波的波束缩聚并向外部送出，
所述n个电介质透镜各自的内侧端面配置在相同的位置，
相对于1个所述电介质透镜的外侧端面，其他n-1个所述电介质透镜中的第k个所述电介质透镜的外侧端面向所述规定方向突出大致λ×k×(2m-1)/(n×2)，其中，k是满足1≤k≤n-1的整数，λ是所述电磁波的自由空间波长，m是任意的整数，并且相对于1个所述电介质透镜的外侧端面的、其他n-1个所述电介质透镜的外侧端面向所述规定方向的突出量彼此不同。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第一电介质透镜及所述第二电介质透镜分别是外侧端面凸向所述规定方向的半圆筒形状或抛物柱面形状。
5.如权利要求1至3中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第一电介质透镜及所述第二电介质透镜中的任意一者是外侧端面凸向所述规定方向的半圆筒形状或抛物柱面形状，另一者是外侧端面凸向所述规定方向的圆顶形状或旋转抛物面形状。
6.如权利要求1至3中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第一电介质透镜的透镜直径和所述第二电介质透镜的透镜直径彼此不同。
7.如权利要求1至3中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第一天线部及所述第二天线部分别由配设于电路基板上的端射阵列天线构成。
8.如权利要求7所述的天线装置，其中，
所述第一天线部和所述第二天线部中的至少一者由沿着与所述规定方向正交的方向配设为阵列状的多个所述端射阵列天线构成。
9.如权利要求1至3中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第一天线部和所述第二天线部中的至少一者接收由物体反射回来的、来自所述规定方向的所述电磁波。
10.一种雷达装置，其特征在于，具备权利要求1至9中任意一项所述的天线装置。
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