JP2017150894A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検知エリア外に漏洩する不要波によるアンテナ特性への影響を、簡易に抑制する技術を提供する。
【解決手段】素子部３は、電波を送受信する一つ以上のアンテナ素子３２で構成されている。屈折部５は、素子部３から検知エリア外に向かう電波である不要波の進行方向を、素子部３を構成するアンテナ素子３２が形成されたアンテナ形成面より後方に向かう方向に屈折させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、物体を検出するための電波を送受信するアンテナ装置に関する。

車載レーダ用のアンテナ装置は、予め設定された角度領域を検知エリアとして、その検知エリア内に電波を照射し、その検知エリアに存在する物体からの反射波を受信する。通常、検知エリア内にのみ電波が照射されるようにアンテナを設計することは困難であり、電波の一部は検知エリア外に漏洩する。その漏洩した電波である不要波の反射波が、アンテナ特性を劣化させる場合があることが知られている。このような事態を防止するために、例えば特許文献１には、電波の放射するアンテナ素子を保護するために電波を透過する材料で形成されたカバー部材の側面に、検知エリア外への電波の漏洩を抑制する電波吸収層を設ける技術が記載されている。

特開２００４−３１２６９６号公報

しかしながら、電波吸収層を設けるには、誘電損失の大きい材料をカバー部材に混合する必要があり、製造工程が複雑になるという問題があった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、検知エリア外に漏洩する不要波によるアンテナ特性への影響を、簡易に抑制する技術を提供することを目的としている。

本発明のアンテナ装置（１，１０）は、素子部（３）と、屈折部（５）とを備える。素子部は、電波を送受信する一つ以上のアンテナ素子（３２）で構成される。屈折部は、素子部から検知エリア外に向かう電波である不要波の進行方向を、素子部を構成するアンテナ素子が形成されたアンテナ形成面より後方に向かう方向に屈折させる。なお、ここでは、素子部が電波を放射する面に対して検知エリアが存在する側の方向を前方とし、その反対側の方向を後方とする。

このような構成によれば、屈折部は、電波を屈折させることができさえすればよく、具体的には、屈折部の形状によって所望の作用が実現されるため、電波吸収材などの特別な材料を用いる必要がない。その結果、検知エリア外に漏洩する不要波によるアンテナ特性への影響を、簡易に抑制することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

アンテナ装置の斜視図である。 アンテナ装置の図１におけるＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 屈折部の作用を表す説明図である。 屈折部がない従来構造のアンテナ装置に関する説明図である。 アンテナの利得を検知角度毎に示したグラフである。 実施形態のアンテナ装置について、検知範囲外に車両部品が存在する環境で電界強度分布を計測した結果を示すグラフである。 従来構造のアンテナ装置について、図６の場合と同じ環境で電界強度分布を計測した結果を示すグラフである。 アンテナ装置の変形例の構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
［１．構成］
本実施形態の車載レーダ用アンテナ装置１は、車両に搭載され、予め定められた周波数の電波（以下、放射波と称する）を送信し、放射波を反射した物体からの反射波を受信する。このアンテナ装置１は、例えば、車両前面のパンパの内部等に設置される。

図１及び図２に示すように、アンテナ装置１は、筐体２と、素子部３と、カバー部材４と、一対の屈折部５とを備える。
筐体２は、金属材料で構成され、アンテナ装置１を用いて車両の周囲に存在する物体を検出するレーダ本体を収納するものであり、図には、その一部が示されている。なお、レーダ本体は、素子部３を介して放射波および反射波を送受信する送受信回路や送受信回路にて得られた受信信号を処理して放射波を反射した物体との距離を少なくとも含む、該物体に関する情報を求める信号処理部等が内蔵されている。

素子部３は、回路基板３１を備え、その一方の面に電波を送受信するパッチ状のパターンからなる複数のアンテナ素子３２が形成されている。以下、このアンテナ素子３２が形成された回路基板３１の面をアンテナ形成面という。また、回路基板３１は、アンテナ形成面とは反対側の面が筐体２に固定されており、筐体２がグランドパターンとして作用する。

アンテナ素子３２は、図１及び図２中のｘ軸方向およびｙ軸方向に沿ってそれぞれ複数個が２次元的に配列されている。そして、図１中のｙ軸方向、即ち図２中の奥行き方向に沿って１列に配置された複数のアンテナ素子３２が、それぞれアレーアンテナを構成する。つまり、素子部３は、複数のアレーアンテナが図中のｘ軸方向に沿って配列された構造を有する。

なお、車両にアンテナ装置１を固定した時には、ｙ軸方向が車高方向と一致し、ｘ軸方向が水平方向と一致し、ｚ軸方向が検知エリアの中心方向と一致するように装着される。以下では、ｚ軸のプラス方向、即ち電波が放射される方向を前方、ｚ軸のマイナス方向を後方ともいう。また、アレーアンテナは、いずれか一つが送信アンテナとして使用され、それ以外のものが受信アンテナとして使用される。但し、これに限るものではなく、すべてを送信アンテナあるいは受信アンテナのいずれかとして使用する等してもよい。また、送信アンテナとして使用するアレーアンテナの数と受信アンテナとして使用するアレーアンテナの数および両者の配置は、任意に設定することができる。

カバー部材４は、素子部３にて送受信される電波を低損失で透過させる誘電体により形成され、直方体状の外形を有し、その一面が開口した箱型の形状を有する。カバー部材４は、開口部を筐体２で塞ぐように筐体２に固定され、筐体２と共に素子部３を収納する空間を形成することによって、素子部３のアンテナ形成面を保護する。

屈折部５は、円柱から切り出した形状を有する断面扇形の柱状体からなり、カバー部材４より誘電正接の大きい誘電体によって形成されている。屈折部５は、カバー部材４の素子部３と対向した部位であるカバー上面部４ａの外面において、ｘ軸方向の両端にｙ軸に沿って配置されている。但し、屈折部５は、長方形をした二つの平面が直交するように形成されており、以下では、その一方の面を下面５ａ、他方の面を側面５ｂ、曲面を５ｃ、下面５ａと曲面５ｃとが接する辺を下接辺５ｄ、側面５ｂと曲面５ｃとが接する辺を上接辺５ｅという。なお、曲面５ｃは、上接辺５ｅから離れるほど素子部３のアンテナ形成面に対する傾斜が大きくなるように形成されているといえる。

そして、屈折部５は、下接辺５ｄがカバー上面部４ａのｙ軸方向に沿った辺と一致するように位置決めされて、下面５ａがカバー上面部４ａに接着されている。これにより、カバー上面部４ａのｘ軸方向両端に設けられた二つの屈折部５の側面５ｂが、互いに対向するように配置されている。

また、屈折部５は、図３に示すように、上接辺５ｅが検知エリアと接するように構成されている。そして、屈折部５は、素子部３から放射され側面５ｂに入射する電波、即ち、検知エリア外に漏洩する不要波が、側面５ｂと曲面５ｃとで２度屈折することによって後方、即ち、素子部３のアンテナ形成面を挟んで検知エリアが存在する側とは反対側に向けて放射されるような形状に設計されている。

図２に戻り、上接辺５ｅのカバー部材４からの高さをｈ、側面５ｂから入射し上接辺５ｅ付近の曲面５ｃから出射する不要波が、後方に向かうように屈折させるのに必要な曲面５ｃの傾斜角度をβ、側面５ｂから入射し下接辺５ｄ付近の曲面５ｃから出射する不要波が、後方に向かうように屈折させるのに必要な曲面５ｃの傾斜角度をαとする。但し、傾斜角度α，βは、アンテナ形成面に平行な面を基準とした角度である。この場合、曲面５ｃの曲率半径Ｒは、（１）式から求めることができ、その算出結果に従って屈折部５の形状を設計すればよい。

Ｒ＝ｈ／（ｃｏｓβ−ｃｏｓα） （１）
［２．作用］
このような構成されたアンテナ装置１では、図３に示すように、素子部３から放射され検知エリアに向かう電波は、屈折部５を通過することなく放射され、検知エリアから到来する反射波は、屈折部５を通過することなく素子部３に到達する。

一方、素子部３から放射され検知エリア外に向かう電波である不要波は、屈折部５の側面５ｂに入射し曲面５ｃから後方に向けて放射される。つまり、検知エリアから大きく離れた方向に放射される。また、前方から屈折部５の曲面５ｃに入射する電波、即ち検知エリア外、特に検知エリアの周辺から到来する不要波は、屈折部５により素子部３に到達することがない方向に屈折する。

［３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（ａ）以上説明したように、アンテナ装置１では、屈折部５によって検知エリア外に向かう不要波を後方に向けて放射し、検知エリア外から到来する不要波を素子部３に到達することがないように不要波の進路を屈折させるため、不要波がアンテナ特性に影響を与えることを抑制することができる。

図５は、図３に示すように、屈折部５を設けたアンテナ装置１と、図４に示すように、屈折部５が省略された従来構造のアンテナ装置１００とで利得の指向性をシミュレーションによって計算した結果を示す。図示されているように、アンテナ装置１では、従来構造のアンテナ装置１００と比較して、検知エリア外の利得が大きく低下していることがわかる。

図６および図７は、アンテナ装置１および従来構造のアンテナ装置１００の左側に電波を反射する車両部品が配置された状況で電界強度分布を測定した結果を示す。但し、図６がアンテナ装置１の場合、図７がアンテナ装置１００の場合である。また、アンテナ装置１では、車両部品が存在する側にのみ屈折部５を配置している。図示されているように屈折部５を備えるアンテナ装置１では、アンテナ装置１００と比較して、車両部品の存在による電界強度分布の乱れが抑制されていることがわかる。

（ｂ）アンテナ装置１では、屈折部５をカバー部材４とは別体に構成し、接着によりカバー部材４と一体化させているため、屈折部５やカバー部材４を単純な形状とすることができる。また、屈折部５とカバー部材４とは同じ誘電体で形成されるため、両者を同じ工程で製造することもできる。その結果、製造工程を簡略化することができる。

［４．他の実施形態］
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（イ）上記実施形態では、屈折部５はカバー部材４より誘電正接の大きい材料を用いて構成されているが、両者を誘電正接が同じ大きさとなる同一材質の材料で構成してもよい。

（ロ）上記実施形態では、屈折部５とカバー部材４とを接着により一体化しているが、屈折部５とカバー部材４とを一体成形する等してもよい。
（ハ）上記実施形態では、屈折部５をカバー上面部４ａに配置しているが、これに限るものではない。例えば、図８に示すアンテナ装置１０のように、屈折部５の下面５ａが素子部３のアンテナ形成面と同一面を形成する位置まで、カバー部材４０の内部に食い込んだ形で配置するようにしてもよい。この場合、素子部３から放射された不要波が下面５ａから入射されること、ひいてはその下面５ａから入射した不要波が屈折部５で屈折され前方に向かうことを抑制することができ、不要波がアンテナ特性に影響を与えることを、更に抑制することができる。

（ニ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（ホ）上述したアンテナ装置の他、当該アンテナ装置を構成要素とするシステム、不要波除去方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１，１０…アンテナ装置、２…筐体、３…素子部、４，４０…カバー部材、４ａ…カバー上面部、５…屈折部、５ａ…下面、５ｂ…側面、５ｃ…曲面、５ｄ…下接辺、５ｅ…上接辺、３１…回路基板、３２…アンテナ素子。

Claims (7)

1. 電波を送受信することにより、予め設定された検知エリア内に存在する物体との距離を少なくとも検出するレーダに用いられるアンテナ装置（１，１０）であって、
   前記電波を送受信する一つ以上のアンテナ素子で構成された素子部（３）と、
   前記素子部から前記検知エリア外に向かう前記電波である不要波の進行方向を、前記素子部を構成するアンテナ素子が形成されたアンテナ形成面より後方に向かう方向に屈折させる屈折部（５）と、
   を備えるアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置であって、
   前記屈折部は、断面が扇形の柱状に形成され、当該屈折部が有する長方形をした二つの平面のうち、一方の平面を下面（５ａ）、他方の平面を側面（５ｂ）、前記側面と当該屈折部が有する曲面（５ｃ）とが接する辺を上接辺（５ｅ）、前記下面と前記曲面とが接する辺を下接辺（５ｄ）として、前記側面が前記アンテナ形成面に対して垂直となり且つ前記上接辺が前記検知エリアとの境界に配置され、前記曲面は、前記上接辺から前記下接辺に近づくほど前記アンテナ形成面に対する傾斜が大きくなるように形成されている
   アンテナ装置。
3. 請求項２に記載のアンテナ装置であって、
   前記屈折部は、前記下面が前記アンテナ形成面と同一面を形成する位置に配置されている
   アンテナ装置。
4. 請求項２または請求項３に記載のアンテナ装置であって、
   前記側面において前記上接辺に直交する辺の長さをｈ、前記上接辺での前記アンテナ形成面を基準とした前記曲面の傾斜角度をβ、前記下接辺での前記アンテナ形成面を基準とした前記曲面の傾斜角度をαとして、
   前記屈折部は、前記曲面の曲率半径ＲがＲ＝ｈ／（ｃｏｓβ−ｃｏｓα）となるように形成されている
   アンテナ装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置であって、
   前記素子部を覆い、前記電波を透過させるカバー部材（４，４０）を更に備え、
   前記屈折部は、前記カバー部材と一体化されている
   アンテナ装置。
6. 請求項５に記載のアンテナ装置であって、
   前記屈折部は、前記カバー部材よりも誘電正接の大きい誘電体で形成されている
   アンテナ装置。
7. 請求項５に記載のアンテナ装置であって、
   前記屈折部は、前記カバー部材と同一材質で形成されている
   アンテナ装置。

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