JP2018074240A

JP2018074240A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2018074240A
Application number: JP2016208629A
Authority: JP
Inventors: 潤三土屋; Junzo Tsuchiya; 謙治岡; Kenji Oka; 流一橋本; Ryuichi Hashimoto; 徳久西本; Norihisa Nishimoto; 健太白髭; Kenta Shirahige
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-10-25
Also published as: US20180115084A1; JP6807707B2; US10283874B2

Abstract

【課題】アンテナ間隔を狭くする。
【解決手段】実施形態の一態様に係るアンテナ装置は、複数のアンテナが所定方向に隣接して並ぶように配置され、電源により給電されて電波を放射するアンテナ列と、アンテナ列の両側にそれぞれ配置され、前記アンテナから漏洩した電界により給電されて電波を放射する複数のダミーアンテナと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

従来、例えばレーダ装置に搭載されるアンテナ装置は、複数のアンテナを所定方向に並べて配置したアンテナ列を有する。複数のアンテナを並べた場合、アンテナ間の結合により所望の放射パターンが得られないことがある。そこで、従来のアンテナ装置は、アンテナ間にチョークを設けることでアンテナ間のアイソレーションを確保し、所望の放射パターンを得られるようにしている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−１１１４６３号公報

しかしながら、従来のアンテナ装置では、アンテナ間にチョークを設けているため、アンテナ間隔が広くなってしまう。例えばレーダ装置の受信に用いるアンテナ装置では、アンテナ間隔が広いと、位相折返しの影響で物標の検出精度が劣化する恐れがある。そのため、アンテナ装置のアンテナ間隔を狭くすることが望まれる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アンテナ間隔を狭くすることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、複数のアンテナが所定方向に隣接して並ぶように配置され、電源により給電されて電波を放射するアンテナ列と、前記アンテナ列の両側にそれぞれ配置され、前記アンテナから漏洩した電界により給電されて電波を放射する複数のダミーアンテナと、を備える。

本発明によれば、アンテナ間隔を狭くすることができる。

図１は、実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。図２は、ダミーアンテナの形状を説明する図である。図３Ａは、アンテナ装置の放射パターンを説明する図である。図３Ｂは、アンテナ装置の放射パターンを説明する図である。図３Ｃは、アンテナ装置の放射パターンを説明する図である。図４Ａは、アンテナ装置の放射パターンを説明する図である。図４Ｂは、アンテナ装置の放射パターンを説明する図である。図４Ｃは、アンテナ装置の放射パターンを説明する図である。図５Ａは、アンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。図５Ｂは、アンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。図５Ｃは、アンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。図６は、ダミーアンテナを備えていないアンテナ装置を示す斜視図である。図７Ａは、アンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。図７Ｂは、アンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。図７Ｃは、アンテナ装置のシミュレーション結果を示す図である。図８は、実施形態の変形例に係るアンテナ装置を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するアンテナ装置の実施形態を詳細に説明する。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。

［１．アンテナ装置］
図１は、本実施形態に係るアンテナ装置１の斜視図である。なお、図１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。かかる直交座標系は、後述の説明に用いる他の図面でも示す場合がある。

図１に示すアンテナ装置１は、誘電体基板１１０と、複数のアンテナ１１〜１４と、複数のダミーアンテナ２１〜２４と、整合素子２１１〜２１４とを有する。

［誘電体基板］
誘電体基板１１０は、所定の比誘電率を有する基板である。図１に示すように、誘電体基板１１０は、例えば長方形の基板である。誘電体基板１１０の基材としては、たとえば、ＰＴＦＥ（Poly-Tetra-Fluoro-Ethylene）などのフッ素樹脂やＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）などを用いるのが好ましい。

誘電体基板１１０の一面にはグランド１２０が設けられる。グランド１２０は、導電性の薄膜パターンとして形成される。かかる薄膜パターンは、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１１０の全面に形成した後、かかる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、かかる薄膜パターンは、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］
複数のアンテナ１１〜１４は、所定方向（図１ではＹ軸方向）に隣接して並ぶように配置される。複数のアンテナ１１〜１４をまとめてアンテナ列１０とも記載する。複数のアンテナ１１〜１４は、誘電体基板１１０のグランド１２０が形成される一面と対向する面に配置間隔Ｄごとに設けられる。なお、配置間隔Ｄは例えばアンテナ１１〜１４の共振周波数の１波長以下である。このように、複数のアンテナ１１〜１４は狭い間隔で並ぶように配置される。

複数のアンテナ１１〜１４は、導電性の薄膜パターンとして形成される。かかる薄膜パターンは、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１１０の全面に形成した後、かかる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。

複数のアンテナ１１〜１４は、それぞれ給電点Ｆ１〜Ｆ４を介して例えば図示しない無線装置から入力される信号を送信する。あるいは、複数のアンテナ１１〜１４は、受信した電波を、それぞれ給電点Ｆ１〜Ｆ４を介して例えば図示しない無線機に出力する。

なお、各アンテナ１１〜１４の形状は、各ダミーアンテナ２１〜２４と同じであり、図２を用いて後述する。

［ダミーアンテナ］
複数のダミーアンテナ２１〜２４は、誘電体基板１１０のアンテナ列１０が設けられる面に設けられる。複数のダミーアンテナ２１〜２４は、アンテナ列１０の両側それぞれに設けられる。図１の例では、アンテナ列１０のＹ軸負方向側にダミーアンテナ２１、２２が設けられる。また、アンテナ列１０のＹ軸正方向側にダミーアンテナ２３、２４が設けられる。ダミーアンテナ２１〜２４は、複数のアンテナ１１〜１４と同じ配置間隔Ｄごとに設けられる。

このようにダミーアンテナ２１〜２４を複数のアンテナ１１〜１４と同じ配置間隔Ｄごとに設けることで、ダミーアンテナ２１〜２４をアンテナ１１〜１４と同じ様に結合させることができる。これにより、ダミーアンテナ２１〜２４の放射パターンをアンテナ１１〜１４の放射パターンに近づけることができ、アンテナ装置１の放射パターンの対称性を保つことができる。かかる点については図３Ａ〜図４Ｃを用いて後述する。なお、結合とは、電波を放射している放射アンテナから漏洩した電界が隣接する電波を放射してない非放射アンテナに影響し、かかる非放射アンテナが電波を放射し、両電波が結合することである。この場合、放射アンテナの放射パターンの対称性が崩れることとなる。

複数のダミーアンテナ２１〜２４は、複数のアンテナ１１〜１４と同様に、導電性の薄膜パターンとして形成される。かかる薄膜パターンは、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１１０の全面に形成した後、かかる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、かかる薄膜パターンは、薄膜、厚膜、銅箔等の基盤パターンで形成されても良い。

複数のダミーアンテナ２１〜２４には給電点が設けられておらず、例えば図示しない無線機には接続されない。このように、複数のダミーアンテナ２１〜２４は、無給電アンテナである。複数のダミーアンテナ２１〜２４は、アンテナ１１〜１４と結合して電波を送信または受信する。かかる結合については図３Ａ〜図４Ｃを用いて後述する。

複数のダミーアンテナ２１〜２４は、各アンテナ１１〜１４と同じ形状に形成される。ここで、図２を用いて、複数のアンテナ１１〜１４および複数のダミーアンテナ２１〜２４の形状について説明する。

上述したように、複数のダミーアンテナ２１〜２４および複数のアンテナ１１〜１４は同じ形状であるため、ここでは、ダミーアンテナ２１の形状について説明する。図２は、ダミーアンテナ２１の形状を説明する図である。

図２に示すように、ダミーアンテナ２１は、複数のパッチ素子１１１ａ〜１１６ａと複数の導体線路１１１ｂ〜１１６ｂとを有する。

複数のパッチ素子１１１ａ〜１１６ａは、導電性の薄膜パターンとして形成される。ただし、必ずしも薄膜でなくともよい。複数のパッチ素子１１１ａ〜１１６ａは長方形状を有する。パッチ素子１１１ａ〜１１６ａは、Ｘ軸方向に一列に配置される。ダミーアンテナ２１は、Ｘ軸方向の直線偏波（以下、垂直偏波と称する）の電波を送信または受信する。

パッチ素子１１１ａ、１１６ａは、長さＬ、幅Ｗ１である。パッチ素子１１２ａ、１１５ａは、長さＬ、幅Ｗ２である。パッチ素子１１３ａ、１１４ａは長さＬ、幅Ｗ３である。すなわち、パッチ素子１１１ａ〜１１６ａは、図２の線Ａを軸として線対称に配置される。

パッチ素子１１１ａ〜１１６ａは、長さＬに応じた共振周波数の電波を送信または受信する。また、パッチ素子１１１ａ〜１１６ａは、幅Ｗ１〜Ｗ３に応じた電界強度の電波を送信または受信する。図２の例では、パッチ素子１１３ａ、１１４ａが送信または受信する信号の強度が最も大きくなる。したがって、ダミーアンテナ２１は、線Ａ付近の電界強度が大きい放射パターンを有する。

導体線路１１１ｂ〜１１６ｂは、導電性の薄膜パターンとして形成される。ただし、必ずしも薄膜でなくともよい。導体線路１１１ｂ〜１１６ｂは、いわゆるマイクロストリップ線路である。導体線路１１１ｂは一端がパッチ素子１１１ａに接続される。導体線路１１２ｂは一端がパッチ素子１１２ａに接続され、他端がパッチ素子１１１ａに接続される。

導体線路１１３ｂは一端がパッチ素子１１３ａに接続され、他端がパッチ素子１１２ａに接続される。導体線路１１４ｂは一端がパッチ素子１１４ａに接続され、他端がパッチ素子１１３ａに接続される。導体線路１１５ｂは一端がパッチ素子１１５ａに接続され、他端がパッチ素子１１４ａに接続される。導体線路１１６ｂは一端がパッチ素子１１６ａに接続され、他端がパッチ素子１１５ａに接続される。

なお、アンテナ１１〜１４の場合、各導体線路１１１ｂの他端は、給電点Ｆ１〜Ｆ４にそれぞれ接続される。そのため、アンテナ１１〜１４の導体線路１１１ｂ〜１１６ｂは、給電線路であると言える。

このように、複数のパッチ素子１１１ａ〜１１６ａおよび導体線路１１１ｂ〜１１６ｂは所望の共振周波数の電波を所望の放射パターンで送信または受信するように形成される。

なお、ここでは、複数のパッチ素子１１１ａ〜１１６ａの数が６個である場合について説明したが、これに限定されない。パッチ素子の数は６個より多くても少なくてもよい。また、パッチ素子１１１ａ〜１１６ａの形状は長方形に限定されない。パッチ素子１１１ａ〜１１６ａは、正方形や多角形、あるいは円形であってもよい。また、パッチ素子１１１ａ〜１１６ａは、図２の線Ａを軸とした線対称に配置されてなくともよい。線対称以外の配置でもよい。また、アンテナの偏波は、垂直偏波に限定されず、他の偏波、すなわち水平偏波、４５ｄｅｇ偏波、円偏波等でもよい。

また、ここでは、ダミーアンテナ２１がパッチ素子１１１ａ〜１１６ａを有するとしたがこれに限定されない。例えばダミーアンテナ２１が線状のアンテナ素子を有するようにしてもよい。

上述したように、ダミーアンテナ２１〜２４を複数のアンテナ１１〜１４と同じ形状とすることで、ダミーアンテナ２１〜２４の放射パターンをアンテナ１１〜１４の放射パターンに近づけることができる。これにより、アンテナ装置１の放射パターンの対称性を改善することができる。かかる点については図３Ａ〜図４Ｃを用いて後述する。

［整合素子］
図１に戻る。整合素子２１１〜２１４は、それぞれダミーアンテナ２１〜２４に接続される。整合素子２１１〜２１４は、ダミーアンテナ２１〜２４の負荷接続状態がアンテナ１１〜１４の負荷接続状態と同じになるように設けられる。アンテナ１１〜１４には例えば図示しない無線機が接続され、入力インピーダンスが５０Ω程度に整合されている。

一方、ダミーアンテナ２１〜２４には無線機が接続されない。そのため、ダミーアンテナ２１〜２４に整合素子２１１〜２１４が接続されない場合、ダミーアンテナ２１〜２４の負荷接続状態がアンテナ１１〜１４と異なってしまう。これにより、ダミーアンテナ２１〜２４の形状がアンテナ１１〜１４と同じであるにもかかわらず、ダミーアンテナ２１〜２４の放射パターンが、アンテナ１１〜１４の放射パターンと異なってしまう。

そこで、図１に示すように、整合素子２１１〜２１４をダミーアンテナ２１〜２４に接続することで、ダミーアンテナ２１〜２４の負荷接続状態をアンテナ１１〜１４の負荷接続状態とほぼ同じになるようにする。具体的には、整合素子２１１〜２１４がアンテナ１１〜１４の負荷インピーダンス値とほぼ同一のインピーダンス値（例えば５０Ω）を持つようにする。

これにより、ダミーアンテナ２１〜２４の放射パターンがアンテナ１１〜１４の放射パターンとほぼ同じになり、アンテナ装置１の放射パターンの歪みを抑制し、対称性をより改善することができる。かかる点の詳細については図３Ａ〜図４Ｃを用いて後述する。

整合素子２１１〜２１４は、導電性の薄膜パターンとして形成される。ただし、必ずしも薄膜でなくともよい。かかる薄膜パターンは、アンテナ１１〜１４およびダミーアンテナ２１〜２４と同様に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１１０の全面に形成した後、かかる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。

したがって、整合素子２１１〜２１４は、アンテナ１１〜１４およびダミーアンテナ２１〜２４と同時に形成することができるため、製造工程を増やすことなく整合素子２１１〜２１４を形成することができる。

整合素子２１１〜２１４は、例えば長方形の一辺に凹部を有する形状に形成される。例えば図２に示すように、整合素子２１１は、凹部で導体線路２１１ｂの一端に接続する。導体線路２１１ｂの他端は、ダミーアンテナ２１の導体線路１１１ｂの他端に接続される。

また、導体線路２１１ｂは、ダミーアンテナ２１の導体線路１１１ｂと略直交するように配置される。図２の例では、導体線路２１１ｂは、Ｙ軸方向に沿って配置される。

なお、整合素子２１２〜２１４も同様にＹ軸方向に沿って配置される導体線路２１１ｂを介してダミーアンテナ２２〜２４に接続される。

アンテナ１１〜１４と結合することでダミーアンテナ２１〜２４に電流が流れると、導体線路２１１ｂを介して整合素子２１１〜２１４にも電流が流れる。上述したように、整合素子２１１〜２１４は、アンテナ１１〜１４と同じ導電性の薄膜パターンとして形成される。ただし、必ずしも薄膜でなくともよい。そのため、整合素子２１１〜２１４に電流が流れると、整合素子２１１〜２１４からも電波が放射される。

ここで、整合素子２１１〜２１４にはＹ軸方向に沿って配置される導体線路２１１ｂを介して電流が流れる。そのため、整合素子２１１〜２１４は、Ｙ軸方向の直線偏波（以下、水平偏波と称する）の電波を送信または受信する。

例えば、仮に導体線路２１１ｂ〜２１４ｂがＸ軸方向に沿って配置されるものとする。この場合、整合素子２１１〜２１４は、垂直偏波の電波を送信または受信する。これは、ダミーアンテナ２１〜２４が送信または受信する電波の偏波方向と同じである。そのため、整合素子２１１〜２１４からの放射の影響でダミーアンテナ２１〜２４の放射パターンが変化してしまい、アンテナ１１〜１４の放射パターンと異なってしまう。

一方、本実施形態の整合素子２１１〜２１４では、水平偏波の電波を送信または受信する。したがって、整合素子２１１〜２１４による放射が、垂直偏波の電波を送信または受信するダミーアンテナ２１〜２４に与える影響は小さくなり、ダミーアンテナ２１〜２４の放射パターンを、アンテナ１１〜１４の放射パターンに近づけることができる。

［２．アンテナ装置の仕組み］
続いて、図３Ａ〜図４Ｃを用いて、本実施形態に係るアンテナ装置１が放射パターンの歪みを抑制できる理由について説明する。ここでは、説明を簡略化するために、給電アンテナがアンテナ１１、１２の２個であり、無給電アンテナがダミーアンテナ２１、２２の２個である場合について説明する。なお、図１のアンテナ装置１も同様に放射パターンの歪みを抑制することができる。また、ここでは、アンテナ装置１から信号を送信する場合を例に取って説明するが、アンテナ装置１が信号を受信する場合も同様である。

［ダミーアンテナなし］
まず、図３Ａ〜図３Ｃを用いて、ダミーアンテナ２１、２２を備えていないアンテナ装置１ａの放射パターンについて説明する。図３Ａ〜図３Ｃはアンテナ装置１ａの放射パターンを説明する図である。

なお、図３Ａ、図３Ｂに示すアンテナ装置１ａは、２本のアンテナ１１、１２を備えており、ダミーアンテナ２１〜２４を備えていない点を除き、図１に示すアンテナ装置１と同じ構成を有する。

まず、図３Ａに示すように、アンテナ１１に給電した場合、アンテナ１１から電波が放射される。また、アンテナ１２には給電されていないが、アンテナ１１と結合することによって、アンテナ１２からも電波が放射される。

そのため、アンテナ１１に給電した場合のアンテナ装置１ａの放射パターンは、図３Ｃの実線で示すように、アンテナ１２の方向、すなわちＹ軸正方向に傾いたパターンになる。

次に、図３Ｂに示すように、アンテナ１２に給電した場合、アンテナ１２から電波が放射される。また、アンテナ１１には給電されていないが、アンテナ１２と結合することによって、アンテナ１１からも電波が放射される。

そのため、アンテナ１２に給電した場合のアンテナ装置１ａの放射パターンは、図３Ｃの点線で示すように、アンテナ１１の方向、すなわちＹ軸負方向に傾いたパターンになる。

このように、ダミーアンテナ２１、２２がない場合、アンテナ装置１ａの放射パターンが歪んでしまい、放射パターンの対称性が崩れてしまう。したがって、アンテナ装置１ａのアンテナ１１、１２間隔が狭いと、アンテナ１１、１２間の結合によって、放射パターンの対称性を保つことができなくなってしまう。

［ダミーアンテナあり］
次に、図４Ａ〜図４Ｃを用いて、ダミーアンテナ２１、２２を備えるアンテナ装置１ｂの放射パターンについて説明する。図４Ａ〜図４Ｃはアンテナ装置１ｂの放射パターンを説明する図である。

なお、図４Ａ、図４Ｂに示すアンテナ装置１ｂは、２本のアンテナ１１、１２を備えており、かかるアンテナ１１、１２の両側にダミーアンテナ２１、２２をそれぞれ備えている点を除き、図１に示すアンテナ装置１と同じ構成を有する。

まず、図４Ａに示すようにアンテナ１１に給電した場合、アンテナ１１から電波が放射される。また、アンテナ１２からも同様に電波が放射される。さらに、アンテナ装置１ｂでは、アンテナ１１に隣接してダミーアンテナ２１が配置される。そのため、ダミーアンテナ２１がアンテナ１１と結合しダミーアンテナ２１からも電波が放射される。

このように、アンテナ１１に給電した場合、アンテナ１１からの放射に加え、アンテナ１１の両側にそれぞれ配置されるアンテナ１２およびダミーアンテナ２１からも電波が放射される。そのため、アンテナ装置１ｂのアンテナ１１による放射パターンは、図４Ｃの実線で示すように、対称性を保ったパターンとなる。

次に、図４Ｂに示すようにアンテナ１２に給電した場合、アンテナ１２から電波が放射される。また、アンテナ１１からも同様に電波が放射される。さらに、アンテナ装置１ｂでは、アンテナ１２に隣接してダミーアンテナ２２が配置される。そのため、ダミーアンテナ２２がアンテナ１２と結合しダミーアンテナ２２からも電波が放射される。

このように、アンテナ１２に給電した場合、アンテナ１２からの放射に加え、アンテナ１２の両側にそれぞれ配置されるアンテナ１１およびダミーアンテナ２２からも電波が放射される。そのため、アンテナ装置１ｂのアンテナ１２による放射パターンは、図４Ｃの点線で示すように対称性を保ったパターンとなる。また、アンテナ１２による放射パターンは、アンテナ１１による放射パターンとほぼ同じパターンとなる。

このように、ダミーアンテナ２１、２２をアンテナ１１、１２の両側にそれぞれ設けた場合、アンテナ１１、１２の間隔が狭く、互いに結合する場合であっても、対称性の高い放射パターンを得ることができる。すなわち、放射パターンの対称性を確保しつつ、アンテナ１１、１２の間隔を狭くすることができる。

また、給電しているアンテナ（例えばアンテナ１１）の両隣から放射される電波の放射パターンが近いほど、アンテナ装置１ｂの放射パターンの対称性を保つことができる。

そこで、本実施形態に係るアンテナ装置１では、上述したように、ダミーアンテナ２１〜２４の配置間隔Ｄをアンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄと同じにしている。これにより、ダミーアンテナ２１〜２４とアンテナ１１〜１４との結合状態がほぼ等しくなり、給電しているアンテナ（例えばアンテナ１１）の両隣から放射される電波の放射パターンをほぼ同じにすることができる。そのため、アンテナ装置１の放射パターンの対称性を改善することができる。

また、本実施形態に係るアンテナ装置１では、上述したように、ダミーアンテナ２１〜２４の形状をアンテナ１１〜１４の形状と同じにしている。これにより、ダミーアンテナ２１〜２４の放射パターンをアンテナ１１〜１４の放射パターンに近づけることができ、アンテナ装置１の放射パターンの対称性を改善することができる。

さらに、本実施形態に係るアンテナ装置１では、ダミーアンテナ２１〜２４の終端に整合素子２１１〜２１４を設けている。これにより、ダミーアンテナ２１〜２４の負荷接続状態をアンテナ１１〜１４の負荷接続状態と同じにすることができ、ダミーアンテナ２１〜２４の放射パターンをアンテナ１１〜１４の放射パターンに近づけることができる。そのため、アンテナ装置１の放射パターンの対称性を改善することができる。

また、整合素子２１１〜２１４から放射される電波の偏波方向がダミーアンテナ２１〜２４から放射される電波の偏波方向と略直交するようにしている。これにより、整合素子２１１〜２１４から放射される電波がダミーアンテナ２１〜２４およびアンテナ１１〜１４に与える影響を小さくすることができる。

このように、本実施形態に係るアンテナ装置１では、ダミーアンテナ２１〜２４の形状や配置間隔Ｄを調整し整合素子２１１〜２１４を接続することで、ダミーアンテナ２１〜２４の放射パターンがアンテナ１１〜１４の放射パターンとほぼ等しくなるようにしている。これにより、アンテナ１１〜１４の間隔が狭い場合であっても、アンテナ装置１の放射パターンの対称性をより改善することができる。

［３．シミュレーション結果］
次に、図５Ａ〜図７Ｃを用いて、本実施形態に係るアンテナ装置１のシミュレーション結果について説明する。図５Ａ〜図５Ｃは、アンテナ装置１のシミュレーション結果を示す図である。図６は、ダミーアンテナ２１〜２４を備えていないアンテナ装置１ｃを示す斜視図である。図７Ａ〜図７Ｃは、アンテナ装置１ｃのシミュレーション結果を示す図である。

まず、図６を用いて、アンテナ装置１ｃについて説明する。図６に示すアンテナ装置１ｃは、ダミーアンテナ２１〜２４および整合素子２１１〜２１４を備えていない点を除き、図１に示すアンテナ装置１と同じ構成である。そのため、図１のアンテナ装置１と同じ構成要素には同一符号を付している。

［放射パターン］
図５Ａは、アンテナ装置１の放射パターンを示す図である。また、図７Ａは、アンテナ装置１ｃの放射パターンを示す図である。図５Ａ、図７Ａの実線はアンテナ１１に給電した場合の放射パターンを示しており、破線はアンテナ１２に給電した場合の放射パターンを示している。また、一点鎖線はアンテナ１３に給電した場合の放射パターンを示しており、点線はアンテナ１４に給電した場合の放射パターンを示している。

図７Ａに示すように、ダミーアンテナ２１〜２４を備えていないアンテナ装置１ｃの放射パターンは、アンテナ１１、１４に給電した場合に傾きが大きくなっている。このように、アンテナ装置１ｃの場合、アンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄを共振周波数の１波長以下という狭い間隔にすると、放射パターンの対称性が崩れてしまう。

一方、図５Ａに示すように、ダミーアンテナ２１〜２４を備えたアンテナ装置１の放射パターンは、各アンテナ１１〜１４に給電した場合でもほぼ同じパターンであり、対称性を保っている。

このように、狭い配置間隔Ｄでアンテナ１１〜１４を配置した場合であっても、ダミーアンテナ２１〜２４を設けることでアンテナ装置１の放射パターンの対称性を改善することができる。そのため、アンテナ装置１のアンテナ１１〜１４の間隔をより狭くすることができる。

［振幅誤差］
図５Ｂ、図７Ｂは、アンテナ装置１、１ｃの各アンテナ１１〜１４間の振幅誤差を示すグラフである。振幅誤差は、例えば同じ信号を各アンテナで受信した場合の受信信号の振幅値の差のことである。振幅誤差が小さいほど、各アンテナ１１〜１４でほぼ同じ振幅値の信号を受信できるため、例えば図示しない無線機で行われる信号処理等で振幅値をそろえる必要がなくなり、処理負荷を低減することができる。

図５Ｂ、図７Ｂでは、アンテナ１１を基準とした振幅誤差を示している。すなわち、アンテナ１１で受信した信号の振幅値からアンテナ１２〜１４で受信した信号の振幅値を減算することで振幅誤差を算出している。

図５Ｂ、図７Ｂの破線はアンテナ１１とアンテナ１２との振幅誤差を示しており、一点鎖線はアンテナ１１とアンテナ１３の振幅誤差を示している。また、図５Ｂ、図７Ｂの点線はアンテナ１１とアンテナ１４との振幅誤差を示している。

図５Ｂに示すように、ダミーアンテナ２１〜２４を備えたアンテナ装置１では、振幅誤差がＧ１からＧ２の範囲に収まっている。一方、図７Ｂに示すように、ダミーアンテナ２１〜２４を備えていないアンテナ装置１ｃでは、振幅誤差がＧ１からＧ２の範囲を大きく超えている。

このように、ダミーアンテナ２１〜２４を備えることで、アンテナ装置１の各アンテナ１１〜１４間の振幅誤差を小さくすることができる。

［位相差誤差］
図５Ｃ、図７Ｃは、アンテナ装置１、１ｃの各アンテナ１１〜１４間の位相差の誤差（以下、位相差誤差とも称する）を示すグラフである。例えばアンテナ装置１、１ｃを用いて受信信号の到来方向を推定する方法として、各アンテナ１１〜１４における受信信号の位相差に基づいて到来方向を算出する方法が知られている。各アンテナ１１〜１４間の位相差は、アンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄに基づいて理論的に算出することができる。

ここでは、位相差誤差は、理論的に算出した位相差（以下、位相差の理論値と称する）とシミュレーション結果又は実測から得られた位相差（以下、位相差の実測値と称する）との差であるものとする。かかる位相差誤差が小さいほど受信信号から算出した到来方向の推定精度が向上する。

図５Ｃ、図７Ｃでは、アンテナ１１を基準とした位相差の誤差を示している。すなわち、アンテナ１１の受信信号の位相からアンテナ１２〜１４の受信信号の位相を減算した位相差の誤差を示している。

図５Ｃ、図７Ｃの破線はアンテナ１１とアンテナ１２との位相差の誤差を示しており、一点鎖線はアンテナ１１とアンテナ１３との位相差の誤差を示している。図５Ｃ、図７Ｃの点線はアンテナ１１とアンテナ１４との位相差の誤差を示している。

図５Ｃに示すようにアンテナ装置１では、位相差誤差がＧ３からＧ４の範囲に収まっている。一方、図７Ｃに示すようにアンテナ装置１ｃでは、位相差誤差がＧ３からＧ４の範囲を超えている。

このように、ダミーアンテナ２１〜２４を備えることで、アンテナ装置１の各アンテナ１１〜１４間の位相差誤差を小さくすることができる。

以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置１は、アンテナ列１０の両側にそれぞれ配置したダミーアンテナ２１〜２４を備える。これにより、ダミーアンテナ２１〜２４からも電波が放射されるため、アンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄが狭い場合であっても、アンテナ装置１の放射パターンの対称性を改善することができる。したがって、アンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄをより狭くすることができる。

例えば、アンテナ装置１は、レーダ装置の受信アンテナとして用いられる。レーダ装置では、送信アンテナから送信した電波が物標で反射した反射波をアンテナ装置１で受信し、受信信号に基づいて物標までの距離や水平角度等を算出する。

このとき、アンテナ装置１のアンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄが広いと、位相折返しが発生する。そのため、アンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄが物標の水平角度を一意に算出できる範囲が狭くなってしまう。あるいは、物標を一意に決定するための処理が必要となり処理負荷が増加してしまう。したがって、水平角度算出の処理負荷を低減しつつ、検出可能な水平角度範囲を広げるためにアンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄを狭く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、ダミーアンテナ２１〜２４をもうけることで、所望の放射パターンを実現しつつアンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄを狭くすることができる。そのため、アンテナ装置１は、例えばレーダ装置の受信アンテナに好適である。

［４．変形例］
なお、上述した実施形態では、ダミーアンテナ２１〜２４に整合素子２１１〜２１４を接続する場合について説明したが、これに限定されない。整合素子２１１〜２１４を設けていない場合、すなわちダミーアンテナ２１〜２４の一端が例えば開放状態であっても、ダミーアンテナ２１〜２４を設けることで、アンテナ装置２の放射パターンの対称性を改善することができる。かかる場合について図８を用いて説明する。

図８は、実施形態の変形例に係るアンテナ装置２を示す斜視図である。図８に示すアンテナ装置２は、整合素子２１１〜２１４を備えていない点を除き、図１に示すアンテナ装置１と同じ構成であるため、同一構成要素には同一符号を付し説明を省略する。

図８に示すように、アンテナ装置２のダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの一端には整合素子２１１〜２１４が接続されておらず開放状態となっている。このように、アンテナ装置２が整合素子２１１〜２１４を備えていない場合であっても、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａから放射される電波によってアンテナ装置２の放射パターンの対称性を改善することができる。

しかしながら、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの一端が開放状態となっている場合、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの放射パターンがアンテナ１１〜１４の放射パターンと異なってしまう。そのため、整合素子２１１〜２１４を備えている場合ほど放射パターンの対称性が改善されない可能性がある。

そこで、本変形例に係るアンテナ装置２では、例えばダミーアンテナ２１ａ〜２４ａをアンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄと異なる配置間隔Ｄ１で配置する。図８では、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａをアンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄより短い配置間隔Ｄ１で配置する例を示している。

このように、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの配置間隔Ｄ１を調整することで、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａとアンテナ１１〜１４との結合状態を調整することができ、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの放射パターンをアンテナ１１〜１４の放射パターンに近づけることができる。そのため、アンテナ装置２の放射パターンの対称性を改善することができる。

なお、ここでは、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの配置間隔Ｄ１をアンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄより短くするとしたが、これに限定されない。例えばダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの配置間隔Ｄ１をアンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄより長くしてもよい。

また、ここでは、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの配置間隔Ｄ１を調整するとしたが、これに限定されない。例えばダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの形状を調整することで、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの放射パターンがアンテナ１１〜１４の放射パターンに近づくように調整するようにしてもよい。

ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの形状は、例えばパッチ素子１１１ａ〜１１６ａの形状や個数を変更する、または導体線路１１１ｂ〜１１６ｂの長さや形状を変更することで調整することができる。

このように、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの形状を調整することで、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの放射パターンを調整することができ、アンテナ装置２の放射パターンの対称性を改善することができる。

なお、上述した実施形態では、アンテナ１１〜１４の給電点Ｆ１〜Ｆ４と同じ側（Ｘ軸負方向）に整合素子２１１〜２１４を配置しているが、これに限定されない。例えば、給電点Ｆ１〜Ｆ４と反対のアンテナ１１〜１４の端部側（Ｘ軸正方向）に整合素子２１１〜２１４を配置してもよい。

また、上述した実施形態では、整合素子２１１〜２１４をアンテナ１１〜１４およびダミーアンテナ２１〜２４と同じ導電性の薄膜パターンとしているが、これに限定されない。ダミーアンテナ２１〜２４の負荷接続状態が、アンテナ１１〜１４の負荷接続状態と同じになる整合素子であればよく、例えば抵抗素子を用いてもよい。

また、上述した変形例では、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの一端を開放状態にしているが、例えばグランド１２０に短絡させてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、アンテナ１１〜１４およびダミーアンテナ２１〜２４、２１ａ〜２４ａをそれぞれ４つとしているが、これに限定されない。複数のアンテナを有するアンテナ列の両側それぞれにダミーアンテナを配置すればよい。

［５．効果］
上述した実施形態および変形例に係るアンテナ装置１、２は、複数のアンテナ１１〜１４が所定方向（Ｙ軸方向）に隣接して並ぶように配置されるアンテナ列１０と、アンテナ列１０の両側にそれぞれ配置される複数のダミーアンテナ２１〜２４、２１ａ〜２４ａと、を備える。

これにより、アンテナ装置１、２の放射パターンの対称性を改善することができ、アンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄを狭くすることができる。

上述した実施形態に係るアンテナ装置１は、複数のダミーアンテナ２１〜２４の一端にそれぞれ接続される複数の整合素子２１１〜２１４をさらに備える。これにより、ダミーアンテナ２１〜２４の負荷接続状態をアンテナ１１〜１４の負荷接続状態とほぼ同じにすることができ、アンテナ装置１の放射パターンの対称性をより改善することができる。

上述した実施形態に係るアンテナ装置１の整合素子２１１〜２１４は、アンテナ１１〜１４の負荷インピーダンス値と略同一のインピーダンス値を有する。これにより、ダミーアンテナ２１〜２４の負荷接続状態をアンテナ１１〜１４の負荷接続状態とほぼ同じにすることができ、アンテナ装置１の放射パターンの対称性をより改善することができる。

上述した実施形態に係るアンテナ装置１では、整合素子２１１〜２１４から放射される放射パターンの偏波方向と、アンテナ１１〜１４から放射される放射パターンの偏波方向とが略直交する。これにより、整合素子２１１〜２１４から放射される電波がアンテナ１１〜１４およびダミーアンテナ２１〜２４に与える影響を小さくすることができる。

上述した実施形態に係るダミーアンテナ２１〜２４は、アンテナ１１〜１４と略同一の形状を有する。これにより、ダミーアンテナ２１〜２４の放射パターンをアンテナ１１〜１４の放射パターンに近づけることができ、アンテナ装置１の放射パターンの対称性をより改善することができる。

上述した実施形態に係るアンテナ装置１では、アンテナ列１０の端に配置されるアンテナ１１〜１４とダミーアンテナ２１〜２４との距離（配置間隔Ｄ）は、アンテナ列１０に含まれる複数のアンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄと略同一である。これにより、ダミーアンテナ２１〜２４の結合状態をアンテナ１１〜１４の結合状態とほぼ同じ状態にすることができ、アンテナ装置１の放射パターンの対称性をより改善することができる。

上述した変形例に係るダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの一端は開放状態である。このように、整合素子２１１〜２１４を設けない場合でもダミーアンテナ２１ａ〜２４ａを設けることでアンテナ装置２の放射パターンの対称性をより改善することができる。

上述した変形例に係るダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの一端は短絡状態である。このように、整合素子２１１〜２１４を設けない場合でもダミーアンテナ２１ａ〜２４ａを設けることでアンテナ装置２の放射パターンの対称性をより改善することができる。

上述した変形例に係るダミーアンテナ２１ａ〜２４ａは、アンテナ１１〜１４と異なる形状を有する。このように、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの形状をアンテナ１１〜１４の形状と異なるようにすることで、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの放射パターンをアンテナ１１〜１４の放射パターンに近づけるように調整することができる。

上述した変形例に係るアンテナ装置２では、アンテナ列１０の端に配置されるアンテナ１１〜１４とダミーアンテナ２１ａ〜２４ａとの距離Ｄ１は、アンテナ列１０に含まれる複数のアンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄと異なる。このように、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの配置間隔Ｄ１をアンテナ１１〜１４の配置間隔Ｄと異なるようにすることで、ダミーアンテナ２１ａ〜２４ａの放射パターンをアンテナ１１〜１４の放射パターンに近づけるように調整することができる。

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。したがって、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
１０アンテナ列
１１〜１４アンテナ
２１〜２４ダミーアンテナ
１１０誘電体基板
１２０グランド

Claims

複数のアンテナが所定方向に隣接して並ぶように配置され、電源により給電されて電波を放射するアンテナ列と、
前記アンテナ列の両側にそれぞれ配置され、前記アンテナから漏洩した電界により給電されて電波を放射する複数のダミーアンテナと、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
複数の前記ダミーアンテナの一端にそれぞれ接続される複数の整合素子をさらに備えること
を特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記整合素子は、
前記アンテナの負荷インピーダンス値と略同一のインピーダンス値を有すること
を特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
前記整合素子から放射される放射パターンの偏波方向と、前記アンテナから放射される放射パターンの偏波方向とが略直交すること
を特徴とする請求項２または３に記載のアンテナ装置。
前記ダミーアンテナは、
前記アンテナと略同一の形状を有すること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
前記アンテナ列の端に配置される前記アンテナと前記ダミーアンテナとの距離は、
前記アンテナ列に含まれる複数の前記アンテナの配置間隔と略同一であること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
前記ダミーアンテナの一端は開放状態であること
を特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記ダミーアンテナの一端は短絡状態であること
を特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記ダミーアンテナは、
前記アンテナと異なる形状を有すること
を特徴とする請求項７または８に記載のアンテナ装置。
前記アンテナ列の端に配置される前記アンテナと前記ダミーアンテナとの距離は、
前記アンテナ列に含まれる複数の前記アンテナの配置間隔と異なること
を特徴とする請求項８または９に記載のアンテナ装置。