JP2020058026A - アンテナ素子、およびアンテナアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】良好な放射特性を有し、量産可能なアンテナ素子を提供する。【解決手段】アンテナ素子は、導電性表面１１０ｂを有するブロック形状、あるいは板形状の導電部材１１０と、導電性表面１１０ｂに接続し、導電性表面１１０ｂから離れる方向に伸びる、導電性の突起１１３で形成される突起対１１４を、を備える。導電部材１１０は、導電性表面１１０ｂに開口し中央部が導電性表面１１０ｂに沿った、第１の方向に延びる少なくとも１つの第１のスロット１１２を有する。突起は、第１の方向と交差し、導電性表面１１０ｂに沿った第２の方向に並ぶ。アンテナ素子の製造は、二つの金型を組み合わせて空洞を形成し、空洞に流動状態にある素材を注入し固化させる事で成形する。成形品を金型から分離する際には、成形品の特定の部位に設定された受け面を金型内に配置された、突き出しピンを用いる。【選択図】図３

Description

本発明は、アンテナ素子、およびアンテナアレイに関する。

特許文献１には、アンテナアレイにおける個々のアンテナ素子としてホーンアンテナを用いたものが開示されている。ホーンアンテナは、比較的広い周波数帯域の電磁波を放射／受信できる等の、好ましい特性を備える。しかし、そのような好ましい特性を得るためには、ホーンアンテナの開口をある程度大きくする必要がある。このため、複数のホーンアンテナ素子を並べたアンテナアレイにおいては、ホーンの配置間隔を短くすることが難しい。他方で、アンテナ素子の配置間隔が大きいと、そのようなアンテナアレイの放射パターンには、斜め前方向にグレーティングローブが生じて、アンテナアレイとしての性能が大きく損なわれてしまう。

米国特許公開２０１７／０１９４７１６号

アンテナアレイの周波数特性を確保しつつ、グレーティングローブが前方に近い方位に発生すること回避したアンテナアレイを構成する事が可能な、小型のアンテナ素子であって、かつ量産可能なものを提供する。

製造に際して、相対的に移動可能な少なくとも二つの金型を組み合わせて空洞を形成し、該空洞に流動状態にある素材を注入し固化させる事で成形され、成形品を前記金型から分離する際に、該成形品の特定の部位に設定された受け面を前記金型内に配置された突き出しピンを用いて押す操作を伴う、アンテナ素子であり、かつ、導電性表面を有するブロック形状あるいは板形状の、導電部材と、前記導電性表面に接続し該導電性表面から離れる方向に伸びる、少なくとも導電性の第１の突起と導電性の第２の突起と、を備えるものであり、前記導電部材は、前記導電性表面に開口し中央部が前記導電性表面に沿った第１の方向に延びる少なくとも１つの第１のスロットを有し、前記第１の突起と前記第２の突起は、前記第１の方向と交差し前記導電性表面に沿った第２の方向に並ぶ。当該アンテナ素子は、更に、前記導電性表面を平面視した状態において、前記中央部は前記第１の突起と前記第２の突起とによって挟まれる位置に配置され、前記第１の突起の中心と前記第１のスロットの前記中央部における開口の縁との間の距離は、該第１の突起の先端面と前記導電性表面との隔たりよりも小さく、前記第２の突起の中心と前記第１のスロットの前記中央部における開口の縁との間の距離は、該第２の突起の先端面と前記導電性表面との隔たりよりも小さく、前記第１の突起および前記第２の突起の先端面の少なくとも一方には、前記受け面の一つである第１種の受け面が少なくとも一つ配置される。

本発明の一つの態様によれば、小型でアンテナ素子であり、かつ送受信可能な周波数帯域が広いアンテナ素子を、量産可能である。

図１は、本開示に係るアンテナアレイ１００の平面図である。 図２は、図１に示すアンテナアレイの一部を拡大した平面図である。 図３は、図１におけるＡ−Ａ線視断面図である。 図４は、突起１１３を部分的に拡大した斜視図である。 図５は、変形例の受け面Ｅａを有する突起１１３を部分的に拡大した斜視図である。 図６は、アンテナアレイを成形する金型ＭＢの一例を示す部分断面図である。 図７は、アンテナアレイの変形例を示す斜視図である。

図１は、本開示に係るアンテナアレイ１００の平面図である。以下、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。アンテナアレイ１００は、アンテナ素子１１１を複数個含む。図１において点線で囲った部分が一つのアンテナ素子１１１に相当する。ＸＹＺ座標系において、Ｘ軸方向（第１の方向）及びＹ軸方向は、アンテナ素子１１１がアレイ状に配列される互いに直交する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方と直交する方向である。また、平面図というとき、Ｚ方向から見た場合の図を指す。以下、このＸＹＺ座標を用いてアンテナアレイの構成を説明する。

本実施形態におけるアンテナアレイ１００は、導電性表面１１０ｂを持つ導電部材１１０に、複数のスロット１１２を設ける事で構成されている。この例において、導電部材１１０は、板形状を有する。なお、板形状以外に、ブロック形状などの、より厚さのある形状を選択することも出来る。複数のスロット１１２は、導電部材１１０をＺ方向に貫通する。複数のスロット１１２は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って二次元的に並んでいる。本実施形態では、１６個のスロット１１２が４行４列に並んでいる。スロット１１２の個数および配列の仕方は、図示される態様とは異なっていてもよい。例えば、複数のスロット１１２が一次元的に配列されていてもよい。

図２は図１の部分拡大図である。各スロット１１２は、Ｚ方向から見たときにアルファベットの「Ｈ」に類似する形状を有する。このような形状のスロット１１２を、「Ｈ型スロット」と呼ぶことがある。より具体的には、スロット１１２は中央部が第１の方向（本実施形態ではＸ方向）に延びた形状を有する。この部分を、以下では横部分１１２Ｌと呼ぶ。また、第１の方向とは異なる方向に伸び、横部分１１２Ｌを繋ぐ一対の部分を、各々のスロット１１２は含む。この部分を、以下では縦部分１１２Ｖと呼ぶ。すなわち、各々のスロット１１２は、第１の方向に伸びる横部分１１２Ｌと、第１の方向とは交差する第２の方向に沿って伸びる縦部分１１２Ｖを含む。この実施形態でスロット１１２は、横部分１１２Ｌの両端部においてそれぞれ縦部分１１２Ｖを有する。また、第２の方向はＹ方向と一致する。しかし、目的によっては、Ｙ方向とは異なる方向に縦部分１１２Ｖが伸びる形状のスロットを採用することも出来る。スロット１１２の形状は、少なくとも中央部が第１の方向に延びる形状を有していれば、Ｈ型以外でもよい。縦部分の無いＩ型、あるいはＵ型等が採用可能である。

アンテナアレイ１００は、導電性表面１１０ｂ上において、Ｙ方向において隣接するスロット１１２の間に、突起１１３を有する。各突起１１３は、基端において導電性表面１１０ｂに接続し、導電性表面から離れる方向（＋Ｚ方向）に伸びる。突起１１３は少なくとも表面が導電性を有する。突起１１３は、スロット１１２の開口の縁に隣接して配置され、導電性表面１１０ｂから突出する。複数のスロット１１２の内の少なくとも一つの中央部は、二つの突起１１３によって挟まれている。この二つの突起１１３は、第１の方向に対して交差する方向に並ぶ。この例では、二つの突起１１３がＹ方向に沿って並ぶが、この態様に限らない。また、二つの突起１１３が並ぶ方向と第２の方向が異なっていても良い。この例では、第２の方向は第１の方向に対して９０度の角をなすが、この角度に限らない。例えば、アンテナアレイの構成によっては、６０度であっても良い。

このように、スロット１１２を間に挟んで並ぶ二つの突起１１３を、以下では突起対１１４と呼ぶことがある。突起対１１４を構成する各々の突起１１３のＹ方向を向く側面は、互いに対向する。突起対１１４とスロット１１２との組み合わせは、１つのアンテナ素子１１１として機能する。このため、以下では、２つの突起１１３とスロット１１２との組み合わせを、適宜「突起付きアンテナ素子」または単に「アンテナ素子」と呼ぶ。

スロット１１２の開口を平面視した場合、中央部１１２Ｃの＋Ｙ方向（第２の方向における一方側）の縁１１２Ｃ１は、＋Ｙ方向側に位置する突起１１３に隣接する。同様に、中央部１１２Ｃの−Ｙ方向（第２の方向における他方側）の縁１１２Ｃ２は、−Ｙ方向側に位置する突起１１３に隣接する。一つのスロット１１２についてみた場合、この例では、縁１１２Ｃ１および１１２Ｃ２は、それぞれが隣接する突起１１３よりも、スロット１１２の中心に近い側に位置する。また、突起１１３の中心から隣接するスロット１１２の中心までの距離は、突起の先端面１１３ｔと導電性表面１１０ｂの間隔たりよりも小さい。すなわち、Ｙ方向において隣接する２つの突起１１３が密に配置された構造を有する。この例において、第１の方向（スロット１１２の中央部が延びる方向。ここではＸ方向）における、横部分１１２Ｌの幅Ｗ２は、同じく第１の方向における突起対１１４を構成するそれぞれ突起１１３の幅Ｗ１よりも小さい。横部分１１２Ｌおよび突起部材１１３の幅に、このような変動を付与することにより、個々のアンテナ素子の特性を調節することができる。

図２に示す例において、スロット１１２の縦部分１１２Ｖの縁は、横部分１１２Ｌに向けて膨出する膨出部１１６を有する。このようなスロット１１２がＸ方向（第１の方向）に並ぶ。この例において、隣り合う２つの縦部分の間の壁２１３は、互いに逆方向に膨出する２つの膨出部１１６を有する。スロット内部の凹凸は、アンテナ素子としての特性に大きな影響を及ぼす。縦部分１１２Ｖに膨出部１１６を設ける場合にも、スロット１１２のアンテナ素子としての特性は変化する。しかし、スロット１１２の他の部分の寸法や突起１１３の細部の形状を調節する事により、特性の大きな劣化は回避できる。

図３は、導電部材１１０の斜視図であり、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面も示している。断面に沿って並ぶ三つの突起１１３のうち、中央の突起１１３の高さｈ２は、隣に位置する突起１１３の高さｈ１、ｈ３よりも大きい。また、この例において、ｈ１とｈ３は等しい。この例において、高さｈ１と高さｈ３は同一であるが、異ならせることもできる。このように、突起１１３の高さに変化を与えることで、アンテナアレイの指向性を調節することができる。なお、突起１１３の高さとは、スロット１１２の開口の縁と突起１１３の先端面１１３ｔとの間の距離である。スロット１１２の開口の縁が導電性表面１１０ｂの上にある時は、突起１１３の高さは、突起１１３の先端面１１３ｔと導電性表面１１０ｂとの距離でもある。

図４は、突起１１３の拡大図である。突起１１３の側面の内、スロット１１２側に位置する側面には凸部１１３ｃがある。突起１１３の側面の凸部１１３ｃは、スロット１１２に向けて膨出し、かつ突起１１３の高さ方向（Ｚ方向）に伸びる。また、凸部１１３ｃの一端は、先端面１１３ｔに達する。この例において、凸部１１３ｃは、スロット１１２を挟んで隣り合う二つの突起１１３（突起対１１４）の両方の側面に配置される（図３参照）。このような構成とする事で、スロット１１２と一対の突起１１３で構成されるアンテナ素子の特性を改善する事ができる。但し、必要に応じて、一方の側面のみに凸部１１３ｃを配置しても良い。凸部１１３ｃが先端面１１３ｔに達する部分では、先端面１１３ｔの第２の方向で測った幅が、局所的に大きい。この、先端面１１３ｔの幅が局所的に大きくなっている部分（幅広部１１３ｗ）に、後述する受け面Ｅａを配置する事ができる。なお、受け面Ｅａは、全体が幅広部１１３ｗに位置する必要は無い。少なくともその一部が、幅広部１１３ｗに配置される。

本開示にかかわるアンテナ素子、およびアンテナアレイ１００は、ダイキャスティング法などの、型を用いる方法で成形される。それらの方法では、相対的に移動可能な少なくとも二つの金型を組み合わせて空洞を形成し、該空洞に流動状態にある素材を注入し固化させる事で製品が成形される。そして、成形品を前記金型から分離する際に、該成形品の特定の部位に設定された部位を前記金型内に配置された突き出しピンを用いて押す操作を伴う。成型品において、この突き出しピンの先端が接し、力を受ける部分を、本開示では受け面と呼ぶ。突き出しピンが配置される部分においては、金型の内周面に微小な不連続が伴うため、成型品の表面にも、この不連続に起因するマークが生ずる事が多い。

スロット１１２の両側に突起１１３を配置することで、スロット１１２のアンテナとしての特性が大きく改善させられる。一対の突起１１３とその間のスロット１１２は、併せて一つのアンテナ素子を構成していると見なすことも出来る。この場合、第２の方向（Ｙ方向）において隣り合う２つのアンテナ素子は、間に位置する一つの突起１１３を共有する。一般に突起１１３の形状は、アンテナ素子の特性を大きく左右する。しかし、先端面１１３ｔに配置される受け面は、それが凹みである場合および凸である場合の何れにおいても、アンテナ素子の特性に与える影響が小さい。このため、先端面１１３ｔに受け面が必用であれば、比較的自由に配置する事ができる。なお、受け面Ｅａは周囲よりも突出させた形状を選択し得る。受け面Ｅａを凹ませた場合および突出させた場合の何れにおいても、受け面Ｅａと周囲との高さの差が凸部１１３ｃの突出量の最大値よりも小さければ、アンテナ素子の特性に与える影響は軽微である。なお、この例において、凸部１１３ｃの突出量が最大となるのは、凸部１１３ｃが先端面１１３ｔに接続する部分である。

図２に示す様に、Ｘ方向において隣り合う、スロット１１２の縦部分１１２Ｖの間に位置する壁２１３にも受け面Ｅａを配置することも出来る。突起１１３の先端に配置される受け面Ｅａと区別する為に、壁２１３に配置される面Ｅａを、以下第２種の受け面と呼ぶ。これに対して、突起１１３先端の受け面を、以下では第１種の受け面と呼ぶことがある。
図２に示す例では、Ｘ方向において隣り合う２つの縦部分１１２Ｖの間の壁２１３は、互いに逆方向に膨出する２つの膨出部１１６を有する。この２つの膨出部１１６の間では、壁２１３の幅が局部的に大きい。この部分に、第２種の受け面Ｅａが配置されている。この例における配置では、スロットの中央部（横部分）１１２Ｌを第１の方向に沿って仮想的に延長した場合、延長された中央部はこの部分と交差する。但し、他の配置を選択する事も可能である。スロット１１２の傍に受け面Ｅａを配置する事で、スロット１１２付近の部位の離型をより確実にする。

Ｈ型のスロット１１２を備えたアンテナ素子を採用する事により、特にＸ方向におけるアンテナ素子の配置間隔を短縮する事ができる。本実施形態において、アンテナアレイ１００のＸ方向におけるアンテナ素子の配置間隔は０．５９λｏである。Ｙ方向におけるアンテナ素子の配置間隔は０．６９λｏである。ここで、λｏは、送信または受信される周波数帯域の中心周波数における自由空間波長である。また、スロット１１２の第１の方向に伸びる中央部分に隣接して突起１１３を配置する事により、アンテナ素子が送受信可能な電磁波の、周波数範囲を拡大する事ができる。このように、アンテナ素子間の配置間隔がλｏよりも小さいため、これら複数のアンテナ素子で構成されるアンテナアレイ１００には、Ｘ方向においてグレーティングローブが現れ難い。

＜アンテナアレイの製造方法＞
上記アンテナアレイ１００は、例えば、１つ以上の型を組み合わせた状態で、その内側を、流動状態にある素材で満たした後、素材を固化させることによって製造され得る。

流動状態にある素材としては、溶融した金属、反凝固状態にある金属、流動状態にある樹脂、硬化前の熱硬化性樹脂素材、またはバインダーと混合して流動性を付与した金属粉などを用いることができる。

上記の流動状態にある素材を型の内部に充填する方法としては、圧力をかけて注入するダイキャスティングまたは射出成形法などを利用することができる。型の素材としては、耐久性を備える熱間工具鋼が量産のためには好ましいが、これに限定されない。

型としては、２つ、或いは３つ以上の複数の型を組み合わせて内部空洞を形成し、そこに素材を注入できるようにする構成が最も一般的である。そして、注入された素材が固化した後、型を分離して成形品を取り出す。

図６は、アンテナアレイ１００を成形する金型ＭＢの一例を示す部分断面図である。仮に、キャビティＣＶが固化した素材が満たされている状態で、この部分断面を描いたとすると、固化した素材が切断される面は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面になる。

金型ＭＢは、固定型ＦＭと可動型ＭＭとを含む。金型ＭＢは、より一般的には、少なくとも２つの金型を含む。３つ以上の金型を用いても良い。図６においては、成形品１から得られるアンテナアレイ１００を説明する為に用いたものと同じ、ＸＹＺ座標系が示されている。固定型ＦＭと可動型ＭＭとを組み合わせることで、内部空洞であるキャビティＣＶが形成される。通常は、可動型ＭＭを−Ｚ方向に移動させることで、内部空洞を形成し、＋Ｚ方向に移動させることで可動型ＭＭを固定型ＦＭから分離する。但し、必要に応じて、別の動作をさせても良い。なお、成形品１の形状とアンテナアレイ１００の形状は、図示する範囲においては一致する。よって、以下では、成形品１という言葉とアンテナアレイ１００という言葉とは、区別せずに用いる。

本実施形態における可動型ＭＭは、入れ子１２１を有する。固定型ＦＭと可動型ＭＭが組み合わされた状態において、先端が固定型ＦＭと接触する柱１１２Ｍを、入れ子１２１は複数個有する。柱１１２Ｍの周面は、スロット１１２の内周面を形成する。入れ子１２１は、隣り合う何れか２つの柱１１２Ｍの間に、Ｚ方向に伸びる第３凹部１１３Ｍを複数個有する。第３凹部１１３Ｍによって、アンテナアレイ１００における突起１１３が形成される。入れ子１２１は柱１１２Ｍを有し、Ｙ方向に沿って並ぶ第３凹部１１３Ｍの間に配置されている。第３凹部１１３Ｍの底には、突起１１３の先端面を形成する、底面１１３ｔＭがある。

複数個の底面１１３ｔＭの何れか一つ以上には、貫通孔ＥＨが開口する。貫通孔ＥＨは、入れ子１２１をＺ方向に貫通する。貫通孔ＥＨには、突き出しピン（ejector pin）ＥＰが収容されている。突き出しピンＥＰの外径は、貫通孔ＥＨの内径よりも僅かに小さい。この場合における“僅かに”とは、突き出しピンＥＰが貫通孔ＥＨ内部に固着することなく移動可能でありながら、キャビティＣＶに注入された流動状態にある素材がこの貫通孔から漏れ出る量が、アンテナアレイ１００を製造する上で許容可能な程度に少ない、状態が得られる程度の寸法差を意味する。このような寸法関係とする事で、突き出しピンＥＰは、入れ子１２１に対して、Ｚ方向に移動自在である。突き出しピンＥＰの先端が、第３凹部１１３Ｍの底面１１３ｔＭに位置する結果として、受け面Ｅａ（第１種の受け面）は成形品１の突起１１３の先端部に位置する。なお、金型ＭＢのキャビティＣＶ形状の細部の説明は、成形品１（アンテナアレイ１００）の形状の説明をもって代える。本開示に係るアンテナアレイ１００の製造方法においては、キャビティＣＶを流動状態にある素材で隙間なく充填した後、充填時の形状を保ったまま固化させることを前提としている。このような状態では、成形品１の細部形状を説明する事で、キャビティＣＶの形状の細部を説明したことになる。なお、凝固収縮やヒケや反りなどによる形状の僅かな変化があったとしても、ここでは“充填時の形状を保”つ状態に含まれると見なす。

上記の金型ＭＢを用いてアンテナアレイ１００を製造する手順について説明する。

素材が金属材料である場合、アンテナアレイ１００の製造方法は、金型ＭＢを準備する工程と、金型ＭＢに流動状態の素材を注入し、固化させて成形品１を成形する成形工程と、成形品１を金型ＭＢから離型させる離型工程と、成形品１から、ゲート、オーバーフロー、バリ、等を除去する、後工程とを含む。

素材が樹脂材料である場合、完成したアンテナアンテナアレイ１００は射出成形された成形品１と、成形品１の表面の少なくとも一部を覆う導電性の導電層とを有する。流動状態の素材が樹脂材料である場合、アンテナアレイ１００の製造方法は、金型ＭＢに流動状態の素材を注入して固化させ成形品１を成形する成形工程と、成形工程後に成形品１を金型ＭＢから離型させる離型工程と、成形品１から、ランナー、ゲート、バリ、等を除去する成型後工程と、成形品１の表面の少なくとも一部を導電層で被覆する、メッキ処理等の被覆工程を含む。被覆工程において導電層で被覆される領域は、スロット１１２の内周面、導電性表面１１０ｂと、突起１１３の表面とを含む。

成形工程においては、流動状態の素材が金型ＭＢの内部に注入される。金型ＭＢ内部で素材が固化し、成形品１として成形された後、可動型ＭＭを固定型ＦＭに対して離れる方向に移動させる。可動型ＭＭの移動により固定型ＦＭと可動型ＭＭとは分離し、成形工程は終了する。引き続いて、離型工程が実行される。

離型工程では、突き出しピンＥＰが可動型ＭＭに対して−Ｚ方向に駆動される。−Ｚ方向に駆動された突き出しピンＥＰは、可動型ＭＭに固着している成形品１における突起１１３の受け面Ｅａ（第１種の受け面）を−Ｚ方向に向けて押す。突き出しピンＥＰにより受け面Ｅａを押された成形品１は、可動型ＭＭから離れる。なお、離型工程は、固定型ＦＭと可動型ＭＭを分離する際に、同時に行う事も出来る。

本実施形態では、成形されるアンテナアレイ１００が、突起１１３の側面に凸部１１３ｃを有する。このため、凸部１１３ｃと突起１１３の先端面１１３ｔが交わる部分において、先端面１１３ｔの幅（Ｙ方向の幅）が局所的に広い。この幅が広い部分に受け面Ｅａを配置する事により、個々の受け面Ｅａの面積を大きくする事が出来る。このため、より直径の大きな突き出しピンＥＰを用いてより強い力で駆動しつつ、先端面１１３ｔの損傷を避けられる。本実施形態における成形品１は、複数の突起１１３を有し、離型抵抗が大きいが、より強い力で突き出しピンＥＰを駆動できるため、成形品１を金型（可動型ＭＭ）から分離する事より容易になる。なお、凸部１１３ｃは、必須ではない。アンテナアレイ１００の特性確保などのために必要であれば、凸部の無い構造を選択することも出来る。

図４および図５に示す様に、この例において、突起１１３は、平坦な先端面１１３ｔを有する。但し、曲面であっても良い。先端面１１３ｔを平面とする事で、金型ＭＢの製作がより容易になる。本実施形態において受け面ＥａはＺ方向に視て円形であるが、本願の発明において、受け面Ｅａの形状は円形に限られない。ひし形や楕円形であっても良い。あるいは、２つの円形が繋がったアレイ型の受け面Ｅａであっても良い。導電性表面１１０ｂを平面視した状態（Ｚ方向に沿って見下ろした状態）において、受け面Ｅａは平坦面上に位置し、平坦面の重心は、受け面Ｅａの内側に位置する。

先端面１１３ｔの重心が受け面Ｅａの内側に位置するため、離型工程において、突き出しピンＥＰは先端面１１３ｔの重心を押す。このため、本実施形態の製造方法ではアンテナアレイ１００をより確実に離型させることができる。

図２に示す様に、Ｘ方向において隣り合う、スロット１１２の縦部分１１２Ｖの間に位置する壁２１３にも受け面Ｅａ（第２種の受け面）を配置することも出来る。この部分に受け面Ｅａを追加する事でアンテナアレイ１００をより円滑に離型させる事が出来る。第２種の受け面の形状はこの例では円形である。しかし、第１種の受け面と同様に、第２種の受け面も様々な形状を選択する事ができる。

図５は、変形例の受け面Ｅａを有する突起１１３を部分的に拡大した斜視図である。
突き出しピンＥＰの先端が、可動型ＭＭにおいて受け面Ｅａの周囲を成形する面よりも突出している場合に、成形された突起１１３の先端面１１３ｔに位置する受け面Ｅａは、周囲よりも凹む。

図４および図５に示す様に、本実施形態の製造方法に係るアンテナアレイ１００では、スロット１１２に近接して突起１１３が配置されている。より正確には、導電性表面１１０ｂを平面視した状態において、導電性表面１１０ｂに接続する突起１１３の基端と、スロット１１２の中央部の開口の縁との隔たりは、突起１１３の先端面１１３ｔと導電性表面１１０ｂとの間の隔たりよりも小さい。図１および図３で明らかなように、一つのスロット１１２は、＋Ｙ側に位置する突起１１３（第１の突起）と、−Ｙ側に位置する突起１１３（第２の突起）を伴う。すなわち、スロット１１２の中央部はＸ方向（第１の方向）の伸び、その中央部をＹ方向（第２の方向）に並ぶ、２つの突起１１３によって挟まれている。そして、それら２つの突起１１３の何れについても、基部とスロット１１２の中央部の開口の縁との隔たりは、突起１１３の先端面１１３ｔと導電性表面１１０ｂとの間の隔たりよりも小さい。このような配置とする事で、Ｅ面方向（後述）における寸法の小さなアンテナ素子を実現できる。そして、そのようなアンテナ素子を複数有するアンテナアレイ１００は、Ｅ面方向におけるアンテナ素子の配置間隔を短くすることで、Ｙ方向（Ｅ面方向）におけるグレーティングローブの発生を抑制できる。

しかし、このような配置を取る事により、スロット１１２の内周面と、突起１１３の周面という、縦方向（Ｚ方向）に長く拡がった面が、狭い領域に集中して配置されることになる。この“縦方向”は、離型工程において金型が移動する方向であるため、アンテナアレイ１００は、突起１１３の周辺において離型時に大きな抵抗を受け、場合によっては成型品が破損する可能性もある。
本実施形態の製造方法においては、Ｚ方向に長く拡がった面が集中する領域の傍である、突起１１３の先端面１１３ｔに受け面Ｅａを配置し、ピンＥＰで押す構成を採る事により、離型工程におけるこの問題の発生を抑制できる。受け面Ｅａは、第１の突起１１３と第２の突起１１３の両方の先端面１１３ｔに、それぞれ配置する方がより好ましいが、片方であっても効果は得られる。

なお、本願のアンテナアレイ１００の成型に用いる素材としては、樹脂、金属、の何れも用いる事が出来る。キャビティＣＶ内部に注入される際には流動可能な状態にあるが、その後金型内で流動性を失って固化する性質を持つ素材であれば、基本的にはどのような素材でも利用する事ができる。具体的には、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、或いはこれら元素を主成分とするISOあるいはANSI等の工業規格にて規定されている合金を、素材として用いる事が出来る。また、レオキャスティング、チクソモールディング等の、半溶融状態にある金属を金型内に注入する手法も利用できる。

樹脂としては、熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂を用いる事が可能である。但し、樹脂を素材とする場合は、後工程にて、表面に導電性を付与する必要がある。導電性を付与する方法としては、Physical Vapor Depositionを利用することも出来るが、生産性を考慮すれば、メッキ処理を選択する事が好ましい。このため、樹脂素材も、メッキ性が良好な種類のものを用いる事がより好ましい。より具体的には、Polycarbonate樹脂、PC/ABS（Polycarbonate／Acrylonitrile butadiene styrene）、シンジオタクチックポリスチレン樹脂（syndiotactic polystyrene、或いはＳＰＳ樹脂）等のエンジニアリングプラスチックを用いる事が出来る。或いは、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を用いても良い。

図７は、アンテナアレイ１００の変形例１００ｂを示す斜視図である。この図において、上述した実施形態で説明した図１から図５と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図７に示すように、本変形例のアンテナアレイ１００ｂは、個々の突起１１３のＹ方向（Ｅ面方向）の広がりが、図１〜図５で説明したアンテナアレイ１００よりも、広い。このため、突起１１３の形態は、やや壁に似る。しかし、外壁１６０等と区別するため、以下では突起と呼ぶ。突起対１１４の間の間隙の大きさ（すなわちＹ方向において、スロット１１２を挟んで対向する２つの突起１１３間の距離）は、当該突起対１１４の基部１１４ｂから頂部１１４ｔに進むに従って単調に拡大する。本変形例のアンテナアレイ１００ｂでは、６つのアンテナ素子がＸ方向とＹ方向に並び、二次元の配列を成している。６つのアンテナ素子は、導電性の外壁１６０で囲まれている。外壁１６０は、Ｘ方向に延びる一対の第１部分１６０Ｘと、Ｙ方向に延びる一対の第２部分１６０Ｙとを有し、Ｚ方向から見た場合矩形である。すなわち、外壁１６０は連続した壁である。

この外壁１６０の内側には、隣り合うアンテナ素子を仕切る導電性の複数の内壁が配置されている。これらの内壁は、Ｅ面方向（本実施形態ではＹ方向）に沿って延びる複数の内壁１６０Ｅと、Ｈ面方向（本実施形態ではＸ方向）に沿って延びる複数の内壁１６０Ｈとを含む。これらの内壁１６０Ｅ、１６０Ｈの各々は、その中央部において連続しておらず、途切れている。

本明細書において、「Ｅ面」とは、導電性表面１１０ｂに垂直であり、かつ、一対の突起１１４の内の一方の突起から他方の突起に向かう方向を含む面である。また「Ｈ面」とは、導電性表面１１０ｂに垂直であり、かつ、Ｈ型のスロットの横部分１１２Ｌが伸びる方向（Ｘ方向、または第１の方向）を含む面である。アンテナアレイ、および該アレイを構成するアンテナ素子は、入射する電磁波の電界のベクトルＥ面に平行であり、かつ磁界のベクトルがＨ面に平行な電波を、最も効率よく受信する。このため、それぞれの面を、Ｅ面、あるいはＨ面と呼ぶ。導電性表面１１０ｂに垂直な方向（Ｚ方向）から見たときに、Ｈ面に平行な方向が「Ｈ面方向」であり、Ｅ面に平行な方向が「Ｅ面方向」である。本変形例では、Ｈ面方向はＸ方向に一致し、Ｅ面方向はＹ方向に一致する。

外壁１６０及び内壁１６０Ｅ、１６０Ｈの各々は、導電性表面１１０ｂからＺ方向に広がる壁または突起である。内壁１６０Ｅは、Ｚ方向視でＹ方向に延びる。内壁１６０Ｈは、Ｚ方向視でＸ方向に延びる。すなわち、本変形例におけるアンテナアレイ１００ｂが含む壁または突起は、Ｙ方向に延びる第１部分１６０Ｅ、１６０Ｙと、Ｘ方向に延びる第２部分１６０Ｈ、１６０Ｘを有する。突き出しピンＥＰを受ける受け面Ｅａは、第１部分１６０Ｅと第２部分１６０Ｈまたは１６０Ｘが交差する部分、および第１部分１６０Ｙと第２部分１６０Ｈまたは１６０Ｘが交差する部分、あるいは突起１１３と第２部分１６０Ｘが交差する部分に配置かれる。なお、図７の例においては、突起１１３と第２部分１６０Ｈは接続していない。しかし、更に他の変形例においては、突起１１３と第２部分１６０Ｈが接続した構造も採用し得る。そのような場合には、突起１１３と第２部分１６０Ｈが交差する部分にも、受け面Ｅａを配置する事が可能である。なお、これら受け面Ｅａは、各外壁１６０および内壁１６０Ｅ、１６０Ｈの上端面（Ｚ方向側の端部）に配置されることがより好ましい。

離型工程に際して、互いに直交する第１部分１６０Ｅ、１６０Ｘと第２部分１６０Ｈ、１６０Ｙとが交差する部分は、可動型ＭＭに強い力で保持されている。本変形例では、可動型ＭＭに強い力で保持されている部分を、離型工程において突き出しピンＥＰで押すことにより、成形品１を効果的に離型させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

＜応用例＞
本開示の実施形態におけるアンテナ素子、またはアンテナアレイは、例えば車両、船舶、航空機、ロボット等の移動体に搭載されるレーダ装置またはレーダシステムに好適に用いられ得る。レーダ装置は、上述したいずれかの実施形態におけるアンテナアレイと、当該アンテナアレイに接続されたＭＭＩＣなどのマイクロ波集積回路とを備える。レーダシステムは、当該レーダ装置と、当該レーダ装置のマイクロ波集積回路に接続された信号処理回路とを備える。信号処理回路は、例えば、マイクロ波集積回路によって受信された信号に基づき、到来波の方位を推定する処理等を行う。信号処理回路は、例えば、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、およびＳＡＧＥ法などのアルゴリズムを実行して、到来波の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力するように構成され得る。信号処理回路は、さらに、公知のアルゴリズムにより、到来波の波源である物標までの距離、物標の相対速度、物標の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力するように構成されていてもよい。

本開示における「信号処理回路」の用語は、単一の回路に限られず、複数の回路の組み合わせを概念的に１つの機能部品として捉えた態様も含む。信号処理回路は、１個または複数のシステムオンチップ（ＳｏＣ）によって実現されてもよい。例えば、信号処理回路の一部または全部がプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）であるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）であってもよい。その場合、信号処理回路は、複数の演算素子（例えば汎用ロジックおよびマルチプライヤ）および複数のメモリ素子（例えばルックアップテーブルまたはメモリブロック）を含む。または、信号処理回路は、汎用プロセッサおよびメインメモリ装置の集合であってもよい。信号処理回路は、プロセッサコアとメモリとを含む回路であってもよい。これらは信号処理回路として機能し得る。

本開示の実施形態のアンテナ素子およびアンテナアレイは、従来の構成と比較して、配置される面の面積を著しく小さくすることができる。このため、当該アンテナアレイを搭載したレーダシステムを、例えば車両のリアビューミラーの鏡面の反対側の面のような狭小な場所、またはＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ、所謂ドローン）のような小型の移動体にも容易に搭載することができる。なお、レーダシステムは、車両に搭載される形態の例に限定されず、例えば道路または建物に固定されて使用され得る。

アンテナアレイを備えたレーダシステム、通信システム、および各種監視システムの応用例が、例えば米国特許第９７８６９９５号明細書、に開示されている。当該文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。本開示のアンテナアレイは、当該文献に開示された各応用例に適用することができる。
なお、ＭＭＩＣなどのマイクロ波集積回路と導波路とを接続する構造は、例えば、米国特許出願第１５／９９６７９５、米国特許出願第１６／０２２８９３、米国特許出願第１６／１４５４９１、米国特許出願第１６／１７０１７２、米国特許出願第１６／２３４７４９、国際特許出願公開第２０１８／１０５５１３に開示されている。当該文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。

本開示のアンテナ素子およびアンテナアレイは、アンテナを利用するあらゆる技術分野において利用可能である。例えばギガヘルツ帯域またはテラヘルツ帯域の電磁波の送受信を行う各種の用途に利用され得る。特に小型化が求められる車載レーダシステム、各種の監視システム、屋内測位システム、および無線通信システムに好適に用いられ得る。

ＭＢ…金型、
ＦＭ…固定型、
ＭＭ…可動型、
ＣＶ…キャビティ、
Ｅａ…受け面、
ＥＰ…突き出しピン、
１…成型品、
１１０…導電部材、
１１０ｂ…導電性表面、
１１１…アンテナ素子、
スロット…１１２、
スロットの中央部…１１２Ｃ、
スロット中央部の開口の縁…１１２Ｃ１、１１２Ｃ２、
１１３…突起、
１１３ｔ…突起の先端面

Claims (11)

1. 製造に際して、
   相対的に移動可能な少なくとも二つの金型を組み合わせて空洞を形成し、該空洞に流動状態にある素材を注入し固化させる事で成形され、
   成形品を前記金型から分離する際に、該成形品の特定の部位に設定された少なくとも一つの受け面を前記金型内に配置された突き出しピンを用いて押す操作を伴う、
   アンテナ素子であって、
   導電性表面を有するブロック形状あるいは板形状の、導電部材と、
   前記導電性表面に接続し該導電性表面から離れる方向に伸びる、導電性の第１の突起と導電性の第２の突起と、
   を備え、
   前記導電部材は、前記導電性表面に開口し中央部が前記導電性表面に沿った第１の方向に延びる少なくとも１つの第１のスロットを有し、
   前記第１の突起と前記第２の突起は、前記第１の方向と交差し前記導電性表面に沿った第２の方向に並び、
   前記導電性表面を平面視した状態において、
   前記中央部は前記第１の突起と前記第２の突起とによって挟まれる位置に配置され、
   前記第１の突起の中心と前記第１のスロットの前記中央部における開口の縁との間の距離は、該第１の突起の先端面と前記導電性表面との隔たりよりも小さく、
   前記第２の突起の中心と前記第１のスロットの前記中央部における開口の縁との間の距離は、該第２の突起の先端面と前記導電性表面との隔たりよりも小さく、
   前記第１の突起および前記第２の突起の先端面の少なくとも一方には、前記少なくとも一つの受け面の一つである第１種の受け面が少なくとも一つ配置される、
   アンテナ素子。
2. 前記第１のスロットは前記第１の方向と交差する方向に伸びる一対の縦部分を含み、
   前記一対の縦部分は前記中央部によって接続され、
   前記導電性表面は前記中央部を仮想的に延長した部位に、前記受け面の一つである第２種の受け面を少なくとも一つ有し、
   前記第２種の受け面と該第２種の受け面に最も近い前記縦部分の縁との間の距離は、該第２種の受け面の直径よりも小さい、
   請求項１のアンテナ素子。
3. 少なくとも前記第１の突起は、前記第１のスロットに向けて膨出し該第１の突起の高さ方向に伸びる凸部を側面に有する、
   請求項１または２のアンテナ素子。
4. 少なくとも前記第１の突起は、前記第１のスロットに向けて膨出し該第１の突起の高さ方向に伸びる凸部を側面に有し、
   前記凸部の一端は前記先端面に達して、前記先端面に幅広部を与え、
   前記第１種の受け面の少なくとも一部は、前記幅広部に位置する、
   請求項１または２のアンテナ素子。
5. 前記受け面は、周囲よりも凸、または凹となっている、
   請求項１から４のいずれかのアンテナ素子。
6. 前記受け面と周囲との高さの差は、前記凸部の突出量の最大値よりも小さい、
   請求項５のアンテナ素子。
7. 少なくとも前記第１の突起は、前記先端面に平坦面を有し、
   前記導電性表面を平面視した状態において、
   前記先端面の重心は、前記第１種の受け面内に位置する、
   請求項１から６のいずれかのアンテナ素子。
8. 請求項１から７の何れかのアンテナ素子を少なくとも二つ含む複数のアンテナ素子と、
   前記導電性表面に接続し該導電性表面から離れる方向に伸びる、導電性の第３の突起と、
   を含み、
   前記導電部材は、前記導電性表面に開口し中央部が前記第１の方向に沿って延びる第２のスロットを有し、
   前記第１の突起、前記第２の突起、および前記第３の突起は、前記第２の方向に沿ってこの順に並び、
   前記導電性表面を平面視した状態において、
   前記第２のスロットの前記中央部は、前記第２の突起と前記第３の突起によって挟まれる位置に配置され、
   前記第２の突起の基端における周面と前記第２のスロットの前記中央部における開口の縁との間の距離は、該第２の突起の前記先端面と前記導電性表面との隔たりよりも小さく、
   前記第３の突起の基端のおける周面と前記第２のスロットの前記中央部における開口の縁との間の距離は、該第３の突起の先端面と前記導電性表面との隔たりよりも小さく、
   前記第１の突起から前記第３の突起の内、少なくとも前記第１の突起と前記第３の突起には、各々前記第１種の受け面が配置される、
   アンテナアレイ。
9. 請求項１、または３から７の何れかのアンテナ素子を少なくとも二つ含む複数のアンテナ素子を有し、
   前記導電部材は、前記導電性表面に開口し中央部が前記第１の方向に沿って延びる第３のスロットを有し、
   前記第３のスロットは、前記第１の方向と交差する方向に伸び、前記中央部によって互いに接続される、一対の縦部分を含み、
   前記第１のスロットおよび前記第３のスロットは、前記第１の方向に沿って並び、
   前記第１のスロットの一対の縦部分の一つと前記第３のスロットの一対の縦部分の一つの間には、前記導電部材の一部である壁によって隔てられ、
   前記壁の上には、前記少なくとも一つの受け面の一つである第２種の受け面が配置される、
   アンテナアレイ。
10. 請求項９のアンテナアレイであって、
    前記導電性表面に接続し該導電性表面から離れる方向に伸びる、導電性の第３の突起を更に含み、
    前記導電部材は、前記導電性表面に開口し中央部が前記第１の方向に沿って延びる第２のスロットを有し、
    前記第１の突起、前記第２の突起、および前記第３の突起は、前記第２の方向に沿ってこの順に並び、
    前記導電性表面を平面視した状態において、
    前記第２のスロットの前記中央部は、前記第２の突起と前記第３の突起によって挟まれる位置に配置され、
    前記第２の突起の基端における周面と前記第２のスロットの前記中央部における開口の縁との間の距離は、該第２の突起の前記先端面と前記導電性表面との隔たりよりも小さく、
    前記第３の突起の基端のおける周面と前記第２のスロットの前記中央部における開口の縁との間の距離は、該第３の突起の先端面と前記導電性表面との隔たりよりも小さく、
    前記第１の突起から前記第３の突起の内、少なくとも前記第１の突起と前記第３の突起には、各々前記第１種の受け面が配置される、
    アンテナアレイ。
11. 請求項８から１０のいずれかのアンテナアレイと、
    前記アンテナアレイに接続されたマイクロ波集積回路と、
    を備えるレーダ装置。

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