JP2022098238A

JP2022098238A - アンテナ装置

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Publication number: JP2022098238A
Application number: JP2020211654A
Authority: JP
Inventors: 一浩青木; Kazuhiro Aoki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2040-12-21
Also published as: JP7543895B2; WO2022138551A1; CN116635737A; US20230335923A1; DE112021006563T5

Abstract

【課題】大型化が抑制された、送信アンテナ及び受信アンテナを備えたアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置２は、２つの第２アンテナ２１，２２と、第１アンテナ３１とを備える。２つの第２アンテナ２１，２２は、放射方向への電波の送信を行う。第１アンテナ３１は、放射方向へ送信された電波の反射波の受信を行う。２つの第２アンテナ２１，２２の各々は、第２方向Ｒにおいて互いに隔てて配置されている。第２アンテナ２１と第１アンテナ３１とは、第１方向Ｚにおいて互いに隔てて配置され、且つ第１方向Ｚにおいて互いに少なくとも部分的にオーバーラップしている。【選択図】図５

Description

本開示は、アンテナ装置に関する。

特許文献１には、車両に搭載されるアンテナ装置が開示されている。アンテナ装置は、基板の表面に配置された２つの送信アンテナ及び４つの受信アンテナを備える。２つの送信アンテナの各々は、送信信号を送信する。４つの受信アンテナの各々は、物体で反射された送信信号、即ち反射波を受信する。

２つの送信アンテナ及び４つの受信アンテナは、次のような設計条件に従って設けられている。即ち、４つの受信アンテナは、基板の表面に平行な空間方向Ｒに沿って互いに間隔ｄ隔てて配置される。２つの送信アンテナは、空間方向Ｒに沿って互いに間隔４ｄ隔てて配置される。４つの受信アンテナそれぞれの位相中心は、空間方向Ｒにおいて、２つの送信アンテナそれぞれの位相中心の間に存在する。

このような設計条件を満たすために、２つの送信アンテナは、４つの受信アンテナが配置されている位置から空間方向Ｓへ完全にずらして配置されている。空間方向Ｓは、基板の板面に平行且つ空間方向Ｒに垂直である。

米国特許第８６６５１３７号明細書

発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載のアンテナ装置において、次に述べるような課題が見出された。即ち、２つの送信アンテナが、４つの受信アンテナから空間方向Ｓへ完全に離間して配置されているため、アンテナ装置の大型化を招く。アンテナ装置の大型化は、アンテナ装置が搭載される車両にも影響を及ぼす。具体的には、２つの送信アンテナからの送信信号を車両前方へ透過させるための透過口と、車両へ到来した反射波を４つの受信アンテナへ透過させるための透過口とを、それぞれ別個に確保する必要がある。つまり、アンテナ装置で送信及び受信される電波を透過させるために車両側に大きな透過口を確保する必要がある。

仮に、２つの送信アンテナの間に４つの受信アンテナを配置できるならば、アンテナ装置全体の大型化を抑制可能である。しかし、２つの送信アンテナの間隔４ｄは、４つの受信アンテナ全体の空間方向Ｒの幅よりも短い。そのため、２つの送信アンテナの間に４つの受信アンテナを配置することは物理的に不可能である。

本開示の１つの局面は、大型化が抑制された、送信アンテナ及び受信アンテナを備えたアンテナ装置を提供する。

本開示の１つの態様によるアンテナ装置は、第１アンテナ（２１，２２，３１，３２，３３，３４，７１，７２，７３，７４，９１，９２，９３，１２１，１２２，１２３，１２６，１２７，１２８）と、２つの第２アンテナ（２１，２２，３１，３２，３３，３４，７１，７２，７３，７４，９１，９２，９３，１２１，１２２，１２３，１２６，１２７，１２８）とを備える。

第１アンテナは、放射方向への電波の送信、または放射方向へ送信された電波の反射波の受信を行う。放射方向は、基準平面と交差する方向である。放射方向は、さらに、基準平面に垂直な第１方向（Ｚ）のベクトル成分を有する。

２つの第２アンテナの各々は、第２方向（Ｒ）において互いに隔てて配置されている。第２方向は、基準平面に平行である。２つの第２アンテナは、それぞれ、電波の送信及び反射波の受信のうち、第１アンテナとは異なるいずれか一方を行う。

つまり、第１アンテナが例えば電波の送信を行うように構成される場合は、２つの第２アンテナはいずれも反射波の受信を行うように構成される。逆に、第１アンテナが例えば反射波の受信を行うように構成される場合は、２つの第２アンテナはいずれも電波の送信を行うように構成される。

そして、第１アンテナ及び２つの第２アンテナのうちの、少なくとも２つは、第１方向において互いに隔てて配置され、且つ第１方向において互いに少なくとも部分的にオーバーラップしている。

なお、オーバーラップとは、物理的に実際に重なることに限らず、互いのアンテナ開口が少なくとも部分的に重なることも含む。ここでいうアンテナ開口とは、例えば、偏波方向に平行または垂直な外接矩形であってもよい。即ち、第１アンテナのアンテナ開口とは例えば第１アンテナ全体に外接し且つ第１アンテナの偏波方向に平行又は垂直な矩形であってもよい。

このように構成されたアンテナ装置では、第１アンテナ及び２つの第２アンテナが同一平面上に配置されていない。第１アンテナ及び２つの第２アンテナのうちの少なくとも２つは、第１方向において互いにオーバーラップするように配置されている。これにより、アンテナ装置全体を第１方向に見た場合における、第１アンテナ及び２つの第２アンテナが配置される領域が、各々が同一平面上で互いに離間して配置される場合よりも縮小される。そのため、アンテナ装置の大型化を抑制することが可能となる。

第１実施形態のレーダ装置の構成を示すブロック図である。第１実施形態のアンテナ装置の上面図である。図２のアンテナ装置のＩＩＩ－ＩＩＩ断面を示す断面図である。図２のアンテナ装置のＩＶ－ＩＶ断面を示す断面図である。第１実施形態のアンテナ装置の分解斜視図である。第１実施形態の送信アンテナ及び受信アンテナの上面図である。第２実施形態のアンテナ装置の上面図である。図７のアンテナ装置のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面を示す断面図である。第２実施形態のアンテナ装置の分解斜視図である。第３実施形態のアンテナ装置の上面図である。図１０のアンテナ装置のＸＩ－ＸＩ断面を示す断面図である。第３実施形態のアンテナ装置の分解斜視図である。第４実施形態のアンテナ装置の上面図である。第４実施形態のアンテナ装置の変形例を示す上面図である。第５実施形態のアンテナ装置の上面図である。第５実施形態のアンテナ装置の分解斜視図である。

以下、本開示の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［１．第１実施形態］
（１－１）レーダ装置の概要
図１に示す第１実施形態のレーダ装置１は、例えば車両に搭載される。レーダ装置１は、例えば、車両の周囲に存在する様々な物体を検出するために使用される。第１実施形態のレーダ装置１は、例えば、いわゆるＭＩＭＯレーダである。ＭＩＭＯは、Multi Input Multi Outputの略語である。

レーダ装置１は、アンテナ装置２を備える。レーダ装置１は、更に、送受信部３と、処理部４と、を備えていてもよい。
（１－２）アンテナ装置の構成
第１実施形態のアンテナ装置２について、図２～図６を参照して説明する。アンテナ装置２は、略直方体状の多層基板を備える。具体的には、特に図３～図５に示すように、アンテナ装置２は、第１導体層Ｐ１と、第２導体層Ｐ２と、グランド層Ｐ０と、第１誘電体層Ｌ１と、第２誘電体層Ｌ２とを備える。第１導体層Ｐ１は、アンテナ装置２における第１の表面に対応する。グランド層Ｐ０はアンテナ装置２における第２の表面に対応する。第２誘電体層Ｌ２は、グランド層Ｐ０上に配置されている。第２導体層Ｐ２は、第２誘電体層Ｌ２上に配置されている。第１誘電体層Ｌ１は、第２導体層Ｐ２上に配置されている。第１導体層Ｐ１は、第１誘電体層Ｌ１上に配置されている。

ここで、アンテナ装置２において、第１方向Ｚ、第２方向Ｒ及び第３方向Ｓを定義する。第１方向Ｚは、アンテナ装置２における前述の第１の表面及び第２の表面に垂直な方向であって、第２の表面から第１の表面に向かう方向である。第２方向Ｒ及び第３方向Ｓはいずれも第１方向Ｚに垂直である。第３方向Ｓは第２方向Ｒに垂直である。第１方向Ｚに垂直な面を、以下、ＳＲ面と称することがある。ＳＲ面は、本開示における基準平面に相当する。第１導体層Ｐ１、第２導体層Ｐ２、グランド層Ｐ０、第１誘電体層Ｌ１及び第２誘電体層Ｌ２は、本実施形態ではＳＲ面に平行である。

グランド層Ｐ０には、ＳＲ面に平行な板状のグランドプレーン１６が配置されている。第２誘電体層Ｌ２には、第２誘電体１２が配置されている。即ち、第２誘電体１２は、ＳＲ面に平行な板状薄板状の形状を備え、グランドプレーン１６の上面に積層されている。第２導体層Ｐ２には、第１送信アンテナ２１及び第２送信アンテナ２２が配置されている。即ち、第１送信アンテナ２１及び第２送信アンテナ２２は、第２誘電体１２の上面に積層されている。第１誘電体層Ｌ１には、第１誘電体１１が配置されている。即ち、第１誘電体１１は、全体としてＳＲ面に平行な薄板状の形状を備え、第２導体層Ｐ２の上面に積層されている。ただし、より厳密には、第１誘電体１１は、第２導体層Ｐ２における、第１送信アンテナ２１及び第２送信アンテナ２２が存在しない領域においては、第２誘電体１２の上面に直接積層されている。第１導体層Ｐ１には、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４が配置されている。即ち、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４は、第１誘電体１１の上面に積層されている。

図２～図５に示すように、第１送信アンテナ２１及び第２送信アンテナ２２は、第２方向Ｒにおいて互いに第１間隔隔てて配置されている。第１間隔は、本実施形態では、より詳しくは、第１送信アンテナ２１の位相中心と第２送信アンテナ２２の位相中心との間隔である。位相中心とは、電波の放射又は入射において、仮想的に電波の集中点とみなされる点である
なお、以下の説明においては、「送信アンテナ」との文言を用いる。第１実施形態において「送信アンテナ」とは、第１送信アンテナ２１及び第２送信アンテナ２２のそれぞれを示す。

本実施形態の送信アンテナは、図６に示すように、第１放射素子２０１と、第２放射素子２０２と、第３放射素子２０３と、第４放射素子２０４とを備える。第１放射素子２０１、第２放射素子２０２、第３放射素子２０３及び第４放射素子２０４は、本実施形態では例えばいずれも同じ矩形状の形状及び大きさを有する。即ち、第１放射素子２０１、第２放射素子２０２、第３放射素子２０３及び第４放射素子２０４は、本実施形態では例えばパッチ状の導体、換言すればストリップ導体である。第１放射素子２０１、第２放射素子２０２、第３放射素子２０３及び第４放射素子２０４は、第３方向Ｓに沿って等間隔で配置されている。

送信アンテナは、さらに、第１副給電線路２０６と、第２副給電線路２０７と、第３副給電線路２０８とを備える。第１副給電線路２０６は、第１放射素子２０１と第２放射素子２０２とを接続する。第２副給電線路２０７は、第２放射素子２０２と第３放射素子２０３とを接続する。第３副給電線路２０８は、第３放射素子２０３と第４放射素子２０４とを接続する。つまり、本実施形態の送信アンテナは、一例として、いわゆるマイクロストリップアレーアンテナとして構成されている。

このように構成された送信アンテナの偏波方向、即ち主偏波の方向は、第３方向Ｓに平行な方向である。また、送信アンテナのアンテナ開口Ａｐは、図６に示すように、矩形状の形状を有する。アンテナ開口Ａｐは、送信アンテナの外接図形に対応する。より具体的には、本実施形態の送信アンテナのアンテナ開口Ａｐは、送信アンテナに外接し、且つ送信アンテナの偏波方向に平行または垂直な矩形である。

また、図６に示すように、送信アンテナの位相中心Ｐｃは、例えば、第２副給電線路２０７の中心に対応する。即ち，位相中心Ｐｃは、アンテナ開口Ａｐにおける、第３方向Ｓの中心であって且つ第２方向Ｒの中心に対応する。

送信アンテナは、当該送信アンテナの放射面から放射方向へ電波を送信（即ち放射）する。放射面は、送信アンテナにおける、ＳＲ面に平行な２つの表面のうち、第１方向Ｚ側の表面、即ちグランドプレーン１６に対向する表面とは反対側の表面である。放射方向は、放射面と交差する方向であって、第１方向Ｚのベクトル成分を有する方向である。

第１送信アンテナ２１には、主給電線路４１が接続されている。第１送信アンテナ２１は、送受信部３から主給電線路４１を介して給電される。第２送信アンテナ２２には、主給電線路４２が接続されている。第２送信アンテナ２２は、送受信部３から主給電線路４２を介して給電される。

図２～図５に示すように、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４は、第２方向Ｒにおいて互いに第２間隔隔てて配置されている。第２間隔は、本実施形態では、より詳しくは、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４それぞれの位相中心を基準とした間隔である。

なお、以下の説明においては、「受信アンテナ」との文言を用いる。第１実施形態において「受信アンテナ」とは、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４のそれぞれを示す。

第１実施形態の受信アンテナは、図６に示すように構成されている。即ち、第１実施形態では、一例として、送信アンテナと受信アンテナとは互いに同じ形状且つ同じ寸法を有する。つまり、第１実施形態では、第１送信アンテナ２１、第２送信アンテナ２２、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４は、いずれも同じ形状且つ同じ寸法を有し、且ついずれも第３方向Ｓに平行な偏波方向を有する。

受信アンテナは、送信アンテナから送信された電波の反射波を受信する。反射波とは、送信アンテナから送信された電波であって、アンテナ装置２の外部の物体、より具体的には車両の外部の物体、で反射してアンテナ装置２へ戻ってくる電波のことである。
第１受信アンテナ３１は、主給電線路４６を介して送受信部３に接続されている。第２受信アンテナ３２は、主給電線路４７を介して送受信部３に接続されている。第３受信アンテナ３３は、主給電線路４８を介して送受信部３に接続されている。第４受信アンテナ３４は、主給電線路４９を介して送受信部３に接続されている。

第２間隔は、例えば、検知すべき水平方向の角度範囲に応じて決定される。水平方向とは、第３方向Ｓに垂直な方向である。一方、第１間隔は、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４を後述するように仮想アレイ展開するために適した距離に設定される。第１実施形態では、第１間隔は例えば第２間隔の４倍、即ち、第１間隔に、受信アンテナの数である「４」を乗算した値である。

よって、仮に、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４を、第１送信アンテナ及び第２送信アンテナ２２と同一平面上において第１送信アンテナと第２送信アンテナ２２との間に配置しようとすると、例えば第１送信アンテナ２１と第１受信アンテナ３１とが物理的に干渉し、且つ第２送信アンテナ２２と第４受信アンテナ３４とが物理的に干渉する。そのため、同一平面上において第１送信アンテナと第２送信アンテナ２２との間に第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４を配置することは物理的に不可能である。

そこで、第１実施形態では、仮に同一平面上に配置したとすると互いに物理的に干渉してしまう複数のアンテナが、互いに第１方向Ｚにおいてオーバーラップするように配置されている。具体的には、第１実施形態では、図２～図５に示すように、第１送信アンテナ２１と第１受信アンテナ３１とが第１方向Ｚにおいてオーバーラップしている。さらに、第２送信アンテナ２２と第４受信アンテナ３４とが第１方向Ｚにおいてオーバーラップしている。

なお、オーバーラップとは、第１方向Ｚにおいて互いに部分的にまたは完全に（即ち、少なくとも部分的に）重なっていて、且つ第１方向Ｚにおいて互いに離間していることを意味する。また、本明細書では、オーバーラップとは、物理的に実際に重なっている形態に限らず、互いのアンテナ開口Ａｐが少なくとも部分的に重なっている形態も含む。第１実施形態では、第１送信アンテナ２１と第１受信アンテナ３１とは、互いに物理的に重なっているのに加え、互いのアンテナ開口Ａｐも重なっている。第２送信アンテナ２２と第４受信アンテナ３４とについても同様である。

また、第１実施形態では、図２～図５に示すように、互いにオーバーラップする第１送信アンテナ２１及び第１受信アンテナ３１は、第１受信アンテナ３１が第１送信アンテナ２１よりも第１方向Ｚ側へ位置するように配置されている。互いにオーバーラップする第２送信アンテナ２２及び第４受信アンテナ３４についても、第４受信アンテナ３４が第２送信アンテナ２２よりも第１方向Ｚ側へ位置するように配置されている。

つまり、送信アンテナと受信アンテナとを互いにオーバーラップさせる場合、これら送信アンテナ及び受信アンテナは、受信アンテナの方が送信アンテナよりも第１方向Ｚ側へ位置するように配置される。その理由は、アンテナ装置２へ到来した反射波がアンテナ装置２において受信アンテナに到達するまでに減衰することを抑制するためである。

さらに、第１実施形態では、図２～図５に示すように、互いにオーバーラップする第１送信アンテナ２１及び第１受信アンテナ３１は、互いの位相中心が第１方向Ｚにおいて重ならないように配置されている。互いにオーバーラップする第２送信アンテナ２２及び第４受信アンテナ３４についても、互いの位相中心が第１方向Ｚにおいて重ならないように配置されている。

（１－３）レーダ装置の機能
（１－３－１）仮想アレーの説明
第１実施形態のレーダ装置１では、２つの送信アンテナと４つの受信アンテナとによって、「２×４」個、即ち８個の仮想アレーが展開される。

なお、Ｍ個の送信アンテナＴｘ１～ＴｘＭとＮ個の受信アンテナＲｘ１～ＲｘＮとによってＭ×Ｎ個の仮想アレーを展開する技術は、例えば特開２０１９－１１３４８１号公報などに記載されているようにすでによく知られているが、ここで簡単に説明する。

説明の簡素化のため、例えばＭ＝２，Ｎ＝２とする。また、２つの受信アンテナＲｘ１，Ｒｘ２が互いに一定方向に間隔ｄ_Ｒで配置され、２つの送信アンテナＴｘ１，Ｔｘ２が互いに一定方向に間隔ｄ_Ｔで配置されているものとする。なお、間隔ｄ_Ｔは間隔ｄ_ＲのＮ倍（即ち本例では２倍）であるものとするそして、検出対象の物体が、２つの送信アンテナＴｘ１，Ｔｘ２及び２つの受信アンテナＲｘ１，Ｒｘ２の正面方向に対してθだけ傾いた方向に存在していると仮定する。また、物体における電波の反射係数をＲ、送信アンテナＴｘ１から物体に至る経路での送信信号の位相変化をα_Ｔで表し、物体から受信アンテナＲｘ１に至る経路での信号の位相変化をα_Ｒで表す。なお、α_Ｔ及びα_Ｒは複素数で表現される。

この場合、送信アンテナＴｘ１から送信されて受信アンテナＲｘ１で受信される信号は式（１）で表される。送信アンテナＴｘ１から送信されて受信アンテナＲｘ２で受信される信号は式（２）で表される。送信アンテナＴｘ２から送信されて受信アンテナＲｘ１で受信される信号は式（３）で表される。送信アンテナＴｘ２から送信されて受信アンテナＲｘ２で受信される信号は式（４）で表される。

これらの式（１）～式（４）は、１つの送信アンテナから送信された信号が、一定方向に互いに間隔ｄ_Ｒで配列された４つの受信アンテナにより受信される場合と等価である。このように仮想的に配列された複数の受信アンテナを仮想アレーという。

したがって、第１実施形態のアンテナ装置２においては、２つの送信アンテナと４つの受信アンテナとの組み合わせにより、８個の仮想的な受信アンテナを有する仮想アレーが展開される。具体的には、例えば、図２において、第４受信アンテナ３４の右側（第２方向Ｒ側）に、第２間隔隔てて、さらに、第１受信アンテナ３１～第４受信アンテナ３４の一群が配置されているものと見なせる。

（１－３－２）送受信部について
送受信部３は、第１送信アンテナ２１及び第２送信アンテナ２２のそれぞれに送信信号を供給する。送受信部３は、各送信信号を、ドップラ分割多重（以下、ＤＤＭＡ）方式にて変調する。ＤＤＭＡ方式とは、複数の送信アンテナから同時に送信された複数の信号が重畳された受信信号から、個々の信号の識別を可能とするための変調方式である。ＤＤＭＡ方式は、ＭＩＭＯレーダにおいて公知の技術であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

送受信部３は、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４のそれぞれから出力される受信信号にローカル信号を混合することで、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４のそれぞれに対応したビート信号を生成して処理部４に供給する。ローカル信号は、上述の各送信信号のうち基準となる一方である。

（１－３－３）処理部について
処理部４は、例えば、ＣＰＵ４ａと、メモリ４ｂとを有するマイクロコンピュータを備える。メモリ４ｂは、例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリを備えていてもよい。処理部４が有する機能は、ＣＰＵ４ａが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ４ｂが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、処理部４は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。

処理部４は、物標検出処理を少なくとも実行する。処理部４が有する機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能は、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。

処理部４が実行する物標検出処理は、概ね次の通りである。即ち、処理部４は、起動すると、まず、送受信部３を動作させることでレーダ測定を実行し、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４のそれぞれから供給されるビート信号のサンプリングデータを取得する。

次に、処理部４は、取得したサンプリングデータに基づき、仮想アレーによる８チャネル分の信号を抽出する。具体的には、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４のそれぞれについてＦＦＴ処理等を実行することで、受信信号に含まれるドップラ周波数の成分を表すドップラスペクトラムを算出する。

次に、処理部４は、例えば、デジタルビームフォーミング（以下、ＤＢＦ）等の手法を用いて、物標の検出を行う。処理部は、物標の検出結果から、探査範囲内に存在する物標に関する情報である物標情報を生成する。処理部４は、生成した物標情報を、車両においける不図示の装置へ出力する。

（１－４）第１実施形態の効果
以上説明した第１実施形態によれば、以下の（１ａ）～（１ｃ）の効果を奏する。
（１ａ）第１送信アンテナ２１と第１受信アンテナ３１とが第１方向Ｚにおいてオーバーラップしている。さらに、第２送信アンテナ２２と第４受信アンテナ３４とが第１方向Ｚにおいてオーバーラップしている。より具体的には、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４が、第１送信アンテナ２１及び第２送信アンテナ２２が配置された第２導体層Ｐ２とは異なる第１導体層Ｐ１において、第１送信アンテナ２１と第２送信アンテナ２２との間の領域と対向する領域に含まれるように配置されている。そのため、アンテナ装置２の大型化が抑制される。

（１ｂ）互いにオーバーラップする第１送信アンテナ２１及び第１受信アンテナ３１は、第１受信アンテナ３１が第１送信アンテナ２１よりも第１方向Ｚ側へ位置するように配置されている。互いにオーバーラップする第２送信アンテナ２２及び第４受信アンテナ３４についても、第４受信アンテナ３４が第２送信アンテナ２２よりも第１方向Ｚ側へ位置するように配置されている。

そのため、送信アンテナを受信アンテナよりも第１方向Ｚ側へ配置する場合に比べて、減衰の少ない反射波を受信アンテナにて受信することが可能となる。
（１ｃ）互いにオーバーラップする第１送信アンテナ２１及び第１受信アンテナ３１は、互いの位相中心が第１方向Ｚにおいて重ならないように配置されている。互いにオーバーラップする第２送信アンテナ２２及び第４受信アンテナ３４についても、互いの位相中心が第１方向Ｚにおいて重ならないように配置されている。そのため、送信アンテナから送信される送信信号が受信アンテナから受ける影響を抑制することが可能となる。

［２．第２実施形態］
第２実施形態のアンテナ装置６０について、図７～図９を参照して説明する。第２実施形態のアンテナ装置６０と第１実施形態のアンテナ装置２との主な相違点は、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナが３層に分かれて配置されていること、複数の受信アンテナの構造、２つの受信アンテナが互いにオーバーラップしていること、などにある。以下、第２実施形態のアンテナ装置６０について、第１実施形態のアンテナ装置２との相違点に絞って説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

アンテナ装置６０は、さらに、第３導体層Ｐ３と、第３誘電体層Ｌ３とを備える。第３誘電体層Ｌ３は、グランド層Ｐ０上に配置されている。第３導体層Ｐ３は、第３誘電体層Ｌ３上に配置されている。この第３導体層Ｐ３上に、第２誘電体層Ｌ２が配置されている。

第３誘電体層Ｌ３には、第３誘電体１３が配置されている。即ち、第３誘電体１３は、ＳＲ面に平行な板状薄板状の形状を備え、グランドプレーン１６の上面に積層されている。第３導体層Ｐ３には、第１送信アンテナ２１及び第２送信アンテナ２２が、第２方向Ｒに沿って互いに隔てて配置されている。即ち、第１送信アンテナ２１及び第２送信アンテナ２２は、第３誘電体１３の上面に積層されている。

アンテナ装置６０は、第１受信アンテナ７１と、第２受信アンテナ７２と、第３受信アンテナ７３と、第４受信アンテナ７４とを備える。
第１受信アンテナ７１及び第３受信アンテナ７３は、第１導体層Ｐ１において第２方向Ｒに沿って互いに隔てて配置されている。第２受信アンテナ７２及び第４受信アンテナ７４は、第２導体層Ｐ２において第２方向Ｒに沿って互いに隔てて配置されている。

そして、第１送信アンテナ２１と第１受信アンテナ７１とが第１方向Ｚにおいてオーバーラップしており、第２送信アンテナ２２と第４受信アンテナ７４とが第１方向Ｚにおいてオーバーラップしている。

さらに、第２実施形態では、第１受信アンテナ７１と第２受信アンテナ７２とが第１方向Ｚにおいてオーバーラップしている。また、第３受信アンテナ７３は、第２受信アンテナ７２及び第４受信アンテナ７４のそれぞれと第１方向Ｚにおいてオーバーラップしている。

第１受信アンテナ７１は、第１単位アンテナ７１ａと第２単位アンテナ７１ｂとを備える。第１単位アンテナ７１ａ及び第２単位アンテナ７１ｂの各々は、例えば第１実施形態の受信アンテナと同じ形状及び同じ寸法であってもよい。第１単位アンテナ７１ａ及び第２単位アンテナ７１ｂは、図７に示すように、第２方向Ｒに沿って互いに離間して配置されている。第１単位アンテナ７１ａ及び第２単位アンテナ７１ｂは、共通給電線路７６に接続され、共通給電線路７６を介して送受信部３に接続される。

第２受信アンテナ７２、第３受信アンテナ７３及び第４受信アンテナ７４は、いずれも第１受信アンテナ７１と同様に構成されている。
即ち、第２受信アンテナ７２は、第１単位アンテナ７２ａと第２単位アンテナ７２ｂとを備える。第１単位アンテナ７２ａ及び第２単位アンテナ７２ｂは、共通給電線路７７に接続され、共通給電線路７７を介して送受信部３に接続される。第３受信アンテナ７３は、第１単位アンテナ７３ａと第２単位アンテナ７３ｂとを備える。第１単位アンテナ７３ａ及び第２単位アンテナ７３ｂは、共通給電線路７８に接続され、共通給電線路７８を介して送受信部３に接続される。第４受信アンテナ７４は、第１単位アンテナ７４ａと第２単位アンテナ７４ｂとを備える。第１単位アンテナ７４ａ及び第２単位アンテナ７４ｂは、共通給電線路７９に接続され、共通給電線路７９を介して送受信部３に接続される。

このように、複数の受信アンテナ同士をオーバーラップさせることで、複数の受信アンテナそれぞれの第２方向Ｒの寸法が大きくても、複数の受信アンテナ相互間の見なしの間隔を狭くすることが可能となり、これにより検出範囲の広角化が可能となる。

［３．第３実施形態］
第３実施形態のアンテナ装置８０について、図１０～図１２を参照して説明する。第３実施形態のアンテナ装置８０と第１実施形態のアンテナ装置２との主な相違点は、第２実施形態と同様に複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナが３層に分かれて配置されていること、複数の送信アンテナの構造、２つの送信アンテナが互いにオーバーラップしていること、などにある。以下、第３実施形態のアンテナ装置８０について、第１実施形態及び第２実施形態との相違点に絞って説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

アンテナ装置８０は、第１送信アンテナ９１と、第２送信アンテナ９２と、第３送信アンテナ９３とを備える。
第１送信アンテナ９１及び第３送信アンテナ９３は、第３導体層Ｐ３において第２方向Ｒに沿って互いに隔てて配置されている。第２送信アンテナ９２は、第２導体層Ｐ２において第２方向Ｒに沿って互いに隔てて配置されている。第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４は、第１実施形態と同様に第１導体層Ｐ１に配置されている。

そして、第１送信アンテナ９１と第２送信アンテナ９２とが第１方向Ｚにおいてオーバーラップしており、さらに、第２送信アンテナ９２と第３送信アンテナ９３とが第１方向Ｚにおいてオーバーラップしている。

また、第１送信アンテナ９１は、第１受信アンテナ３１及び第２受信アンテナ３２のそれぞれともオーバーラップしている。第２送信アンテナ９２は、第１受信アンテナ３１、第２受信アンテナ３２、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４のそれぞれともオーバーラップしている。第３送信アンテナ９３は、第３受信アンテナ３３及び第４受信アンテナ３４のそれぞれともオーバーラップしている。

第１送信アンテナ９１は、第１単位アンテナ９１ａと第２単位アンテナ９１ｂと第３単位アンテナ９１ｃとを備える。第１単位アンテナ９１ａ、第２単位アンテナ９１ｂ及び第３単位アンテナ９１ｃの各々は、例えば第１実施形態の受信アンテナと同じ形状及び同じ寸法であってもよい。第１単位アンテナ９１ａ、第２単位アンテナ９１ｂ及び第３単位アンテナ９１ｃは、図１０に示すように、第２方向Ｒに沿って互いに離間して配置されている。第１単位アンテナ９１ａ、第２単位アンテナ９１ｂ及び第３単位アンテナ９１ｃは、共通給電線路９６に接続され、共通給電線路９６を介して送受信部３に接続される。

第２送信アンテナ９２及び第３送信アンテナ９３は、いずれも第１送信アンテナ９１と同様に構成されている。
即ち、第２送信アンテナ９２は、第１単位アンテナ９２ａ、第２単位アンテナ９２ｂ及び第３単位アンテナ９２ｃを備える。第１単位アンテナ９２ａ、第２単位アンテナ９２ｂ及び第３単位アンテナ９２ｃは、共通給電線路９７に接続され、共通給電線路９７を介して送受信部３に接続される。第３送信アンテナ９３は、第１単位アンテナ９３ａ、第２単位アンテナ９３ｂ及び第３単位アンテナ９３ｃを備える。第１単位アンテナ９３ａ、第２単位アンテナ９３ｂ及び第３単位アンテナ９３ｃは、共通給電線路９８に接続され、共通給電線路９８を介して送受信部３に接続される。

［４．第４実施形態］
第４実施形態では、図１３を参照して、送信アンテナ及び受信アンテナの変形例を説明する。図１３に示すアンテナ装置１１０は、第１送信アンテナ１２１と、第２送信アンテナ１２２と、第３送信アンテナ１２３と、第１受信アンテナ１２６と、第２受信アンテナ１２７と、第３受信アンテナ１２８とを備える。

第１送信アンテナ１２１、第２送信アンテナ１２２及び第３送信アンテナ１２３は、第３方向Ｓに沿って互いに離間して配置されている。第１送信アンテナ１２１、第２送信アンテナ１２２及び第３送信アンテナ１２３は、例えば第２導体層Ｐ２に配置されていてもよい。

第１受信アンテナ１２６、第２受信アンテナ１２７及び第３受信アンテナ１２８は、第２方向Ｒに沿って互いに離間して配置されている。第１受信アンテナ１２６、第２受信アンテナ１２７及び第３受信アンテナ１２８は、例えば第１導体層Ｐ１に配置されていてもよい。

第１送信アンテナ１２１は、主給電線路１３１を介して送受信部３に接続される。第２送信アンテナ１２２は、主給電線路１３２を介して送受信部３に接続される。第３送信アンテナ１２３は、主給電線路１３３を介して送受信部３に接続される。第１受信アンテナ１２６は、主給電線路１３６を介して送受信部３に接続される。第２受信アンテナ１２７は、主給電線路１３７を介して送受信部３に接続される。第３受信アンテナ１２８は、主給電線路１３８を介して送受信部３に接続される。

第１送信アンテナ１２１は、第１放射素子２１１と、第２放射素子２１２と、第３放射素子２１３と、第４放射素子２１４と、第５放射素子２１５とが、第２方向Ｒとは反対方向に沿って互いに離間して配置され、且つ互いに副給電線路によって接続されている。このような第１送信アンテナ１２１は、第２方向Ｒに平行な偏波方向を備える。第２送信アンテナ１２２及び第３送信アンテナ１２３はいずれも第１送信アンテナ１２１と同様の構成を備える。

第１受信アンテナ１２６は、第１放射素子２２１と、第２放射素子２２２と、第３放射素子２２３と、第４放射素子２２４と、第５放射素子２２５と、第６放射素子２２６と、第７放射素子２２７とが、第３方向Ｓに沿って互いに千鳥状に配置され、且つ互いに副給電線路によって接続されている。このような第１受信アンテナ１２６は、第１送信アンテナ１２１と同じく、第２方向Ｒに平行な偏波方向を備える。第２受信アンテナ１２７及び第３受信アンテナ１２８はいずれも第１受信アンテナ１２６と同様の構成を備える。

そして、第１送信アンテナ１２１、第２送信アンテナ１２２及び第３送信アンテナ１２３の各々は、第１受信アンテナ１２６、第２受信アンテナ１２７及び第３受信アンテナ１２８とオーバーラップしている。

このように、アンテナ装置１１０では、複数の送信アンテナの配列方向と複数の受信アンテナの配列方向とが異なる（具体的には直交している）ものの、複数の送信アンテナの偏波方向と配列方向と複数の受信アンテナの配列方向とは一致する。このように構成されたアンテナ装置１１０によっても、アンテナ装置１１０の大型化の抑制が可能となる。

なお、第１受信アンテナ１２６、第２受信アンテナ１２７及び第３受信アンテナ１２８は、例えば図１４に示すアンテナ装置１４０のように、第２方向Ｒに非平行且つ非垂直な方向に沿って配列されてもよい。第１送信アンテナ１２１、第２送信アンテナ１２２及び第３送信アンテナ１２３についても、例えば図１４に示すアンテナ装置１４０のように、第３方向Ｓに非平行且つ非垂直な方向に沿って配列されてもよい。この場合、第１受信アンテナ１２６、第２受信アンテナ１２７及び第３受信アンテナ１２８の配列方向と、第１送信アンテナ１２１、第２送信アンテナ１２２及び第３送信アンテナ１２３の配列方向とが、互いに直交してもよい。

［５．第５実施形態］
図１５及び図１６を参照して、第５実施形態のアンテナ装置１５０について説明する。アンテナ装置１５０は、基本的には、第１実施形態のアンテナ装置２と同様の構成を備える。アンテナ装置１５０は、第１実施形態のアンテナ装置２に対して、さらに、複数のダミーアンテナが付加されている。

具体的には、第１導体層Ｐ１（即ち第１誘電体１１の上面）において、第１受信アンテナ３１から第２方向Ｒとは逆方向に第２間隔離れた位置に、ダミーアンテナ１７１が設けられている。さらに、第４受信アンテナ３４から第２方向Ｒへ第２間隔離れた位置に、ダミーアンテナ１７２が設けられている。

また、第２導体層Ｐ２（即ち第２誘電体１２の上面）において、第１送信アンテナ２１から第２方向Ｒとは逆方向に第２間隔離れた位置に、ダミーアンテナ１６１が設けられている。さらに、第２送信アンテナ２２から第２方向Ｒへ第２間隔離れた位置に、ダミーアンテナ１６５が設けられている。さらに、第１送信アンテナ２１と第２送信アンテナ２２との間に、第２方向Ｒに沿って互いに第２間隔で３つのダミーアンテナ１６２，１６３，１６４が設けられている。

ダミーアンテナ１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１７１，１７２は、いずれも、送受信部３に接続されておらず、給電はされない。
このように複数のダミーアンテナが付加されたアンテナ装置１５０によれば、第１実施形態のアンテナ装置２により得られる効果に加えて、さらに、仮想アレーを構成する受信アンテナそれぞれの指向性の相関性を高めることができる。より具体的には、仮想アレーを構成する受信アンテナそれぞれの指向性を揃える（理想的には一致させる）ことが可能となる。

［６．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示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。

（６－１）アンテナ装置においては、複数のアンテナがどのようにオーバーラップしてもよい。例えば、第１実施形態のように、受信アンテナと送信アンテナとがオーバーラップしてもよい。また例えば、第２実施形態のように、複数の受信アンテナが互いにオーバーラップしてもよい。また例えば、第３実施形態のように、複数の送信アンテナが互いにオーバーラップしてもよい。また、複数の受信アンテナが互いにオーバーラップする一方で複数の送信アンテナはいずれも受信アンテナとオーバーラップしなくてもよい。逆に、複数の送信アンテナが互いにオーバーラップする一方で複数の受信アンテナはいずれも受送信ンテナとオーバーラップしなくてもよい。

（６－２）複数の受信アンテナは、必ずしも、同一方向に沿って配列されなくてもよい。複数の送信アンテナについても、必ずしも、同一方向に沿って配列されなくてもよい。また、受信アンテナの偏波方向と送信アンテナの偏波方向とを必ずしも完全に一致させる必要はない。また、例えば、受信アンテナ及び送信アンテナのうちの一方が直線偏波であって他方が円偏波であってもよい。

（６－３）互いにオーバーラップする送信アンテナ及び受信アンテナに関し、受信アンテナを送信アンテナよりも第１方向Ｚ側に配置することは必須ではない。上記実施形態とは逆に、送信アンテナを受信アンテナよりも第１方向Ｚ側に配置してもよい。

（６－４）複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナが４つ以上の導体層に分散して配置されてもよい。
（６－５）送信アンテナはいくつ備えられていてもよい。受信アンテナについても、いくつ備えられていてもよい。ただし、１つの送信アンテナを備える場合は複数の受信アンテナが必要であり、逆に複数の送信アンテナを備える場合は受信アンテナは１つであってもよい。なお、仮想アレーを展開させるためには、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナが必要である。

（６－６）送信アンテナ及び受信アンテナはそれぞれどのような形状であってもよい。送信アンテナ及び受信アンテナは、上記各実施形態で示したような平面状（パッチ状）とは異なる形状を備えていてもよい。送信アンテナの形状及び寸法と、受信アンテナの形状及び寸法とが、異なっていてもよい。

（６－７）本開示のアンテナ装置は、レーダ装置１とは異なる各種装置で用いられても良い。また、本開示のアンテナ装置は、車両に搭載されなくてもよい。
（６－８）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。

（６－９）上述したアンテナ装置の他、例えば当該アンテナ装置を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。

２，６０，８０，１１０，１４０，１５０…アンテナ装置、１１…第１誘電体、１２…第２誘電体、１３…第３誘電体、１６…グランドプレーン、２１，９１，１２１…第１送信アンテナ、２２，９２，１２２…第２送信アンテナ、３１，７１，１２６…第１受信アンテナ、３２，７２，１２７，…第２受信アンテナ、３３，７３，１２８…第３受信アンテナ、３４，７４…第４受信アンテナ、９３，１２３…第３送信アンテナ、Ｌ１…第１誘電体層、Ｌ２…第２誘電体層、Ｌ３…第３誘電体層、Ｐ０…グランド層、Ｐ１…第１導体層、Ｐ２…第２導体層、Ｐ３…第３導体層。

Claims

基準平面と交差する方向であって前記基準平面に垂直な第１方向（Ｚ）のベクトル成分を有する放射方向への電波の送信、または前記放射方向へ送信された電波の反射波の受信を行うように構成された第１アンテナ（２１，２２，３１，３２，３３，３４，７１，７２，７３，７４，９１，９２，９３，１２１，１２２，１２３，１２６，１２７，１２８）と、
前記基準平面に平行な第２方向（Ｒ）において互いに隔てて配置された２つの第２アンテナであって、それぞれが、前記電波の送信及び前記反射波の受信のうち前記第１アンテナとは異なるいずれか一方を行うように構成された、２つの第２アンテナ（２１，２２，３１，３２，３３，３４，７１，７２，７３，７４，９１，９２，９３，１２１，１２２，１２３，１２６，１２７，１２８）と、
を備え、
前記第１アンテナ及び前記２つの第２アンテナのうちの、少なくとも２つは、前記第１方向において互いに隔てて配置され且つ前記第１方向において互いに少なくとも部分的にオーバーラップしている、
アンテナ装置。
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記第１アンテナと、前記２つの第２アンテナのうちの１つとが、前記第１方向において互いにオーバーラップしている、アンテナ装置。
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記２つの第２アンテナが互いに前記第１方向においてオーバーラップしている、アンテナ装置。
請求項２に記載のアンテナ装置であって、
前記第１アンテナは、前記電波の送信を行うように構成され、
前記２つの第２アンテナの各々は、前記反射波の受信を行うように構成され、
前記第１アンテナと前記第１方向において互いにオーバーラップする、前記２つの第２アンテナのうちの１つは、前記第１アンテナよりも前記第１方向側に配置されている、
アンテナ装置。
請求項２に記載のアンテナ装置であって、
前記２つの第２アンテナの各々は、前記電波の送信を行うように構成され、
前記第１アンテナは、前記反射波の受信を行うように構成され、
前記第１アンテナは、前記第１アンテナと前記第１方向において互いにオーバーラップする前記２つの第２アンテナのうちの１つよりも、前記第１方向側に配置されている、
アンテナ装置。
請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置であって、
前記第１アンテナ及び前記２つの第２アンテナはそれぞれ、各々の偏波方向が互いに一致するように配置されている、アンテナ装置。
請求項１～請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ装置であって、
前記第１アンテナ及び前記２つの第２アンテナのうちの、前記第１方向において互いにオーバーラップする２つは、それぞれ、各々の位相中心が前記第１方向において互いに重ならないように配置されている、アンテナ装置。
請求項１～請求項７のいずれか１項に記載のアンテナ装置であって、
さらに、誘電体を含む多層基板（２）を備え、
前記多層基板は、
前記基準平面に平行であってグランドプレーン（１６）が配置されたグランド層（Ｐ０）と、
前記基準平面に平行であって前記グランド層よりも前記第１方向側に配置された第１導体層（Ｐ１）と、
前記基準平面に平行であって前記グランド層と前記第１導体層との間に配置された第２導体層（Ｐ２）と、
を備え、
前記第１アンテナ及び前記２つの第２アンテナの各々は、前記第１導体層または前記第２導体層に配置されている、
アンテナ装置。