JP6216267B2 - アンテナ用ユニット - Google Patents

Description

本発明は、管軸方向に電波を伝搬する導波管と、平面線路及び共振素子が表裏に設けられている誘電体基板とを備えているアンテナ用ユニットに関する。

近年、ミリ波レーダを用いた車載用のセンシング装置が実用化されている。この装置では、自車両に搭載の送信アンテナから電波を送信すると共に、他車両によるその反射波を受信し、この反射波に基づいて、他車両との距離、相対速度、及び方位を測定する。このようなセンシング装置では、他車両を広範囲にわたって検知可能とするために、広角な検知エリアを有していることが望ましい。また、車両の本体にセンシング装置を取り付けることから、特にアンテナ部分は小型化するのが好ましい。

このようなミリ波レーダを用いたセンシング装置のためのアンテナ用ユニット（導波管・平面線路変換器）として、例えば、特許文献１（図１４、図１５参照）に示すように、導波管と、前面に平面線路が形成され後面に共振素子が形成された誘電体基板とを備えたものが知られている。共振素子は、通常、長方形又は正方形であり、この共振素子が導波管の開口の中央に位置するようにして誘電体基板と導波管とが組み付けられており、共振素子を介して導波管と平面線路との間で伝送電力の変換が行われる。

特開２０１２−４９８６２号公報

一般的な前記アンテナ用ユニットでは、共振素子が設けられている誘電体基板の面に直交する法線方向と、導波管の管軸方向とは同じ方向である（一致している）。しかし、様々な要因によって、誘電体基板の法線方向と導波管の管軸方向とが一致せず、交差する場合もある。

このような場合において、導波管及び誘電体基板を従来と同様の構成としてもよいが、導波管の管軸方向と誘電体基板の法線方向とが交差していることによって、導波管と平面線路との間で行われる伝送電力の変換効率に影響を及ぼすおそれがある。つまり、導波管の管軸方向と誘電体基板の法線方向とが一致する場合に比べて、これら方向が交差することによって変換効率が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、誘電体基板の面に直交する法線方向と、導波管の管軸方向とが交差する場合において、共振素子を介して導波管と平面線路との間で行われる伝送電力の変換効率の低下を抑制することが可能となるアンテナ用ユニットを提供することを目的とする。

（１）本発明は、前後方向となる管軸方向に電波を伝搬する導波管と、この導波管の前側の開口を閉鎖する誘電体基板と、を備え、前記導波管の管軸方向と前記誘電体基板の面に直交する法線方向とが交差するアンテナ用ユニットであって、前記誘電体基板の前記導波管側となる後面に共振素子が設けられ当該誘電体基板の前面に平面線路が設けられ、前記共振素子は、前記法線方向に沿って見て、前側に位置する第１の底辺が長く後側に位置する第２の底辺が短い台形からなることを特徴とする。

本発明によれば、誘電体基板の面に直交する法線方向と導波管の管軸方向とが交差する場合、この誘電体基板の後面に設けられている共振素子を台形とすることで、導波管と平面線路との間で行われる伝送電力の変換効率の低下を抑制することが可能となる。

（２）また、台形である前記共振素子の前記第１と第２の底辺間の中心位置は、前記導波管の中心線上に位置しており、前記中心位置は、前記誘電体基板に接している面における中心位置であるのが好ましい。
共振素子は、例えば薄膜パターンからなる場合であっても、厚さを有している。そこで、共振素子の前記中心位置を導波管の中心線上に位置させ、しかも、この中心位置を誘電体基板に接している面における中心位置とすることで、より一層効率の良いアンテナ用ユニットが得られる。

（３）また、前記誘電体基板の後面に接地板が設けられ、当該誘電体基板の前面に短絡板が設けられ、前記共振素子、前記接地板、前記平面線路、及び前記短絡板は、導電性金属の薄膜パターンからなるのが好ましい。
この場合、アンテナ用ユニットの小型軽量化に貢献することができる。

本発明によれば、誘電体基板の面に直交する法線方向と、導波管の管軸方向とが交差する場合、この誘電体基板の後面に設けられている共振素子を台形とすることで、導波管と平面線路との間で行われる伝送電力の変換効率の低下を抑制することが可能となる。

本発明のアンテナ用ユニットを備えているアンテナ装置の正面図である。 図１に示すアンテナ装置のＡ−Ａ矢視の断面図である。 送信用アンテナ部及び受信用アンテナ部を取り外した状態にある導波管ブロックの正面図である。 単一基板の正面図である。 他の形態を有するアンテナ装置の一部を示す断面図である。 図１に示すアンテナ用ユニットの一部を説明する断面図である。 アンテナ用ユニットの一部を示す分解斜視図である。 共振素子の形状を説明するための説明図である。 誘電体基板の傾斜角度と、第１の底辺の長さ及び第２の底辺の長さとの関係を示すグラフである。 第１の底辺の長さ及び第２の底辺の長さを説明するための説明図である。 アンテナ装置の他の形態を説明する図である。 アンテナ装置の従来例の説明図である。 共振素子を台形にした場合と正方形にした場合との変換効率を比較した説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔アンテナ装置について〕
図１は、本発明のアンテナ用ユニット２を備えているアンテナ装置１の正面図である。図２は、図１に示すアンテナ装置１のＡ−Ａ矢視の断面図である。このアンテナ装置１は、ミリ波レーダを用いた車両用のセンシング装置に適用することができるものであり、アンテナ部６、このアンテナ部６が取り付けられている導波管ブロック７、及び回路基板５を備えている。アンテナ部６は、電波を送信する送信用アンテナ部１０、及びこの送信用アンテナ部１０が送信した電波の反射波を受信する受信用アンテナ部２０を有している。なお、アンテナ用ユニット２は、前記アンテナ装置１のうちの導波管ブロック７と、アンテナ部６が有し表裏に各種の薄膜パターンが形成されている後述の誘電体基板（１５ａ〜１５ｄ）とからなる。このアンテナ用ユニット２の詳細については、後に説明する。

アンテナ装置１は車両に搭載され、自車両に搭載の送信用アンテナ部１０から電波を送信すると共に、他車両によるその反射波を受信用アンテナ部２０が受信し、この反射波に基づいて、他車両との距離、相対速度、及び方位を測定することができる。

送信用アンテナ部１０は、四つの送信アンテナ（マイクロストリップアンテナ）１１，１２，１３，１４を備えており、これら送信アンテナ１１，１２，１３，１４は、それぞれ誘電体基板１５ａ,１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ上に設けられている。そして、これら誘電体基板１５ａ,１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが、導波管ブロック７の一面８側に取り付けられている。

受信用アンテナ部２０は、四つの受信アンテナ（マイクロストリップアンテナ）２１，２２，２３，２４を備えており、これら受信アンテナ２１，２２，２３，２４は、一つの共通する誘電体基板２５上に設けられている。そして、この誘電体基板２５は導波管ブロック７の一面８側に取り付けられている。

図１において、送信アンテナ１１は、変換器１６ａから延びる給電線路１１ａ、及びこの給電線路１１ａから給電される複数の放射素子１１ｂを有しており、コムラインアンテナからなる。変換器１６ａは、誘電体基板１５ａに設けられており、後述する導波管３１、及び給電線路１１ａ間で相互に電力変換を行うためのものであり、給電線路１１ａの給電点となる。給電線路１１ａは、平面線路からなり、誘電体基板１５ａに形成された導電性薄膜からなる。放射素子１１ｂは、平面アンテナからなり、誘電体基板１５ａに形成された導電性薄膜からなる。なお、他の送信アンテナ１２，１３，１４も、送信アンテナ１１と同じ構成であり、それぞれ給電線路、及び複数の放射素子を有しており、コムラインアンテナからなる。

受信アンテナ２１は、変換器２６ａから延びる給電線路２１ａ、及びこの給電線路２１ａから給電される複数の放射素子２１ｂを有しており、コムラインアンテナからなる。変換器２６ａは、誘電体基板２５に設けられており、後述する導波管３５、及び給電線路２１ａ間で相互に電力変換を行うためのものであり、給電線路２１ａの給電点となる。給電線路２１ａ、及び放射素子２１ｂは、それぞれ平面線路、及び平面アンテナからなる。なお、他の受信アンテナ２２，２３，２４も、受信アンテナ２１と同じ構成であり、それぞれ給電線路、及び複数の放射素子を有しており、コムラインアンテナからなる。

送信側の誘電体基板１５ａ,１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ、及び受信側の誘電体基板２５は、例えば、フッ素樹脂製の基板からなる。

図２に示すように、送信アンテナ１１，１２，１３，１４は、導波管ブロック７の凸面１８に沿って並んで設けられている。受信アンテナ２１，２２，２３，２４は、この導波管ブロック７の平面１７に沿って一方向に並んで設けられている。
このアンテナ装置１を、例えば車両の車体に設置した状態では、図１に示すように、各アンテナの給電線路（１１ａ,２１ａ）の線路延伸方向が上下方向となる。そして、受信アンテナ２１，２２，２３，２４が並んで設けられている方向が、その線路延伸方向に直交する横方向となり、この横方向は水平方向となる。線路延伸方向と横方向との双方とに直交する方向が前後方向となる。送信及び受信アンテナが設けられている導波管ブロック７の一面８側は、電波が放射される及び反射波が到来する前側の面となる。

図２に示すように、導波管ブロック７は、単一の板状ブロック材（アルミ製ブロック）からなり、平板状の部分７ａ,７ｃと、前方に隆起している部分７ｂとを有している。この隆起している部分（隆起部分）７ｂの前面が凸面１８となる。つまり、この導波管ブロック７は、その一面８側において前方に突出している凸面１８を有している。そして、この凸面１８に送信用アンテナ部１０が設けられ、平板状の部分７ａの平面１７に受信用アンテナ部２０が設けられている。

図３は、送信用アンテナ部１０及び受信用アンテナ部２０を取り外した状態にある導波管ブロック７の正面図である。図２と図３において、本実施形態の凸面１８は、四つの平面１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから構成されている。四つの平面１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄそれぞれは、上下方向に長い平面からなり、鉛直面となる。

図２において、これら平面１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、仮想の円弧面Ｒ２に外接するように配置されており、第１の平面１８ａは、平板状の部分７ｃの前面に対して１２０度の傾斜角度で傾く面であり、第２の平面１８ｂは、平板状の部分７ｃの前面に対して１５０度の傾斜角度で傾く面である。第３の平面１８ｃは、平板状の部分７ａの前面に対して１５０度の傾斜角度で傾く面であり、第４の平面１８ｄは、平板状の部分７ａの前面に対して１２０度の傾斜角度で傾く面である。このように、四つの平面１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、それぞれ異なる方向に面している（望んでいる）。

そして、これら平面１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに、誘電体基板１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ（送信アンテナ１１，１２，１３，１４）がそれぞれ取り付けられている。送信アンテナ１１，１２，１３，１４それぞれは、指向性アンテナであり、例えば、第１の送信アンテナ１１は、誘電体基板１５ａの前面に直交する方向（図２では、矢印Ｔｘ１方向）を指向方向としている。つまり、送信アンテナ１１から送信される電波の最高強度の方向は、誘電体基板１５ａの前面に直交する方向（図２では、矢印Ｔｘ１方向）となる。なお、他の送信アンテナ１２，１３，１４についても、送信アンテナ１１と同様であり、各誘電体基板の前面に直交する方向（図２では、矢印Ｔｘ２，３，４方向）を指向方向としている。

以上より、送信アンテナ１１，１２，１３，１４は、凸面１８に沿って水平方向に並んで設けられており、これら送信アンテナ１１，１２，１３，１４から前方に向かって水平方向に広い範囲で電波を放射することができる。
そして、受信アンテナ２１，２２，２３，２４は、鉛直面となる前記平面１７に沿って配置されており、相互が平行である。これら受信アンテナ２１，２２，２３，２４が受信した信号（反射波）に基づいて、位相モノパルス方式により反射波の方位を測定することが可能となる。

導波管ブロック７には複数の貫通孔が形成されており、各貫通孔を導波管としている。本実施形態（図２と図３参照）では、送信用として四つの導波管（貫通孔）３１，３２，３３，３４が、隆起している部分７ｂに形成されており、受信用として四つの導波管（貫通孔）３５，３６，３７，３８が、平板状の部分７ａに形成されている。
導波管７の一面８側では、導波管３１，３２，３３，３４は凸面１８において開口しており、導波管３５，３６，３７，３８は平面１７において開口している。これら導波管３１〜３８それぞれは、直線状に形成された貫通孔からなり、管軸方向（管長方向）が直線状となる。つまり、導波管３１〜３８それぞれの管軸方向は、前後方向と一致する。なお、本実施形態の導波管３１〜３８それぞれは、導波管ブロック７を板厚方向に貫通して形成した角孔（隅部がアール形状を有する角孔）によるものである。

送信用となる導波管３１，３２，３３，３４について説明する。第１の導波管３１は、凸面１８の内の第１の平面１８ａにおいて開口しており、第２の導波管３２は第２の平面１８ｂにおいて開口しており、第３の導波管３３は第３の平面１８ｃにおいて開口しており、第４の導波管３４は第４の平面１８ｄにおいて開口している。また、これら導波管３１，３２，３３，３４は、横方向（水平）に並んで設けられており、正面視、各開口端は横方向（水平方向）に並んでいる。そして、これら導波管（貫通孔）３１，３２，３３，３４は、導波管ブロック７の他面９側においても開口している。なお、この他面９は平面からなる（図２参照）。

そして、導波管３１，３２，３３，３４それぞれの一面８側における開口端側に、変換器１６ａ,１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ（図１参照）が位置する。導波管３１，３２，３３，３４は、送信アンテナ１１，１２，１３，１４それぞれと変換器１６ａ,１６ｂ,１６ｃ,１６ｄを介して電磁的に結合される。

以上のように、本実施形態のアンテナ装置１では、送信用アンテナ部１０は、四つの誘電体基板１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ、及び四つの送信アンテナ１１，１２，１３，１４を有している。誘電体基板１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、導波管ブロック７の凸面１８に設けられている。そして、これら誘電体基板１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ上に、送信アンテナ１１，１２，１３，１４が設けられており、送信アンテナ１１，１２，１３，１４は、導波管３１，３２，３３，３４と電磁的に結合される構成となる。

そして、凸面１８の平面１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、それぞれ異なる方向に面していることから、これら平面１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ上に設けられる誘電体基板１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄも、それぞれ異なる方向に面して配置される。このため、四つの送信アンテナ１１，１２，１３，１４は、凸面１８に沿って並んで配置された構成となり、これら送信アンテナ１１，１２，１３，１４の指向方向は、それぞれ異なる方向に向く。

このように、送信アンテナ１１，１２，１３，１４の指向方向は、それぞれ異なる方向に向いているが、これら送信アンテナ１１，１２，１３，１４と電磁的に結合される導波管３１，３２，３３，３４の管軸方向は、全て同じ方向に向いている。本実施形態では、導波管３１，３２，３３，３４の管軸方向は、前後方向と一致しており、全ての管軸方向は平行である。なお、管軸方向とは、導波管の中心線に沿った方向である。
また、受信アンテナ２１，２２，２３，２４用の導波管３５，３６，３７，３８の管軸方向も全て同じ方向（前後方向）に向いている。

以上の構成を備えたアンテナ装置１によれば、四つの送信アンテナ１１，１２，１３，１４が導波管ブロック７の凸面１８に沿って並んで配置されていることで、これら送信アンテナ１１，１２，１３，１４からの全放射ビームの範囲を広くして、広角な検知エリアを得ることが可能となる。本実施形態では、各送信アンテナ（例えば、送信アンテナ１１）から送信される電波の最高強度の方向が、誘電体基板（１５ａ）の前面に直交する方向であり、この方向を中心として水平方向に±３０度の範囲に対して（有効な利得が得られる）電波を送信している。このため、四つの送信アンテナ１１，１２，１３，１４により、前方方向（平板状の部分７ａにおける前面に直交する方向）を中心として水平方向に±９０度の範囲に対して（有効な利得が得られる）電波を送信することが可能となる。

そして、これら送信アンテナ１１，１２，１３，１４の指向方向は、それぞれ異なる方向に向いているが、これら送信アンテナ１１，１２，１３，１４と電磁的に結合される四つの導波管３１，３２，３３，３４の管軸方向は全て同じ方向（前後方向）に向いて導波管ブロックに形成されている。このため、隣り合う導波管（３１と３２、３２と３３、３３と３４）は平行となり、重ならない。このため、これら導波管３１，３２，３３，３４を整列して設けることができ、導波管ブロック７の小型化が可能となり、アンテナ装置１を小型化することができる。

また、図２に示すように、導波管ブロック７の一面（前面）８と反対側の他面（後面）９のうち、送信アンテナ用の四つの導波管３１，３２，３３，３４が開口する領域は平面からなる。本実施形態では、受信アンテナ用の四つの導波管３１，３２，３３，３４が開口する領域も、平面からなり、他面９は全面にわたって平面からなる。
そして、この他面９側に、回路基板５が設けられている。回路基板５は、図示しないが、送信アンテナ１１，１２，１３，１４、及び受信アンテナ２１，２２，２３，２４を制御する制御回路、及びこの制御回路から延びて各導波管と電磁的に結合される伝送線路を有している。

導波管ブロック７の他面９側には、前記のとおり回路基板５（図２参照）が設けられるが、本実施形態では、導波管ブロック７の他面９は全面にわたって平面からなるため、この回路基板５を平板形状とすることができる。
また、この回路基板５には、複数の導波管（３１〜３４,３５〜３８）それぞれを電磁的に結合する変換器も設けられるが、これら変換器を、平面である一領域に集約して配置（一列に並べて配置）することができ、回路構成を簡略化することが可能となる。

更に、本実施形態では、凸面１８は、四つの平面１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが折れ角度を有して並んで構成された面からなり、これら平面１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄそれぞれに、誘電体基板１５ａ,１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを介して、送信アンテナ１１，１２，１３，１４が設けられている。このため、送信アンテナ１１，１２，１３，１４及び誘電体基板１５ａ,１５ｂ，１５ｃ，１５ｄも、平面状及び平板状に構成することができる。

なお、このように、送信アンテナ及び誘電体基板を平面状及び平板状に構成するために、送信アンテナ１１，１２，１３，１４が形成されている誘電体基板１５ａ,１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを、共通の単一基板４（図４参照）を切断して得た基板から構成している。
つまり、図４に示すように、単一基板４（の右側半分の領域）には、四つの送信アンテナ１１，１２，１３，１４となるアンテナパターン、及び変換器１６ａ,１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが形成されている。そこで、この単一基板４を、一つの送信アンテナ及び一つの変換器を含む範囲毎に切断する。なお、図４では、切断線を二点鎖線で示している。

具体的に説明すると、単一基板４から切断した第１の基板片４ａは、第１の送信アンテナ１１が形成された誘電体基板１５ａとなり、この誘電体基板１５ａが、図３に示す凸面１８の第１の平面１８ａに固定される。そして、単一基板４から切断した第２の基板片４ｂは、第２の送信アンテナ１２が形成された誘電体基板１５ｂとなり、この誘電体基板１５ｂが、図３に示す凸面１８の第２の平面１８ｂに固定される。これと同様に、単一基板４から切断した第３（第４）の基板片４ｃ（４ｄ）は、送信アンテナ１３（１４）が形成された誘電体基板１５ｃ（１５ｄ）となり、この誘電体基板１５ｃ（１５ｄ）が、図３に示す凸面１８の第３の平面１８ｃ（第４の平面１８ｄ）に固定される。

この構成によれば、単一基板４に四つのアンテナパターン等を形成し、この単一基板４を、一つの送信アンテナ等を含む範囲毎に切断して四つの基板片４ａ,４ｂ，４ｃ,４ｄとし、これら基板片４ａ,４ｂ，４ｃ,４ｄを導波管ブロック７に取り付けることで送信用アンテナ部１０を得ることができる。

また、図４において、単一基板４の残りの領域（左側半分の領域）には、四つの受信アンテナ２１，２２，２３，２４となるアンテナパターン及び変換器２６ａ,２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが形成されている。そこで、これらが形成されている単一基板４の残部を、図３に示す平板状の部分７ａの前面に固定する。これにより、受信用アンテナ部１０を構成することができる。

なお、この図４に示す実施形態では、四つの誘電体基板１５ａ,１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、アンテナパターンが形成された共通の単一基板４を「切断」して得た基板からなる場合について説明したが、他の構成により、送信用アンテナ部１０を構成してもよい。
つまり、図４に示す前記単一基板４を、導波管ブロック７の凸面１８の形状に合わせて、折り曲げて構成してもよい。具体的に説明すると、送信アンテナ１１，１２，１３，１４が形成されている誘電体基板１５ａ,１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、これら送信アンテナ１１，１２，１３，１４となるアンテナパターンが形成された共通の単一基板４を、凸面１８の形状に合わせて、折り曲げて得た基板からなるように構成してもよい。この場合、単一基板４に四つのアンテナパターンを形成し、この単一基板４を、凸面１８の形状に合わせて折り曲げ、この折り曲げた単一基板４を導波管ブロック７に取り付けることでアンテナ装置１を構成することができる。単一基板４を「切断」する場合、誘電体基板はそれぞれ独立した基板となるが、単一基板４を「折り曲げる」場合、誘電体基板は一体である基板からなる。

図５は、他の形態を有するアンテナ装置の一部（送信用アンテナ部１０）を示す断面図である。前記実施形態では、導波管ブロック７は凸面１８を有しており、この凸面１８に送信用アンテナ部１０を設ける場合について説明したが、図５では、導波管ブロック７は凹面１９を有しており、この凹面１９に送信用アンテナ部１０が設けられている。

すなわち、図５に示すアンテナ装置では、導波管ブロック７は、一面８側に凹面１９を有しており、この凹面１９において開口する複数（図例では３つ）の貫通孔が形成されており、これら貫通孔が送信アンテナ用の導波管４１，４２，４３となる。
そして、送信用アンテナ部１０は、誘電体基板４４，４５，４６、及びこれら誘電体基板４４，４５，４６上に設けられている複数（図例では３つ）の送信アンテナ（コムラインアンテナ）４７，４８，４９を有している。
凹面１９は、それぞれ異なる方向に面している平面１９ａ，１９ｂ，１９ｃを有しており、これら平面１９ａ，１９ｂ，１９ｃに誘電体基板４４，４５，４６を介して送信アンテナ４７，４８，４９が設けられている。そして、送信アンテナ４７，４８，４９は、導波管４１，４２，４３と（変換器を介して）電磁的に結合される。

送信アンテナ４７（４８，４９）はそれぞれ、前記実施形態と同様に、誘電体基板４４（４５，４６）の前面に直交する方向を指向方向とする指向性アンテナである。これら送信アンテナ４７，４８，４９は、凹面１９に沿って水平方向に並んで配置されており、この凹面１９の平面１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、それぞれ異なる方向に面していることから、送信アンテナ４７，４８，４９の指向方向がそれぞれ異なる方向に向くこととなる。

このように、送信アンテナ４７，４８，４９の指向方向はそれぞれ異なる方向に向いているが、これら送信アンテナ４７，４８，４９と電磁的に結合される複数の導波管４１，４２，４３の管軸方向は全て同じ方向（前後方向）に向いている。
このため、隣り合う導波管（４１と４２、４２と４３）は平行となり、重ならない。したがって、これら導波管４１，４２，４３を整列して設けることができ、導波管ブロック７の小型化が可能となり、アンテナ装置１を小型化することができる。
なお、受信用アンテナ部２０の構成は、図１及び図２に示す実施形態と同じであり、ここでは説明を省略する。

また、前記各実施形態のアンテナ装置１では、複数の送信アンテナ１１，１２，１３，１４（４１，４２，４３）は、（図１を参考にすると）その給電線路の線路方向（線路長手方向）が、地面に対して垂直となる方向に配置される。このため、各送信アンテナにおいて、複数の放射素子は上下方向に並ぶ。そして、これら送信アンテナ１１，１２，１３，１４（４１，４２，４３）は、平行となる。
また、一つの送信アンテナ（１１）に含まれるこれら放射素子（１１ａ）の数は、複数の送信アンテナ１１，１２，１３，１４（４１，４２，４３）による水平方向に並ぶ放射素子の数（本実施形態の場合四つ）よりも多くなる。

このため、放射ビームの水平方向の放射角度の範囲を広くすることができるのに対して、垂直方向の放射角度の範囲を水平方向よりも狭くすることができ、このアンテナ装置１を車両前方に搭載することで、車両前方の地面付近の障害物や、車両前方の他の車両の感知に適したアンテナ装置１となる。

また、本実施形態（図１参照）では、各送信アンテナ（１１）において、給電線路（１１ａ）の両側に放射素子（１１ｂ）が設けられており、これら放射素子（１１ｂ）は上下方向交互に位置している。そして、給電線路（１１ａ）を挟んで両側にそれぞれ位置する放射素子（１１ｂ）の列の水平方向の間隔は、自由空間波長の半分の値に設定されている。これにより、各送信アンテナ（１１）において、サイドローブ及びヌル点の発生を抑制することができる。

なお、アンテナ装置１は、図示する形態に限らず他の形態のものであってもよい。例えば、前記実施形態では、凸面１８（凹面１９）は、複数の平面を組み合わせて構成した形状であるが、断面が凸状（又は凹状）の円弧となる曲面であってもよい。この場合、この曲面に合わせて、誘電体基板１５ａ〜１５ｄも曲面となる。

〔アンテナ用ユニットの詳細について〕
アンテナ用ユニット２は、前後方向となる管軸方向に電波を伝搬する導波管と、この導波管の前側の開口を閉鎖する誘電体基板とを備えて成るものであり、図１に示す実施形態では、アンテナ用ユニット２は、導波管３１〜３８が形成されている導波管ブロック７と、送信アンテナ用の誘電体基板１５ａ〜１５ｄと、受信アンテナ用の誘電体基板２５とを備えて成る。

図６は、図２に示すアンテナ用ユニット２の一部（第２の送信アンテナ１２が設けられている第２の誘電体基板１５ｂ、及び第２の導波管３２）の断面図である。この図６に示すように、導波管３２の管軸方向Ｊと、この導波管３２の開口３２ａを閉鎖している誘電体基板１５ｂの面（前面５４又は後面５３）に直交する法線方向Ｋとは交差している。つまり、管軸方向Ｊに対して法線方向Ｋが角度θで傾斜している。このように、アンテナ用ユニット２では、送信用アンテナ部１０側において、導波管の管軸方向と、この導波管を閉鎖する誘電体基板の面に直交する法線方向とが交差している関係にある。

図７は、アンテナ用ユニット２の一部を示す分解斜視図である。なお、この図７では、第２の誘電体基板１５ｂ、及び第２の導波管３２の部分を示している。導波管３２は導波管ブロック７に形成された貫通孔（キャビティ）からなり、図６と図７に示すように、この貫通孔の開口３２ａに共振素子５１を位置させるようにして、この開口３２ａが誘電体基板１５ｂによって閉鎖される。誘電体基板１５ｂは、開口３２ａよりも広く、この開口３２ａと同一形状である閉鎖領域５３ａを後面５３側に有している。そして、この閉鎖領域５３ａを導波管３２の内壁が周囲から囲むようにして、導波管ブロック７の端面が誘電体基板１５ｂに密着固定される。

誘電体基板１５ｂの後面（裏面）５３には共振素子５１及び接地板５２が設けられており、前面（表面）５４には平面線路５５及び短絡板５６が設けられている。これら共振素子５１、接地板５２、平面線路５５、及び短絡板５６は、導電性金属の薄膜パターンからなる。この薄膜パターンは、熱圧着法、スパッタリング法、蒸着法等により、銅などの薄膜を誘電体基板１５ｂの所定範囲に形成した後、フォトエッチング法により薄膜をパターニングすることによって形成される。

短絡板５６は、閉鎖領域５３ａを前面５４側から覆うように当該前面５４に形成されており、導波管ブロック７を終端させる短絡面を構成する。短絡板５６は長方形からなり、その長辺から内側に向けてストリップ状の切り込み５６ａが形成されている。この切り込み５６ａは、短絡板５６の短辺と平行に延びている。

平面線路５５は、誘電体基板１５ｂの前面５４に形成された直線状の線路であり、その一端が短絡板５６の切り込み５６ａ内に形成され、閉鎖領域５３ａの長辺及び短絡板５６の長辺を横切り、他端が短絡板５６の外側へ直線的に引き出されている。また、閉鎖領域５３ａよりも外側では、誘電体基板１５ｂを介して接地板５２と対向するように配置され、接地板５２と共にマイクロストリップ線路（ＭＳＬ）を形成している。本実施形態では、平面線路５５は、送信アンテナ１２の給電線路１２ａ（図１参照）と繋がる。

接地板５２は、閉鎖領域５３ａを囲むように形成され、この接地板５２に導波管ブロック７の端面を密着させることによって、接地板５２と導波管ブロック７とを導通させている。接地板５２は、閉鎖領域５３ａと一致する内縁を有し、閉鎖領域５３ａを除く領域に形成されている。

共振素子５１は、接地板５２と導通しないように閉鎖領域５３ａ内に形成された素子であり、誘電体基板１５ｂに共振領域を形成する。共振素子５１は、誘電体基板１５ｂを挟んで平面線路５５の先端と対向するように配置され、平面線路５５と電磁的に結合される。一般に、本実施形態のような方形（断面矩形）の導波管３２内では、短手方向の電界しか存在せず、この電界分布は長手方向中央において最大となることが知られている。そして、共振素子５１の形状を調整することにより、導波管と送信アンテナとのインピーダンス整合を図る。

以上のように、共振素子５１、接地板５２、平面線路５５、及び短絡板５６により変換器が構成される。なお、ここでは、図２に示すアンテナ用ユニット２のうち、第２の送信アンテナ１２用の部分について説明したが、他の送信アンテナ１１，１３，１４用の部分も、同様の構成である。

共振素子５１の形状について、図６と図８により説明する。前記のとおり、インピーダンス整合を図るために、共振素子５１の形状は次のように設定されている。
誘電体基板１５ｂの後面５３を法線方向Ｋに沿って見ると、共振素子５１の輪郭形状は台形からなる。なお、この台形は、前側に位置する第１の底辺Ｂ１が長く、後側に位置する第２の底辺Ｂ２が短い台形からなる。第１の底辺Ｂ１の長さＹ１は、第２の底辺Ｂ２の長さＹ２よりも長い（Ｙ１＞Ｙ２）。底辺Ｂ１，Ｂ２それぞれの長さ方向は、平面線路５５の長手方向と平行となる方向である。つまり、本実施形態では上下方向となる。
底辺Ｂ１と底辺Ｂ２とは平行となる一組の辺（対辺）である。なお、台形の他の一組の対辺である脚辺Ｂ３，Ｂ４は線対称の関係にある。

また、図８に示すように、台形である共振素子５１の第１の底辺Ｂ１と第２の底辺Ｂ２との間における中心位置Ｐ（つまり、台形の高さ方向の中心位置Ｐ）は、導波管３２の中心線Ｃ１上に位置している。ここで、共振素子５１は薄膜パターンからなるが微小の厚さ寸法ｔを有している。このため、共振素子５１の前記中心位置Ｐは、前側（誘電体基板１５ｂの後面５３に接している側）の面Ｆ１の他に、後側（導波管３２側）の面Ｆ２にも存在する。そこで、本実施形態では、この中心位置Ｐは、誘電体基板１５ｂの後面５３に接している面Ｆ１における中心位置としている。

前記のように共振素子５１を台形とする理由の一つとしては、底辺Ｂ１側と底辺Ｂ２側とで誘電体基板１５ｂを含む周囲構造が異なり、底辺Ｂ１側と底辺Ｂ２側とで共振長が異なるためである。
そして本実施形態のアンテナ用ユニット２によれば、誘電体基板１５ｂの後面５３（前面５４）に直交する法線方向Ｋに対して、導波管３２の管軸方向Ｊが交差するが、この誘電体基板１５ｂの後面５３に設けられている共振素子５１を台形とすることで、インピーダンス整合が図られ、（共振素子を正方形とする場合に比べて、）導波管３２と平面線路５５（図６、図７参照）との間で行われる伝送電力の変換効率の低下を抑制することが可能となる。

図１３は、共振素子を台形にした場合（実施例）と正方形（従来例）にした場合との変換効率を比較した説明図である。図１３において、共振素子を台形にした場合の変換効率を実線で示し、共振素子を正方形にした場合の変換効率を破線で示している。なお、この図１３では、それぞれの場合において、誘電体基板１５ｂの法線方向Ｋと導波管３２の管軸方向Ｊとの成す角度θ（図６参照）、つまり、誘電体基板１５ｂの傾斜角度（基板傾斜角度）毎の変換効率を示している。
この図から明らかなように、共振素子を正方形とする従来例では、基板傾斜角度が大きくなると、それに応じて変換効率が大きく低下するが、共振素子を台形とする実施例では、変換効率の低下を抑制することができる。

誘電体基板１５ｂの法線方向Ｋと導波管３２の管軸方向Ｊとの成す角度θ（図６参照）、つまり、誘電体基板１５ｂの傾斜角度（基板傾斜角度）と、共振素子５１の底辺Ｂ１の長さＹ１及び底辺Ｂ２の長さＹ２との関係を、図９のグラフに示している。このグラフは、各基板傾斜角度について、第１の底辺Ｂ１の長さＹ１を実線で示し、第２の底辺Ｂ２の長さＹ２を破線で示している。なお、この図９において、基板傾斜角度が０度である場合とは、法線方向Ｋと管軸方向Ｊとが交差せずに一致している場合（従来例の場合）である。台形である共振素子５１の第１の底辺Ｂ１の長さＹ１は、基板傾斜角度が０度の場合の従来例の共振素子の一辺（底辺Ｂ１に相当する一辺）よりも長く、第２の底辺Ｂ２の長さＹ２は、基板傾斜角度が０度の場合の従来例の共振素子の他辺（底辺Ｂ２に相当する他辺）よりも短い。

なお、共振素子５１の底辺Ｂ１の長さＹ１及び底辺Ｂ２の長さＹ２は、誘電体基板１５ｂ、接地板５２、平面線路５５、及び短絡板５６との電磁的な相互作用によって決定されるが、本実施形態の共振素子５１の底辺Ｂ１の「長さＹ１」及び底辺Ｂ２の「長さＹ２」は次のようにして定義することができる。
「長さＹ１」：法線方向Ｋと管軸方向Ｊとが交差するアンテナ用ユニット（図１０（Ｂ））における導波管３２の開口縁ｅから底辺Ｂ１までの横方向の距離をＬ１とした場合、横方向の距離をＬ１とした仮想の導波管３２−１（図１０（Ａ）参照）内の波長の１／２と略同じ長さ
「長さＹ２」：法線方向Ｋと管軸方向Ｊとが交差するアンテナ用ユニット（図１０（Ｂ））における導波管３２の開口縁ｅから底辺Ｂ２までの横方向の距離をＬ２とした場合、横方向の距離をＬ２とした仮想の導波管３２−２（図１０（Ｃ）参照）内の波長の１／２と略同じ長さ

図１２は、アンテナ装置の従来例の説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＡ−Ａ矢視の断面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ矢視の断面図である。このアンテナ装置（従来例）では、三つの送信アンテナ８１，８２，８３を有しているのに対して、図１２（Ｂ）に示すように、導波管８４は一つである。導波管８４から給電された電力は、誘電体基板８５に設けられている共振素子８４ａ、短絡板８４ｂ、平面線路８４ｃ、及び接地板８４ｄを含む変換器８７を介して、誘電体基板８５に形成されている給電線路８６に給電される。
給電線路８６は分岐（三分岐）しており、それぞれが送信アンテナ８１，８２，８３に繋がっている。また、このアンテナ装置（従来例）では、前記実施形態のアンテナ装置（例えば図１参照）と同様に、送信アンテナ８１，８２，８３が導波管ブロック７の凸面１８に沿って並んで設けられている。このため、給電線路８６は、その途中部８６ａ,８６ｂにおいて凸面１８により屈曲しており、また、送信アンテナ８１，８３のために別の途中部８６ｃ,８６ｄにおいて９０度の角度で折れ曲がっている。このため、これら途中部８６ａ,８６ｂ,８６ｃ,８６ｄにおいて不要な放射が行われ、給電線路８６の電力損失が大きくなる。

これに対して、図１１に示すアンテナ装置（実施例）の場合、図１に示す実施形態と同様に、一つの送信アンテナ（１１）に対して一つの導波管（３１）が設けられている。このため、図１２に示す従来例のような給電線路の折れ曲がりが無くなり、不要な放射が行われたり、電力損失が大きくなったりするのを防ぐことができる。
なお、この図１１に示す実施形態では、図４を参考にして説明した実施形態と同様に、送信アンテナ１１，１２，１３が形成されている誘電体基板１５ａ,１５ｂ，１５ｃは、これら送信アンテナ１１，１２，１３となるアンテナパターンが形成された共通の単一基板４を、導波管ブロック７の凸面１８の形状に合わせて、折り曲げて得た基板からなる。

また、図１１に示すアンテナ装置では、左右の送信アンテナ１１，１３では、導波管３１，３３の管軸方向と、誘電体基板１５ａ,１５ｃの法線方向とが交差しているため、共振素子５１は台形であるが、中央の送信アンテナ１２では、導波管３２の管軸方向と、誘電体基板１５ｂの法線方向とが一致しているため、共振素子５１は長方形又は正方形である。

アンテナ用ユニット２は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、図２に示す実施形態では、凸面１８が、四つの平面１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから構成されている場合を説明し、図１１に示す実施形態では、凸面１８が、三つの平面１８ａ，１８ｂ，１８ｃから構成されている場合を説明したが、平面の数は変更可能であり、また、この平面と同数の送信アンテナが設けられる。そして、この送信アンテナと同数の導波管が導波管ブロック７に形成され、これら導波管の管軸方向は同方向となる。

１：アンテナ装置 ２：アンテナ用ユニット １５ａ〜１５ｄ：誘電体基板
３１,３２，３３，３４：送信アンテナ用の導波管 ３２ａ：開口
５１：共振素子 ５２：接地板 ５３：後面
５４：前面 ５５：平面線路 ５６：短絡板
Ｂ１：第１の底辺 Ｂ２：第２の底辺 Ｃ１：中心線
Ｆ１：誘電体基板に接している面 Ｊ：管軸方向 Ｋ：法線方向
Ｐ：中心位置

Claims (3)

1. 前後方向となる管軸方向に電波を伝搬する導波管と、この導波管の前側の開口を閉鎖する誘電体基板と、を備え、前記導波管の管軸方向と前記誘電体基板の面に直交する法線方向とが交差するアンテナ用ユニットであって、
   前記誘電体基板の前記導波管側となる後面に共振素子が設けられ当該誘電体基板の前面に平面線路が設けられ、
   前記共振素子は、前記法線方向に沿って見て、前側に位置する第１の底辺が長く後側に位置する第２の底辺が短い台形からなることを特徴とするアンテナ用ユニット。
2. 台形である前記共振素子の前記第１と第２の底辺間の中心位置は、前記導波管の中心線上に位置しており、
   前記中心位置は、前記誘電体基板に接している面における中心位置である請求項１に記載のアンテナ用ユニット。
3. 前記誘電体基板の後面に接地板が設けられ、当該誘電体基板の前面に短絡板が設けられ、前記共振素子、前記接地板、前記平面線路、及び前記短絡板は、導電性金属の薄膜パターンからなる請求項１又は２に記載のアンテナ用ユニット。

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