JP6608775B2 - 車載用周波数選択板および車載レーダシステム - Google Patents

Description

本開示は、車両に搭載されるレーダ装置から車外へ向けて送信されるレーダ波が車体を構成する誘電体部材で反射するのを抑制する技術に関する。

ミリ波、マイクロ波のレーダ波を用いて車両周囲の監視を行うために、レーダ波の送受信を行うレーダ装置を、例えばバンパカバーの内側、フロントガラスの内側、樹脂ボディの内側などに取り付けることが求められている。しかし、バンパカバー等の誘電体部材は、レーダ波の反射率が高い。そのため、バンパカバー等の内側にレーダ装置を搭載した場合、バンパカバー等で反射されてレーダ装置に戻る不要なレーダ波の影響によって、車両周囲の物標に到達し反射してレーダ装置に戻ってくるレーダ波を検出することが困難になる可能性がある。

これに対し、非特許文献１には、バンパカバーによるレーダ波の反射を抑制する技術として、バンパカバーの裏面に周波数選択板を設置する技術が開示されている。バンパカバー等の裏面に周波数選択板を設置することで、特定の方向（例えば周波数選択板の板面に対して垂直な方向）から入射するレーダ波に対して所望の周波数において反射係数を低減させることが可能となる。

Frerk Fitzek，Ralph H.Rasshofer，Erwin M.Biebl、「Broadband matching of high-permittivity coatings with frequency selective surfaces」（独国）、Proceedings of the 6th German Microwave Conference、2011年3月14-16日

しかし、バンパカバー等は、部位によっては曲率を持つため、周波数選択板の設置場所がその曲率を持つ部位であると、周波数選択板に入射するレーダ波の入射角が、周波数選択板上の位置によって異なる状態になる場合がある。例えば、周波数選択板において、ある位置に対してはレーダ波が垂直に入射するものの他の位置に対しては斜めに入射する状態になる場合がある。

曲率を持つ部位に限らず、平面上に周波数選択板が設置される場合であっても、周波数選択板とレーダ装置との位置関係やレーダ装置におけるレーダ波を送信する送信アンテナの構成などによっては、周波数選択板に対するレーダ波の入射角が周波数選択板内の位置によって異なる状態になる場合がある。

本開示は、バンパカバー等の誘電体部材に設置された周波数選択板に対するレーダ波の入射角が周波数選択板上の位置によって異なっても、所望の周波数帯域のレーダ波に対する反射係数を効果的に低減できるようにする技術を提供する。

本開示の車載用周波数選択板（２０，５０，７０）は、レーダ波を送受するレーダ装置（１０）、及び車体の外側面を構成する部材であってレーダ装置にて送受されるレーダ波が透過するように設けられた誘電体部材（２，３，４）、を有する車両（１）において、誘電体部材における、レーダ装置から送信された特定周波数帯域のレーダ波である送信波が入射する面に設置される。

本開示の車載用周波数選択板は、面状に配列された、特定形状の複数の導体素子（２１〜２４、５１〜５４、８１〜８３）を備える。複数の導体素子のそれぞれは、素子パラメータが、導体素子に対するレーダ装置からの送信波の入射角に基づき、その入射角で入射される送信波の反射係数が最小となるような値になるように形成されている。なお、ここでいう反射係数は、レーダ装置からの送信波に対する、誘電体部材に設置された状態の導体素子での反射係数である。また、素子パラメータは、その反射係数を決定付けるパラメータであり、且つ導体素子の寸法を決定付けるパラメータである。

このような構成によれば、車載用周波数選択板が有する複数の導体素子がそれぞれ、当該導体素子の素子パラメータが当該導体素子への送信波の入射角に応じた値、即ちその入射角で入射される送信波の反射係数が最小となるような値になるように形成される。そのため、特定周波数帯域の送信波に対し、その入射角が導体素子によって異なっていても、個々の導体素子における反射係数を効果的に低減でき、ひいては車載用周波数選択板全体の反射係数を効果的に低減できる。

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、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態の車両の斜視図である。 第１実施形態のレーダシステムの概要を示す斜視図である。 第１実施形態のレーダシステムを構成する構成要素の位置関係を示す説明図である。 周波数選択板に入射するレーダ波の入射角が位置によって異なる態様を示す説明図である。 第１実施形態の周波数選択板を示す説明図である。 第１実施形態の周波数選択板が有する導体素子群の具体的構成を説明するための説明図である。 入射角によって反射係数が最小となる周波数が異なることを示す説明図である。 異なる入射角毎に導体素子における内部導体のＸ軸方向長さＬＷｂの適値を演算するための、導体素子のシミュレーションモデルを示す説明図である。 図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。 入射角が０度の場合の、送信波の周波数と反射係数の関係を示すシミュレーション結果である。 入射角が１５度の場合の、送信波の周波数と反射係数の関係を示すシミュレーション結果である。 入射角が３０度の場合の、送信波の周波数と反射係数の関係を示すシミュレーション結果である。 入射角が４５度の場合の、送信波の周波数と反射係数の関係を示すシミュレーション結果である。 入射角が６０度の場合の、送信波の周波数と反射係数の関係を示すシミュレーション結果である。 入射角と、送信波の反射係数を最小にするＬＷｂと、の関係が二次関数で近似できることを示す説明図である。 第２実施形態の周波数選択板を示す説明図である。 周波数選択板の変形例を示す説明図である。 周波数選択板を構成する導体素子の他の形状の例を示す説明図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［１．第１実施形態］
（１−１）レーダシステムの概要
図１に示すように、車両１は、バンパカバー２、フロントガラス３、ドアボディ４を備え、バンパカバー２の裏面側にレーダシステム７が搭載されている。バンパカバー２及びドアボディ４は樹脂製である。よって、車両１において、バンパカバー２、フロントガラス３、及びドアボディ４はいずれも、電気的に誘電体として機能する誘電体部材である。

本開示におけるレーダシステムは、レーダ装置と、周波数選択板と、この周波数選択板が設置される誘電体部材とを備える。図１に示すレーダシステム７も、図２に示すように、レーダ装置１０と、周波数選択板２０と、誘電体部材としてのバンパカバー２とを備えている。

なお、車両１におけるレーダシステムの搭載位置は特に限定されるものではなく、レーダシステムの搭載位置や搭載数は、使用目的に応じて適宜決めてもよい。例えば、レーダシステムをフロントガラス３の裏面側に搭載してもよい。この場合、周波数選択板は誘電体部材であるフロントガラス３の裏面に設置される。また例えば、レーダシステムをドアボディ４の裏面側に搭載してもよい。この場合、周波数選択板は誘電体部材であるドアボディ４の裏面に設置される。

以下の説明では、図１に示すように、車両１の前方直進方向をＺ軸方向、車両１の上下方向（即ち路面に垂直な方向）をＹ軸方向、車両１の左右方向をＸ軸方向として説明する。

レーダ装置１０は、特定周波数帯域のレーダ波を送信し、その送信したレーダ波が車外の物標に反射して帰ってくる反射波を受信することで、主に車両１の周囲に存在する物標を認識する。また、周波数選択板のことを、以下、「ＦＳＳ」と略称することがある。「ＦＳＳ」とは、「Frequency Selective Surface 」の略称である。

レーダ装置１０は、図２に示すように、ハウジング１２と、レドーム１１とを備える。 ハウジング１２とレドーム１１とにより形成される収容空間には、アンテナ部１３と、レーダ本体１４とが収容されている。

アンテナ部１３は、アンテナ基板と、このアンテナ基板に形成された送信アンテナ及び受信アンテナとを備える。レーダ本体１４は、所定の送信タイミングでレーダ波をアンテナ部１３の送信アンテナから送信させる。送信アンテナから送信されたレーダ波（以下、「送信波」とも称する）は、ＦＳＳ２０及びバンパカバー２を透過して車外に放射される。車外に放射された送信波が物標２００に反射して車両１に戻ってきた場合、その反射波（以下、「物標反射波」とも称する）は、バンパカバー２及びＦＳＳ２０を透過してアンテナ部１３の受信アンテナで受信される。

レーダ本体１４は、アンテナ部１３の受信アンテナで物標反射波が受信された場合、その物標受信波に対する各種信号処理を行って、物標２００の認識を行う。レーダ本体１４による物標２００の検出結果は、車両１内における不図示の制御装置へ出力される。

なお、レーダ本体１４は、例えば、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulation-Continuous Wave）方式にて物標２００の検出を行う。また、レーダ本体１４がアンテナ部１３の送信アンテナから送信させる送信波は、特定の周波数帯域のレーダ波である。本実施形態の送信波は、例えば、周波数帯域が２４．０５ＧＨｚ〜２４．２５ＧＨｚの帯域であって、中心周波数が２４．１５ＧＨｚである。

ＦＳＳ２０は、バンパカバー２における表裏両面のうち裏面、即ち車両１の外部に面する外面とは反対側の面であってレーダ装置１０と対向する面に設置されている。ＦＳＳ２０は、後述するように、面状に配列された特定形状の複数の導体素子を有する。各導体素子の形状は、本実施形態では、矩形ループスロット形状である。つまり、本実施形態の各導体素子は、矩形導体板に矩形環状のループスロットが形成された、ループスロット型の導体素子である。

レーダシステム７を車両１の上部からＹ軸方向に見た場合、バンパカバー２、レーダ装置１０及びＦＳＳ２０の位置関係は、図３に示すようになる。なお、図３に破線で示すように、ＦＳＳ２０の両面のうちバンパカバー２に対向する面とは反対側の面に裏面誘電体１１０が設けられていてもよい。裏面誘電体１１０は、ＦＳＳ２０を物理的に支持する誘電体部材であるとともに、ＦＳＳ２０による反射抑制効果をより向上させることができる誘電体部材である。

図２及び図３に示すような配置関係により、レーダ装置１０からレーダ波が送信されると、その送信波は、ＦＳＳ２０及びバンパカバー２に入射し、これらを透過して車外へ放射される。

ＦＳＳ２０は、レーダ装置１０から送信された送信波がバンパカバー２で反射するのを抑制するために設けられる。ただし、送信波の反射を抑制する効果は、ＦＳＳ２０単独で得られるわけではなく、ＦＳＳ２０と、このＦＳＳ２０が設置される誘電体部材（本実施形態ではバンパカバー２）とを少なくとも含む多層構造体によって得られる。なお、図３に破線で示す裏面誘電体１１０が設けられている場合は、ＦＳＳ２０とその両面側のバンパカバー２及び裏面誘電体１１０を含む三層の多層構造体によって、送信波の反射抑制効果が得られる。裏面誘電体１１０を設けることで、反射抑制効果を向上させることが可能となる。

なお、ＦＳＳ２０に対してバンパカバー２とは反対側の面に誘電体部材を設ける場合、その誘電体部材は、図３に示した裏面誘電体１１０に限定されず、他の形状や物性のものであってもよい。例えば、レーダ装置１０のレドーム１１をＦＳＳ２０に密着させることで、レドーム１１を、三層の多層構造体における一層分の誘電体部材として機能させるようにしてもよい。

ここで、ＦＳＳ２０を含む多層構造体による送信波の反射抑制の原理について、簡単に説明する。送信波の反射は、主に、物理的性質が異なる２つの媒質の境界面（以下、界面）における、その２つの媒質の屈折率の違いに起因して発生する。また、界面における屈折率の違いによって、送信波の位相シフトも生じる。

例えば、自由空間中にバンパカバー２が単独で存在していてそのバンパカバー２に対して送信波が入射するケースを想定すると、送信波の反射ルートは主に２つである。即ち、バンパカバー２に到達してその到達面ですぐ反射する第１のルートと、到達面からその反対側の面までバンパカバー２内を通過してその反対側の面で反射して帰ってくる第２のルートである。第１のルートでは、位相シフトは１カ所で生じ、第２のルートでは、位相シフトは３カ所で生じる。

ＦＳＳがなくバンパカバー２が単独で存在している場合は、上記２つのルートの反射波を効果的に相殺させることが困難である。
これに対し、バンパカバー２の裏面にＦＳＳを設置すれば、送信波の反射率を低減することが可能となる。ＦＳＳ以外での反射波をＦＳＳでの反射波で相殺できるように、ＦＳＳ以外での反射波の合成波に対してその合成波の逆位相の反射波がＦＳＳで発生するように、ＦＳＳを構成することで、多層構造体全体として、送信波の反射係数を低く抑えることが可能となる。またその反射係数の低減効果は、多層構造体を三層構造とすることで二層構造よりも高めることが可能となる。

（１−２）ＦＳＳの構成
ＦＳＳ２０の構成について説明する前に、ＦＳＳ２０に対するレーダ装置１０からの送信波の入射角について、図４を用いて説明する。図４に示すパターンＡは、バンパカバー２における平面状の領域にＦＳＳ２０が設置されていて、Ｙ軸方向から見た場合、即ちＸＺ面上においてはレーダ装置１０の送信アンテナを等価的に点波源１３０とみなせる場合を例示している。図４に示すパターンＢは、バンパカバー２における曲率を有する面の領域にＦＳＳ２０が設置されていて、そのＦＳＳ２０に対してレーダ装置１０から一様な方向に送信波が入射される場合を例示している。

パターンＡでは、点波源１３０からの送信波は、ＦＳＳ２０全面に対して同じ入射角では入射されず、ＦＳＳ２０上の位置によって入射角が異なる。具体的に、パターンＡでは、ＦＳＳ２０における位置Ｐ１においては、送信波の入射角は０度、つまり送信波が板面に対して垂直に入射されるが、位置Ｐ１から離れている位置Ｐ２、Ｐ３においては入射角が０度より大きいθ１となる。位置Ｐ１からの距離が位置Ｐ２、Ｐ３よりもさらに離れている位置Ｐ４、Ｐ５においては、入射角がθ１よりもさらに大きいθ２となる。

パターンＢでは、レーダ装置１０からの送信波は一様な方向に伝搬されるものの、ＦＳＳ２０が設置されるバンパカバー２が曲率を有していることによってＦＳＳ２０自体が全体としてそのバンパカバー２の曲率に沿って曲がった状態となっている。そのため、パターンＢでは、ＦＳＳ２０の位置によって、送信波の入射角が異なる。

ＦＳＳ２０は、特定形状の導体素子が複数配列された構成となっている。仮に、ＦＳＳとして、導体素子の寸法形状が全て同じもの（以下、「基本ＦＳＳ」と称す）を用いた場合、図４に例示したように入射位置によって送信波の入射角が異なると、全体として所望の反射抑制効果が得られなくなる可能性がある。

即ち、例えば基本ＦＳＳに対して送信波が一様に垂直に入射されるという前提のもとで、その垂直に入射される送信波の所望の周波数帯域での反射係数が最小値（例えば−２０ｄＢ以下の値）となるように導体素子の寸法形状を決定したとする。この場合、基本ＦＳＳの全体に渡って前提条件の通りに送信波が一様に垂直に入射されれば、基本ＦＳＳ全体として所望の周波数帯域の送信波の反射を効果的に抑えることができる。しかし、基本ＦＳＳに対して、図４に例示したように位置によって送信波の入射角が異なると、基本ＦＳＳを構成する各導体素子による反射抑制効果が、当該導体素子に対する送信波の入射角が大きくなるほど低減し、これにより基本ＦＳＳ全体としての反射係数が大きく（例えば−２０ｄＢよりも大きく）なり、基本ＦＳＳの反射抑制効果が低減する。

そこで、本実施形態のＦＳＳ２０は、当該ＦＳＳ２０を構成する複数の導体素子を一律に同じ寸法形状とせず、送信波の入射角に応じた寸法形状としている。
図５に示すように、本実施形態のＦＳＳ２０は、複数の導体素子２１，２２，２３，２４が面状に配列された構成となっている。なお、個々の導体素子２１〜２４は、それぞれ物理的に独立して配置されていてもよいし、一体的に形成されていてもよい。本実施形態では、一例として、個々の導体素子２１〜２４が物理的に切り離されておらず互いに繋がっていて一体的に形成されている例を示している。

ＦＳＳ２０は、図５に示すように、Ｘ軸方向に一列に７個の導体素子が配列されてなる導体素子群が、Ｙ軸方向に６個配列されて構成されている。個々の導体素子群は、第１導体素子２１と、この第１導体素子２１の両側に各々配置された２つの第２導体素子２２と、各第２導体素子２２にそれぞれ隣接して配置された２つの第３導体素子２３と、各第３導体素子２３にそれぞれ隣接して配置された２つの第４導体素子２４と、を備える。

各導体素子群は同じ構成であるため、１つの導体素子群に着目して、その導体素子群のより具体的な構成を図６を用いて説明する。なお、図６において、下段側に示す図は、導体素子群をＺ軸方向に見た図であり、上段側に示す図は、導体素子群をＹ軸方向に見た図である。

図６の下段に示すように、第１導体素子２１は、矩形ループ状の外部導体２１ａと、この外部導体２１ａに囲まれるように配置される矩形状の内部導体２１ｂとを有する。外部導体２１ａと内部導体２１ｂとの間には、導体が存在しない矩形ループ状の領域であるループスロット２１ｃが存在している。外部導体２１ａの中心、内部導体２１ｂの中心、及びループスロット２１ｃの中心点は、いずれも同じ位置である。つまり、これら３者はいずれも、共通の中心点を通りＸ軸に平行な線を対称軸として線対称であり、共通の中心点を通りＹ軸に平行な線を対称軸としても線対称であり、共通の中心点を対称の中心として点対称でもある。

他の第２導体素子２２、第３導体素子２３及び第４導体素子２４も、Ｘ軸方向の一部寸法を除き、第１導体素子２１と同じ形状、寸法である。即ち、第２導体素子２２は、外部導体２２ａと、内部導体２２ｂと、ループスロット２２ｃとを有する。第３導体素子２３は、外部導体２３ａと、内部導体２３ｂと、ループスロット２３ｃとを有する。第４導体素子２４は、外部導体２４ａと、内部導体２４ｂと、ループスロット２４ｃとを有する。

各外部導体２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａにおいて、周方向に垂直な方向の幅である導体幅はいずれも同じＷａである。各ループスロット２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃにおいて、周方向に垂直な方向の幅であるループ幅はいずれも同じＷｂである。各内部導体２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂにおいて、Ｙ軸方向の長さはいずれも同じＬＨｂである。各外部導体２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａにおいてもＹ軸方向の長さはいずれも同じで値、即ち、ＬＨｂ＋２・Ｗｂ＋２・Ｗａである。

一方、各内部導体２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂにおいて、Ｘ軸方向の長さはそれぞれ異なる。即ち、第１導体素子２１の内部導体２１ｂのＸ軸方向長さはＬＷｂ１である。第２導体素子２２の内部導体２２ｂのＸ軸方向長さは、ＬＷｂ１よりも長いＬＷｂ２である。第３導体素子２３の内部導体２３ｂのＸ軸方向長さは、ＬＷｂ２よりも長いＬＷｂ３である。第４導体素子２４の内部導体２４ｂのＸ軸方向長さは、ＬＷｂ３よりも長いＬＷｂ４である。各内部導体のＸ軸方向の長さが上記のように異なるため、各外部導体２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａのＸ軸方向長さも異なり、また、各ループスロット２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃのループ長も異なる。

即ち、第１導体素子２１の外部導体２１ａのＸ軸方向長さはＬＷａ１である。第２導体素子２２の外部導体２２ａのＸ軸方向長さは、ＬＷａ１よりも長いＬＷａ２である。第３導体素子２３の外部導体２３ａのＸ軸方向長さは、ＬＷａ２よりも長いＬＷａ３である。第４導体素子２４の外部導体２４ａのＸ軸方向長さは、ＬＷａ３よりも長いＬＷａ４である。

また、第１ループスロット２１ｃのループ長はＬｐ１（＝２・ＬＷｂ１＋２・ＬＨｂ＋４・Ｗｂ）である。第２ループスロット２２ｃのループ長は、Ｌｐ１よりも長いＬｐ２（＝２・ＬＷｂ２＋２・ＬＨｂ＋４・Ｗｂ）である。第３ループスロット２３ｃのループ長は、Ｌｐ２よりも長いＬｐ３（＝２・ＬＷｂ３＋２・ＬＨｂ＋４・Ｗｂ）である。第４ループスロット２４ｃのループ長は、Ｌｐ３よりも長いＬｐ４（＝２・ＬＷｂ４＋２・ＬＨｂ＋４・Ｗｂ）である。

このように、１つの導体素子群が有する４種類の導体素子２１，２２，２３，２４は、各々のループスロットのループ長が異なっている。より具体的には、導体素子を構成する内部導体のＸ軸方向の長さＬＷｂが異なっている。ＬＷｂは、送信波の入射面に平行な方向の寸法である。

ループスロット型の導体素子において、ループ長は、電気的に重要な意味を持つ。即ち、ある一定方向から入射される送信波に対する反射係数が、ループスロットのループ長に応じて異なる。つまり、ループスロットのループ長は、導体素子の寸法を決定付けるパラメータであって、且つ、多層構造体の状態における当該導体素子の設置領域での反射係数を決定付けるパラメータである、素子パラメータである。なお、以下の説明で、ＦＳＳあるいはこれを構成する導体素子について、反射或いは反射係数というときは、特にことわりのない限り、少なくとも車外側の面に誘電体部材が配置された前述の多層構造体の状態になっていることを前提としているものとする。

図６の下段に示すように４種類の導体素子２１〜２４のループスロットのループ長を異なる値にしている理由は、これら４種類の導体素子２１〜２４に入射する送信波の周波数帯域は同じであるものの、入射角が異なるからである。本願発明者は、後述するように、特定周波数帯域の送信波の反射係数が最小となるループ長（以下、「最小反射ループ長」と称す）は送信波の入射角によって異なり、入射角が大きいほど最小反射ループ長も大きくなる、という知見を得た。その知見に基づき、４種類の導体素子２１〜２４のループスロットのループ長は、送信波の入射角に応じて異なる値、より具体的には入射角に対応した最小反射ループ長にされている。

本実施形態では、レーダ装置１０の送信アンテナを、等価的に点波源がＹ軸方向に一列に複数配列されたもの、即ちＹ軸方向に並んだアレイ状の点波源とみなせ、各導体素子２１〜２４への送信波の入射面はいずれもＸＺ面に平行な面であるものとみなせる。即ち、ＦＳＳ２０に入射する送信波の入射角は、Ｙ軸方向においては位置によらず同じ角度である。一方、Ｘ軸方向においては、位置によって入射角が異なる。

具体的に、図６の上段に示すように、第１導体素子２１に対しては入射角０度で送信波が入射する。これに対し、第２導体素子２２に対しては、入射角θ１で送信波が入射する。第３導体素子２３に対しては、θ１よりも大きい入射角θ２で送信波が入射する。第４導体素子２４に対しては、θ２よりも大きい入射角θ３で送信波が入射する。そのため、第１導体素子２１、第２導体素子２２、第３導体素子２３、第４導体素子２４、の順に、各々のループスロットのループ長が長くなっている。

なお、送信波の入射角は、１つの導体素子においても、細かく見れば場所によって異なるが、本実施形態では、設計の簡素化のため、１つの導体素子に対する入射角を同じ値とみなしている。本実施形態では、図６の上段に示すように、導体素子毎に、その導体素子の中心点に入射する送信波の入射角を、当該導体素子への送信波の入射角と規定して、各々のループ長を設計している。

（１−３）入射角と最小反射ループ長との関係について
入射角に応じたループスロットのループ長の導出方法について説明する。まず、送信波の入射角によって反射係数の周波数特定が変化することについて説明する。前提として、２４．１５ＧＨｚを中心周波数とする特定周波数帯域の送信波が垂直に入射する場合、即ち入射角が０度の場合に、その送信波の反射係数が最小となるような導体素子を有するＦＳＳを想定する。このＦＳＳにおける、送信波の周波数をスイープさせた場合の反射係数のシミュレーション結果を、図７に示す。図７は、異なる複数種類の入射角毎に、周波数と反射係数との関係が示されている。

図７に示すように、入射角が０度の場合は、送信波の周波数帯域と同じ帯域において反射係数が２０ｄＢを下回る値となる。これに対し、入射角が大きくなるほど、反射係数が最小となる周波数（以下、「最小反射周波数」と称す）が高周波側にシフトしていく。

図７のシミュレーション結果が得られた原因として、１つの仮説を立てることができる。それは、入射角が大きくなるほど、入射方向からみたループスロットのループ長が短く見えるということである。この仮説から、入射角に応じて実際のループ長を変えれば、入射角によらず最小反射周波数を同じ特定周波数帯域にできることが予想される。

この予想に基づき、導体素子のループ長と反射係数との関係を異なる入射角毎にシミュレーションした結果を、図１０〜図１４に示す。シミュレーションの前提条件、即ちシミュレーションのモデルとなる導体素子１５０を図８及び図９に示す。図８及び図９に示すように、導体素子１５０は誘電体部材２に設けられており、導体素子１５０に対して入射面Ｓｗに沿って送信波が一様な入射角θで入射するものとする。

誘電体部材２は、導体素子が設置される実際の車両１の誘電体部材２を想定し、その実際の誘電体部材２と同じ物性、寸法とする。導体素子１５０の外形は図５、図６に示した本実施形態のＦＳＳ２０の各導体素子２１〜２４と同じであり、矩形状の外部導体１５０ａと、矩形状の内部導体１５０ｂと、矩形ループ状のループスロット１５０ｃとを有する。これらの寸法も、ＬＷｂを除き、基本的に本実施形態のＦＳＳ２０と同じである。

ループスロット１５０ｃのループ長Ｌｐを変化させる具体的態様として、ここでは、内部導体１５０ｂのＸ軸方向の長さ、即ち送信波の入射面に平行な方向の長さＬＷｂを変化させる。導体素子１５０のループ長Ｌｐは、２・ＬＷｂ＋２・ＬＨｂ＋４・Ｗｂ、で表せる。よって、ＬＷｂを変化させると必然的にループ長Ｌｐも変化することになる。

図１０に示すように、入射角θが０度の場合、即ち送信波が垂直に入射する場合は、特定周波数帯域の中心周波数である２４．１５ＧＨｚで反射係数が最小となるようなＬＷｂは、約２．４９ｍｍである。

入射角θが１５度の場合は、図１１に示すように、特定周波数帯域の中心周波数である２４．１５ＧＨｚで反射係数が最小となるようなＬＷｂは、約２．５５ｍｍである。
入射角θが３０度の場合は、図１２に示すように、特定周波数帯域の中心周波数である２４．１５ＧＨｚで反射係数が最小となるようなＬＷｂは、約２．７５ｍｍである。

入射角θが４５度の場合は、図１３に示すように、特定周波数帯域の中心周波数である２４．１５ＧＨｚで反射係数が最小となるようなＬＷｂは、約２．９８ｍｍである。
入射角θが６０度の場合は、図１４に示すように、特定周波数帯域の中心周波数である２４．１５ＧＨｚで反射係数が最小となるようなＬＷｂは、約３．１６ｍｍである。

図１０〜図１４のシミュレーション結果、入射角θと、２４．１５ＧＨｚの送信波の反射係数が最小となるようなＬＷｂとの関係は、図１５に示す関係となる。この関係は、例えば二次関数で近似することができる。具体的に、２４．１５ＧＨｚの送信波の反射係数が最小となるようなＬＷｂは、図１５にも示しているように、次式（１）で表せる。
ＬＷｂ＝９・１０^−５・θ^２＋０．００６７・θ＋２．４７０６ ・・・（１）
このように、ＦＳＳ２０において、特定の周波数の送信波の反射係数が最小となるようなＬＷｂと入射角θとの関係は、一般に、次式（２）のように二次関数で表すことができる。
ＬＷｂ＝ａ・θ^２＋ｂ・θ＋ｃ ・・・（２）
なお、式２において、ａ，ｂ，ｃは、多層構造体全体の形状や寸法、物性などによって定まる定数であり、例えば上述のようなシミュレーションや実測などによって得ることができる。上記式（２）の関係を求めることで、入射角θに応じた最適なＬＷｂを算出することができる。これは即ち、入射角θに応じた最適なループ長Ｌｐを算出することができるということを意味する。

つまり、特定の周波数の送信波の反射係数が最小となるようなループ長Ｌｐと入射角θとの関係を、次式（３）で表すことができる。
Ｌｐ＝２・ＬＷｂ＋２・ＬＨｂ＋４・Ｗｂ
＝２・（ａ・θ^２＋ｂ・θ＋ｃ）＋２・ＬＨｂ＋４・Ｗｂ ・・・（３）
図６に示した各導体素子２１〜２４のそれぞれのＬＷｂも、前述の要領で、予め車両１に実装された状態での入射角θとＬＷｂとの関係を二次関数で近似し、その二次関数に基づいて導出されたものである。

このようにＬＷｂが導出されることで、結果として、導体素子毎に、当該導体素子への送信波の入射角θに応じた最適なループ長Ｌｐが算出されることになる。よって、導体素子毎に、その算出された最適なループ長Ｌｐを持つループスロットを形成することで、反射係数を低く抑えることができる。

つまり、導体素子それぞれ、ループスロットを一律に同じ形状にすることは必須ではなく、ループ長Ｌｐが入射角に応じた適切な値である限り、ループスロットの具体的形状は適宜決めてもよい。例えば、ある導体素子のループスロットは本実施形態のように矩形ループであるものの、別の導体素子のループスロットは、例えば５角以上の多角形ループあるいは円環状ループであってもよい。

（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）〜（１ｄ）の効果を奏する。
（１ａ）ＦＳＳ２０が有する複数の導体素子２１〜２４がそれぞれ、当該導体素子のループスロットのループ長Ｌｐが当該導体素子への送信波の入射角θに応じた値、即ちその入射角θで入射される特定周波数帯域の送信波の反射係数が最小となるような値になるように形成される。

より具体的には、ループ長Ｌｐを決定付けるパラメータの１つである、内部導体のＸ軸方向の長さＬＷｂについて、そのＬＷｂを、送信波の入射角θに応じた値としている。
そのため、特定周波数帯域の送信波に対し、その入射角が導体素子によって異なっていても、個々の導体素子における反射係数を効果的に低減でき、ひいてはＦＳＳ２０全体の反射係数を効果的に低減できる。

（１ｂ）導体素子での反射係数を決定付け且つ導体素子の寸法を決定付ける各種パラメータのうち、本実施形態では特に、ループスロットのループ長Ｌｐに着目し、そのループ長Ｌｐを入射角θに応じて変化させている。より具体的には、前述のようにＬＷｂパラメータとして、このＬＷｂを入射角θに応じて変化させることで、入射角θに応じたループ長Ｌｐの変化を実現している。そのため、各導体素子を、入射角θに応じた寸法形状に容易に形成することができる。

（１ｃ）入射角θに応じて変化させるパラメータであるＬＷｂは、導体素子を構成する内部導体における、送信波の入射面に平行な方向の寸法である。つまり、入射角が異なると見かけ上の長さも変わってしまう部位の寸法である。そのため、このように入射角によって見かけ上の長さが変わってしまうような部位の寸法を入射角に応じて適切に設定することで、より効果的に反射係数を低減できる。

（１ｄ）本実施形態では、入射角θと、特定周波数帯域の送信波に対する反射係数が最小となるようなＬＷｂとの関係を、予め二次関数で近似し、その二次関数に基づいて、導体素子毎にその導体素子への入射角θに応じた適切なＬＷｂが設定される。そのため、反射係数を効果的に抑制可能なＦＳＳ２０を容易に設計することができる。

（１−５）特許請求の範囲の文言との対応関係
ここで、第１実施形態の文言と特許請求の範囲の文言との対応関係について説明する。図３において、バンパカバー２が第１の誘電体部材の一例に相当し、裏面誘電体１１０が第２の誘電体部材の一例に相当する。

［２．第２実施形態］
ＦＳＳについて、図５に示した第１実施形態のＦＳＳ２０とは異なる構成の一例を、図１６に示す。

図１６に示すＦＳＳ５０は、第１実施形態のＦＳＳ２０と同様、Ｘ軸方向に一列に７個の導体素子が配列されてなる導体素子群が、Ｙ軸方向に６個配列されて構成されている。個々の導体素子群は、第１導体素子５１と、この第１導体素子５１の両側に各々配置された２つの第２導体素子５２と、各第２導体素子５２にそれぞれ隣接して配置された２つの第３導体素子５３と、各第３導体素子５３にそれぞれ隣接して配置された２つの第４導体素子５４と、を備える。

各導体素子５１〜５４は、いずれも、第１実施形態と全く同様、矩形ループスロット型の形状である。各導体素子５１〜５４が有する各内部導体のＹ軸方向の長さは、いずれも、第１実施形態と同じくＬＨｂである。また、各導体素子５１〜５４のＹ軸方向の長さも、第１実施形態と同じ長さ、即ち、ＬＨｂ＋２・Ｗｂ＋２・Ｗａである。

また、第１導体素子５１が有するループスロットのループ長は、第１実施形態のＦＳＳ２０における第１導体素子２１のループ長と同じである。第２導体素子５２が有するループスロットのループ長も、第１実施形態のＦＳＳ２０における第２導体素子２２のループ長と同じである。第３導体素子５３が有するループスロットのループ長も、第１実施形態のＦＳＳ２０における第３導体素子２３のループ長と同じである。第４導体素子５４が有するループスロットのループ長も、第１実施形態のＦＳＳ２０における第４導体素子２４のループ長と同じである。なお、ループスロットのループ幅は、各導体素子５１〜５４いずれも、第１実施形態と同じくＷｂである。

そして、図１６に示すＦＳＳ５０が第１実施形態のＦＳＳ２０と異なるのは、各導体素子のＸ軸方向の長さ、つまり外部導体のＸ軸方向の長さである。本第２実施形態では、各導体素子５１〜５４のＸ軸方向の長さは、全て同じ値である。本第２実施形態では、各導体素子５１〜５４のＸ軸方向の長さは全て同じ値にしつつ、その内部におけるループスロットのループ長については第１実施形態と全く同じように送信波の入射角に応じた値にされている。

このように構成された第２実施形態のＦＳＳ５０によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を奏する。
［３．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。

（３−１）上記実施形態では、レーダ装置１０の送信アンテナを等価的に点波源がＹ軸方向に一列に複数配列されたもの、即ちＹ軸方向に並んだアレイ状の点波源とみなせる場合のＦＳＳ２０の構成例を示したが、このような送信アンテナの構成はあくまでも一例である。

送信アンテナの構成及びＦＳＳの設置面の形状によって、ＦＳＳに入射する送信波の入射角は必ずしも一様にならず、ＦＳＳ内の位置によって入射角が異なる状況が発生し得る。また、ＦＳＳ内の位置によって入射角がどのように異なるかについても、送信アンテナの構成及びＦＳＳの設置面の形状によって種々の態様が生じ得る。

このような様々な態様に対して、本開示の技術を適用して、各導体素子のループスロットのループ長を入射角に応じた適切な長さ、即ち送信波の反射係数が最小となるような長さに設定することができる。

例えば、ＦＳＳの中心の導体素子の直上に１つの点波源が存在しているとみなせる場合は、そのＦＳＳ中心の導体素子に対する入射角は０度であるが、それ以外の各導体素子への入射角は０度ではなく、中心の導体素子よりも端側の導体素子ほど入射角が大きくなる。

このような場合、図１７に例示するＦＳＳ７０のように、ループスロットにおけるＸ軸方向の長さを、Ｘ軸方向中心の導体素子を最も短くして、その中心の導体素子からＸ軸方向両端に近付くに従って長くしていき、且つ、ループスロットにおけるＹ軸方向の長さも、Ｙ軸方向中心の導体素子を最も短くして、その中心の同隊素子からＹ軸方向両端に近付くに従って長くしていくようにしてもよい。

このようにすることで、ＦＳＳ７０の中心から端に行くに従って入射角が大きくなることによる、反射係数が最小となる周波数の高周波側へのシフトが補正され、各導体素子それぞれにおいて、同じ特定周波数帯域の送信波に対する反射係数を極小化することができる。

（３−２）上記実施形態では、各導体素子のパラメータのうち、内部導体のＸ軸方向の長さ、即ち入射面に平行な方向の長さＬＷｂについて、入射角θに対するＬＷｂを二次関数で近似したが、他のパラメータを入射角θに対する二次関数で近似して、そのパラメータを入射角θに応じた値とするようにしてもよい。

例えば、ループ長Ｌｐ全体を、入射角θに対する次式（４）の二次関数で近似してもよい。なお、ｇ、ｈ、ｋは定数である。
Ｌｐ＝ｇ・θ^２＋ｈ・θ＋ｋ ・・・（４）
そして、入射角θに応じて上記式（４）で算出されるＬｐをループ長とするような導体素子を形成してもよい。

また、ループスロットの形状は、必ずしも一律に矩形状とする必要はなく、例えば円環状のループスロットであってもよいし、３角形状あるいは５角以上の多角形状のループスロットであってもよい。

ループスロットが円環状である場合も、例えば図１８に示すように、入射角θが大きいほどループスロットのループ長が大きくなる。図１８は、レーダ装置１０の送信アンテナを第１実施形態と同様に等価的に点波源がＹ軸方向に一列に複数配列されたもの、即ちＹ軸方向に並んだアレイ状の点波源とみなせる場合における、ＦＳＳを構成する１つの導体素子群を示している。送信波の入射面はＸＺ面に平行な面である。

図１８において、第１導体素子８１に対する送信波の入射角θは０度である。これに対し、第１導体素子８１の両側に位置している２つの第２導体素子８２に対する送信波の入射角θは、いずれも、０度より大きいθ１である。また、各第２導体素子８２に隣接する２つの第３導体素子８３に対する送信波の入射角θは、いずれも、θ１より大きいθ２である。よって、第１導体素子８１のループ長に比べて第２導体素子８２のループ長の方が長く、第２導体素子８２のループ長よりも第３導体素子８３のループ長の方がさらに長い。なお、図１８において、各導体素子８１，８２，８３の各ループスロットのＹ軸方向の長さは等しい。

（３−３）ＦＳＳを構成する導体素子の数や配列方法は適宜決めてもよい。導体素子の形状についても、ループスロット型であることはあくまで一例であり、ループスロット型とは異なる形状の導体素子であってもよい。

（３−４）レーダ装置１０から送信される送信波の周波数帯域は、上記実施形態に示した帯域に限定されず、他の周波数帯域であってもよい。
（３−５）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から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…車両、２…バンパカバー、３…フロントガラス、４…ドアボディ、７…レーダシステム、１０…レーダ装置、１１…レドーム、１３…アンテナ部、２０，５０，７０…周波数選択板、２１〜２４，５１〜５４，８１〜８３，１５０…導体素子、２１…第１導体素子、２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，１５０ａ…外部導体、２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，１５０ｂ…内部導体、２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，１５０ｃ…ループスロット、１１０…裏面誘電体、１３０…点波源。

Claims (6)

1. レーダ波を送受するレーダ装置（１０）、及び車体の外側面を構成する部材であって前記レーダ装置にて送受されるレーダ波が透過するように設けられた誘電体部材（２，３，４）、を有する車両（１）において、前記誘電体部材における、前記レーダ装置から送信された特定周波数帯域のレーダ波である送信波が入射する面に設置される、車載用周波数選択板であって、
   面状に配列された特定形状の複数の導体素子（２１〜２４、５１〜５４、８１〜８３）を備え、
   前記複数の導体素子のそれぞれは、前記送信波に対する前記誘電体部材に設置された状態の前記導体素子での反射係数を決定付けるパラメータであって前記導体素子の寸法を決定付けるパラメータである素子パラメータ（Ｌｐ、ＬＷｂ）が、前記送信波の前記導体素子への入射角に基づき、その入射角で入射される前記送信波の前記反射係数が最小となるような値になるように形成されている、
   車載用周波数選択板（２０，５０，７０）。
2. 請求項１に記載の車載用周波数選択板であって、
   前記複数の導体素子は、環状に形成されたループスロット（２１ｃ、２２ｃ、２３ｃ、２４ｃ）を有するループスロット型導体素子（２１〜２４、５１〜５４、８１〜８３）であり、
   前記素子パラメータは、前記ループスロットの周方向の全長であるループ長（Ｌｐ）である、
   車載用周波数選択板。
3. 請求項２に記載の車載用周波数選択板であって、
   前記複数の導体素子のそれぞれは、前記ループスロットを形成する導体であって前記ループスロットに囲まれた導体である内部導体（２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ）における、前記レーダ波の入射面に平行な方向の寸法（ＬＷｂ１，ＬＷｂ２，ＬＷｂ３，ＬＷｂ４）が、前記送信波の前記入射角によって異なる値にされることによって、前記ループ長が前記入射角に応じた値となるように形成されている、
   車載用周波数選択板。
4. 請求項２又は請求項３に記載の車載用周波数選択板であって、
   前記複数の導体素子のそれぞれは、前記ループ長が、前記ループ長を前記入射角の二次関数で近似した演算式に基づいて算出される値に設定されている、
   車載用周波数選択板。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の車載用周波数選択板であって、
   前記誘電体部材を第１の誘電体部材として、当該周波数選択板の両面のうち前記第１の誘電体部材に対向する面とは反対側の面に、第２の誘電体部材（１１０）が設けられている、
   車載用周波数選択板。
6. 車両に搭載される車載レーダシステムであって、
   レーダ波を送受するレーダ装置と、
   前記車両の車体の外側面を構成する部材であって前記レーダ装置にて送受されるレーダ波が透過するように設けられた誘電体部材と、
   前記誘電体部材における、前記レーダ装置から送信されたレーダ波である送信波が入射する表面に設置される周波数選択板と、
   を有し、
   前記周波数選択板は、
   面状に配列された特定形状の複数の導体素子を備え、
   前記複数の導体素子のそれぞれは、前記送信波に対する前記誘電体部材に設置された状態の前記導体素子での反射係数を決定付けるパラメータであって前記導体素子の寸法を決定付けるパラメータである素子パラメータが、前記送信波の前記導体素子への入射角に基づき、その入射角で入射される前記送信波の前記反射係数が最小となるような値になるように形成されている、
   車載レーダシステム（７）。