JP6640182B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるアンテナ装置に関し、特に所定の指向性を持たせるのに好適なレドームを備えたアンテナ装置に関するものである。

近年、自動車の運転をサポートする技術として、例えばＣＴＡ（クロス・トラフィック・アラート）やＬＣＡ（Ｌａｎｅ Ｃｈａｎｇｅ Ａｉｄ；車線変更支援）等の開発が進められている。これらのシステムでは、レーダを用いて周囲の障害物を検知する技術が採用されている。レーダは、所定の方向に電波を放射し、この電波が障害物で反射されると、その反射波を受信して処理することで障害物を検知するものである。この目的のために、レーダは電波を放射するための送信用アンテナ及び反射波を受信するための受信用アンテナを備えている。

障害物を検知するために用いられる車載レーダ用のアンテナは、例えば図２に示すように車両１０の四隅に搭載され、それぞれが車両周辺の所定の範囲の障害物を検知するように設置される。レーダで車両周辺の障害物を高精度で検知するためには、レーダに搭載されたアンテナが水平方向に広い指向性を有するとともに、垂直方向には不要な電波を抑制するために指向性を狭くする必要がある。例えば、図２に示す車両１０の前方左側の隅に搭載されたアンテナ９１は、アンテナ面を垂直に立て、アンテナ面の垂直方向（放射方向）が図中の矢印で示すように水平面上の車両前方から４５°かつ車両左側方から４５°の方向となるように設置される。

図２に示すような車載レーダのアンテナ９１は、車両周辺の障害物を検知するためにそれぞれが水平面上の±６０°程度の範囲の指向性を有するが、特に−４５°の車両前方向と＋４５°の車両左方向で利得が高くなる指向性を有するのが好ましい。他の三隅のアンテナについても、同様の指向性を有するのが好ましい。

アンテナの指向性を制御するために、アンテナを覆っているレドームの形状を利用する方法が知られている。例えば特許文献１では、アンテナ開口の前面を覆う誘電体に所定形状の開口または薄肉表面部を設け、アンテナ開口端側縁部の外側角を曲面に形成することで、広い角度の指向性が得られるようにしたマイクロ波アンテナが開示されている。また、誘電体の形状や配置等の条件を変更することで、ビーム制御が可能と記載されている。

また特許文献２では、送信用アンテナと受信用アンテナを収納するレドームが各アンテナの放射特性に与える影響を低減させるようにした広覆域レーダ装置が開示されている。
レドームのコーナ部の厚みや曲率半径等を調整することでレドームの影響を低減することができるとされている。また、送信用アンテナと受信用アンテナとの間のレドームの厚みを調整することで、各アンテナの指向性を広角化したり両アンテナ間のアイソレーションを向上させることができると記載されている。例えば、レドームの厚みを薄くすることで、特性を向上させることができると記載されている。

特開２０１３−１１０５０３号公報 ＷＯ２０１２／１３３２１０号

一方、高い利得を必要とする範囲以外の利得が抑制された指向性を実現する方法については、例えばレドームを凸レンズの形状にすることで狭い角度範囲で鋭い指向性を有するようにする方法が従来より知られている。特許文献１でも、広角化しない直交方向に対しては指向性をしぼるためレドームを凸レンズ形状にすることが記載されている。しかしながら、レドームを凸レンズ形状にするとレドームの厚みが増して高背なアンテナ装置となり、小型化（薄型化）を実現するのが困難になるといった問題がある。

また特許文献２では、高い利得が得られる範囲を広角化したり送信用アンテナと受信用アンテナとの間のアイソレーションを向上させる手段の記載はあるが、特定方向の利得を高めたり所望の角度範囲以外の利得を抑制する方法については記載が無い。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、特定方向の利得を向上させるとともに不要な角度範囲の利得を低減させ、かつ低背化を図ることが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ装置の第１の態様は、回路基板と、前記回路基板上に、パッチアンテナ素子を第１の方向に沿って互いに接続するとともに、当該第１の方向に沿って２以上配列した素子列を１列のみ有して自由空間波長がλのパッチアレーアンテナで構成された送信用アンテナまたは受信用アンテナと、前記パッチアレーアンテナを収納するレドームと、を備えた車載レーダ用のアンテナ装置であって、前記パッチアレーアンテナの中心を通り前記第１の方向に平行で前記回路基板に垂直な面を放射垂直面とするとき、前記レドームは、前記第１の方向から見て前記放射垂直面となす角度が−５０°より大きく＋５０°より小さい範囲内にレドーム厚が±５０°の位置のレドーム厚より小さい領域を含み、前記領域において、前記放射垂直面と垂直な第２の方向に沿って前記レドーム厚の少なくとも一部が変化し、前記垂直面と交差する位置のレドーム厚が最小となるように内壁が形成されていることを特徴とする。
本発明のアンテナ装置の他の態様では、前記パッチアレーアンテナの中心から見たときの前記レドームの内壁から外壁までの距離を通過経路長とし、前記パッチアレーアンテナの中心から前記回路基板に垂直な方向を放射方向とするとき、前記レドームは、前記第１の方向から見て、前記放射垂直面となす角度が−４５°及び＋４５°の方向を中心にそれぞれ±５°の範囲で前記通過経路長が連続的に変化しており、前記放射方向の通過経路長が最も短くなるように内壁が形成されていることを特徴とする。

本発明のアンテナ装置の他の態様において、前記レドームは、前記放射垂直面と交差する位置から前記放射垂直面となす角度が±５０°の位置まで内壁が平面状に形成されていることを特徴とする。

本発明のアンテナ装置の他の態様は、前記レドームは、前記放射垂直面と交差する位置から前記放射垂直面となす角度が±５０°の位置まで前記パッチアレーアンテナ側に凸の曲面となるように内壁が形成されていることを特徴とする。

本発明のアンテナ装置の他の態様は、前記レドームは、端部が前記回路基板に対して垂直となりかつ前記パッチアレーアンテナの中心から前記端部の厚み方向の中心までの距離が０．８５λ以上かつ１．１５λ以下となるように形成されていることを特徴とする。

本発明のアンテナ装置の他の態様は、前記素子列を１列のみ有する送信用アンテナと、前記素子列を１または２列以上有する受信用アンテナとを含み、前記送信用アンテナを収納する送信用アンテナ側レドーム部と、前記受信用アンテナを収納する受信用アンテナ側レドーム部と、前記送信用アンテナ側レドーム部と前記受信用アンテナ側レドーム部とを接続する接続部と、を有する送受一体型レドームを備え、前記送信用アンテナ側レドーム部が前記レドームで構成され、前記接続部と前記回路基板との間にλ／８以上の間隙が設けられていることを特徴とする。

本発明のアンテナ装置の他の態様は、前記受信用アンテナ側レドーム部の厚みを基準レドーム厚とするとき、前記接続部は、前記基準レドーム厚の２／３以下の厚みを有していることを特徴とする。

本発明によれば、特定方向の利得を向上させるとともに不要な角度範囲の利得を低減させ、かつ低背化を図ることが可能なアンテナ装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態のアンテナ装置の構成を示す断面図及び平面図である。 車載レーダ用アンテナの搭載例を示す模式図である。 第１実施形態のアンテナ装置のアンテナ中心から見た角度に対する角度θが±４５°方向の利得の変化を示すグラフである。 本発明の第２実施形態及び第３実施形態のアンテナ装置の構成を示す断面図である。 第２実施形態のアンテナ装置のアンテナ中心から見た角度に対する角度θが±４５°方向の利得の変化を示すグラフである。 第２実施形態のアンテナ装置の放射方向のレドーム厚に対する利得の変化を示すグラフである。 第１実施形態のアンテナ装置の放射方向のレドーム厚に対する利得の変化を示すグラフである。 第１〜第３実施形態のアンテナ装置の利得を比較するグラフである。 本発明の第４実施形態のアンテナ装置の構成を示す断面図である。 第４実施形態のアンテナ装置のレドーム端部とアンテナとの距離に対する利得の変化を示すグラフである。 本発明の第５実施形態のアンテナ装置の構成を示す断面図及び斜視図である。 送受一体型アンテナのレドームの一例を示す断面図である。 従来例のレドームを用いたときの利得を比較するグラフである。 送受一体型アンテナのレドームの別の一例を示す断面図である。 第５実施形態のレドームの接続部と回路基板との間の間隙幅に対する利得の変化を示すグラフである。 本発明の第６実施形態のアンテナ装置の構成を示す断面図である。 第６実施形態のレドームの接続部の厚みに対する利得の変化を示すグラフである。

本発明の好ましい実施の形態におけるアンテナ装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置を、図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施形態のアンテナ装置２００の断面図であり、図１（ｂ）は平面図である。アンテナ装置２００は、回路基板１１０と、回路基板１１０上に配置されたパッチアレーアンテナ１３０と、回路基板１１０及びパッチアレーアンテナ１３０を収納するレドーム２２０と、を備えている。パッチアレーアンテナ１３０は、回路基板１１０の一方の面上にパッチアンテナ素子１３１を２以上１列に配列した素子列を有してしている。このようなパッチアレーアンテナ１３０は、電波を放出するための送信用アンテナに用いることができ、あるいは外部からの電波を受信するための受信用アンテナとして用いることもできる。

パッチアレーアンテナ１３０は、パッチアンテナ素子１３１を図１に示すｙ方向に２以上配列して形成されており、これによりパッチアレーアンテナ１３０はｙ方向の指向性を狭くしている。アンテナ装置２００を車両に搭載するとき、ｙ軸が垂直になり、ｘｚ面が水平になるように車両に取り付ける。これにより、アンテナ装置２００は、垂直方向に狭い指向性を有することができる。図１（ａ）に示す断面図は、パッチアレーアンテナ１３０のいずれか１つのパッチアンテナ素子１３１を通るｘｚ面でアンテナ装置２００を切断したときの断面図である。尚、ｙ方向の指向性を狭くする手段としては、レドームを凸レンズ形状にすることも考えられるが、レドームの厚みが増して高背なアンテナ装置となり、小型化（薄型化）を実現するのが困難になる。

以下では、図１（ａ）に示す断面図において、パッチアレーアンテナ１３０の中心から回路基板１１０に垂直な方向を放射方向とする。また、パッチアレーアンテナ１３０の中心から見たときの放射方向となす角度をθとする。さらに、パッチアレーアンテナ１３０の中心から見たときのレドーム２２０の内壁から外壁までの距離を通過経路長とする。上記の放射方向は、図１（ａ）に示す断面図ではパッチアレーアンテナ１３０の中心を通る垂線となるが、実際にはパッチアレーアンテナ１３０の中心を通り素子列に平行な垂直面（放射垂直面）となる。

パッチアレーアンテナ１３０として、例えば放射方向から±６０°程度の指向性を有するものを用いることができるが、本実施形態のアンテナ装置２００では、水平方向の所定の方向に特に高い利得が得られる指向性を有するようにレドーム２２０の形状が決定されている。高い利得を必要とする所定の方向として、図２に示した−４５°の方向と＋４５°の方向がある。以下では、角度θが−４５°及び＋４５°の方向で利得が高くなるように形成された本実施形態のレドーム２２０について詳細に説明する。

図１（ａ）に示すアンテナ装置２００では、パッチアレーアンテナ１３０の中心から見た角度θ位置でレドーム２２０のレドーム厚がステップ状に変化するように内壁が形成されている。レドーム厚がステップ状に変化する位置より中心側でレドーム厚ｔ２が小さく、当該位置より外側でレドーム厚ｔ１が大きくなっている。

上記説明のように形成されたレドーム２２０がパッチアレーアンテナ１３０の利得にどのような影響を与えるかを、図３を用いて説明する。図３は、角度θを変化させたときのパッチアレーアンテナ１３０の角度θが±４５°方向の利得の変化を示す。同図から明らかなように、角度θが５０°までの利得が高く、５０°を超えると利得が急激に低下することがわかる。図３では、角度θが正側のときの利得の変化を示しているが、角度θが負側のときも同様の変化を示す。よって、図１に示した形状を有するレドーム２２０を備えた本実施形態のアンテナ装置２００では、角度θが−５０°から＋５０°の範囲で高い利得が得られることがわかる。また、図３に見られるように、例えば±６０°を超える不要な広角度の利得を低減させることが可能となる。

（第２、第３実施形態）
レドーム２２０と同様に、パッチアレーアンテナ１３０の中心から見た角度θが−４５°及び＋４５°の方向で利得が高くなるように形成された別のレドームを有するアンテナ装置を図４に示す。図４（ａ）は第２実施形態のアンテナ装置１００の断面図を示し、図４（ｂ）は第３実施形態のアンテナ装置３００の断面図を示している。アンテナ装置１００が有するレドーム１２０及びアンテナ装置３００が有するレドーム３２０は、ともに角度θが−４５°及び＋４５°の方向を中心にそれぞれ±５°の範囲で通過経路長が長くなるように形成され、放射方向の通過経路長が最も短くなるように形成されている。

図４（ａ）に示すレドーム１２０は、パッチアレーアンテナ１３０の上方に位置する中央部が外壁と内壁で異なる形状に形成されている。レドーム１２０の外壁中央部は平坦な形状に形成されている。これに対しレドーム１２０の内壁中央部は、所定方向の利得を高めるために特徴的な形状に形成されている。レドーム１２０の内壁は、パッチアンテナ素子１３１の中心から角度θより大きい範囲ではレドーム厚ｔ１が大きく、内壁の中心（内壁の放射方向と交差する位置）に向かって小さくなり、パッチアンテナ素子１３１の中心から垂直方向のレドーム厚ｔ２が最も小さくなるように形成されている。

本実施形態のレドーム１２０を有するパッチアレーアンテナ１３０の利得を図５に示す。図５は、角度θを変化させたときのパッチアレーアンテナ１３０の角度θが±４５°方向の利得の変化を示す。本実施形態においても、第１実施形態のレドームと同様の挙動を示し、角度θが５０°までの利得が高く、５０°を超えると利得が急激に低下することがわかる。

また、図４（ｂ）に示すアンテナ装置３００では、レドーム３２０の内壁が、内壁中心から角度θが−５０°及び＋５０°の方向の位置まで曲線状に形成されている。この曲線形状は、断面図上パッチアレーアンテナ１３０側に凸となるような曲線であり、実際には素子列の方向に拡がる曲面となっている。本実施形態のレドーム３２０は、第２実施形態のレドーム１２０と同様に、角度θが−４５°及び＋４５°の方向を中心にそれぞれ±５°の範囲で通過経路長が緩やかに変化しており、第１実施形態のレドーム２２０のように通過経路長が大きく変化することはない。

第２実施形態のアンテナ装置１００において、パッチアレーアンテナ１３０の中心から見て±４５°方向の通過経路長ｄ１を一定として、放射方向の通過経路長ｔ２を変化させたときのパッチアレーアンテナ１３０の利得の変化を図６に示す。図６に示す横軸は、±４５°方向の通過経路長ｄ１に対する放射方向の通過経路長ｔ２の比を表し、縦軸はパッチアレーアンテナ１３０の中心から見た４５°方向の利得を示している。同図より、放射方向の通過経路長ｔ２を短くするにつれて４５°方向の利得が上昇することがわかる。図５では、第２実施形態のアンテナ装置１００の利得の変化を示したが、第３実施形態のアンテナ装置３００でも同様の利得変化となる。図６より、パッチアレーアンテナ１３０の中心から見て−４５°及び＋４５°の方向で通過経路長を長くし、放射方向の通過経路長を短くすることで、±４５°方向の利得を高くすることができることがわかる。第３実施形態のアンテナ装置３００でも同様である。

また第１実施形態のアンテナ装置２００において、パッチアレーアンテナ１３０の中心から見て±４５°方向の通過経路長ｄ１を一定として、放射方向の通過経路長ｔ２を変化させたときのパッチアレーアンテナ１３０の利得の変化を図７に示す。ここでも、横軸を±４５°方向の通過経路長ｄ１に対する放射方向の通過経路長ｔ２の比とし、縦軸をパッチアレーアンテナ１３０の中心から±４５°方向の利得としている。同図より、放射方向の通過経路長を短くするにつれて４５°方向の利得が上昇するが、放射方向の通過経路長をさらに短くすると利得が急激に低下してしまうことがわかる。従って、放射方向のレドーム厚が小さいときには、レドーム厚のばらつき等によるわずかな変化で利得が大きく変化してしまうおそれがある。

上記の結果より、パッチアレーアンテナ１３０の中心から±４５°方向の利得を高くするには、放射方向の通過経路長が短くなるように放射方向のレドーム厚を小さくするのが好ましい。しかし、第１実施形態のレドーム２２０を用いた場合には、レドーム厚が小さいときにレドーム厚のわずかな変化で利得が大きく変化してしまうおそれがある。放射方向のレドーム厚は１ｍｍ程度と比較的薄いことから、厚みにばらつきがあっても利得があまり変化しないようにするのがよい。従って、第１実施形態のレドーム２２０に比べて、第２実施形態のレドーム１２０あるいは第３実施形態のレドーム３２０を用いるのがより好ましい。

第１〜第３実施形態のアンテナ装置２００、１００、３００の各レドーム２２０、１２０、３２０の形状によって、±４５°方向の利得にどの程度の差が生じるかを、図８を用いて説明する。図８は、各実施形態のアンテナ装置１００、２００、３００においてｔ２/ｄ１＝０．２１とした場合における４５°方向の利得を比較した図である。同図に示されるように、第１実施形態のアンテナ装置２００と第２実施形態のアンテナ装置１００とでは、４５°方向の利得にほとんど差がない。これに対し、第３実施形態のアンテナ装置３００は、アンテナ装置１００及び２００に比べて高い利得が得られている。なお、図８では＋４５°方向の利得のみを比較したが、−４５°方向の利得の比較でも同様である。

上記の結果より、放射方向の通過経路長が短いときは、第２実施形態のアンテナ装置１００と第３実施形態のアンテナ装置３００でレドーム厚のばらつきに対する利得の変化が小さいといった利点があった。また、±４５°の方向の利得については、第３実施形態のアンテナ装置３００が最も高くなった。結果として、±４５°の方向の利得向上に対しては第３実施形態のアンテナ装置３００のレドーム３２０の形状が最も好ましい。

本実施形態のアンテナ装置１００、２００、３００によれば、パッチアレーアンテナ１３０の中心から見て角度θが−５０°より大きく＋５０°より小さい範囲内にレドーム厚が±５０°の位置のレドーム厚より小さい領域を含むようにレドームの内壁を形成することで、±４５°方向の利得を向上させるとともに不要な広角方向の利得を低減させ、かつ低背化を図ることが可能となる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置を、図９を用いて説明する。図９は、パッチアンテナ素子１３１を通るｘｚ面で本実施形態のアンテナ装置４００を切断したときの断面図である。本実施形態のアンテナ装置４００では、レドーム４２０の端部４２５が回路基板１１０に対して垂直となっており、さらに以下の条件を満たすように形成されている。図９において、パッチアレーアンテナ１３０の中心からレドーム４２０の端部４２５の厚み方向の中心までの距離をＬとする。パッチアレーアンテナ１３０の中心から見て４５°方向の利得が、距離Ｌによってどのように変化するかを求めた結果を図１０に示す。ここで、パッチアレーアンテナ１３０から放射される電波の自由空間波長をλとし、距離Ｌを波長λで規格化したものを図１０の横軸としている。

図１０より、パッチアンテナ素子１３１の中心から４５°方向の利得は、距離Ｌが波長λに略等しくなる（Ｌ／λ≒１）ときに最も高くなっており、Ｌ＝０．８５λ〜１．１５λの範囲で高い利得が得られている。図１０では、＋４５°方向の利得の変化を示したが、−４５°でも同様の特性が得られる。これより、パッチアレーアンテナ１３０の中心からレドーム４２０の端部４２５の厚み方向の中心までの距離Ｌが０．８５λ〜１．１５λの範囲となるようにレドーム４２０を形成することにより、パッチアレーアンテナ１３０の中心から見て±４５°方向の利得を高くすることが可能となる。

図９では、レドーム４２０の厚みを均一としており、パッチアレーアンテナ１３０の上方に位置するレドーム４２０の中央部にも厚みの異なる領域を設けていない。この場合でも、パッチアンテナ素子１３１の中心からレドーム４２０の端部４２５の厚み方向中心までの距離Ｌが上記の条件を満たすようにすることで、±４５°方向の利得を高くすることができる。これに加えて、レドーム４２０の中央部内壁を第１〜第３実施形態のレドーム２２０、１２０、３２０のいずれかと同様の形状に形成することにより、±４５°方向の利得をさらに高くすることが可能となる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置を、図１１を用いて説明する。図１１（ａ）は、本実施形態のアンテナ装置５００の断面図、及び図１１（ｂ）はアンテナ装置５００の斜視図である。本実施形態のアンテナ装置５００は、送信用アンテナ５３０ａと受信用アンテナ５３０ｂが同じ回路基板５１０上に配置された送受一体型アンテナとなっている。

送信用アンテナ５３０ａ及び受信用アンテナ５３０ｂは、それぞれ図１１に示すｙ方向にパッチアンテナ素子１３１を２以上１列に配列した素子列で形成されたパッチアレーアンテナであり、両者がｘ方向に平行に配置されている。送信用アンテナ５３０ａは素子列を１列配置して形成されているが、受信用アンテナ５３０ｂは素子列をｘ方向に１列だけ配置したものでも、あるいは２列以上配置したものであってもよい。図１１（ａ）に示す断面図は、送信用アンテナ５３０ａと受信用アンテナ５３０ｂのそれぞれのパッチアンテナ素子１３１を通るｘｚ面で本実施形態のアンテナ装置５００を切断したときの断面図である。

送受一体型アンテナでは、受信用アンテナ５３０ｂが送信用アンテナ５３０ａから放射される電波を直接受信するのを避けるために、送信用アンテナ５３０ａと受信用アンテナ５３０ｂとの間の距離をある程度大きくする必要がある。そのため、送信用アンテナ５３０ａと受信用アンテナ５３０ｂの少なくともいずれか一方が、アンテナ中心から見て±４５°方向に高い利得を有するようにするために第１〜第４実施形態のレドーム２２０、１２０、３２０、４２０のいずれかを適用すると、図１２（ａ）に例示するように送信用アンテナ５３０ａを覆うレドーム９２と受信用アンテナ５３０ｂを覆うレドーム９３とを分離させて設置することになる。そのため、レドーム９２とレドーム９３との間の回路基板９４が露出することになってしまう。

送受一体型アンテナに用いられる従来の送受一体型レドームは、図１２（ｂ）に例示するような送信用アンテナ５３０ａと受信用アンテナ５３０ｂとを一体的に覆う形状を有していた。従来の送受一体型レドーム９５は、アンテナ５３０ａ、５３０ｂの上方にある内壁の形状が平坦に形成されているため、各アンテナの中心から見た±４５°方向の利得は高くならない。そこで、従来の送受一体型レドーム９５に対し、例えば送信用アンテナ５３０ａの±４５°方向の利得を高くするために、図１２（ｃ）に例示するように送信用アンテナ５３０ａの上方にあるレドーム内壁に第２実施形態のレドーム１２０と同様の形状を設けた送受一体型レドーム９６を用いることが考えられる。

しかしながら、送受一体型レドーム９６を用いることで送信用アンテナ５３０ａの±４５°方向の利得を向上させることが可能になるものの、利得を低減させたい例えば±８０°以上の広角方向に対しても利得が高くなるといった問題が生じる。これに対し、図１２（ａ）に示したレドーム９２では、送信用アンテナ５３０ａの±４５°方向の利得を高くするとともに±８０°以上の広角方向の利得を低減することが可能となっている。図１２に示すレドーム９２、９５、９６のそれぞれを用いたときの送信用アンテナ５３０ａの±４５°方向の利得及び±８０°以上の広角域の利得平均値（−１８０°〜−８０°及び＋８０°〜＋１８０°の利得の平均値）を比較したものを図１３に示す。

図１３に示すように、従来の送受一体型レドーム９５を用いたときは、±８０°以上の広角域の利得を低減することができるものの±４５°方向の利得も低い。また、従来の送受一体型レドームに第２実施形態のレドーム１２０と同様のレドーム内壁の形状を施した送受一体型レドーム９６を用いたときは、±４５°方向の利得を高くすることができるものの±８０°以上の広角域の利得も高くなってしまう。これに対し、送信用アンテナ５３０ａのみを覆って第２実施形態のレドーム１２０と同様の形状を有するレドーム９２を用いたときは、±４５°方向の利得を高くすることができるとともに±８０°以上の広角域の利得を低減させることが可能となっている。

図１１に示す本実施形態の送受一体型レドーム５２０は、送信用アンテナ５３０ａを覆うレドーム部５２１に第２実施形態のレドーム１２０を適用するとともに、受信用アンテナ５３０ｂを覆うレドーム部５２２と一体化させている。なお、ここでは送信用アンテナ５３０ａを覆うレドーム部５２１のみに第１〜第３実施形態のレドーム２２０、１２０、３２０のいずれかを適用しているが、これに限定されず受信用アンテナ５３０ｂを覆うレドーム部５２２に適用したり、あるいは両方のレドーム部に適用してもよい。

図１２（ａ）に示したレドーム９２と９３を単に接続して一体化させた送受一体型レドームを図１４に示す。図１４に示す送受一体型レドーム９７は、図１２（ａ）に示したレドーム９２と９３を単に同じ材質のもので接続しただけであり、送信用アンテナ５３０ａを覆う空間と受信用アンテナ５３０ｂを覆う空間とが隔離されている。送受一体型レドーム９７を用いたときにも、送信用アンテナ５３０ａの±４５°方向の利得が低減して不要な広角方向の利得が高くなるといった問題が生じる。

そこで、図１１に示す本実施形態のアンテナ装置５００の送受一体型レドーム５２０では、送信用アンテナ側レドーム部５２１と受信用アンテナ側レドーム部５２２との間を接続する接続部５２３を、回路基板５１０との間に幅ｓの間隙を設けるように形成している。接続部５２３と回路基板５１０との間の間隙の幅ｓを変化させたときの送信用アンテナ５３０ａの利得の変化の一例を、図１５に示す。図１５は、横軸が接続部５２３と回路基板５１０との間の間隙幅ｓを自由空間波長λで規格化したｓ／λの値を示しており、縦軸が送信用アンテナ５３０ａの±４５°方向の利得及び±８０°以上の広角域の利得平均値を示しており、間隙幅ｓを変えたときの各利得の変化を示している。

図１５において、ｓ／λ＝０、すなわちｓ＝０のときは図１４に示した送受一体型レドーム９７に相当する。同図より、接続部５２３と回路基板５１０との間に間隙のない送受一体型レドーム９７では、−４５°方向の利得と＋４５°方向の利得との差が大きくなって非対称になるといった問題が生じることがわかる。また、不要な±８０°以上の広角域の利得が高くなるといった問題もある。これに対し、接続部５２３と回路基板５１０との間に間隙を設けてその幅ｓを大きくしていくと、−４５°方向の利得と＋４５°方向の利得とが略等しくなって対称性が得られるようになるとともに、不要な±８０°以上の広角域の利得も低減していく。

図１５に示すｓ／λに対する利得の変化より、間隙幅ｓをλ／８以上とするのがよく、このとき−４５°方向の利得と＋４５°方向の利得がほぼ対称となって高い値が得られるとともに、不要な±８０°以上の広角域の利得を低減させることができる。

本発明の第６実施形態に係るアンテナ装置を、図１６を用いて説明する。図１６は、本実施形態のアンテナ装置６００の断面図である。本実施形態のアンテナ装置６００の送受一体型レドーム６２０は、第５実施形態のアンテナ装置５００が備える送受一体型レドーム５２０の接続部５２３とは異なる形状の接続部６２３を有している。接続部６２３は、第５実施形態の接続部５２３と同様に、回路基板５１０との間にλ／８以上の幅ｓの間隙を設けているのに加えて、その厚みが接続部５２３と異なっている。

送信用アンテナ側レドーム部５２１と受信用アンテナ側レドーム部５２２との間を接続する接続部６２３は、上記のように回路基板５１０との間の間隙幅ｓが送信用アンテナ５３０ａの利得に影響するのに加えて、接続部６２３の厚みも送信用アンテナ５３０ａの利得に影響する。接続部６２３の厚みをｔとするとき、厚みｔを変化させたときの送信用アンテナ５３０ａの利得の変化の一例を図１７に示す。ここで、受信用アンテナ側レドーム部５２２の厚みを基準レドーム厚ｔ０としている。

受信用アンテナ側レドーム部５２２は、受信用アンテナ５３０ｂの受信特性が好適になるように、一般に１／２波長レドーム設計法に基づいて厚みが決定される。送受一体型レドーム６２０に用いるレドーム材の誘電率をεとするとき、１／２波長レドーム設計法では受信用アンテナ側レドーム部５２２の厚みｔ０がλ／２√εで与えられる。第５実施形態の接続部５２３の厚みは、基準レドーム厚ｔ０に略等しくなるように形成されている。

図１７は、横軸が接続部６２３の厚みｔを基準レドーム厚ｔ０で規格化したｔ／ｔ０の値を表し、縦軸が送信用アンテナ５３０ａの±４５°方向の利得及び±８０°以上の広角域の利得平均値を表している。図１７より、接続部６２３の厚みｔを小さくするほど不要な±８０°方向の利得を低減できることがわかる。また、±４５°方向の利得も若干高くなることがわかる。接続部６２３の厚みｔは、不要な±８０°以上の広角域の利得がー５ｄＢ以下となる基準レドーム厚ｔ０の２／３以下にするのがよい。

上記説明のように、本発明の第１〜第６実施形態に係るアンテナ装置のいずれにおいても、高い利得が要求される±４５°方向の利得を高くする一方不要な広角方向の利得を低
減することが可能になるとともに、レドームの低背化（薄型化）を図ることができる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るアンテナ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるアンテナ装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１００、２００、３００、４００、５００、６００ アンテナ装置
１１０、５１０ 回路基板
１２０、２２０、３２０，４２０ レドーム
１２１、２２１、３２１ 薄壁点
１２２、１２３、２２２、２２３、３２２、３２３ 厚壁点
１３０ パッチアレーアンテナ
１３１ パッチアンテナ素子
３２４ 側壁
４２５ 端部
５２０、６２０ 送受一体型レドーム
５２１ 送信用アンテナ側レドーム部
５２２ 受信用アンテナ側レドーム部
５２３、６２３ 接続部
５３０ａ 送信用アンテナ
５３０ｂ 受信用アンテナ

Claims (7)

1. 回路基板と、前記回路基板上に、パッチアンテナ素子を第１の方向に沿って互いに接続するとともに、当該第１の方向に沿って２以上配列した素子列を１列のみ有して自由空間波長がλのパッチアレーアンテナで構成された送信用アンテナまたは受信用アンテナと、前記パッチアレーアンテナを収納するレドームと、を備えた車載レーダ用のアンテナ装置であって、
   前記パッチアレーアンテナの中心を通り前記第１の方向に平行で前記回路基板に垂直な面を放射垂直面とするとき、
   前記レドームは、
   前記第１の方向から見て前記放射垂直面となす角度が−５０°より大きく＋５０°より小さい範囲内にレドーム厚が±５０°の位置のレドーム厚より小さい領域を含み、
   前記領域において、前記放射垂直面と垂直な第２の方向に沿って前記レドーム厚の少なくとも一部が変化し、前記垂直面と交差する位置のレドーム厚が最小となるように内壁が形成されている
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記パッチアレーアンテナの中心から見たときの前記レドームの内壁から外壁までの距離を通過経路長とし、
   前記パッチアレーアンテナの中心から前記回路基板に垂直な方向を放射方向とするとき、
   前記レドームは、
   前記第１の方向から見て、前記放射垂直面となす角度が−４５°及び＋４５°の方向を中心にそれぞれ±５°の範囲で前記通過経路長が連続的に変化しており、前記放射方向の通過経路長が最も短くなるように内壁が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記レドームは、前記放射垂直面と交差する位置から前記放射垂直面となす角度が±５０°の位置まで内壁が平面状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記レドームは、前記放射垂直面と交差する位置から前記放射垂直面となす角度が±５０°の位置まで前記パッチアレーアンテナ側に凸の曲面となるように内壁が形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
5. 前記レドームは、端部が前記回路基板に対して垂直となりかつ前記パッチアレーアンテナの中心から前記端部の厚み方向の中心までの距離が０．８５λ以上かつ１．１５λ以下となるように形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記素子列を１列のみ有する送信用アンテナと、前記素子列を１または２列以上有する受信用アンテナとを含み、
   前記送信用アンテナを収納する送信用アンテナ側レドーム部と、前記受信用アンテナを収納する受信用アンテナ側レドーム部と、前記送信用アンテナ側レドーム部と前記受信用アンテナ側レドーム部とを接続する接続部と、を有する送受一体型レドームを備え、
   前記送信用アンテナ側レドーム部が前記レドームで構成され、
   前記接続部と前記回路基板との間にλ／８以上の間隙が設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記受信用アンテナ側レドーム部の厚みを基準レドーム厚とするとき、
   前記接続部は、前記基準レドーム厚の２／３以下の厚みを有している
   ことを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。

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