JP6814657B2

JP6814657B2 - アンテナ装置およびアンテナ装置の製造方法

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Publication number: JP6814657B2
Application number: JP2017028383A
Authority: JP
Inventors: 和彦志手
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: JP2018133782A

Description

本発明は、アンテナ装置およびアンテナ装置の製造方法に関する。

従来、ミリ波レーダ装置においてフェーズドアレイ方式のアンテナ装置が知られている。アンテナ装置は、例えば円筒状のアンテナ基部の周面に複数のアンテナを配置することで、例えば２７０度以上の広角な視野角を有する（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００９−０６５３４８号公報

しかしながら、従来の技術では、例えばアンテナを制御する制御装置から複数のアンテナそれぞれへ信号を伝送する場合、指定されたアンテナとは異なるアンテナへ混線するおそれがあった。このため、従来は、２７０度以上の視野角を安定して保つことができないおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、２７０度以上の視野角を安定して保つことができるアンテナ装置およびアンテナ装置の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るアンテナ装置は、アンテナと、アンテナ基部と、導波管とを備える。アンテナは、複数のアンテナ素子と前記アンテナ素子に接続される給電部とを有する。アンテナ基部は、柱状であり、周面に前記アンテナが設けられる。導波管は、前記アンテナ基部の周面における第１位置と第２位置とを貫通するように前記アンテナ基部の内部に設けられ、前記第１位置に前記給電部が接続され、前記第２位置に前記アンテナを制御する制御装置が繋げられる。

本発明によれば、２７０度以上の視野角を安定して保つことができる。

図１は、実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。図２は、実施形態に係るアンテナの斜視図である。図３は、実施形態に係るアンテナ基部の斜視図である。図４は、実施形態に係るアンテナ基部の側面図である。図５は、実施形態に係るアンテナ基部の断面図である。図６は、実施形態に係るアンテナ装置の上面図である。図７は、実施形態に係るアンテナ装置の配置例を示す図である。図８は、実施形態に係るアンテナ装置の製造方法の流れを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するアンテナ装置およびアンテナ装置の製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施形態では、「同じ」「揃える」といった表現を用いる場合があるが、厳密にこれらの状態を満たすことを要しない。すなわち、上記した表現は、製造精度、設置精度、処理精度、検出精度などのずれを許容するものとする。

まず、図１を用いて実施形態に係るアンテナ装置１の構成例について説明する。図１は、実施形態に係るアンテナ装置１の斜視図である。なお、図１には、説明を分かりやすくするために、アンテナ基部３の軸方向をＺ軸とする３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。

実施形態に係るアンテナ装置１は、例えば車載のミリ波レーダ装置に用いられる、いわゆるフェーズドアレイ方式のアンテナである。なお、アンテナ装置１の適用対象は、車載のミリ波レーダ装置に限らず、例えば道路上に設置されるインフラ用のレーダ装置であってもよい。

図１に示すように、実施形態に係るアンテナ装置１は、アンテナ２と、アンテナ基部３と、導波管４とを備える。アンテナ２は、例えばマイクロストリップ線路によって構成され、アンテナ素子２１と、給電線２２を介してアンテナ素子２１に接続される給電部２３とを有する。

例えば、アンテナ２は、送信アンテナとして機能する場合、給電部２３を介して制御装置１００から高周波信号（以下、単に「信号」と記載）を取得し、送信信号として外部へ送信する。また、アンテナ２は、受信アンテナとして機能する場合、送信した信号が物標に反射することで受信信号として受信するとともに、かかる信号を給電部２３を介して制御装置１００へ出力する。

制御装置１００は、例えばミリ波レーダ装置の制御装置であり、アンテナ２へ高周波信号を出力するとともに、アンテナ素子２１が受信した信号を解析することで、例えば物標までの距離等を検出する。

なお、アンテナ２は、１つのアンテナ装置１が、送信アンテナまたは受信アンテナのいずれか一方のアンテナ２を有してもよく、あるいは、１つのアンテナ装置１が、送信アンテナおよび受信アンテナ双方のアンテナ２を有してもよい。

アンテナ基部３は、例えば非導電性の樹脂材料から成り、円筒状の部材３ａと直方体状の部材３ｂとで構成される柱状の部材である。円筒状の部材３ａは、周面に沿って複数のアンテナ２が設けられる。これにより、アンテナ装置１は、各アンテナ２によって外部へ信号が送信されることで、例えば２７０度の視野角を有する広角アンテナとして機能する。

また、直方体状の部材３ｂには、導波管４の一部が設けられ、導波管４がアンテナ２を制御する制御装置１００に繋げられることで、制御装置１００と複数のアンテナ２との間で信号の伝送が可能となるが、かかる点については後述する。なお、直方体状の部材３ｂは、必ずしも必要な構成ではなく、円筒状の部材３ａに制御装置１００が直接繋げられてもよい。

ここで、従来のアンテナ装置について説明する。従来は、制御装置とアンテナとの間で信号の伝送を行う場合、金属線等の導線を用いて、制御装置と複数のアンテナとの間を物理的に繋ぐことが一般的であった。

しかしながら、複数のアンテナ毎に導線で接続した場合、各アンテナ間で混線するおそれがあった。このため、混線した場合には、各アンテナと制御装置との間で信号の伝送が乱れることとなり、例えば２７０度の視野角を安定して保つことができないおそれがあった。

そこで、実施形態に係るアンテナ装置１は、アンテナ基部３の内部に導波管４を備えることとした。具体的には、アンテナ装置１では、導波管４を、アンテナ基部３の周面における第１位置４ａと第２位置４ｂとを貫通するようにアンテナ基部３の内部に設け、第１位置４ａに給電部２３を接続し、第２位置４ｂに制御装置１００を繋げる。

つまり、実施形態に係るアンテナ装置１は、物理的な導線で繋いで信号を伝送するのではなく、導波管４内を無線送信することで各アンテナ２と制御装置１００との間で信号を伝送する。

これにより、導波管４の外部への信号漏れがなくなるため、各アンテナ２の間で混線しない。したがって、実施形態に係るアンテナ装置１によれば、例えば２７０度の視野角を安定して保つことができる。

次に、図２を用いて、実施形態に係るアンテナ２について説明する。図２は、実施形態に係るアンテナ２の斜視図である。図２には、アンテナ基部３に貼付されるフィルムＦを示している。

図２に示すように、複数のアンテナ２ａ〜２ｈは、フィルムＦとして構成される。つまり、アンテナ２ａ〜２ｈは、アンテナ基部３に貼付されるフィルムＦである。アンテナ２ａ〜２ｈは、例えば銅などの導電性インクを用いて絶縁性のフィルムＦにプリントすることで製造できる。あるいは、アンテナ２ａ〜２ｈは、金属膜の回路パターンを成膜し、絶縁性のフィルムＦを被せることで製造してもよい。

図２に示すように、フィルムＦは、所定の高さＨおよび横幅Ｄを有する矩形状である。具体的には、フィルムＦの高さＨは、アンテナ基部３の軸方向（Ｚ軸方向）である高さに対応する（図３参照）。

また、フィルムＦの横幅Ｄは、アンテナ基部３における円筒状の部材３ａ（図３参照）の円周の長さに対応する。つまり、フィルムＦは、アンテナ基部３における円筒状の部材３ａの周面全体を覆うように貼付される。このように、アンテナ２をフィルムＦとして構成することで、設計および製造を容易化することができる。

各アンテナ２ａ〜２ｈは、給電線２２がＺ軸向きに延伸するとともに、それぞれが電気的に独立している。また、アンテナ２ａ〜２ｈは、各給電線２２が平行となるようにＸ軸向きに等間隔で並べて配置される。

また、各アンテナ２ａ〜２ｈは、給電部２３を１個ずつ有する。各給電部２３は、Ｚ軸方向における高さＨの位置が異なる。つまり、複数の給電部２３は、アンテナ基部３の軸方向における高さ位置がそれぞれ異なる。

具体的には、複数の給電部２３は、Ｘ軸負方向へ向かうほど高さＨが低くなる（Ｚ軸負方向へ向かう）。かかる場合に、フィルムＦが円筒状の部材３ａに貼り付けられると、給電部２３は、円筒状の部材３ａの周面において軸方向（Ｚ軸方向）へ向けてらせん状に配置される。これにより、アンテナ２ａ〜２ｈと給電部２３との位置関係を容易に把握することができる。

なお、各給電部２３は、Ｘ軸負方向へ向かうほど高さＨが低くなるようにしたが、これに限定されず、各給電部２３の高さＨが異なればよい。また、図２では、８本のアンテナ２ａ〜２ｈを示したが、アンテナ２の本数は、７本以下でもよく、９本以上でもよい。

次に、図３を用いて、実施形態に係るアンテナ基部３について説明する。図３は、実施形態に係るアンテナ基部３の斜視図である。図３には、アンテナ基部３の軸方向（Ｚ軸方向）における高さ位置を把握しやすいように、フィルムＦの一部（アンテナ２ａ）を示している。

図３に示すように、アンテナ基部３は、複数の第１位置４ａおよび複数の第２位置４ｂにおいてアンテナ基部３の内部へ開口する開口部を有する。具体的には、アンテナ基部３の円筒状の部材３ａは、複数の第１位置４ａが周面に沿ってらせん状に設けられる。なお、複数の第１位置４ａの周面における位置および個数は、給電部２３（図２参照）の位置および個数に対応する。

また、直方体状の部材３ｂは、１つの側面において、複数の第２位置４ｂがアンテナ基部３の軸方向であるＺ軸向きに沿って並列される。各第２位置４ｂの開口部は、円筒状の部材３ａの軸方向（Ｚ軸方向）における高さ位置が同じ第１位置４ａと繋がっている。かかる点について、図４および図５を用いて説明する。

図４は、実施形態に係るアンテナ基部３の側面図である。図５は、実施形態に係るアンテナ基部３の断面図である。図４には、Ｘ軸正方向から見たアンテナ基部３の一部を図示している。

また、図４には、図３のアンテナ基部３の最もＺ軸正方向側にある１段目の第１位置４ａおよび第２位置４ｂと１段目の次にＺ軸正方向側にある２段目の第１位置４ａおよび第２位置４ｂとを含む側面図を示している。

図４に示すように、例えば、１段目の第１位置４ａおよび第２位置４ｂは、アンテナ基部３の軸方向（Ｚ軸方向）における高さ位置が互いに同じである。また、２段目の第１位置４ａおよび第２位置４ｂも高さ位置が互いに同じである。

つまり、１段目の第１位置４ａには、１段目の第２位置４ｂが対応しており、２段目の第１位置４ａには、２段目の第２位置４ｂが対応している。これにより、第１位置４ａおよび第２位置４ｂの位置関係を容易に把握することができる。また、各段の第１位置４ａおよび第２位置４ｂは、アンテナ基部３の内部で互いに導波管４（図５参照）によって繋がっている。かかる点について図５を用いて説明する。

図５には、図４に示すＡ―Ａ線（２段目）でアンテナ基部３を切断した場合に、Ｚ軸正方向から見た断面図を示している。また、図５には、円筒状の部材３ａのＸＹ平面における中心Ｐを示している。

図５に示すように、導波管４は、アンテナ基部３の周面における第１位置４ａおよび第２位置４ｂを貫通するようにアンテナ基部３の内部に設けられる。具体的には、導波管４は、中心Ｐを通るようにして貫通している。より具体的には、導波管４は、第１位置４ａから中心Ｐへ向けて真直ぐ延伸し、中心Ｐにおいて第２位置４ｂ方向へ屈曲するとともに第２位置４ｂまで真直ぐ延伸する。

これは、１段目や他の段についても同様であり、各段の第１位置４ａおよび第２位置４ｂは、導波管４を介して互いに繋がっている。つまり、導波管４は、複数あり、アンテナ基部３の内部において物理的に繋がることなく互いに独立して設けられる。すなわち、複数の導波管４それぞれが混線することを防止することができる。

また、各段の導波管４は、アンテナ基部３の内部を通る距離が揃えられている。具体的には、複数の導波管４それぞれは、第１位置４ａから対応する高さ位置の中心Ｐへ向けて真直ぐ延伸し、中心Ｐにおいて第２位置４ｂ方向へ屈曲するとともに第２位置４ｂまで真直ぐ延伸する。

これにより、第１位置４ａと第２位置４ｂとの間において信号の伝送距離が同じになるため、伝送距離の違いによって生じる信号の位相差をなくすことができる。

なお、複数の導波管４それぞれは、中心Ｐを通ることで距離を揃えたが、複数の導波管４の距離が揃っていれば、図５の断面形状に限定されるものではない。

また、例えば制御装置１００の制御が、伝送距離の違いによって生じる位相差を調整可能であれば、必ずしも導波管４の距離を揃える必要はなく、例えば第１位置４ａおよび第２位置４ｂとの間を最短距離で繋いでもよい。

次に、図６を用いて実施形態に係るアンテナ装置１の上面視について説明する。図６は、実施形態に係るアンテナ装置１の上面図である。図６では、見易さの観点からアンテナ２ａ〜２ｈの位置を黒丸で示している。

図６に示すように、各アンテナ２ａ〜２ｈは、アンテナ基部３に円周状に設けられる。具体的には、各アンテナ２ａ〜２ｈは、中心Ｐ周りに所定の角度毎に等間隔で配置される。これにより、視野角の範囲内において均等に信号を送信することができる。

また、各アンテナ２ａ〜２ｈの間の角度の総和は、アンテナ装置１の視野角に等しい。換言すれば、アンテナ２ａおよびアンテナ２ｈと中心Ｐとのなす角（外角）は、視野角となる。

つまり、アンテナ２ａ〜アンテナ２ｈをアンテナ基部３の周面に沿って設けることで、アンテナ装置１を小型化できるとともに、視野角を２７０度以上の広角に設定することができる。

次に、図７を用いて、アンテナ装置１の配置例について説明する。図７は、実施形態に係るアンテナ装置１ａ〜１ｄの配置例を示す図である。図７では、車両Ｃを上方から見た場合の各アンテナ装置１ａ〜１ｄの視野角Ｒａ〜Ｒｄを示す。なお、図７に示す視野角Ｒａ〜Ｒｄは、おおよその視野角を模式的に表した一例であって、これに限定されるものではない。

アンテナ装置１ａ〜１ｄは、例えば車両Ｃのバンパー内部に設けられる。具体的には、アンテナ装置１ａは、車両Ｃの前方左側に設けられ、車両Ｃの前方左側を中心とする視野角Ｒａを有する。

アンテナ装置１ｂは、車両Ｃの前方右側に設けられ、車両Ｃの前方右側を中心とする視野角Ｒｂを有する。アンテナ装置１ｃは、車両Ｃの後方左側に設けられ、車両Ｃの後方左側を中心とする視野角Ｒｃを有する。アンテナ装置１ｄは、車両Ｃの後方右側に設けられ、車両Ｃの後方右側を中心とする視野角Ｒｄを有する。

ここで、各アンテナ装置１ａ〜１ｄは、２７０度以上の視野角Ｒａ〜Ｒｄを有する。すなわち、４つのアンテナ装置１ａ〜１ｄを車両Ｃの４隅に配置することで、車両Ｃの周囲に死角のない全周囲監視が可能となる。

言い換えれば、車両Ｃの全周囲監視において死角をなくすためのアンテナ装置１ａ〜１ｄの数を減らすことができるため、監視システムの搭載コストを下げることができる。

次に、図８を用いて、実施形態に係るアンテナ装置１の製造方法について説明する。図８は、実施形態に係るアンテナ装置１の製造方法の流れを示すフローチャートである。

図８に示すように、まず、導波管４をアンテナ基部３の周面における第１位置４ａと第２位置４ｂとを貫通するようにアンテナ基部３の内部に設ける（ステップＳ１０１）。例えば、ドリル等の切削具を用いて第１位置４ａおよび第２位置４ｂそれぞれから円筒状の部材３ａの中心Ｐまで切削することでアンテナ基部３を貫通する。

もしくは、アンテナ基部３を第１位置４ａおよび第２位置４ｂの各段で分割するとともに、各段において導波管４の形状に対応する溝を形成し、かかる溝に導波管４を嵌め込むことで製造してもよい。

あるいは、３次元（３Ｄ）プリンタを用いて、周面が貫通したアンテナ基部３を製造後、導波管４を嵌め込むこととしてもよい。

つづいて、複数のアンテナ素子２１と給電部２３とを有するアンテナ２を形成する（ステップＳ１０２）。例えば、絶縁性のフィルムＦに対して導電性インクを用いて回路パターンをプリントしてもよく、あるいは、アンテナ２の回路パターンの金属膜を成膜し、かかる金属膜に絶縁性のフィルムＦを被せることで製造してもよい。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２については順序が互いに入れ替わってもよい。

つづいて、給電部２３とアンテナ基部３の周面における第１位置４ａとを接続するようにアンテナ２を設け（ステップＳ１０３）、製造を完了する。このとき、第２位置４ｂには、アンテナ２を制御する制御装置１００が繋がれる。

例えば、アンテナ素子２１および給電部２３が形成されたフィルムＦを蒸着することでアンテナ基部３の周面に沿って貼付する。なお、蒸着されたフィルムＦのうち、アンテナ２の回路パターンが形成された部分のみを残し、それ以外の部分については、アンテナ基部３から剥がしてもよく、あるいは、剥がさずに残しておいてもよい。

上述してきたように、実施形態に係るアンテナ装置１は、アンテナ２と、アンテナ基部３と、導波管４とを備える。アンテナ２は、複数のアンテナ素子２１とアンテナ素子２１に接続される給電部２３とを有する。アンテナ基部３は、柱状であり、周面にアンテナ２が設けられる。導波管４は、アンテナ基部３の周面における第１位置４ａと第２位置４ｂとを貫通するようにアンテナ基部３の内部に設けられ、第１位置４ａに給電部２３が接続され、第２位置４ｂにアンテナ２を制御する制御装置１００が繋げられる。これにより、アンテナ２と制御装置１００との信号の送受信時において混線を防止できるため、２７０度の視野角Ｒａ〜Ｒｄを安定して保つことができる。

なお、上述した実施形態では、アンテナ基部３の円筒状の部材３ａの周面に沿ってアンテナ２が設けられたが、これに限定されず、多角形の部材３ａの周面に沿ってアンテナ２が設けられてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１アンテナ装置
２、２ａ〜２ｈアンテナ
３アンテナ基部
４導波管
４ａ第１位置
４ｂ第２位置
２１アンテナ素子
２２給電線
２３給電部
１００制御装置

Claims

複数のアンテナ素子と前記アンテナ素子に接続される給電部とを有するアンテナと、
周面に前記アンテナが設けられる柱状のアンテナ基部と、
前記アンテナ基部の周面における第１位置と第２位置とを貫通するように前記アンテナ基部の内部に設けられ、前記第１位置に前記給電部が接続され、前記第２位置に前記アンテナを制御する制御装置が繋げられる導波管と
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
前記アンテナは、
前記アンテナ基部に貼付されるフィルムであること
を特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記アンテナは、
前記アンテナ基部に複数設けられ、
複数の前記給電部は、
前記アンテナ基部の軸方向における高さ位置がそれぞれ異なり、
複数の前記導波管は、
前記複数の給電部それぞれに接続され、前記第１位置と当該第１位置に対応する前記第２位置との前記高さ位置が同じであること
を特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
前記複数の導波管は、
前記第１位置から前記第２位置までの前記アンテナ基部の内部を通る距離が揃えられていること
を特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
複数のアンテナ素子と前記アンテナ素子に接続される給電部とを有するアンテナを柱状のアンテナ基部の周面に設ける工程と、
導波管を前記アンテナ基部の周面における第１位置と第２位置とを貫通するように前記アンテナ基部の内部に設け、前記第１位置に前記給電部を接続し、前記第２位置に前記アンテナを制御する制御装置を繋げる工程と
を含むことを特徴とするアンテナ装置の製造方法。