JP7189062B2 - アンテナ装置および反射位相制御方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、アンテナ装置および反射位相制御方法に関する。

従来、車両等に搭載され、運転支援システム用や自動運転制御システム用のレーダ装置として用いられるアンテナ装置が知られている。

かかるアンテナ装置は、たとえば、筐体、送受信回路および信号処理回路を実装した基板、平面アンテナ、筐体およびレドーム等から構成される。送受信回路から出力される高周波信号は、平面アンテナから放出され、レドームを透過して放射されることとなる。

なお、かかる放射に際して、レドームで反射する反射波や、さらに平面アンテナでの再反射により、ビームに歪が発生して検知性能の低下を招くという問題がある。そこで、かかる問題に対処するため、レドームに傾斜をつけて電波反射を低減する技術や、レドームを車両のバンパーの一部で形成して、誘電体レンズ構造、モスアイ構造、コルゲート構造等に加工し、検知性能の低下を防止する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１－２３１０４１号公報

しかしながら、上述した従来技術には、搭載性よく、かつ、検知性能の低下を防止するという点で、さらなる改善の余地がある。

具体的には、上述した従来技術を用いた場合、レドームに傾斜をつけたり、レドームを車両のバンパーの一部として加工する必要があり、大型化しやすく、搭載性に関して自由度が乏しい。また、バンパーの塗装材料等にも制約が出てしまう。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、搭載性よく、かつ、検知性能の低下を防止することができるアンテナ装置および反射位相制御方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るアンテナ装置は、アンテナと、反射部材とを備える。前記アンテナは、誘電体基板上に導体パターンで形成される。前記反射部材は、略環状に形成され、該環状の一部が切り欠かれた開口部を有する。また、前記反射部材は、前記アンテナの放射波に対する反射波を所望の位相に反射するように、前記開口部の向きを異ならせつつ、前記アンテナの周囲に複数配置される。

実施形態の一態様によれば、搭載性よく、かつ、検知性能の低下を防止することができる。

図１は、比較例に係るアンテナ装置の構成例を示す平面模式図である。 図２は、比較例に係るアンテナ装置の構成例を示す側面模式図である。 図３は、実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す平面模式図である。 図４は、実施形態に係るオープンリングの構成例を示す平面模式図である。 図５は、比較例に係るアンテナ装置の原理イメージを示す模式図である。 図６は、実施形態に係るアンテナ装置の原理イメージを示す模式図である。 図７は、実施形態に係るオープンリングの計算モデルを示す図（その１）である。 図８は、実施形態に係るオープンリングの計算モデルを示す図（その２）である。 図９は、実施形態に係るオープンリングの計算モデルを示す図（その３）である。 図１０は、実施形態に係るオープンリング無しでの計算モデルを示す図である。 図１１は、実施形態に係るオープンリングの仕様の一例を示す図である。 図１２は、実施形態に係るオープンリングの反射位相特性の計算結果例を示す図（その１）である。 図１３は、実施形態に係るオープンリングの反射位相特性の計算結果例を示す図（その２）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反射位相制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、実施形態に係るアンテナ装置１０が平面アンテナを備え、かかる平面アンテナが、誘電体基板上に導体パターンで形成されるマイクロストリップアンテナである場合を例に挙げて説明する。

また、以下に示す図面では、同一の構成要素が複数ある場合、このうちの少なくとも２つに同一の符号を付すこととする。

まず、図１は、比較例に係るアンテナ装置１０’の構成例を示す平面模式図である。また、図２Ｂは、比較例に係るアンテナ装置１０’の構成例を示す側面模式図である。図１および図２に示すように、比較例に係るアンテナ装置１０’は、アンテナ基板１１と、アンテナ１２と、筐体１３と、レドーム１４とを備える。

アンテナ基板１１は、誘電体基板である。アンテナ１２は、直線状に延びる給電線路１２ａと、かかる給電線路１２ａ上で直列に配列された複数の放射素子１２ｂとによって直線アレーを形成するマイクロストリップアンテナである。筐体１３は、アンテナ基板１１が配設される。レドーム１４は、筐体１３を覆う蓋体である。

ここで、比較例に係るアンテナ装置１０’は、アンテナ１２から高周波信号が放出され、レドーム１４を透過して放射される際に、レドーム１４で反射する反射波や、アンテナ基板１１上での再反射による検知性能の低下を防ぐため、たとえば図２に示すように、レドーム１４に傾斜をつけていた。しかしながら、このような対処では、アンテナ装置１０’の大型化を招きやすく、搭載性も悪い。

そこで、実施形態に係るアンテナ装置１０は、アンテナ基板１１の表面上において、アンテナ１２の周囲に複数のオープンリングを実装することとした。オープンリングは、略環状に形成され、かかる環状の一部が切り欠かれた開口部を有する部材であり、「反射部材」の一例に相当する。

図３および図４を用いて、より具体的に説明する。図３は、実施形態に係るアンテナ装置１０の構成例を示す平面模式図である。また、図４は、実施形態に係るオープンリング１５の構成例を示す平面模式図である。

図３に示すように、実施形態に係るアンテナ装置１０は、比較例に係るアンテナ装置１０’に対し、複数のオープンリング１５をさらに備える。図４に示すように、オープンリング１５は、円環状に形成されるとともに、かかる円環状の一部を切り欠いた開口部１５ａを有する。オープンリング１５は、アンテナ基板１１の表面上に導体パターンとして形成される。

また、図３に示すように、オープンリング１５は、アンテナ１２の周囲に複数配置される。たとえば、オープンリング１５は、アンテナ１２を中心として対称となるように、アンテナ基板１１の表面においてアンテナ１２に近い側と遠い側とで開口部１５ａの向きが異なるように配置される。

かかるオープンリング１５を配置することによる原理イメージを、比較例と対比しながら説明する。図５は、比較例に係るアンテナ装置１０’の原理イメージを示す模式図である。また、図６は、実施形態に係るアンテナ装置１０の原理イメージを示す模式図である。

図５に示すように、比較例に係るアンテナ装置１０’の場合、アンテナ１２から放射され、レドーム１４を透過する透過波ｔｗに対し、レドーム１４で反射し、さらにアンテナ基板１１で再反射して透過波ｔｗと同じ方向に向かう同位相の反射波ｒｗは、ビームに歪を発生させ、検知性能の低下を招いてしまう。

これに対し、図６に示すように、実施形態に係るアンテナ装置１０は、開口部１５ａの向きを異ならせつつアンテナ１２の周囲に複数のオープンリング１５を配置することによって、反射波ｒｗが所望の反射位相となるように制御するものである。

すなわち、実施形態に係るアンテナ装置１０は、アンテナ１２から放射された放射波と同じ方向に向かう反射波ｒｗの反射強度を抑制する。したがって、実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、ビームの歪による検知性能の低下を防止し、優れた透過特性を得ることができる。

図７～図９にオープンリング１５の計算モデルを、図１０にオープンリング１５無しでの計算モデルを示す。図７～図９は、実施形態に係るオープンリング１５の計算モデルを示す図（その１）～（その３）である。また、図１０は、実施形態に係るオープンリング１５無しでの計算モデルを示す図である。

図７の計算モデルは、オープンリング１５の回転角０ｄｅｇの場合の例であり、図８の計算モデルは回転角４５ｄｅｇの場合の例であり、図９の計算モデルは回転角９０ｄｅｇの場合の例である。

なお、オープンリング１５は、ｘｙ平面方向に周期的に配置されるものとして計算した。また、図１０の計算モデルは、同図に示す通り、オープンリング１５が配置されないものとして計算した。

また、オープンリング１５の形状等に関する各種データは、図１１に示す通りとした。図１１は、実施形態に係るオープンリング１５の仕様の一例を示す図である。また、オープンリング１５はλｇ／４で共振するものとした。

かかる計算モデルを用いて、周波数８０ＧＨｚにおいて、入射角θに対するオープンリング１５の反射位相特性を計算した計算結果例を図１２および図１３に示す。図１２および図１３は、実施形態に係るオープンリング１５の反射位相特性の計算結果例を示す図（その１）および（その２）である。

図１２には上から順に、ＴＥ波（transverse electric wave）の入射角θを０ｄｅｇ、１５ｄｅｇ、３０ｄｅｇとした場合の計算結果例を示している。また、図１３には上から順に、ＴＭ波（transverse magnetic wave）の入射角θを０ｄｅｇ、１５ｄｅｇ、３０ｄｅｇとした場合の計算結果例を示している。

図１２および図１３に示す計算結果例によれば、オープンリング１５の回転角を異ならせた場合の各々と、オープンリング１５が無い場合とで、それぞれ反射波ｒｗを反射する反射位相特性が異なるものとなることが分かる。

したがって、たとえば図３に一例として示したように、開口部１５ａの向きを異ならせつつ、アンテナ１２の周囲に複数のオープンリング１５を配置することによって、アンテナ１２から放射された放射波と同じ方向に向かう反射波ｒｗの反射強度を抑制し、反射波ｒｗを拡散させることができる。すなわち、実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、ビームの歪による検知性能の低下を防止し、優れた透過特性を得ることができる。

また、実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、オープンリング１５をアンテナ基板１１の表面上の導体パターンとして設けるので、レドーム１４に傾斜をつけたり、レドーム１４を車両のバンパー等の一部で形成したりする必要がない。すなわち、実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、搭載性を高めることができる。

上述してきたように、実施形態に係るアンテナ装置１０は、アンテナ１２と、反射部材（たとえばオープンリング１５）とを備える。アンテナ１２は、アンテナ基板１１（「誘電体基板」の一例に相当）上に導体パターンで形成される。反射部材は、略環状に形成され、かかる環状の一部が切り欠かれた開口部１５ａを有する。また、反射部材は、アンテナ１２の放射波に対する反射波ｒｗを所望の位相に反射するように、開口部１５ａの向きを異ならせつつ、アンテナ１２の周囲に複数配置される。

したがって、実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、搭載性よく、かつ、検知性能の低下を防止することができる。

また、上記反射部材は、アンテナ基板１１上に導体パターンとして形成される。したがって、実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、大型化を招くことなく、搭載性を高めることができる。

また、上記反射部材は、円環の一部が切り欠かれたオープンリング１５である。したがって、実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、簡潔な構造で、上記反射部材の容易な実装が可能となる。

また、上記反射部材は、アンテナ１２を中心として対称となるように配置される。したがって、実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、反射波ｒｗの反射を拡散し、放射波と同じ方向に向かう反射波ｒｗの反射強度を抑制して、ビームの歪による検知性能の低下を防止することができる。

また、アンテナ１２は、マイクロストリップアンテナである。したがって、実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、簡潔な構造で、搭載性を高めることができる。また、低価格化にも資することができる。

なお、上述した実施形態では、オープンリング１５が、円環状の一部を切り欠いた形状であることとしたが、円環状に限らず、内周と外周を有する略環状であればよい。したがって、円環状である場合、真円である必要はない。また、角部を有する多角形状の環状の一部を切り欠いた形状であってもよい。

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。

１０ アンテナ装置
１１ アンテナ基板
１２ アンテナ
１３ 筐体
１４ レドーム
１５ オープンリング
１５ａ 開口部

Claims (2)

1. 誘電体基板上に導体パターンで形成されるアンテナと、
   前記誘電体基板上に導体パターンとして形成される反射部材と
   を備え、
   前記アンテナは、直線状に延びる給電線路と前記給電線路上で直列に配列された複数の放射素子とによって直線アレーを形成するマイクロストリップアンテナであり、
   前記反射部材は、
   円環の一部が切り欠かれた開口部を有するオープンリングであり、前記アンテナの放射波に対する反射波を所望の位相に反射するように、前記開口部の向きを異ならせつつ、前記アンテナを中心として対称となるように、前記アンテナの周囲に複数配置され、
   前記アンテナは、送信アンテナであり、
   前記アンテナに隣接して配置される前記オープンリングは、前記開口部が、前記給電線路の配線方向に対して直交する方向に位置するように設けられていること
   を特徴とするアンテナ装置。
2. 誘電体基板上に導体パターンで形成されるアンテナと、前記誘電体基板上に導体パターンとして形成される反射部材とを備えるアンテナ装置を用いた反射位相制御方法であって、
   前記アンテナは、直線状に延びる給電線路と前記給電線路上で直列に配列された複数の放射素子とによって直線アレーを形成するマイクロストリップアンテナであり、
   前記反射部材は、円環の一部が切り欠かれた開口部を有するオープンリングであり、
   前記反射部材を、前記アンテナの放射波に対する反射波を所望の位相に反射するように、前記開口部の向きを異ならせつつ、前記アンテナ中心として対称となるように、前記アンテナの周囲に複数配置し、
   前記アンテナは、送信アンテナであり、
   前記アンテナに隣接して配置される前記オープンリングを、前記開口部が、前記給電線路の配線方向に対して直交する方向に位置するように設けること
   を含むことを特徴とする反射位相制御方法。

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