JP7828310B2 - アンテナ装置 - Google Patents

アンテナ装置

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Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置に関する。
例えば、アンテナ装置において性能の向上が望まれる。
米国特許第９６３８７９５号明細書
本発明の実施形態は、性能の向上が可能なアンテナ装置を提供する。
本発明の実施形態によれば、アンテナ装置は、第１アンテナ及び第２アンテナを含む。前記第１アンテナは、第１方向及び第２方向に沿う第１面を含む第１基板と、前記第２方向に沿って並ぶ複数の第１素子と、を含む。前記第２アンテナは、前記第１方向及び第３方向に沿う第２面を含む第２基板と、前記第３方向に沿って並ぶ複数の第２素子と、を含む。前記第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する。前記複数の第１素子の１つは、前記第３方向において前記第２基板と重なる。
図１は、第１実施形態に係るアンテナ装置を例示する模式的斜視図である。 図２は、第１実施形態に係るアンテナ装置を例示する模式的側面図である。 図３は、第１実施形態に係るアンテナ装置の一部を例示する模式的斜視図である。 図４は、第１実施形態に係るアンテナ装置の一部を例示する模式的平面図である。 図５は、第１実施形態に係るアンテナ装置の一部を例示する模式的断面図である。 図６は、第１実施形態に係るアンテナ装置の一部を例示する模式的断面図である。 図７は、第１実施形態に係るアンテナ装置の一部を例示する模式的斜視図である。 図８は、第１実施形態に係るアンテナ装置の一部を例示する模式的平面図である。 図９は、第２実施形態に係るアンテナ装置を例示する模式的斜視図である。 図１０は、実施形態に係るレーダ装置を例示するブロック図である。
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るアンテナ装置を例示する模式的斜視図である。
図２は、第１実施形態に係るアンテナ装置を例示する模式的側面図である。
図１に示すように、実施形態に係るアンテナ装置１１０は、第１アンテナ１０及び第２アンテナ２０を含む。第１アンテナ１０及び第２アンテナ２０は、素子部１０Ａに含まれる。
第１アンテナ１０は、第１基板１８と、複数の第１素子１５を含む。第１基板１８は、第１面１８ｆを含む。第１面１８ｆは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿う。複数の第１素子１５は、第２方向Ｄ２に沿って並ぶ。
第１方向Ｄ１をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＹ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＹ軸方向に対して垂直な方向をＸ軸方向とする。第２方向Ｄ２は、例えばＹ軸方向で良い。
第２アンテナ２０は、第２基板２８と、複数の第２素子２５を含む。第２基板２８は、第２面２８ｆを含む。第２面２８ｆは、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３に沿う。第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２を含む平面と交差する。第３方向Ｄ３は、例えばＸ軸方向で良い。複数の第２素子２５は、第３方向Ｄ３に沿って並ぶ。
例えば、第１アンテナ１０は、送信アンテナ及び受信アンテナの一方である。第２アンテナ２０は、送信アンテナ及び受信アンテナの他方である。例えば、第１アンテナ１０が送信アンテナであり、第２アンテナ２０が受信アンテナで良い。または、第１アンテナ１０が受信アンテナであり、第２アンテナ２０が送信アンテナでも良い。以下では、第１アンテナ１０が送信アンテナであり、第２アンテナ２０が受信アンテナである場合について説明する。
例えば、送信アンテナ（例えば第１アンテナ１０）の送信方向１０Ｄは、第１方向Ｄ１に沿う。受信アンテナ（例えば第２アンテナ）の受信方向２０Ｄは、第１方向Ｄ１に沿う。
例えば、複数の第１素子１５のそれぞれから電波が送信される。電波は、例えば対象物で反射する。反射した電波が複数の第２素子２５に入射する。反射した電波が複数の第２素子２５で検出される。
さらに、複数の第１素子１５の１つの第２方向Ｄ２における位置と、複数の第２素子２５の１つの第３方向Ｄ３における位置と、の中点において、仮想アンテナを生成することができる。仮想アンテナの位置における受信信号を取得することができる。アンテナ装置１１０は、例えば、レーダ装置として利用できる。アンテナ装置１１０は、例えば、検査装置として利用できる。
複数の上記の仮想アンテナは、例えば、２次元仮想アレーに対応する。この構成において、第１基板１８と第２基板２８とが交差するコーナ部に素子が設けられてもその素子に基づく検出はできない。このため、一般的な技術思想においては、コーナ部には素子が設けられない。
これに対して、実施形態においては、図１及び図２に示すように、複数の第１素子１５の１つ（素子１５Ａ）は、第３方向Ｄ３において第２基板２８と重なる。複数の第１素子１５の１つに含まれる素子１５Ａは、検出においては機能しなくて良い。素子１５Ａは、例えばダミー素子である。複数の第１素子１５の１つの素子１５Ａは、複数の第１素子１５の端である。
複数の第１素子１５において、端を除く素子においては、その両側に別の素子が存在する。このため、端を除く素子の特性は、両側の素子の影響を受ける。両側の素子の影響を受ける、端を除く複数の素子において、特性差は、十分に小さい。
これに対して、端の素子においては、一方の側には別の素子が存在しない。このため、端の素子の特性は、端を除く素子の特性とは異なる。このため、目的とする高い精度の検出が困難である。
実施形態においては、複数の第１素子１５の１つ（素子１５Ａ）が第２基板２８と交差する位置に設けられる。この素子１５Ａが設けられることで、素子１５Ａを除く複数の第１素子１５において、素子の特性差は、十分に小さい。素子１５Ａが検出に用いられないことで高い精度の検出が可能になる。検出に寄与しない素子１５Ａがコーナ部に設けられることで、アンテナ装置１１０が小型化できる。実施形態によれば、性能の向上が可能なアンテナ装置を提供できる。
素子１５Ａが設けられることで、指向性の乱れやすい、端の素子の特性（例えば指向性）を向上できる。
実施形態において、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１に対して垂直で良い。第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に対して垂直で良い。
実施形態において、複数の第１素子１５の偏波の第１電界方向１５Ｅは、第３方向Ｄ３に沿うことが好ましい。複数の第２素子２５の偏波の第２電界方向２５Ｅは、第３方向Ｄ３に沿うことが好ましい。
第１電界方向１５Ｅが第３方向Ｄ３に沿う場合、第１電界方向１５Ｅの電界は第１基板１８の第１面１８ｆに対して実質的に垂直である。この場合、第１電界方向１５Ｅの電界は、第１アンテナ１０に設けられる導波用の導電層に対して垂直に入射する。このため、第１電界方向１５Ｅの電界を有する電波は導波用の導電層に沿って減衰し難い。このような第１電界方向１５Ｅを有する複数の第１素子１５においては、前方放射に加えて後方放射が生じる。後方放射を抑制するために導波器が設けられた場合、着目しているアンテナと、その隣のアンテナの導波器と、が作用する。このような複数の第１素子１５においては、端の素子と、端を除く素子と、の間における特性の差が顕著に生じやすい。
複数の第２素子２５において、第２電界方向２５Ｅが第３方向Ｄ３に沿う場合、第２電界方向２５Ｅの電界は、第２基板２８の第２面２８ｆに実質的に平行である。この場合、第２電界方向２５Ｅの電界は、第２アンテナ２０に設けられる導波用の導電層に対して平行に入射する。このため、第２電界方向２５Ｅの電界を有する電波は導波用の導電層に沿って減衰し易い。このような第２電界方向２５Ｅを有する複数の第２素子２５においては、後方放射が抑制される。このような複数の第２素子２５においては、端の素子と、端を除く素子と、の間における特性の差は実用的に許容される。
実施形態においては、第１基板１８と第２基板２８とが交差するコーナ部に、第３方向Ｄ３に沿う第１電界方向１５Ｅを有する複数の第１素子１５の１つ（素子１５Ａ）が設けられる。特性の差の影響が大きい複数の第１素子１５の１つ（素子１５Ａ）がダミー素子としてコーナ部に設けられる。これにより、複数の素子の特性差を十分に小さくできる。
図１に示すように、第１基板１８は、第１側面１８ｓを含む。第１側面１８ｓは、第１方向Ｄ１と交差する。第２基板２８は、第２側面２８ｓを含む。第２側面２８ｓは、第１方向Ｄ１と交差する。例えば、送信方向１０Ｄは、第１側面１８ｓに対して実質的に垂直で良い。受信方向２０Ｄは、例えば、第２側面２８ｓに対して実質的に垂直で良い。
図２に示すように、複数の第１素子１５は、第１回路７１と結合される。複数の第１素子１５の１つ（素子１５Ａ）は、第１回路７１と結合されなくて良い。または、素子１５Ａが第１回路７１と結合されても良く、この場合、素子１５Ａは、検査動作などには用いられない。図２に示すように、複数の第２素子２５は、第２回路７２と結合される。第１回路７１及び第２回路７２の一方は、送信回路である第１回路７１及び第２回路７２の他方は、受信回路である。
図２に示すように、複数の第１素子１５の別の１つ（素子１５Ｂ）がダミー素子でも良い。複数の第１素子１５の他の部分は、素子１５Ｂと素子１５Ａとの間に設けられる。複数の第１素子１５の他の部分において、特性差を十分に小さくできる。
実施形態において、複数の第１素子１５のそれぞれは、例えば、ＳＩＷ（Substrate Integrated Waveguide）を含む。複数の第１素子１５のそれぞれは、例えば、導波器をさらに含んで良い。
以下、複数の第１素子１５の例について説明する。
図３は、第１実施形態に係るアンテナ装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図４は、第１実施形態に係るアンテナ装置の一部を例示する模式的平面図である。
図５及び図６は、第１実施形態に係るアンテナ装置の一部を例示する模式的断面図である。
図５は、図４のＡ１－Ａ２線断面図である。図６は、図４のＡ３－Ａ４線断面図である。
これらの図は、複数の第１素子１５を例示している。図３～６に示すように、複数の第１素子１５の１つ（例えば、複数の第１素子１５のそれぞれ）は、第１構造体１０Ｗを含む。複数の第１構造体１０Ｗの１つが、複数の第１素子１５の１つに含まれる。複数の第１構造体１０Ｗは、例えば、ＳＩＷ（Substrate Integrated Waveguide）である。
図４～図６に示すように、第１構造体１０Ｗは、第１導波導電層１６ｆ、第１他導波導電層１６ｇ、複数の第１導波電極部材１６ａ、及び、複数の第２導波電極部材１６ｂを含む。第１他導波導電層１６ｇから第１導波導電層１６ｆへの方向は、第３方向Ｄ３に沿う。図４に示すように、複数の第１導波電極部材１６ａから複数の第２導波電極部材１６ｂへの方向は、第２方向Ｄ２に沿う。第１導波導電層１６ｆ及び第１他導波導電層１６ｇは、複数の第１導波電極部材１６ａ及び複数の第２導波電極部材１６ｂにより電気的に接続される。
この例では、第３導波電極部材１６ｃ、及び、第４導波電極部材１６ｄが設けられる。第３導波電極部材１６ｃ、及び、第４導波電極部材１６ｄは、第１導波導電層１６ｆ及び第１他導波導電層１６ｇと電気的に接続される。第３導波電極部材１６ｃと第４導波電極部材１６ｄとの間の第２方向Ｄ２に沿う距離は、複数の第１導波電極部材１６ａと複数の第２導波電極部材１６ｂとの間の第２方向Ｄ２に沿う距離よりも短い。第３導波電極部材１６ｃ、及び、第４導波電極部材１６ｄは、省略されても良い。
第１基板１８の一部は、第１導波導電層１６ｆと第１他導波導電層１６ｇとの間、及び、複数の第１導波電極部材１６ａと複数の第２導波電極部材１６ｂとの間にある。
第１構造体１０Ｗは、開口１０ｏを含む。開口１０ｏは、第１構造体１０Ｗの第１方向Ｄ１の端に設けられる。開口１０ｏは、開口アンテナとして機能する。例えば、開口１０ｏにおいて、電波が放射される。
図３～図６に示すように、複数の第１素子１５の１つ（複数の第１素子１５のそれぞれ）は、導波器１５Ｗを含んで良い。複数の導波器１５Ｗの１つが、複数の第１素子１５の１つに含まれる。導波器１５Ｗは、第１導電層１５ｃ、第１他導電層１５ｄ、第１電極部材１５ａ及び第１他電極部材１５ｂを含む。図５及び図６に示すように、第１他導電層１５ｄから第１導電層１５ｃへの方向は、第３方向Ｄ３に沿う。図３及び図４に示すように、第１他電極部材１５ｂから第１電極部材１５ａへの方向は、第２方向Ｄ２に沿う。第１導電層１５ｃ及び第１他導電層１５ｄは、第１電極部材１５ａ及び第１他電極部材１５ｂにより、互いに電気的に接続される。
第１基板１８の少なくとも一部は、第１導電層１５ｃと第１他導電層１５ｄとの間、及び、第１電極部材１５ａと第１他電極部材１５ｂとの間にある。
第３導波電極部材１６ｃの第１方向Ｄ１における位置は、第１導電層１５ｃの第１方向Ｄ１における位置と、複数の第１導波電極部材１６ａの第１方向Ｄ１における位置と、の間にある。第４導波電極部材１６ｄの第１方向Ｄ１における位置は、第１導電層１５ｃの第１方向Ｄ１における位置と、複数の第２導波電極部材１６ｂの第１方向Ｄ１における位置と、の間にある。開口１０ｏを形成する、複数の第１導波電極部材１６ａ及び複数の第２導波電極部材１６ｂは、複数の導波器１５Ｗの１つと対向して良い。開口１０ｏを形成する、第３導波電極部材１６ｃ及び複数の第４導波電極部材１６ｄは、複数の導波器１５Ｗの１つと対向して良い。
図４～図６に示すように、第１導波導電層１６ｆから第１導電層１５ｃへの方向は、第１方向Ｄ１に沿う。第１他導波導電層１６ｇから第１他導電層１５ｄへの方向は、第１方向Ｄ１に沿う。第１他導波導電層１６ｇは、例えば固定電位（例えばグランド電位）で良い。
例えば、第１基板１８は、第１面１８ｆ及び第１他面１８ｇを含む。第１他面１８ｇから第１面１８ｆへの方向は、第３方向Ｄ３に沿う。例えば、第１導電層１５ｃは、第１面１８ｆに設けられる。第１他導電層１５ｄは、第１他面１８ｇに設けられる。第１電極部材１５ａ及び第１他電極部材１５ｂは、第１基板１８中を第３方向Ｄ３に沿って延びる。
図３に示すように、素子１５Ａは、複数の第１素子１５の他の１つと同じ構造を有して良い。図３に示すように、素子１５Ａにおいて、導波器１５Ｗは、第１ダミー導電層１５ｒ、第１ダミー他導電層１５ｓ、第１ダミー電極部材１５ｐ及び第１ダミー他電極部材１５ｑを含む。第１ダミー他導電層１５ｓから第１ダミー導電層１５ｒへの方向は、第３方向Ｄ３に沿う。第１ダミー他電極部材１５ｑから第１ダミー電極部材１５ｐへの方向は、第２方向Ｄ２に沿う。第１ダミー導電層１５ｒ及び第１ダミー他導電層１５ｓは、第１ダミー電極部材１５ｐ及び第１ダミー他電極部材１５ｑにより、互いに電気的に接続される。第１基板１８の少なくとも一部は、第１ダミー導電層１５ｒと第１ダミー他導電層１５ｓとの間、及び、第１ダミー電極部材１５ｐと第１ダミー他電極部材１５ｑとの間にある。
例えば、第１ダミー導電層１５ｒは、第１面１８ｆに設けられる。第１ダミー他導電層１５ｓは、第１他面１８ｇに設けられる。第１ダミー電極部材１５ｐ及び第１ダミー他電極部材１５ｑは、第１基板１８中を第３方向Ｄ３に沿って延びる。
複数の導波器１５Ｗの１つは、複数の第１構造体１０Ｗの１つと結合可能である。
複数の第１素子１５の上記の１つ（素子１５Ａ）に含まれる導波器１５Ｗは、複数の第１構造体１０Ｗのいずれとも結合されなくても良い。または、複数の第１素子１５の上記の１つ（素子１５Ａ）に含まれる導波器１５Ｗは、複数の第１構造体１０Ｗの１つと結合可能でも良い。この場合、例えば、複数の第１構造体１０Ｗのその１つは、動作に使用されない。
図２に関して説明したように、アンテナ装置１１０は、第１回路７１を含んで良い。第１回路７１は、複数の第１素子１５と結合されることが可能である。複数の第１素子１５は、複数の第１素子１５の上記の１つ（素子１５Ａ）を除く他の第１素子１５Ｘを含む。第１回路７１は、１つの動作（例えば第１動作）において、他の第１素子１５Ｘと信号の授受を行う。第１回路７１は、第１動作において、複数の第１素子１５の上記１つ（素子１５Ａ）と信号の授受を行わない。第１回路７１の動作により、素子１５Ａは、ダミー素子として機能する。第１動作は、例えば、送信及び受信の一方である。
図３に示すように、アンテナ装置１１０は、処理部７０を含んで良い。処理部７０は、第１アンテナ１０及び第２アンテナ２０を含む素子部１０Ａから得られる信号を処理可能である。処理部７０は、処理動作において、複数の第１素子１５の１つ（素子１５Ａ）に対応する信号を処理に用いない。例えば、処理部７０の動作により、素子１５Ａがダミー素子として機能しても良い。
以下、複数の第２素子２５の例について説明する。
図７は、第１実施形態に係るアンテナ装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図８は、第１実施形態に係るアンテナ装置の一部を例示する模式的平面図である。
これらの図は、複数の第２素子２５を例示している。図７及び図８に示すように、複数の第２素子２５のそれぞれは、第２導電層２５ａを含む。第２導電層２５ａの少なくとも一部は、第３方向Ｄ３に沿って延びる。複数の第２素子２５のそれぞれは、第２他導電層２５ｂを含んで良い。第２他導電層２５ｂの少なくとも一部は、第３方向Ｄ３に沿って延びる。第２他導電層２５ｂから第２導電層２５ａへの方向は、第３方向Ｄ３に沿う。第２導電層２５ａ及び第２他導電層２５ｂは、例えば、ダイポールアンテナである。
第２導電層２５ａ及び第２他導電層２５ｂは、例えば、第２基板２８の第２面２８ｆに設けられる。
図７に示すように、第２アンテナ２０は、第２導波導電層２７ａ及び第２他導波導電層２７ｂを含んで良い。第２他導波導電層２７ｂから第２導波導電層２７ａへの方向は、第２方向Ｄ２に沿う。第２基板２８の一部は、第２他導波導電層２７ｂと第２導波導電層２７ａとの間にある。第２導波導電層２７ａは、第２導電層２５ａ（及び第２他導電層２５ｂ）と結合可能である。第２他導波導電層２７ｂは、例えば固定電位（例えばグランド電位）で良い。複数の第２導波導電層２７ａが設けられても良い。複数の第２導波導電層２７ａの１つは、第２導電層２５ａ（及び第２他導電層２５ｂ）と結合可能である。
例えば、第２基板２８は、第２他面２８ｇを含んで良い。第２他面２８ｇから第２面２８ｆへの方向は、第２方向Ｄ２に沿う。第２導波導電層２７ａは、例えば、第２面２８ｆに設けられる。第２他導波導電層２７ｂは、例えば、第２他面２８ｇに設けられる。
例えば、複数の第１素子１５のそれぞれは、ＳＩＷを含んで良い。例えば、複数の第２素子２５のそれぞれは、ダイポールアンテナを含んで良い。
図７に示すように、アンテナ装置１１０は、第２回路７２を含んで良い。第２回路７２は、複数の第２素子２５と結合されることが可能である。第２回路７２は、第２動作において、複数の第２素子２５と信号の授受を行う。第２動作は、例えば、送信及び受信の他方である。
上記のように、実施形態に係るアンテナ装置１１０は、第１アンテナ１０及び第２アンテナ２０を含む。第１アンテナ１０は、複数の第１素子１５、及び、第１ダミー素子（素子１５Ａ）を含む。第２アンテナ２０は、複数の第２素子２５を含む。複数の第１素子１５及び複数の第２素子２５の一方は、第１方向Ｄ１に電波を送信可能である。複数の第１素子１５及び複数の第２素子２５の他方は、第１方向Ｄ１の電波を受信可能である。複数の第１素子１５は、第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２に沿って並ぶ。複数の第１素子１５から第１ダミー素子（素子１５Ａ）への方向は、第２方向Ｄ２に沿う。複数の第２素子２５は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２を含む平面と交差する第３方向Ｄ３に沿って並ぶ。複数の第１素子１５の偏波の第１電界方向１５Ｅは、第３方向Ｄ３に沿う。複数の第２素子２５の偏波の第２電界方向２５Ｅは、第３方向Ｄ３に沿う。
（第２実施形態）
図９は、第２実施形態に係るアンテナ装置を例示する模式的斜視図である。
図９に示すように、実施形態に係るアンテナ装置１２０は、第１アンテナ１０及び第２アンテナ２０に加えて、第３アンテナ３０を含む。
第３アンテナ３０は、第３基板３８、及び、複数の第３素子３５を含む。第３基板３８は、第３面３８ｆを含む。第３面３８ｆは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿う。第３素子３５は、第２方向Ｄ２に沿って並ぶ。
第２基板２８の少なくとも一部は、第３方向Ｄ３において、複数の第１素子１５の上記の１つ（素子１５Ａ）と、複数の第３素子３５の１つ（素子３５Ａ）と、の間にある。素子３５Ａは、例えばダミー素子である。素子３５Ａは、複数の第３素子３５の端である。
素子３５Ａが設けられることで、端を除く複数の第３素子３５において、特性差を十分に小さくできる。
複数の第３素子３５の構成は、複数の第１素子１５の構成と同様で良い。
図９に示すように、アンテナ装置１２０は、第４アンテナ４０を含んでも良い。第４アンテナ４０は、第４基板４８及び複数の第４素子４５を含む。第４基板４８は、第４面４８ｆを含む。第４面４８ｆは、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３に沿う。複数の第４素子４５は、第３方向Ｄ３に沿って並ぶ。
複数の第１素子１５の別の１つ（素子１５Ｂ）は、第３方向Ｄ３において第４基板４８と重なる。複数の第３素子３５の別の１つ（素子３５Ｂ）は、第３方向Ｄ３において第４基板４８と重なる。第４基板４８の少なくとも一部は、例えば、第３方向Ｄ３において、素子１５Ｂと素子３５Ｂとの間にある。
複数の第４素子４５の構成は、複数の第２素子２５の構成と同様で良い。例えば、複数の第３素子３５の偏波の第３電界方向３５Ｅは、第３方向Ｄ３に沿う。複数の第４素子４５の偏波の第４電界方向４５Ｅは、第３方向Ｄ３に沿う。
実施形態においては、アンテナ装置の小型化が可能である。例えば、アンテナ装置１２０の構成（４つのアンテナを含む構成）が、複数組み合わせられても良い。４つのアンテナを含む複数の構成の間隔の下限が緩和できる。例えば、仮想アレーの放射特性劣化の抑制が可能である。
実施形態は、レーダ装置を含んで良い。レーダ装置は、施設に設置される。施設は、例えば、空港、駅、ショッピングモール、コンサートホール、または、展示会場等を含む。レーダ装置は、例えば、対象者（施設の利用者）が危険物を保持しているか否かの保安検査をする際に利用される。
例えば、レーダ装置は、対象者の各点に電波を順次放射し、対象者の各点によって反射された電波を順次受信する。これにより、対象者が走査される。走査により得られた受信信号に基づいて、対象者を含む画像が生成される。
施設の管理者は、この画像を確認することにより、対象者が危険物を保持しているか否かを判断することができる。管理者は、例えば、対象者の持ち物に危険物が隠されているか否か等を判断することができる。レーダ装置または外部装置が受信信号の振幅を分析しても良い。レーダ装置または外部装置が、対象者が危険物を所持する可能性のレベルを警告してもよい。
例えば、保安検査において、衣服ポケット内の複数の危険物が検出される。保安検査に用いられるレーダ装置において、高い角度分解能が要求される。角度分解能は、アレーアンテナの開口長によって決定される。例えば、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ－ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｉｔ－ｏｕｔｐｕｔ）レーダによれば、開口長が拡大され、角度分解能が向上する。ＭＩＭＯレーダにおいては多数のアンテナが設けられる。このため、設計が複雑になり、コストが高い。実施形態では、アレーアンテナは少数のアンテナを含む。実施形態では、配線が容易となる設計が採用される。
図１０は、実施形態に係るレーダ装置を例示するブロック図である。
レーダ装置１００は、例えば、送受信ユニット２００、基準信号発生ユニット３００、信号処理ユニット４００及びコントローラ５００を含む。
基準信号発生ユニット３００は、基準信号生成部３１０と、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；デジタル‐アナログ変換器）３２０と、基準クロック生成部３３０と、を含む。
レーダ方式として、種々の方式が採用可能である。例えば、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式が採用できる。ＦＭＣＷ方式のレーダにおいては、電波が対象者に放射され、対象者からの反射電波が受信される。ＦＭＣＷ方式のレーダにおいては、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差から、対象物までの距離を計測することができる。
基準信号生成部３１０は、例えば、デジタル信号を生成する。このデジタル信号は、ＦＭＣＷ信号（以下、チャープ信号と称される）を表す。ＦＭＣＷ信号は、時間の経過に伴い周波数が直線的に増加する。
ＤＡＣ３２０は、基準信号生成部３１０で生成されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。ＤＡＣ３２０は、アナログ信号のチャープ信号を生成する。
基準クロック生成部３３０は、基準クロックを生成する。
基準信号発生ユニット３００によって生成されたチャープ信号及び基準クロックは、送受信ユニット２００へ出力される。基準信号発生ユニット３００と送受信ユニット２００との接続は、例えば、有線または無線により行われる。
送受信ユニット２００は、少なくとも１つ（ここでは、４つ）のレーダパネル２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ及び２１０ｄを含む。送受信ユニット２００が含むレーダパネルの数は、２以上でも良く、１でも良い。
レーダパネル２１０ａ～２１０ｄのそれぞれには、チャープ信号及び基準クロックが供給される。レーダパネル２１０ａ～２１０ｄのそれぞれは、チャープ信号に応じた電波を対象者に放射し、対象者からの反射電波を受信する。
実施形態において、電波の波長は、例えば、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。１ｍｍ以上３０ｍｍの波長の電波は、例えば、ミリ波である。１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の波長の電波は、例えば、マイクロ波である。１００μｍ以上１ｍｍ以下の波長の電波は、例えばテラヘルツ波である。実施形態において、ミリ波、マイクロ波、または、テラヘルツ波が適用されて良い。
レーダパネル２１０ａ～２１０ｄのそれぞれは、反射電波の受信信号を中間周波数信号（ＩＦ信号）に変換する。レーダパネル２１０ａ～２１０ｄのそれぞれにより得られたＩＦ信号は、信号処理ユニット４００へ出力される。レーダパネル２１０ａ～２１０ｄのそれぞれと信号処理ユニット４００との接続は、有線または無線より行われて良い。
信号処理ユニット４００は、例えば、キャリブレーション部４１０、距離推定部４２０、仮想アレー拡張部４３０、及び、到来方向推定部４４０を含む。信号処理ユニット４００は、レーダパネル２１０ａ～２１０ｄのそれぞれのＩＦ信号について信号処理を行う。
信号処理ユニット４００は、平面７００内の対象者６００の画像を得ることができる。平面７００は、検査空間８００内の平面である。平面７００は、レーダパネル２１０ａ～２１０ｄと平行である。検査空間８００は、レーダパネル２１０ａ～２１０ｄのそれぞれから放射される電波の放射方向に位置する３次元空間である。画像は、例えば、表示装置により表示される。例えば、検査者がこの画像を観察することにより、検査者は対象者６００が危険物６１０（例えば、銃）を所持していることを検出することができる。
レーダ装置１００は、検査空間８００に電波を常時放射して検査を常時実施して良い。レーダ装置１００は、検査空間８００を撮影するカメラを含んで良い。レーダ装置１００は、カメラで撮影された検査空間８００の画像から対象者６００を認識して良い。レーダ装置１００は、対象者６００を認識した場合、対象者６００に対してのみ電波を放射して検査を実施して良い。コントローラ５００は、レーダ装置１００の動作を制御する。
実施形態に係るアンテナ装置（アンテナ装置１１０またはアンテナ装置１２０）は、例えば、レーダパネル２１０ａ～２１０ｄなどに適用できる。
実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んで良い。
（構成１）
第１方向及び第２方向に沿う第１面を含む第１基板と、前記第２方向に沿って並ぶ複数の第１素子と、含む第１アンテナと、
前記第１方向及び第３方向に沿う第２面を含む第２基板と、前記第３方向に沿って並ぶ複数の第２素子と、を含む第２アンテナであって、前記第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差し、前記複数の第１素子の１つは、前記第３方向において前記第２基板と重なる、前記第２アンテナと、
を備えた、アンテナ装置。
（構成２）
前記複数の第１素子の前記１つは、前記複数の第１素子の端である、構成１に記載のアンテナ装置。
（構成３）
前記第２方向は、前記第１方向に対して垂直であり、
前記第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向に対して垂直である、構成１または２に記載のアンテナ装置。
（構成４）
前記複数の第１素子の偏波の第１電界方向は、前記第３方向に沿い、
前記複数の第２素子の偏波の第２電界方向は、前記第３方向に沿う、構成１～３のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
（構成５）
前記第１アンテナは、送信アンテナ及び受信アンテナの一方であり、
前記第２アンテナは、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの他方である、構成１～４のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
（構成６）
前記送信アンテナの送信方向は、前記第１方向に沿い、
前記受信アンテナの受信方向は、前記第１方向に沿う、構成５に記載のアンテナ装置。
（構成７）
前記複数の第１素子のそれぞれは、第１構造体を含み、
前記第１構造体は、第１導波導電層、第１他導波導電層、複数の第１導波電極部材及び複数の第２導波電極部材を含み、
前記第１他導波導電層から前記第１導波導電層への方向は、前記第３方向に沿い、
前記複数の第１導波電極部材から前記複数の第２導波電極部材への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第１導波導電層及び前記第１他導波導電層は、前記複数の第１導波電極部材及び前記複数の第２導波電極部材により電気的に接続され、
前記第１基板の一部は、前記第１導波導電層と前記第１他導波導電層との間、及び、前記複数の第１導波電極部材と前記複数の第２導波電極部材との間にある、構成１～６のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
（構成８）
前記第１構造体は、前記第１構造体の前記第１方向の端の開口を含む、構成７に記載のアンテナ装置。
（構成９）
前記複数の第１素子のそれぞれは、導波器を含み、
前記導波器は、第１導電層、第１他導電層、第１電極部材及び第１他電極部材を含み、
前記第１他導電層から前記第１導電層への方向は、前記第３方向に沿い、
前記第１他電極部材から前記第１電極部材への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第１導電層及び前記第１他導電層は、前記第１電極部材及び前記第１他電極部材により、互いに電気的に接続され、
前記第１基板の少なくとも一部は、前記第１導電層と前記第１他導電層との間、及び、前記第１電極部材と前記第１他電極部材との間にあり、
前記第１導波導電層から前記第１導電層への方向は、前記第１方向に沿い、
前記第１他導波導電層から前記第１他導電層への方向は、前記第１方向に沿う、構成７または８に記載のアンテナ装置。
（構成１０）
前記複数の第１素子の前記１つに含まれる前記導波器は、前記複数の第１素子の前記１つに含まれる前記第１構造体と結合されない、構成９に記載のアンテナ装置。
（構成１１）
前記複数の第１素子は、前記複数の第１素子の前記１つを除く他の前記第１素子を含み、
前記複数の第１素子と結合されることが可能な第１回路をさらに含み、
前記第１回路は、第１動作において前記他の前記第１素子と信号の授受を行い、
前記第１回路は、前記第１動作において前記複数の第１素子の前記１つと信号の授受を行わない、構成１～１０のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
（構成１２）
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナを含む素子部から得られる信号を処理可能な処理部をさらに備え、
前記処理部は、処理動作において、前記複数の第１素子の前記１つに対応する信号を処理に用いない、構成１～１１のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
（構成１３）
前記複数の第２素子のそれぞれは、第２導電層を含み、
前記第２導電層の少なくとも一部は、前記第３方向に沿って延びる、構成１～１２のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
（構成１４）
前記複数の第２素子のそれぞれは、第２他導電層を含み、
前記第２他導電層の少なくとも一部は、前記第３方向に沿って延び、
前記第２他導電層から前記第２導電層への方向は、前記第３方向に沿う、構成１３に記載のアンテナ装置。
（構成１５）
前記第２アンテナは、第２導波導電層及び第２他導波導電層を含み、
前記第２他導波導電層から前記第２導波導電層への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第２基板の一部は、前記第２他導波導電層と前記第２導波導電層との間にあり、
前記第２導波導電層は前記第２導電層と結合可能である、構成１４に記載のアンテナ装置。
（構成１６）
前記複数の第１素子のそれぞれは、ＳＩＷを含み、
前記複数の第２素子のそれぞれは、ダイポールアンテナを含む、構成１～１５のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
（構成１７）
第３アンテナをさらに備え、
前記第３アンテナは、
前記第１方向及び前記第２方向に沿う第３面を含む第３基板と、
前記第２方向に沿って並ぶ複数の第３素子と、
含み、
前記第２基板の少なくとも一部は、前記第３方向において、前記複数の第１素子の前記１つと、前記複数の第３素子の１つと、の間にある、構成１～１６のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
（構成１８）
第４アンテナをさらに備え、
前記第４アンテナは、
前記第１方向及び前記第３方向に沿う第４面を含む第４基板と、
前記第３方向に沿って並ぶ複数の第４素子と、を含み、
前記複数の第１素子の別の１つは、前記第３方向において前記第４基板と重なり、
前記複数の第３素子の別の１つは、前記第３方向において前記第４基板と重なる、構成１７に記載のアンテナ装置。
（構成１９）
前記複数の第３素子の偏波の第３電界方向は、前記第３方向に沿い、
前記複数の第４素子の偏波の第４電界方向は、前記第３方向に沿う、構成１８に記載のアンテナ装置。
（構成２０）
複数の第１素子及び第１ダミー素子を含む第１アンテナと、
複数の第２素子を含む第２アンテナと、
を備え、
前記複数の第１素子及び前記複数の第２素子の一方は、第１方向に電波を送信可能であり、
前記複数の第１素子及び前記複数の第２素子の他方は、前記第１方向の電波を受信可能であり、
前記複数の第１素子は、前記第１方向と交差する第２方向に沿って並び、
前記複数の第１素子から前記第１ダミー素子への方向は前記第２方向に沿い、
前記複数の第２素子は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿って並び、
前記複数の第１素子の偏波の第１電界方向は、前記第３方向に沿い、
前記複数の第２素子の偏波の第２電界方向は、前記第３方向に沿う、アンテナ装置。
実施形態によれば、性能の向上が可能なアンテナ装置を提供できる。
以上、例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの例に限定されるものではない。例えば、アンテナ装置に含まれるアンテナ、素子、及び基板などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
各例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
本発明の実施の形態として上述したアンテナ装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのアンテナ装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０：第１アンテナ、 １０Ａ：素子部、 １０Ｄ：送信方向、 １０Ｗ：第１構造体、 １０ｏ：開口、 １５：第１素子、 １５Ａ、１５Ｂ：素子、 １５Ｅ：第１電界方向、 １５Ｗ：導波器、 １５Ｘ：第１素子、 １５ａ：第１電極部材、 １５ｂ：第１他電極部材、 １５ｃ：第１導電層、 １５ｄ：第１他導電層、 １５ｐ：第１ダミー電極部材、 １５ｑ：第１ダミー他電極部材、 １５ｒ：第１ダミー導電層、 １５ｓ：第１ダミー他導電層、 １６ａ～１６ｄ：第１～第４導波電極部材、 １６ｆ：第１導波導電層、 １６ｇ：第１他導波導電層、 １８：第１基板、 １８ｆ：第１面、 １８ｇ：第１他面、 １８ｓ：第１側面、 ２０：第２アンテナ、 ２０Ｄ：受信方向、 ２５：第２素子、 ２５Ｅ：第２電界方向、 ２５ａ：第２導電層、 ２５ｂ：第２他導電層、 ２７ａ：第２導波導電層、 ２７ｂ：第２他導波導電層、 ２８：第２基板、 ２８ｆ：第２面、 ２８ｇ：第２他面、 ２８ｓ：第２側面、 ３０：第３アンテナ、 ３５：第３素子、 ３５Ａ、３５Ｂ：素子、 ３５Ｅ：第３電界方向、 ３８：第３基板、 ３８ｆ：第３面、 ４０：第４アンテナ、 ４５：第４素子、 ４５Ｅ：第４電界方向、 ４８：第４基板、 ４８ｆ：第４面、 ７０：処理部、 ７１、７２：第１、第２回路、 １００：レーダ装置、 １１０、１２０：アンテナ装置、 ２００：送受信ユニット、 ２１０ａ～２１０ｄ：レーダパネル、 ３００：基準信号発生ユニット、 ３１０：基準信号生成部、 ３３０：基準クロック生成部、 ４００：信号処理ユニット、 ４１０：キャリブレーション部、 ４２０：距離推定部、 ４３０：仮想アレー拡張部、 ４４０：到来方向推定部、 ５００：コントローラ、 ６００：対象者、 ６１０：危険物、 ７００：平面、 ８００：検査空間、 Ｄ１～Ｄ３：第１～第３方向

Claims (18)

  1. 第１方向及び第２方向に沿う第１面を含む第１基板と、前記第２方向に沿って並ぶ複数の第１素子と、含む第１アンテナと、
    前記第１方向及び第３方向に沿う第２面を含む第２基板と、前記第３方向に沿って並ぶ複数の第２素子と、を含む第２アンテナであって、前記第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差し、前記複数の第１素子の１つは、前記第３方向において前記第２基板と重なる、前記第２アンテナと、
    を備え、
    前記複数の第１素子のそれぞれは、第１構造体を含み、
    前記第１構造体は、第１導波導電層、第１他導波導電層、複数の第１導波電極部材及び複数の第２導波電極部材を含み、
    前記第１他導波導電層から前記第１導波導電層への方向は、前記第３方向に沿い、
    前記複数の第１導波電極部材から前記複数の第２導波電極部材への方向は、前記第２方向に沿い、
    前記第１導波導電層及び前記第１他導波導電層は、前記複数の第１導波電極部材及び前記複数の第２導波電極部材により電気的に接続され、
    前記第１基板の一部は、前記第１導波導電層と前記第１他導波導電層との間、及び、前記複数の第１導波電極部材と前記複数の第２導波電極部材との間にある、アンテナ装置。
  2. 前記第１構造体は、前記第１構造体の前記第１方向の端の開口を含む、請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 前記複数の第１素子のそれぞれは、導波器を含み、
    前記導波器は、第１導電層、第１他導電層、第１電極部材及び第１他電極部材を含み、
    前記第１他導電層から前記第１導電層への方向は、前記第３方向に沿い、
    前記第１他電極部材から前記第１電極部材への方向は、前記第２方向に沿い、
    前記第１導電層及び前記第１他導電層は、前記第１電極部材及び前記第１他電極部材により、互いに電気的に接続され、
    前記第１基板の少なくとも一部は、前記第１導電層と前記第１他導電層との間、及び、前記第１電極部材と前記第１他電極部材との間にあり、
    前記第１導波導電層から前記第１導電層への方向は、前記第１方向に沿い、
    前記第１他導波導電層から前記第１他導電層への方向は、前記第１方向に沿う、請求項１に記載のアンテナ装置。
  4. 前記複数の第１素子の前記１つに含まれる前記導波器は、前記複数の第１素子の前記１つに含まれる前記第１構造体と結合されない、請求項３に記載のアンテナ装置。
  5. 前記複数の第１素子の前記１つは、前記複数の第１素子の端である、請求項１に記載のアンテナ装置。
  6. 前記第２方向は、前記第１方向に対して垂直であり、
    前記第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向に対して垂直である、請求項１に記載のアンテナ装置。
  7. 前記複数の第１素子の偏波の第１電界方向は、前記第３方向に沿い、
    前記複数の第２素子の偏波の第２電界方向は、前記第３方向に沿う、請求項１に記載のアンテナ装置。
  8. 前記第１アンテナは、送信アンテナ及び受信アンテナの一方であり、
    前記第２アンテナは、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの他方である、請求項１に記載のアンテナ装置。
  9. 前記送信アンテナの送信方向は、前記第１方向に沿い、
    前記受信アンテナの受信方向は、前記第１方向に沿う、請求項８に記載のアンテナ装置。
  10. 第１方向及び第２方向に沿う第１面を含む第１基板と、前記第２方向に沿って並ぶ複数の第１素子と、含む第１アンテナと、
    前記第１方向及び第３方向に沿う第２面を含む第２基板と、前記第３方向に沿って並ぶ複数の第２素子と、を含む第２アンテナであって、前記第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差し、前記複数の第１素子の１つは、前記第３方向において前記第２基板と重なる、前記第２アンテナと、
    を備え、
    前記複数の第１素子は、前記複数の第１素子の前記１つを除く他の前記第１素子を含み、
    前記複数の第１素子と結合されることが可能な第１回路をさらに含み、
    前記第１回路は、第１動作において前記他の前記第１素子と信号の授受を行い、
    前記第１回路は、前記第１動作において前記複数の第１素子の前記１つと信号の授受を行わない、アンテナ装置。
  11. 第１方向及び第２方向に沿う第１面を含む第１基板と、前記第２方向に沿って並ぶ複数の第１素子と、含む第１アンテナと、
    前記第１方向及び第３方向に沿う第２面を含む第２基板と、前記第３方向に沿って並ぶ複数の第２素子と、を含む第２アンテナであって、前記第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差し、前記複数の第１素子の１つは、前記第３方向において前記第２基板と重なる、前記第２アンテナと、
    を備え、
    前記第１アンテナ及び前記第２アンテナを含む素子部から得られる信号を処理可能な処理部をさらに備え、
    前記処理部は、処理動作において、前記複数の第１素子の前記１つに対応する信号を処理に用いない、アンテナ装置。
  12. 前記複数の第２素子のそれぞれは、第２導電層を含み、
    前記第２導電層の少なくとも一部は、前記第３方向に沿って延びる、請求項１に記載のアンテナ装置。
  13. 前記複数の第２素子のそれぞれは、第２他導電層を含み、
    前記第２他導電層の少なくとも一部は、前記第３方向に沿って延び、
    前記第２他導電層から前記第２導電層への方向は、前記第３方向に沿う、請求項１２に記載のアンテナ装置。
  14. 前記第２アンテナは、第２導波導電層及び第２他導波導電層を含み、
    前記第２他導波導電層から前記第２導波導電層への方向は、前記第２方向に沿い、
    前記第２基板の一部は、前記第２他導波導電層と前記第２導波導電層との間にあり、
    前記第２導波導電層は前記第２導電層と結合可能である、請求項１３に記載のアンテナ装置。
  15. 前記複数の第１素子のそれぞれは、ＳＩＷを含み、
    前記複数の第２素子のそれぞれは、ダイポールアンテナを含む、請求項１に記載のアンテナ装置。
  16. 第１方向及び第２方向に沿う第１面を含む第１基板と、前記第２方向に沿って並ぶ複数の第１素子と、含む第１アンテナと、
    前記第１方向及び第３方向に沿う第２面を含む第２基板と、前記第３方向に沿って並ぶ複数の第２素子と、を含む第２アンテナであって、前記第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差し、前記複数の第１素子の１つは、前記第３方向において前記第２基板と重なる、前記第２アンテナと、
    第３アンテナと、
    を備え、
    前記第３アンテナは、
    前記第１方向及び前記第２方向に沿う第３面を含む第３基板と、
    前記第２方向に沿って並ぶ複数の第３素子と、
    含み、
    前記第２基板の少なくとも一部は、前記第３方向において、前記複数の第１素子の前記１つと、前記複数の第３素子の１つと、の間にある、アンテナ装置。
  17. 第４アンテナをさらに備え、
    前記第４アンテナは、
    前記第１方向及び前記第３方向に沿う第４面を含む第４基板と、
    前記第３方向に沿って並ぶ複数の第４素子と、を含み、
    前記複数の第１素子の別の１つは、前記第３方向において前記第４基板と重なり、
    前記複数の第３素子の別の１つは、前記第３方向において前記第４基板と重なる、請求項１６に記載のアンテナ装置。
  18. 前記複数の第３素子の偏波の第３電界方向は、前記第３方向に沿い、
    前記複数の第４素子の偏波の第４電界方向は、前記第３方向に沿う、請求項１７に記載のアンテナ装置。
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