WO2019176845A1

WO2019176845A1 - 実時間送受信装置

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Publication number: WO2019176845A1
Application number: PCT/JP2019/009641
Authority: WO
Inventors: 藤田真男; 廣井俊雄
Original assignee: マクセルホールディングス株式会社
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2019-09-19
Also published as: TW201941497A; TWI791789B; JP2019158491A

Abstract

ミリ波帯域以上の高い周波数の電磁波を実時間で送受信する実時間送受信装置において、送信アンテナが送信する電磁波を直接受信してしまうことによるノイズの発生を抑えて、高い精度での電磁波の送受信を行うことができる実時間送受信装置を得ること。送信アンテナ２０と受信アンテナ３０とを備え、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を用いて送信と受信とを同時に行う実時間送受信装置１００であって、送信アンテナの配置位置と受信アンテナの配置位置との間に、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を吸収する電磁波吸収体４０が配置され、送信アンテナのアンテナ素子２１と電磁波吸収体との間隔Ｄが、電磁波吸収体で吸収する電磁波の周波数λに対して、Ｄ＞（λ／２π）という関係を満たす。

Description

実時間送受信装置

　本開示は、送信アンテナと受信アンテナとを備え、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波の送受信を同時に行う実時間送受信装置に関し、特に、送信アンテナが送信した電磁波を受信アンテナが直接受信することにより生じるノイズの発生を抑制した実時間送受信装置に関する。

　携帯電話などの移動体通信や無線ＬＡＮ、料金自動収受システム（ＥＴＣ）などでは、数ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数帯域を持つセンチメートル波と呼ばれる電波が用いられている。

　また、送信アンテナから送信された電磁波の測定対象物による反射波を受信アンテナで受信して測定対象部との距離を測定することで、当該対象物の位置を特定したり、当該対象物の動きを検出したりするレーダーシステムが実用化されている。

　このようなデータ通信やレーダーとして用いられる装置として、送信アンテナと受信アンテナとを備え、送信アンテナからの電磁波の送信と受信アンテナでの電磁波の受信とを同時に行い、実時間（リアルタイム）でのデータ処理を行う技術が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。

特開平９－３２６６３０号公報特開平５－３４１０４２号公報

　近年では、送信するデータのさらなる大容量化を可能とするために、６０ギガヘルツの周波数を用いた無線通信が計画され、また、極めて狭い指向性を活用して、車載レーダー機器として数十ギガヘルツ以上のいわゆるミリ波帯域（３０～３００ギガヘルツ）の周波数を有するミリ波レーダーの利用が進められている。さらに、ミリ波帯域を超えた高い周波数帯域の電波として、３テラヘルツ（ＴＨｚ）までのテラヘルツ帯域の周波数を有する電波を利用する技術の研究も進んでいる。

　このような、ミリ波帯域以上の高い周波数の電磁波を用いる技術において、送信アンテナと受信アンテナとを備える送受信装置では、送信アンテナが送信した電磁波を受信アンテナが直接受信してしまうと、相手機器から送信された電磁波や対象物で反射された電磁波といった、本来受信アンテナが受信すべき電磁波に対するノイズとなって、高速でのデータ通信やレーダーによる正確な対象物の位置検知の精度を低下させてしまう原因となる。

　本開示は、上記従来の課題を解決し、ミリ波帯域以上の高い周波数の電磁波を実時間で送受信する実時間送受信装置において、送信アンテナが送信する電磁波を直接受信してしまうことによるノイズの発生を抑えて、高い精度での電磁波の送受信を行うことができる実時間送受信装置を得ることを目的とする。

　上記課題を解決するため本願で開示する実時間送受信装置は、送信アンテナと受信アンテナとを備え、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を用いて送信と受信とを同時に行う実時間送受信装置であって、前記送信アンテナの配置位置と前記受信アンテナの配置位置との間に、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を吸収する電磁波吸収体が配置され、前記送信アンテナのアンテナ素子と前記電磁波吸収体との間隔Ｄが、前記電磁波吸収体で吸収する電磁波の周波数λに対して、Ｄ＞（λ／２π）という関係を満たすことを特徴とする。

　本願で開示する実時間送受信装置シートは、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を吸収する電磁波吸収体が、送信アンテナのアンテナ素子と所定の間隔Ｄを隔てて、送信アンテナと受信アンテナとの間に配置されている。このため、送信アンテナから受信アンテナの方向に放射される電磁波を電磁波吸収体が吸収して、受信アンテナで受信する受信信号におけるノイズを低減することができ、高い精度での電磁波の送受信が可能な実時間送受信装置を実現できる。

本実施形態にかかるレーダー装置の基本的な構成を説明するための斜視図である。送信アンテナからの距離と送信された電磁波の波動インピーダンスとの関係を示す図である。送信アンテナと受信アンテナの配置位置に対する、電磁波吸収体の大きさと平面的な配置位置とを説明するための図である。送信アンテナと受信アンテナの高さに対する、電磁波吸収体の高さ方向の大きさを説明するための図である。送信アンテナと受信アンテナの高さに対する、電磁波吸収体の高さ方向の大きさを説明する別の図である。

　本願で開示する実時間送受信装置は、送信アンテナと受信アンテナとを備え、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を用いて送信と受信とを同時に行う実時間送受信装置であって、前記送信アンテナの配置位置と前記受信アンテナの配置位置との間に、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を吸収する電磁波吸収体が配置され、前記送信アンテナのアンテナ素子と前記電磁波吸収体との間隔Ｄが、前記電磁波吸収体で吸収する電磁波の周波数λに対して、Ｄ＞（λ／２π）という関係を満たす。

　このようにすることで、本願で開示する実時間送受信装置は、送信アンテナから受信アンテナの方向に向けて放射される電磁波を電磁波吸収体が吸収する。特に、送信アンテナのアンテナ素子と電磁波吸収体との間隔Ｄが、電磁波吸収体で吸収する電磁波の周波数λに対して、Ｄ＞（λ／２π）という関係を満たしているため、電磁波吸収体の表面での反射を低減して、送信アンテナが送信し直接受信アンテナが受信する電磁波を効果的に低減することができる。この結果、受信アンテナで受信した電磁波に含まれるノイズを抑制して、精度の高いデータ通信やレーダーによる探知を行うことができる。

　本願で開示する実時間送受信装置において、前記送信アンテナのアンテナ素子と前記電磁波吸収体との間隔Ｄが、さらに、Ｄ＜（λ／π）という関係を満たすことが好ましい。このようにすることで、送信アンテナから放射状に送信される電磁波を効果的に電磁波吸収体に吸収させることができ、受信アンテナで受信される電磁波のノイズを低減することができる。

　また、前記電磁波吸収体が、ミリ波帯域以上の周波数で磁気共鳴する磁性酸化鉄を含むことが好ましい。ミリ波帯域以上の周波数で磁気共鳴する磁性酸化鉄を含むことで、電磁波吸収体に入射した電磁波を熱に変換して吸収できるため、電磁波吸収性能の観点からの形状的な制約がなく、送信アンテナの配置位置やその大きさ、受信アンテナの配置位置やその大きさに対応して、送信アンテナと受信アンテナとの間に所望の形状の電磁波吸収体を配置することができる。

　この場合において、前記電磁波吸収体が、非導電性の有機材料からなるバインダーをさらに含んでいることが好ましい。このようにすることで、電磁波吸収体において電磁波を吸収する磁性酸化鉄の体積含率を調整することができ、送信アンテナから送信される電磁波を効率よく吸収させることができる。また、有機材料のバインダー内に磁性酸化鉄粉が含まれる形態とすることで、電磁波吸収体が弾性や可撓性を備えることが可能となり、所望する形状の電磁波吸収体を容易に配置することができる。

　さらに、前記電磁波吸収体は、前記送信アンテナのアンテナ素子から前記受信アンテナのアンテナ素子を見込むことができないように配置されていることが好ましい。このようにすることで、送信アンテナと受信アンテナそれぞれの大きさ、形状、配置位置に対応して、送信アンテナから放射された電磁波の受信アンテナへの直接の入射を抑えることができる。

　なお、本願で開示する実時間送受信装置は、前記受信アンテナが、前記送信アンテナから送信された電磁波が対象物で反射した反射波を受信するレーダー装置として実現することができる。

　以下、本願で開示する実時間送受信装置について、ミリ波帯域の電磁波を用いて測定対象物の正確な位置測定を行うレーダー装置を例として、図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態）
　図１は、本実施の形態にかかるレーダー装置の概略構成を説明するための斜視図である。

　図１に示すように、本実施形態にかかるレーダー装置１００は、回路基板１０上に、送信アンテナ２０、受信アンテナ３０、電磁波吸収体４０が搭載されている。また、図１に示すように、レーダー装置１００の回路基板１０の裏面側には、レーダー装置１００の動作回路部５０が配置され、この動作回路部５０に対して信号や動作電源の入出力を行う入出力端子６０が回路基板１０の端部に配置されている。なお、図面が煩雑となることを避けるために、レーダー装置１００の外郭を構成する筐体の図示は省略する。

　本実施形態で説明するレーダー装置１００では、送信アンテナ２０から送信され受信アンテナ３０で受信される電磁波として、周波数λが７６～７７ＧＨｚのミリ波帯域の電磁波が用いられている。

　回路基板１０は、レーダー装置１００の基体となるものであり、ベークライト基板、エポキシ基板、セラミックス基板など通常の硬質基板（リジット基板）を用いることができる。また、ポリイミドなどの柔軟性を有するいわゆるフレキシブル基板を採用して回路基板１０全体を湾曲可能な構成とすることもできるが、回路基板１０上に搭載される送信アンテナ２０などの各種電子部材を支えることができる剛性を有することが必要であり、フレキシブル基板の少なくとも一部分に紙、樹脂、ガラスその他の硬質材料による支持基材が設けられていることが好ましい。

　また、図１では、便宜上１枚の回路基板１０のみを図示したが、レーダー装置１００を構成する回路基板１０は１枚には限られず、２枚以上の回路基板上に必要な電子回路部品を搭載することができる。また、図１での図示は省略するが、レーダー装置１００での探知結果を表示する画像表示デバイスをレーダー装置１００自体に備えることができ、この場合には、画像表示デバイスや画像表示信号処理回路が搭載された他の回路基板などを含んだ構成とすることができる。

　送信アンテナ２０は、回路基板１０の一方の表面上に配置されていて、所定の送信信号を送信する。

　本実施形態のレーダー装置１００では、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１として接地型モノポールアンテナ（λ／４）が採用されており、樹脂製の枠体内に所定本数のアンテナ素子２１が一列に並んで配置されている。なお、アンテナ素子２１の本数、配置間隔は、アンテナ素子２１の長さ（高さ）ととともに、送信アンテナ２０から送信される電磁波の周波数に応じて適宜設定される。

　なお、本実施形態にかかるレーダー装置１００では、アンテナ素子２１として、長さを短くできるために装置全体を小型化できる接地型モノポールアンテナを用いた例を示したが、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１としては、たとえば半波長ダイポールアンテナ（λ／　２）など、接地型モノポールアンテナ以外の各種のアンテナ素子を採用することができる。

　また、本願で開示する実時間送受信装置の送信アンテナとしては、たとえば、送信信号と受信信号との実時間データ処理を行う機器の送受信装置である場合を含め、上述の接地型モノポールアンテナ、半波長ダイポールアンテナ以外にも、トリプレートアンテナやマイクロストリップアンテナなどを用いたチップアンテナ、回路基板上の導体パターンにより構成されるパターンアンテナ、さらには、アンテナエレメントを備えた八木アンテナや、グランドプレーンアンテナなどを採用することができ、使用可能なアンテナ素子のタイプに制約はない。

　受信アンテナ３０は、送信アンテナ２０が配置されている回路基板１０の表面上に配置されていて、送信アンテナ２０から送信された電磁波が測定対象物の表面で反射された反射波を受信する。

　本実施形態のレーダー装置１００では、受信アンテナ３０も、送信アンテナ２０と同様の接地型モノポールアンテナ（λ／４）が採用されており、樹脂製の枠体内に所定本数のアンテナ素子３１が一列に並んで配置されている。なお、図１では、送信アンテナ２０と受信アンテナ３０の形状を同じものとして表しているが、受信アンテナ３０のアンテナ素子３１の本数、配置間隔は、測定対象物からの反射波をより高いゲインで受信する条件が得られるように適宜設定される。また、本実施形態のように、実時間送受信装置がレーダー装置の場合には、送信信号の周波数と受信信号の周波数は原則として同一であるため、受信アンテナ３０のアンテナ素子３１の長さ（高さ）は、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１の長さと同じとなる。

　また、受信アンテナ３０のアンテナ素子３１のタイプとしては、上述の送信アンテナ２０のアンテナ素子２１と同様に、接地型モノポールアンテナ以外にも、半波長ダイポールアンテナをはじめとする各種タイプのアンテナ素子を用いることができる。

　電磁波吸収体４０は、回路基板１０上の送信アンテナ２０の配置位置と受信アンテナ３０の配置位置との間に配置され、本実施形態にかかるレーダー装置１００では、幅Ｗと、長さ（奥行き）Ｌと、高さＨを有する立方体形状となっている。

　電磁波吸収体４０は、樹脂製、または、ゴム製などの非導電性の有機材料のバインダー中に、イプシロン酸化鉄や、六方晶フェライト、ストロンチウムフェライトなどのフェライト系の磁性酸化鉄粉を分散して含有させた磁性塗料を固めて構成されている。

　バインダーとしては、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、ゴム系樹脂などの樹脂材料を用いることができる。これらの中で、電波吸収体に可撓性を付与する目的に対しては、ゴム系樹脂を用いることが好ましい。

　ゴム系樹脂として、スチレン系の熱可塑性エラストマーであるＳＩＳ（スチレン－イソブレンブロック共重合体）やＳＢＳ（スチレン－ブタジエンブロック共重合体）、石油系合成ゴムであるＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン・ゴム）、その他アクリルゴムやシリコンゴムなどのゴム系材料を用いることが好ましい。

　上述した磁性酸化鉄粉はミリ波帯域以上の周波数で磁気共鳴し、電磁波吸収体４０に入射した送信アンテナ２０から送信された電磁波を熱に変換して吸収することができる。また、本実施形態のレーダー装置１００では、電磁波吸収体４０をバインダー中に磁性酸化鉄粉を分散した磁性塗料を固めて形成しているため、電磁波吸収体の形状、大きさを容易に所定のものとすることができる。

　ここで、電磁波吸収体４０を作製する方法の一例を説明する。

　上述したように電磁波吸収体４０を作製するために、まず磁性塗料を作製する。

　磁性塗料は、たとえば磁性酸化鉄粉としてイプシロン酸化鉄を用いた場合には、イプシロン酸化鉄粉と、分散剤であるリン酸化合物、樹脂製バインダーとしてのエポキシ樹脂の混練物を得て、これを希釈し、さらに分散した後に、フィルタで濾過することによって作製される。

　混練物は、加圧式の回分式ニーダで混練すること、その他の方法により得られる。また、混練物の分散は、一例としてジルコニアなどのビーズを充填したサンドミルを用いて分散液として得ることができる。なお、このとき、必要に応じて架橋剤を配合することができる。　このようにして得られた磁性塗料を、剥離性を有する支持体、一例としてシリコンコートにより剥離処理された所定の厚さのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のシート上に、テーブルコータやバーコータなどを用いて塗布する。

　その後、ｗｅｔ状態の磁性塗料を８０℃で乾燥し、さらにカレンダ装置を用いて所定温度でカレンダ処理を行って、支持体上に所定の形状と大きさを有する電波吸収体４０を形成できる。

　また、電磁波吸収体４０を作製する別の方法として、押し出し成型法を用いることができる。

　押し出し成型法を用いる場合は、たとえば、まず、磁性酸化鉄粉とバインダーと必要に応じて分散剤などを予めブレンドし、ブレンドされたこれら材料を押出成型機の樹脂供給口から可塑性シリンダ内に供給する。なお、押出成型機としては、可塑性シリンダと、可塑性シリンダの先端に設けられたダイと、可塑性シリンダ内に回転自在に配設されたスクリューと、スクリューを駆動させる駆動機構とを備えた通常の押出成型機を用いることができる。

　押出成型機のバンドヒータによって可塑化された溶融材料が、スクリューの回転によって前方に送られて先端からシート状に押し出される。押し出された材料を、乾燥、加圧成形、カレンダ処理等を行うことで所定の厚さの電磁波吸収体４０を得ることができる。

　さらに、電磁波吸収体４０を作製する方法として、磁性酸化鉄粉とバインダーとを含んだ磁性コンパウンドを作製して、これを所定の厚さで成型し、架橋させる方法を用いることもできる。

　この場合は、先ず、磁性コンパウンドを作製する。磁性コンパウンドは、磁性酸化鉄粉とバインダー、必要に応じて分散剤を混練することによって得ることができる。混練物は、一例として、加圧式の回分式ニーダで混練することにより得られる。なお、このとき、必要に応じて架橋剤を配合することができる。

　得られた磁性コンパウンドを、一例として油圧プレス機などを用いて１５０℃の温度で所定の形状に架橋・成型する。その後、恒温槽内において１７０℃の温度で２次架橋処理を施す。このようにして、所定の形状の電磁波吸収体４０を作製することができる。

　以上のようにして作製された電磁波吸収体４０を、支持体上から剥離し、回路基板１０の所定位置に接着剤などで接着する。

　なお、このとき、電磁波吸収体４０と送信アンテナ２０のアンテナ素子２１との間隔Ｄは、Ｄ＞（λ／２π）とすることで、送信アンテナ２０から放射された電磁波が電磁波吸収体４０の表面で反射してしまい、良好に吸収されないという自体を回避することができる。このアンテナ素子２１と電磁波吸収体４０との間隔Ｄについての詳細と、電磁波吸収体４０の配置位置と大きさについての詳細は、後に詳述する。

　動作回路部５０は、本実施形態で示すレーダー装置１００を動作させるための電子回路の組み立て体である。動作回路部５０としては、送信アンテナ２０から送信される送信信号を作成し、受信アンテナ３０で受信した受信信号に対して増幅、ノイズ除去などの各種の処理を行い、測定対象物の位置や移動を解析してそのデータを記録、表示、または、他の機器に出力するなどの、それぞれの機能を果たすことができる電気回路により構成されている。また、駆動回路部５０は、駆動回路部５０自体を動作させる電源回路を含んでいる。これら動作回路部５０の具体的構成は、従来の回路技術を用いるものであるとともに、実時間送受信装置の目的、使用条件などによって適宜異なるものであるため、詳細な説明は省略する。

　図１に示すように、本実施形態にかかるレーダー装置１００では、駆動回路部５０を回路基板１０において、送信アンテナ２０や受信アンテナ３０が配置されている面の裏側の面配置している。これは、駆動回路部５０からの漏洩電磁波が受信信号に悪影響を与えることを防止するとともに、装置に入射した電磁波が駆動回路部に与える影響を回避するための措置である。なお、駆動回路部５０の配置位置と回路基板１０の構成とは、図１に示すものには限られず、たとえば、駆動回路部５０をシールド部材で覆うなどして送受信されるデータとの干渉が回避できる場合には、駆動回路部５０を、回路基板１０の送信アンテナ２０と受信アンテナ３０とが配置されている面上に配置することもできる。また、複数枚の回路基板が積層された構成として、その最表層に位置する回路基板に送信アンテナと受信アンテナとを配置し、２層目以下の、最表層の回路基板の下側に位置する回路基板上に駆動回路部５０を配置する構成など、様々な形態を採用することができる。

　入出力端子６０は、レーダー装置１００に対して、動作電源を供給し、受信した信号やデータ処理された信号を出力するなど、レーダー装置１００と外部の機器等とを接続するための端子部である。

　入出力端子６０は、電気機器を構成する回路基板を接続する端子構成として、従来周知の技術を用いることができるため、本明細書での詳細な説明は省略する。

　＜送信アンテナのアンテナ素子と電磁波吸収体との間隔Ｄについて＞
　図２に、送信アンテナからの距離と送信された電磁波の波動インピーダンスとの関係を示す。図２においては、送信アンテナからの距離を、送信される電磁波の波長λの１／２によって正規化して示している。

　図２に示すように、測定上のデータにばらつきがあるものの、送信アンテナからの距離が、送信される電磁波の波長λの１／２π（λ／２π：横軸＝１）を境として大きく異なり、距離がλ／２よりも小さい領域では、図２中符号ａの実線として示す磁界が支配的となる部分と、符号ｂの点線として示す電界が支配的となる部分とに分離され、距離λ／２が小さくなるにつれて磁界の波動インピーダンスａが指数関数的に小さくなるとともに、電界の波動インピーダンスｂが指数関数的に高くなる。このため、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１と電磁波吸収体４０との間隔Ｄがλ／２πよりも小さくなると、電磁波吸収体４０の表面で電磁波の反射が生じてしまい、電磁波吸収体４０での電磁波の吸収がほとんど行われなくなってしまう。

　一方、送信アンテナからの距離が、送信される電磁波の波長λの１／２π（λ／２π：横軸＝１）よりも大きい領域では、符号ａの実線と符号ｂの点線とが重なり合っていて、磁界または電界のいずれか一方が支配的とはなっていないことがわかる。この場合には、電界と磁界とによって電磁波が構成されているため、電磁波が電磁波吸収体４０へ入射できるようになり、電磁波吸収体４０を通常の空気中のインピーダンス３７７Ωを考慮して設計することで、表面での反射を抑えることができ、送信アンテナ２０から送信された電磁波を良好に吸収することができる。

　なお、送信アンテナ２０から送信される電磁波は、アンテナ素子２１から放射状に広がる。このため、送信アンテナ２０と電磁波吸収体４０との間隔Ｄが、あまり大きいと、送信アンテナ２０から受信アンテナ３０の方向に放射される電磁波のうち多くのものが電磁波吸収体４０の配置位置を介さず周辺に拡散されてしまい、レーダー装置１００の筐体などの他の構成部分で反射して受信アンテナ３０で受信されてしまう恐れがある。このような事態を回避する観点では、送信アンテナ２０と電磁波吸収体４０との配置間隔Ｄがあまり大きくならないようにして、送信アンテナ２０から受信アンテナ３０の配置位置側へと放射される電磁波が、より多く電磁波吸収体４０に入射して吸収されるようにすることが好ましい。

　発明者らの検討によれば、送信アンテナ２０と電磁波吸収体４０の大きさが同じである場合には、送信アンテナ２０と電磁波吸収体４０との間隔Ｄが、送信アンテナから送信される電磁波の波長λに対してＤ＜（λ/π）の条件を満たすことで、送信アンテナ２０から受信アンテナ３０の方向に放射される電磁波のほとんどを電磁波吸収体４０が吸収できることが確認された。

　＜送信アンテナの大きさと配置位置について＞
　次に、電磁波吸収体４０の外形について、より具体的には、図１に示すように直方体の電磁波吸収体４０における、幅Ｗと長さＬと高さＨとの好ましい条件と、電磁波吸収体４０の好ましい配置位置について、送信アンテナ２０と受信アンテナ３０との位置関係を踏まえて説明する。

　図３は、送信アンテナと受信アンテナの配置位置に対する、電磁波吸収体の大きさと平面的な配置位置とを説明するための図である。

　図３示すように、レーダー装置１００の回路基板１０の表面に平行な水平面において、電磁波吸収体４０が、送信アンテナ２０の各アンテナ素子２１それぞれから、受信アンテナ３０の各アンテナ素子３１を見込むことができないように形成されて配置されていることが好ましい。

　図３に示すように、送信アンテナ２０が５本のアンテナ素子２１ａ～２１ｅを有している場合、送信アンテナ２０の１番目のアンテナ素子２１ａから受信アンテナ３０の５本のアンテナ素子３１ａ～３１ｅを見込む方向は、図３に矢印７１ａとして示す受信アンテナ３０の１番目のアンテナ素子３１ａを見込む方向と、矢印７１ｂとして示す５番目のアンテナ素子３１ｅを見込む方向との間となる。送信アンテナ２０の他のアンテナ素子２１ｂ～２１ｅについても同様に考えると、図３に矢印７２として示す、送信アンテナ２０の５番目のアンテナ素子２１ｅが受信アンテナ３０の５番目のアンテナ素子３１ｅを見込む方向が、図３中最も右側の方向となる。よって、図３に示すように、矢印７１ａと矢印７２との両方を遮る長さＬを有した電磁波吸収体４０を、矢印７１ａと矢印７２との両方を遮る位置に配置することで、送信アンテナ２０の各アンテナ素子２１から受信アンテナ３０の各アンテナ素子３１が見込むことができないように配置されているということができる。

　次に、電磁波吸収体４０の高さＨについて検討する。

　電磁波吸収体４０により、送信アンテナ２０から送信された電磁波が受信アンテナ３０で直接受信されることを防ぐために、電磁波吸収体４０の回路基板１０の表面からの高さＨは、電磁波吸収体４０によって、送信アンテナ２０の各アンテナ素子２１ａ～２１ｅから受信アンテナ３０の各アンテナ素子３１ａ～３１ｅを見込むことができないようにする高さであることが好ましい。

　図４は、送信アンテナと受信アンテナの高さに対する、電磁波吸収体の高さ方向の大きさを説明するための図である。

　本実施形態のレーダー装置１００では、上述したように送信アンテナ２０と受信アンテナ３０は、ともにアンテナ素子２１、３１として接地型モノポールアンテナが用いられている。接地型モノポールアンテナは、その原理上、アンテナ素子の先端部までの長さとアンテナ素子が配置されている基板上のグランド（接地）とにおいて、送受信する電磁波の周波数が決まるため、実質的にアンテナ素子２１、３１の先端部で電磁波が送受信されると見なすことができる。

　このため、図４に示すように、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１の先端と受信アンテナ３０のアンテナ素子３１の先端とを結ぶ図４中に符号８１で示す矢印を遮る高さに電磁波吸収体４０の高さＨ₁を定めることが好ましい。このようにすることで、高さ方向において、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１のどの部分からも受信アンテナ３０のアンテナ素子３１を見込むことができなくなり、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１から放射される電磁波が、電磁波吸収体４０に遮られて、直接受信アンテナ３０のアンテナ素子３１で受信されることが防止できる。

　レーダー装置１００を例示する本実施形態では、送受信される電磁波の波長が同じであるため、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１と受信アンテナ３０のアンテナ素子３１の長さ（高さ）は同じとなる。このため、送信アンテナ２０、受信アンテナ３０、電磁波吸収体４０がいずれも回路基板１０の同一平面上に載置されているのであれば、電磁波遮蔽体４０の高さＨ₁がアンテナ素子２１、３１の長さより大きければ、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１から受信アンテナ３０のアンテナ素子３１を見込むことができないということができる。

　このように、図３に示した水平方向と図４に示した垂直方向とのいずれの方向においても、電磁波吸収体４０を送信アンテナ２０のアンテナ素子２１から受信アンテナ３０のアンテナ素子３１を見込むことができないように配置すること、言い換えれば、送信アンテナ２０のすべてのアンテナ素子２１のすべての部分と受信アンテナ３０のすべてのアンテナ素子３１のすべての部分とを結ぶ仮想線が必ず電磁波吸収体４０で遮られるように電磁波吸収体４０の大きさと配置位置とを定めることによって、電磁波吸収体４０による受信信号の信号ノイズを低減する効果が効果的に発揮されることとなる。

　なお、本願で開示する実時間送受信装置がレーダー装置である場合でも、送信アンテナと受信アンテナの載置面の高さが同一ではない場合が想定できる。また、実時間送受信装置がレーダー装置ではない場合には、送信される電磁波と受信される電磁波の周波数が異なり、送信アンテナと受信アンテナとでアンテナ素子の長さが異なる場合が考えられる。このような場合でも、電磁波吸収体４０高さを、送信アンテナのアンテナ素子から受信アンテナのアンテナ素子が見込むことができない高さとすることで、送信アンテナから送信された電磁波が受信アンテナで直接受信されて、受信信号のノイズとなることを効果的に防止することができる。

　図５は、送信アンテナと受信アンテナの高さに対する、電磁波吸収体の高さ方向の大きさを説明する別の図である。

　図５に示す例では、受信アンテナ３０が回路基板１０の表面に直接載置されずに、所定の高さを有する部材８３上に配置されている状態を示している。図５に示す例においても、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１の先端から、受信アンテナ３０のアンテナ素子３１の先端を見込む方向を示す、図５中に符号８２で示す矢印を遮るように電磁波吸収体４０の高さＨ₂を定めることが好ましい。

　なお、たとえば、電磁波吸収体４０が回路基板１０上の別部材の上面に配置されている場合など、電磁波吸収体４０の配置位置の高さが、送信アンテナ２０や受信アンテナ３０の配置位置の高さと異なる場合でも同様に考えることができ、当該別部材上に載置された状態で、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１の先端から、受信アンテナ３０のアンテナ素子３１の先端を見込む方向を示す仮想線を遮るように、電磁波吸収体４０の高さＨを定めることが好ましい。

　さらにまた、回路基板が湾曲している場合や、送信アンテナと受信アンテナが載置される回路基板が異なり、それぞれのアンテナが配置されている回路基板の表面の高さが異なる場合など、送信アンテナと受信アンテナのアンテナ素子の先端の高さが異なる場合は各種想定されるが、いずれの場合でも、送信アンテナの先端部から受信アンテナの先端部に仮想線を引いて、この仮想線を遮るように電磁波吸収体の高さＨを定めることが好ましい。

　なお、図３で示した電磁波吸収体４０の長さＬ、図４および図５で示した電磁波吸収体４０の高さＨ（Ｈ₁、Ｈ₂）について、それぞれの矢印７１ａ、７２、８１、８２を遮るように定める場合には、製造上の誤差やごくわずかに生じる可能性がある電磁波の回り込みを考慮して、数ｍｍ、一例として５～８ｍｍ程度以上の余裕（マージン）を持つことが好ましい。

　また、図１においてＷで示す電磁波吸収体４０の幅、すなわち、送信アンテナ２０と受信アンテナ３０とを結ぶ方向に沿った電磁波吸収体４０の大きさは、電磁波吸収体４０が送信アンテナから送信される電磁波を十分吸収することが可能な厚さ以上、たとえば、電磁波吸収材料としてイプシロン酸化鉄粉を用い、バインダー内に含まれる電磁波吸収材料の体積含率が４５％である場合には、１ｍｍ以上とすることができる。

　なお、一般には、本実施形態で示すようなミリ波帯域以上の周波数で磁気共鳴する磁性酸化鉄粉によって電磁波を吸収する電磁波吸収体の場合には、電磁波の入射方向の厚さは厚いほど好ましい。このため、送信アンテナと受信アンテナとの配置間隔や、電磁波吸収体が近くに配置されていると問題が生じる部材の有無、コスト面などを考慮して、送信アンテナから送信される電磁波を十分吸収できるようにより厚く構成することが好ましい。

　以上、図３、図４、および、図５を用いて示したように、本実施形態にかかるレーダー装置１００において、電磁波吸収体４０の大きさと配置位置とを、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１から、受信アンテナ３０のアンテナ素子３１を見込むことができないようにすることで、送信アンテナ２０から送信された電磁波が直接受信アンテナ３０で受信されることを防止できる。発明者らが確認したところ、本実施形態のレーダー装置１００において、送信アンテナ２０と受信アンテナ３０との間に、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１から受信アンテナ３０のアンテナ素子３１を見込むことができないようにした電磁波吸収体４０を配置することで、受信アンテナ２０で受信される信号におけるノイズを最大で１０ｄＢ低減することができた。

　なお、電磁波吸収体４０の長さＬや高さＨについて、レーダー装置１００の構成などによる制約があり、送信アンテナ２０のアンテナ素子２１から受信アンテナ３０のアンテナ素子３１を全く見込むことができないような状態に配置することができない場合も想定されうる。この場合でも、理想的な長さＬや高さＨに対して、６０％以上の長さや高さを備えた電磁波吸収体とすることで、電磁波吸収体４０によって受信アンテナで受信される不所望な電磁波を吸収してノイズ成分を低減させる効果が得られる。

　なお、上記実施形態では、実時間送受信装置の例として、送信アンテナと受信アンテナとが接地型モノポールアンテナである場合で例示したが、前述のように、本願で開示する実時間送受信装置においては、アンテナ素子としてチップアンテナやパターンアンテナを用いることができる。これらのアンテナ素子の場合は、回路基板上からの高さが実質的にほとんどないものであるため、電磁波吸収体の高さＨを低くすることができる。

　また、上記実施形態では、電磁波吸収体として、磁性酸化鉄粉が樹脂やゴムなどの有機材料のバインダー内に分散されたものを例示したが、磁性酸化鉄粉の粉体を焼成して固体状に成形した電磁波吸収体を形成することもできる。ただし、電磁波吸収体として焼成された成形物を用いる場合は、所定の形状の電磁波吸収体を作製する際に、都度成形容器を準備しなくてはならずコスト高となる傾向がある。また、特に電磁波吸収体を構成するバインダーとして可撓性を有する樹脂製材料やゴム製材料を用いることで、電磁波吸収体自体に可撓性や弾性を備えさせることができる。電磁波吸収体が変形可能である場合には、回路基板上への配置状況に応じて電磁波吸収体の形状を変形させて微調整することが可能となり、利便性が高い。

　なお、電磁波吸収体として、所定の厚さの誘電体層と背面側に設けた金属層とを備え、入射した電磁波と金属層で反射した電磁波との位相を逆転させて電磁波を吸収する、いわゆる反射型（λ／４型）の電磁波吸収部材を用いることも可能である。ただし、電磁波吸収体として、反射型の電磁波吸収部材を用いた場合には、受信アンテナ側に反射層としての金属層が配置される異なるため、金属層による受信信号への悪影響がないように受信アンテナとの配置間隔を調整するなどの配慮が必要である。

　さらにまた、電磁波吸収体としては、カーボン、カーボンナノチューブなど、ミリ波帯域より高い周波数帯域の電磁波を吸収することができる各種の電磁波吸収部材を用いて形成することができる。

　本願で開示する実時間送受信装置は、ミリ波帯域以上の高い周波数帯域の電波を送受信して実時間でデータ処理を行う実時間送受信装置として、レーダー装置やデータ通信装置の分野で有用である。

　　　１０　　　回路基板
　　　２０　　　送信アンテナ
　　　２１　　　アンテナ素子（送信アンテナ）
　　　３０　　　受信アンテナ
　　　３１　　　アンテナ素子（受信アンテナ）
　　　４０　　　電磁波吸収体
　　　５０　　　駆動回路部
　　　６０　　　入出力端子
　　１００　　　レーダー装置（実時間送受信装置）

Claims

　送信アンテナと受信アンテナとを備え、
　ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を用いて送信と受信とを同時に行う実時間送受信装置であって、
　前記送信アンテナの配置位置と前記受信アンテナの配置位置との間に、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を吸収する電磁波吸収体が配置され、
　前記送信アンテナのアンテナ素子と前記電磁波吸収体との間隔Ｄが、前記電磁波吸収体で吸収する電磁波の周波数λに対して、Ｄ＞（λ／２π）という関係を満たすことを特徴とする、実時間送受信装置。
　前記送信アンテナのアンテナ素子と前記電磁波吸収体との間隔Ｄが、さらに、Ｄ＜（λ／π）という関係を満たす、請求項１に記載の実時間送受信装置。
　前記電磁波吸収体が、ミリ波帯域以上の周波数で磁気共鳴する磁性酸化鉄を含んでいる、請求項１または２に記載の実時間送受信装置。
　前記電磁波吸収体が、非導電性の有機材料からなるバインダーをさらに含んでいる、請求項３に記載の実時間送受信装置。
　前記電磁波吸収体は、前記送信アンテナのアンテナ素子から前記受信アンテナのアンテナ素子を見込むことができないように配置されている、請求項１～４のいずれかに記載の実時間送受信装置。
　前記受信アンテナが、前記送信アンテナから送信された電磁波が対象物で反射した反射波を受信するレーダー装置である、請求項１～５のいずれかに記載の実時間送受信装置。