特開 2020-195027 アンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-195027(P2020-195027A)

(43)【公開日】2020年12月3日

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/42 20060101AFI20201106BHJP

   H01Q 1/27 20060101ALI20201106BHJP

【ＦＩ】

   H01Q1/42

   H01Q1/27

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-98551(P2019-98551)

(22)【出願日】2019年5月27日

(71)【出願人】

【識別番号】000237592

【氏名又は名称】株式会社デンソーテン

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】特許業務法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】白髭 健太

【テーマコード（参考）】

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J046AA02

5J046AB13

5J046MA09

5J046RA05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】放射パターンの歪みを抑制する。
【解決手段】アンテナ装置１は、電波を放射する送信アンテナ２と、アンテナが配置される基板３と、アンテナの放射面側から基板を覆うカバー４と、を備える。カバーは誘電体である。基板の法線方向におけるカバーと基板との最大距離は、電波の自由空間波長の１／２より小さい。カバーの厚みｔ１は、電波のカバー中における実効波長の１／２より小さい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電波を放射するアンテナと、
前記アンテナが配置される基板と、
前記アンテナの放射面側から前記基板を覆うカバーと、
を備え、
前記カバーは誘電体であり、
前記基板の法線方向における前記カバーと前記基板との最大距離は、前記電波の自由空間波長の１／２より小さく、
前記カバーの厚みは、前記電波の前記カバー中における実効波長の１／２より小さい、アンテナ装置。

【請求項2】

前記カバーと前記基板との間に介在する介在部材を備え、
前記介在部材の誘電率は、前記基板の誘電率及び前記カバーの誘電率のいずれとも異なり、
前記基板の法線方向における前記カバーと前記基板との最大距離は、前記電波の前記介在部材中における実効波長の１／２より小さい、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記基板に配置されるグランドパターンを備え、
前記基板の法線方向における前記カバーと前記グランドパターンとの最大距離は、前記電波の自由空間波長の１／２より小さい、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記カバーと前記基板との間に介在する介在部材を備え、
前記介在部材の誘電率は、前記基板の誘電率及び前記カバーの誘電率のいずれとも異なり、
前記基板の法線方向における前記カバーと前記グランドパターンとの最大距離は、前記電波の前記介在部材中における実効波長の１／２より小さい、請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記基板は、前記カバーによって覆われる被覆面と、前記被覆面に対向する対向面と、を備え、
前記基板の法線方向における前記カバーと前記対向面との最大距離は、前記電波の自由空間波長の１／２より小さい、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記カバーと前記基板との間に介在する介在部材を備え、
前記介在部材の誘電率は、前記基板の誘電率及び前記カバーの誘電率のいずれとも異なり、
前記基板の法線方向における前記カバーと前記対向面との最大距離は、前記電波の前記介在部材中における実効波長の１／２より小さい、請求項５に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記アンテナ装置は車載用アンテナ装置であり、前記アンテナは垂直偏波用アンテナである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

基板に配置されるアンテナを保護するために、アンテナの放射面側から基板を覆うカバーを備える構造を採用したアンテナ装置が広く知られている（例えば特許文献１参照）。なお、レーダ装置に搭載されるアンテナ装置では、上記のカバーはレドーム（Radome）と称されることが一般的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開２００５／０５５３６６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のカバーを備えるアンテナ装置では、上記のカバーがアンテナ装置の放射パターンに悪影響を与えて放射パターンに歪みが生じるおそれがある。例えばレーダ装置に搭載されるアンテナ装置では、放射パターンの歪みが大きいほど、レーダ装置の角度分解能および最低検知距離が低下する。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みて、放射パターンの歪みを抑制することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るアンテナ装置は、電波を放射するアンテナと、前記アンテナが配置される基板と、前記アンテナの放射面側から前記基板を覆うカバーと、を備え、前記カバーは誘電体であり、前記基板の法線方向における前記カバーと前記基板との最大距離は、前記電波の自由空間波長の１／２より小さく、前記カバーの厚みは、前記電波の前記カバー中における実効波長の１／２より小さい構成（第１の構成）である。

【0007】

上記第１の構成のアンテナ装置において、前記カバーと前記基板との間に介在する介在部材を備え、前記介在部材の誘電率は、前記基板の誘電率及び前記カバーの誘電率のいずれとも異なり、前記基板の法線方向における前記カバーと前記基板との最大距離は、前記電波の前記介在部材中における実効波長の１／２より小さい構成（第２の構成）であってもよい。

【0008】

上記第１の構成のアンテナ装置において、前記基板に配置されるグランドパターンを備え、前記基板の法線方向における前記カバーと前記グランドパターンとの最大距離は、前記電波の自由空間波長の１／２より小さい構成（第３の構成）であってもよい。

【0009】

上記第３の構成のアンテナ装置において、前記カバーと前記基板との間に介在する介在部材を備え、前記介在部材の誘電率は、前記基板の誘電率及び前記カバーの誘電率のいずれとも異なり、前記基板の法線方向における前記カバーと前記グランドパターンとの最大距離は、前記電波の前記介在部材中における実効波長の１／２より小さい構成（第４の構成）であってもよい。

【0010】

上記第１の構成のアンテナ装置において、前記基板は、前記カバーによって覆われる被覆面と、前記被覆面に対向する対向面と、を備え、前記基板の法線方向における前記カバーと前記対向面との最大距離は、前記電波の自由空間波長の１／２より小さい構成（第５の構成）であってもよい。

【0011】

上記第５の構成のアンテナ装置において、前記カバーと前記基板との間に介在する介在部材を備え、前記介在部材の誘電率は、前記基板の誘電率及び前記カバーの誘電率のいずれとも異なり、前記基板の法線方向における前記カバーと前記対向面との最大距離は、前記電波の前記介在部材中における実効波長の１／２より小さい構成（第６の構成）であってもよい。

【0012】

上記第１〜第６いずれかの構成のアンテナ装置において、前記アンテナ装置は車載用アンテナ装置であり、前記アンテナは垂直偏波用アンテナである構成（第６の構成）であってもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係るアンテナ装置によると、放射パターンの歪みを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に係るアンテナ装置の断面模式図

【図2】図１に示すアンテナ装置の放射パターンの一例を示す図

【図3】放射パターンの第１参考例を示す図

【図4】放射パターンの第２参考例を示す図

【図5】放射パターンの第３参考例を示す図

【図6】放射パターンの第４参考例を示す図

【図7】アンテナ装置の第１変形例を示す図

【図8】アンテナ装置の第２変形例を示す図

【図9】アンテナ装置の第３変形例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書において、「平行」とは厳密に平行でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で平行とみなすことができればよい。また、本明細書において、「垂直」とは厳密に垂直でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で垂直とみなすことができればよい。

【0016】

図１は実施形態に係るアンテナ装置の断面模式図である。なお、図１では、説明を分かりやすくするために、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸の直交座標を合わせて示す。この直交座標は、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。

【0017】

図１に示すアンテナ装置１は、送信アンテナ２と、基板３と、カバー４と、を備える。

【0018】

送信アンテナ２は、電波Ｗを放射する。送信アンテナ２から放射される電波Ｗは、カバー４を介してアンテナ装置１の外部に照射される。

【0019】

電波Ｗの電界成分はＺ軸と平行な方向に振幅して伝播する。本実施形態とは異なり、電界成分がＺ軸と平行でない方向に振幅して伝播する電波を送信アンテナ２が放射してもよいが、その場合には、放射パターンの歪みの抑制効果が本実施形態と比較して弱まることになる。

【0020】

図１では送信アンテナ２を１つ図示しているが、アンテナ装置１が備える送信アンテナ２の個数は、１つでもよく、複数でもよい。送信アンテナ２は、基板３に配置される。

【0021】

送信アンテナ２としては、例えばマイクロストリップアンテナの放射素子を用いることができる。送信アンテナ２がマイクロストリップアンテナの放射素子である場合には、放射素子に対向するグランドパターンが基板３に配置される。なお、例えば基板３内部にスロットアンテナを形成し、当該スロットアンテナを送信アンテナ２として用いることも可能である。

【0022】

アンテナ装置１から照射された電波Ｗが物標により反射した反射波を受信アンテナで受信することで、物標までの距離、物標の方位（角度）、物標の相対速度等を検出することが可能となる。上記の受信アンテナは、アンテナ装置１に設けてもよく、アンテナ装置１の外部に設けてもよい。また、送信アンテナ２が上記の受信アンテナを兼ねてもよい。すなわち、送信アンテナ２を、電波Ｗを送信し反射波を受信する送受信アンテナにしてもよい。

【0023】

基板３は、例えば樹脂、テフロン（登録商標）等の誘電体で形成される。基板３は、カバー４によって覆われる被覆面Ｆ１と、被覆面Ｆ１に対向する対向面Ｆ２と、を備える。被覆面Ｆ１及び対向面Ｆ２はそれぞれ基板３の外形面である。基板３の法線方向、より具体的には被覆面Ｆ１及び対向面Ｆ２の各法線方向は、Ｙ軸に平行である。

【0024】

カバー４は、送信アンテナ２の放射面側から基板３を覆う。カバー４は、例えば風、雨、砂等の自然環境から送信アンテナ２を保護する保護部材である。カバー４は、例えばグラスファイバー、テフロン等の誘電体で形成される。カバー４と基板３の被覆面Ｆ１とによって囲まれる空間には、基板３の被覆面Ｆ１上に配置されるアンテナ２等の素子が占有する領域を除いて空気が存在する。

【0025】

基板３の法線方向におけるカバー４と基板３との最大距離ｄ１（以下、「距離ｄ１」と略す）は、電波Ｗの自由空間波長λの１／２より小さい。これにより、距離ｄ１は、カバー４と基板との間をＸ軸に沿って伝搬する電波Ｗのカットオフ波長より小さくなる。その結果、カバー４と基板との間をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬することを抑制できる。

【0026】

カバー４と基板との間をＸ軸に沿って伝搬する電波Ｗの一部が、Ｙ軸の正方向成分を含む方向でアンテナ装置１の外部に漏れだすと、アンテナ装置１の放射パターンに歪が生じる。アンテナ装置１は、上記の通りカバー４と基板との間をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬することを抑制できるので、Ｘ軸に平行な方向の放射パターンに歪が生じることを抑制できる。

【0027】

なお、例えばカバー４の形状が本実施形態とは異なり半球状である場合、半球の頂点と基板３との距離が、距離ｄ１となる。

【0028】

カバーの厚みｔ１は、電波Ｗのカバー４中における実効波長λｇの１／２より小さい。なお実効波長とは、媒質中を伝搬する際の電波の波長である。これにより、厚みｔ１は、カバー４の内部をＸ軸に沿って伝搬する電波Ｗのカットオフ波長より小さくなる。その結果、カバー４の内部をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬することを抑制できる。

【0029】

カバー４の内部をＸ軸に沿って伝搬する電波Ｗの一部が、Ｙ軸の正方向成分を含む方向でアンテナ装置１の外部に漏れだすと、アンテナ装置１の放射パターンに歪が生じる。アンテナ装置１は、上記の通りカバー４の内部をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬することを抑制できるので、Ｘ軸に平行な方向の放射パターンに歪が生じることを抑制できる。

【0030】

なお、本実施形態とは異なりカバー４の厚みが均一でない場合は、Ｙ軸に垂直な方向の厚みｔ２を除いた中で最大となる厚みが電波Ｗのカバー４中における実効波長λｇの１／２より小さくなるようにすればよい。カバー４が積層構造である場合は、カバー４の内部をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬する特性が単一層構造である場合と同等とみなせなければ、積層構造の各層を別々のカバーであると考えて各カバーの厚みが電波Ｗのカバー４中における実効波長λｇの１／２より小さくなるようにすればよい。

【0031】

図２は、アンテナ装置１のＸ軸に平行な方向の放射パターンの一例を示す図である。図２に示す放射パターンは、歪がほとんど発生しておらず、カバーを有しないアンテナ装置（アンテナ装置１からカバー４を取り除いた構造のアンテナ装置）のＸ軸に平行な方向の放射パターン（図３に示す放射パターンの第１参考例）に近い特性になる。

【0032】

例えばアンテナ装置１を車載用アンテナ装置とし、車載用レーダ装置に搭載した場合、アンテナ装置１は、Ｘ軸Ｙ軸が大地に対して水平になり、Ｚ軸が大地に対して垂直になるように自動車等の車両に搭載される。上述した通り送信アンテナ２は電界成分がＺ軸と平行な方向に振幅して伝播する電波Ｗを放射するので、Ｚ軸が大地に対して垂直になるように自動車等の車両にアンテナ装置１が搭載される場合には、送信アンテナ２は垂直偏波用アンテナとなる。この構成により、例えば車載用レーダ装置の水平方向における角度分解能および最低検知距離を向上させることができる。

【0033】

図４〜図６は、放射パターンの第２〜第４参考例を示す図である。図４〜図６に示す放射パターンの第２〜第４参考例では、歪を十分に抑制できていない。

【0034】

図４に示す放射パターンの第２参考例は、距離ｄ１を電波Ｗの自由空間波長λの１／２より大きく、カバー４の厚みｔ１を電波Ｗのカバー４中における実効波長λｇの１／２より大きくした場合の一例である。図５に示す放射パターンの第３参考例は、カバー４の厚みｔ１は図４に示す放射パターンの第２参考例から変更せずに、距離ｄ１を電波Ｗの自由空間波長λの１／２より小さくした場合の一例である。距離ｄ１を電波Ｗの自由空間波長λの１／２より小さくすることで、歪を抑制できるが、その対策だけでは不十分であることが図５から分かる。

【0035】

図６に示す放射パターンの第４参考例は、距離ｄ１を電波Ｗの自由空間波長λの１／２より小さく、カバー４の厚みｔ１を電波Ｗのカバー４中における実効波長λｇの１／２より大きくした場合の他の例である。図５に示す放射パターンの第３参考例と図６に示す放射パターンの第４参考例とでは、カバー４の厚みｔ１の値が互いに異なっている。

【0036】

図２に示す放射パターンの一例は、距離ｄ１は図６に示す放射パターンの第４参考例から変更せずに、カバー４の厚みを電波Ｗのカバー４中における実効波長λｇの１／２より小さくした場合の一例である。距離ｄ１を電波Ｗの自由空間波長λの１／２より小さくすることに加えて、カバー４の厚みを電波Ｗのカバー４中における実効波長λｇの１／２より小さくすることで、歪を十分に抑制できることが図２から分かる。

【0037】

なお、例えば基板３の誘電率が比較的低く、さらに対向面Ｆ２に導電体で構成される構造体（不図示）が接触している場合には、カバー４と対向面Ｆ２に接触している構造体との間をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬するおそれがある。したがって、基板３の法線方向におけるカバー４と対向面Ｆ２との最大距離ｄ２（以下、「距離ｄ２」と略す）を、電波Ｗの自由空間波長λの１／２より小さくすることが望ましい。これにより、距離ｄ２は、カバー４と対向面Ｆ２に接触している構造体との間をＸ軸に沿って伝搬する電波Ｗのカットオフ波長より小さくなる。その結果、カバー４と対向面Ｆ２に接触している構造体との間をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬することを抑制できる。

【0038】

図７は、アンテナ装置１の第１変形例を示す図である。図７に示すアンテナ装置１Ａは、アンテナ装置１に介在部材５を追加した構成である。介在部材５は、カバー４と基板３との間に介在する。介在部材５は、カバー４と基板３の被覆面Ｆ１とによって囲まれる空間（ただし、基板３の被覆面Ｆ１上に配置されるアンテナ２等の素子が占有する領域を除く）を占有する。介在部材５により、アンテナ装置１Ａの機械的強度を向上させることができる。

【0039】

介在部材５は、例えば樹脂で形成される。介在部材５の誘電率は、基板３の誘電率及びカバー４の誘電率のいずれとも異なる。アンテナ装置１Ａでは、カバー４と基板３との間、言い換えれば介在部材５の内部をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬するおそれがある。したがって、距離ｄ１を、電波Ｗの介在部材５中における実効波長λｇ’の１／２より小さくすることが望ましい。これにより、介在部材５の内部をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬することを抑制できるので、Ｘ軸に平行な方向の放射パターンに歪が生じることを抑制できる。

【0040】

なお、アンテナ装置１Ａにおいても、アンテナ装置１と同様に、例えば基板３の誘電率が比較的低く、さらに対向面Ｆ２に導電体で構成される構造体（不図示）が接触している場合には、カバー４と対向面Ｆ２に接触している構造体との間をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬するおそれがある。したがって、距離ｄ２を、電波Ｗの介在部材５中における実効波長λｇ’の１／２より小さくすることが望ましい。これにより、距離ｄ２は、カバー４と対向面Ｆ２に接触している構造体との間をＸ軸に沿って伝搬する電波Ｗのカットオフ波長より小さくなる。その結果、カバー４と対向面Ｆ２に接触している構造体との間をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬することを抑制できる。

【0041】

図８は、アンテナ装置１の第２変形例を示す図である。図８に示すアンテナ装置１Ｂは、アンテナ装置１にグランドパターン６を追加した構成である。グランドパターン６は、基板３の対向面Ｆ２に配置される。なお、本変形例とは異なり、グランドパターン６を基板３の内部に配置してもよい。グランドパターン６は、例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の導電体で形成される。グランドパターン６は接地される。

【0042】

例えば基板３の誘電率が比較的低い場合には、カバー４とグランドパターン６との間をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬するおそれがある。したがって、基板３の法線方向におけるカバー４とグランドパターン６との最大距離ｄ３（以下、「距離ｄ３」と略す）を、電波Ｗの自由空間波長λの１／２より小さくすることが望ましい。これにより、距離ｄ３は、カバー４とグランドパターン６との間をＸ軸に沿って伝搬する電波Ｗのカットオフ波長より小さくなる。その結果、カバー４とグランドパターン６との間をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬することを抑制できる。

【0043】

図９は、アンテナ装置１の第３変形例を示す図である。図９に示すアンテナ装置１Ｃは、アンテナ装置１Ｂに介在部材５を追加した構成である。アンテナ装置１Ｃが備える介在部材５は、アンテナ装置１Ａが備える介在部材５と同様であるため、詳細な説明を省略する。

【0044】

アンテナ装置１Ｃでは、介在部材５の内部をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬するおそれがある。したがって、距離ｄ３を、電波Ｗの介在部材５中における実効波長λｇ’の１／２より小さくすることが望ましい。これにより、介在部材５の内部をＸ軸に沿って電波Ｗが伝搬することを抑制できるので、Ｘ軸に平行な方向の放射パターンに歪が生じることを抑制できる。

【0045】

本明細書における実施形態や実施例の構成は、本発明の例示にすぎない。実施形態や変形例の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、複数の実施形態及び変形例は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

【符号の説明】

【0046】

１ アンテナ装置
２ 送信アンテナ
３ 基板
４ カバー
５ 介在部材
６ グランドパターン
Ｆ１ 被覆面
Ｆ２ 対向面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】