特許 6440123 アンテナ装置、無線通信装置、及びレーダ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6440123

(24)【登録日】2018年11月30日

(45)【発行日】2018年12月19日

(54)【発明の名称】アンテナ装置、無線通信装置、及びレーダ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/42 20060101AFI20181210BHJP

   H01Q 15/08 20060101ALI20181210BHJP

   G01S 7/03 20060101ALI20181210BHJP

【ＦＩ】

   H01Q1/42

   H01Q15/08

   G01S7/03 246

   G01S7/03 212

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-102179(P2015-102179)

(22)【出願日】2015年5月19日

(65)【公開番号】特開2016-219996(P2016-219996A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2017年12月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081422

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100125874

【弁理士】

【氏名又は名称】川端 純市

(72)【発明者】

【氏名】田儀 裕佳

【審査官】 橘 均憲

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１２７５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−００４１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４２９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１７４５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４２９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８６８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１４１２６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１３２４４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００９１９６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ１／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナ素子と、
前記アンテナ素子から放射されるメインローブの電波及びサイドローブの電波が通過するレドームと、を備えるアンテナ装置であって、
前記レドームは、
前記レドームを通過する前記メインローブの電波を集束する集束レンズ構造部と、
前記レドームを通過する前記サイドローブの電波を発散する発散レンズ構造部と、を備える、
アンテナ装置。

【請求項2】

前記集束レンズ構造部は、前記メインローブの半値角に含まれる方向に伝搬する電波が前記レドームを通過するメインローブ通過領域に形成される、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記レドームは、前記レドームと自由空間との境界面であって前記アンテナ素子に近接した第１の面及び前記アンテナ素子から遠隔した第２の面を有し、
前記集束レンズ構造部の厚さは、前記アンテナ素子から放射されたメインローブの電波が前記第１の面により反射された第１のメインローブ反射波と、前記アンテナ素子から放射されたメインローブの電波が前記第１の面を通過して前記第２の面で反射されて再び前記第１の面を通過した第２のメインローブ反射波との位相差が、実質的に逆位相になるように設定される、
請求項１又は２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記集束レンズ構造部の厚さは、前記第１のメインローブ反射波と前記第２のメインローブ反射波との位相差が０．９π〜１．１πの範囲内に設定される、
請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記発散レンズ構造部は、前記サイドローブの半値角に含まれる方向に伝搬する電波が前記レドームを通過するサイドローブ通過領域に形成される、
請求項１〜４のうちの１項に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記レドームは、前記レドームと自由空間との境界面であって前記アンテナ素子に近接した第１の面及び前記アンテナ素子から遠隔した第２の面を有し、
前記発散レンズ構造部の厚さは、前記アンテナ素子から放射されたサイドローブの電波が前記第１の面により反射された第１のサイドローブ反射波と、前記アンテナ素子から放射されたサイドローブの電波が前記第１の面を通過して前記第２の面で反射されて再び前記第１の面を通過した第２のサイドローブ反射波とが、実質的に同位相になるように設定される、
請求項１〜５のうちの１項に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記発散レンズ構造部の厚さは、前記第１のサイドローブ反射波と前記第２のサイドローブ反射波との位相差が０．３π〜０．８πの範囲内に設定される、
請求項６に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記アンテナ装置はミリ波帯で動作する、
請求項１〜７のうちの１項に記載のアンテナ装置。

【請求項9】

請求項１〜８のうちの１項に記載のアンテナ装置と、
無線通信回路と、を備える、
無線通信装置。

【請求項10】

請求項１〜８のうちの１項に記載のアンテナ装置と、
レーダ送受信回路と、を備える、
レーダ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レドームを備え、かつ、可変なメインローブ方向を有するアンテナ装置に関する。本開示は、また、そのようなアンテナ装置を備えた無線通信装置及びレーダ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、特に、事故を未然に防ぐための予防安全技術への注目が高まり、高級車などでは、既に、７６ＧＨｚ帯のミリ波レーダ装置を使ったＡＣＣ（車間距離制御システム）及びプリクラッシュセーフティシステム（プリクラッシュ）といったＡＤＡＳ（アドバンスド・ドライバー・アシスタンス・システム）が標準搭載されつつある。そのようなニーズの高まりを受けて、レーダ装置のための新たな周波数帯域（７９ＧＨｚ帯）の標準化が推進され、２０１５年度から利用可能となる見込みである。

【0003】

ミリ波レーダ装置とは、ミリ波の電波（レーダ波）を所望の方向に送信してその反射波を受信し、障害となりうる物体を予め検知するというものである。車載のミリ波レーダ装置において、レーダ波の送受信は、例えば、平面型のパッチアンテナ又は導波管に形成されたスロットアンテナを用いて行われるが、アンテナの設置場所としては、レーダ波を通過する自動車の非金属製の外装体のうち、必ず自動車の進行方向を向いているバンパーの内側が一般的である。また、一般的に、自動車のバンパーの内側は密閉された空間ではないので、雨及び埃などが侵入する。従って、アンテナを保護するために、アンテナが取り付けられた固定部において、その前方を塞ぐレドームを設ける必要がある。耐久性及び密封性を確保するためには、レドーム自体にもある程度の厚さや強度が必要になる。

【0004】

以上のように構成されたミリ波レーダ装置において、アンテナ素子から放射されたレーダ波は、レドームを通過して探査対象の物体に向けて放射され、探査対象の物体からの反射波は、再びレドームを通過してアンテナ素子に到達する。レドームを通過する際、レドーム及び空気層の波動インピーダンスの差異から、レーダ波の一部がレドームの内側の面（アンテナ素子に近接した面）及び外側の面（アンテナ素子から遠隔した面）で反射する。レドームによる反射波は、レーダ波のビームパターンに影響し、アンテナ利得の低下及びサイドローブレベルの増大を誘発する。かかる問題を解決するために、特許文献１及び２において、レドーム中におけるレーダ波の経路の電気長に基づいてレドームの厚さを決定する方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４０６５２６８号公報

【特許文献2】特許第３４１９６７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１及び２の方法は、レーダ波のメインローブ方向が固定されている場合には有効であるが、レーダ波のメインローブ方向を変化させる場合には成り立なくなる。これは、レドームに入射するレーダ波の角度によって、レドーム中におけるレーダ波の経路の電気長が変化するからである。従って、レーダ波のメインローブの傾斜を大きくすると、特許文献１及び２の方法により決定された厚さを有するレドームでは、レドームの反射損を抑制することは困難である。

【0007】

従って、可変なメインローブ方向を有するアンテナ装置であっても、レドームに起因するアンテナ利得の低下及びサイドローブレベルの増大を防止することが求められる。

【0008】

本開示の目的は、以上の課題を解決し、可変なメインローブ方向を有するアンテナ装置において、レドームに起因するアンテナ利得の低下及びサイドローブレベルの増大を防止することができるアンテナ装置を提供することにある。

【0009】

本開示の目的は、さらに、そのようなアンテナ装置を備えた無線通信装置及びレーダ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の態様に係るアンテナ装置は、
アンテナ素子と、
前記アンテナ素子から放射されるメインローブの電波及びサイドローブの電波が通過するレドームと、を備えるアンテナ装置であって、
前記レドームは、
前記レドームを通過する前記メインローブの電波を集束する集束レンズ構造部と、
前記レドームを通過する前記サイドローブの電波を発散する発散レンズ構造部と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示の一態様に係るアンテナ装置によれば、可変なメインローブ方向を有するアンテナ装置において、レドームに起因するアンテナ利得の低下及びサイドローブレベルの増大を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態に係るアンテナ装置１０の構成を示す断面図である。

【図2】図１のレドーム１の詳細構成を示す断面図である。

【図3】図１のアンテナ素子２及びアンテナ回路４の詳細構成を示すブロック図である。

【図4】図１のレドーム１による反射損を低減させる第１の方法を説明する図である。

【図5】比較例に係るレドーム１’による反射損の発生を説明する図である。

【図6】図１のレドーム１による反射損を低減させる第２の方法を説明する図である。

【図7】第１の実施形態の実施例に係るアンテナ装置１０及び比較例のアンテナ装置に係るシミュレーション結果であって、仰角の傾斜に対するメインローブの利得を示すグラフである。

【図8】第１の実施形態の実施例に係るアンテナ装置１０及び比較例のアンテナ装置に係るシミュレーション結果であって、仰角の傾斜に対するサイドローブの利得を示すグラフである。

【図9】第２の実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。

【図10】第３の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

第１の実施形態．
以下、図面を参照しながら、第１の実施形態に係るアンテナ装置について説明する。

【0014】

図１は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０の構成を示す断面図である。図２は、図１のレドーム１の詳細構成を示す断面図である。図３は、図１のアンテナ素子２及びアンテナ回路４の詳細構成を示すブロック図である。アンテナ装置１０は、例えば、車載用のミリ波レーダ装置のためのアンテナ装置である。

【0015】

図１のアンテナ装置１０は、所定方向にメインローブを有するアンテナ素子２と、アンテナ素子２のメインローブ及びサイドローブの電波が通過するように設けられたレドーム１とを備える。図２に示すように、レドーム１は、レドーム１を通過するメインローブの電波を集束する集束レンズ構造部１１と、レドーム１を通過するサイドローブの電波を発散する発散レンズ構造部１２，１３とを備える。

【0016】

アンテナ装置１０はアンテナ基板３を含み、例えば、アンテナ基板３の上面にはアンテナ素子２が形成され、その下面にはアンテナ回路４が搭載される。図３に示すように、アンテナ素子２は、例えばアンテナ素子部分２ａ，２ｂを含む２給電アンテナであり、アンテナ回路４は、例えば移相器４ａ，４ｂ及びビーム操向回路４ｃを含む。ビーム操向回路４ｃが移相器４ａ，４ｂの移相量を変化させることにより、アンテナ素子２は、例えば図１のＹＺ平面内において、±数度（例えば±２度）の範囲でメインローブ方向を変化させることができる。

【0017】

アンテナ回路４は、例えばシステムＬＳＩなどの集積回路であってもよい。

【0018】

アンテナ装置１０は、例えば、５０〜６０ＧＨｚの範囲内のミリ波帯又は準ミリ波帯で動作する。アンテナ装置１０は、レーダ波を送受信してもよく、また、他の無線信号の送信及び受信の一方又は両方を行ってもよい。

【0019】

図１に示すように、筐体６は枠部６ａ及び底部６ｂを含む。底部６ｂは、その上面から下面に貫通する開口部６ｃを有し、枠部６ａは、開口部６ｃを囲むように底部６ｂの上面に設けられる。底部６ｂの上面にアンテナ基板３が設けられる。具体的には、アンテナ基板３の下面に搭載されたアンテナ回路４が開口部６ｃ内に位置するように、アンテナ基板３の下面の外周部分が底部６ｂの上面の開口部６ｃの周囲に固定される。枠部６ａは、アンテナ基板３を囲むように、底部６ｂの上面に、例えばネジ９により固定される。

【0020】

また、アンテナ基板３の保護及びアンテナ回路４の放熱のために、ヒートシンク５が、底部６ｂの下面において、開口部６ｃを塞ぎ且つアンテナ回路４に接触するように設けられる。ヒートシンク５は、底部６ｂの下面に、例えばネジ９により固定される。さらに、アンテナ基板３を保護するために、レドーム１が、アンテナ素子２の正面（放射方向）にアンテナ素子２から所定の距離だけ隔てた位置において、ゴムなどの固定部材７により枠部６ａに取り付けられる。さらに、例えば固定部材７及びレドーム１の間の少なくとも一部に、電波吸収体８が設けられる。

【0021】

以上のようにして、アンテナ基板３は、筐体６と、筐体６の底部６ｂの下面で開口部６ｃを塞ぐヒートシンク５と、アンテナ素子２の正面を覆うレドーム１とにより形成された密閉空間（アンテナ保護空間ともいう。）内に設けられて保護される。車載用のレーダ装置に用いられるアンテナ装置１０は、降雨又は降雪などの悪天候下で使用されたり、走行中に小石の衝突等の物理的な衝撃に曝されたりするなど、厳しい外部環境に耐えうることが必要とされる。従って、アンテナ基板３を保護する筐体６及びレドーム１等には、粉塵の進入を防ぐ密封性に加え、一定以上の機械的強度が求められる。なお、本明細書において、密封性は、自動車に搭載されたときに水分及び粉塵等の進入を防ぐことができればよく、例えば、真空状態を維持するような気密性までは必ずしも必要ない。

【0022】

アンテナ素子２から放射される電波がアンテナ素子２の正面を覆うレドーム１を通過するので、レドーム１の反射損を極力減らす必要がある。そこで、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０では、レドーム１は、図２に示すように、送受信される電波が通過するように設けられた集束レンズ構造部１１と、送受信される電波が発散及び反射するように設けられた発散レンズ構造部１２，１３とを有している。以下、図４及び図５を参照して、集束レンズ構造部１１及び発散レンズ構造部１２，１３を用いて反射損を低減させる方法を説明する

【0023】

図４は、図１のレドーム１による反射損を低減させる第１の方法を説明する図である。集束レンズ構造部１１は、アンテナ素子２から放射される電波のメインローブ２１の実質的に大部分が通過するようなレドーム１の領域に形成される。一方、発散レンズ構造部１２，１３は、アンテナ素子２から放射される電波の第１サイドローブ２２，２３（メインローブの次に大きいローブ）の実質的に大部分が通過するようなレドーム１の領域に形成される。第１サイドローブ２２，２３は、例えば、メインローブ２１に対して１０〜２０度の角度を有する。集束レンズ構造部１１及び発散レンズ構造部１２，１３を形成するレドーム１の領域は、具体的には、アンテナ素子２の指向性を考慮して決定される。集束レンズ構造部１１は、例えば、メインローブの半値角に含まれる方向に伝搬する電波が通過するレドーム１の領域（メインローブ通過領域）に形成される。発散レンズ構造部１２，１３は、例えば、サイドローブの半値角に含まれる方向に伝搬する電波が通過するレドーム１の領域（サイドローブ通過領域）に形成される。

【0024】

メインローブ通過領域及びサイドローブ通過領域は、メインローブ方向をアンテナ素子２の正面から変化させたときにも、メインローブ２１の実質的に大部分及び第１サイドローブ２２，２３の実質的に大部分がそれぞれ通過するように形成される。

【0025】

集束レンズ構造部１１は、アンテナ素子２によりメインローブ方向に送受信される電波を集束することにより、メインローブの利得を向上することができる。一方、発散レンズ構造部１２，１３は、アンテナ素子２によりサイドローブ方向に送受信される電波を発散することにより、サイドローブレベルの増大を防止することができる。

【0026】

アンテナ装置１０は、集束レンズ構造部１１及び発散レンズ構造部１２，１３を備えたことにより、メインローブ方向をアンテナ素子２の正面から変化させたときにも、メインローブの利得を向上し、サイドローブレベルの増大を防止することができる。

【0027】

図５は、比較例に係るレドーム１’による反射損の発生を説明する図である。レドーム１’が図２のような集束レンズ構造部１１及び発散レンズ構造部１２，１３を持たない場合、特許文献１及び２のようにレドーム１’中におけるメインローブ２１’の電波の経路の電気長に基づいてメインローブ通過領域の厚さＤを決定すると、第１サイドローブの伝搬経路長Ｌ１’≒Ｌ２’≒Ｌ３’が成り立つので、メインローブ２１’の電波だけでなく第１サイドローブ２２’及び２３’の電波もほぼ反射なく通過し、サイドローブレベルが増大する。また、図５のレドーム１’では、メインローブの傾斜を大きくするとレドーム１’の反射損を抑制することは困難になる。

【0028】

以上説明したように、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０では、集束レンズ構造部１１をレドーム１に設けることにより、メインローブ２１の電波を集束し、これにより、ビームパターンが絞られてアンテナ利得が向上する。また、発散レンズ構造部１２，１３をレドーム１に設けることにより、第１サイドローブ２２，２３の電波を発散し、メインローブ方向をアンテナ素子２の正面から変化させたときにも、サイドローブレベルの増大を抑制できる。

【0029】

次に、図６を参照しながら、反射損を減少させるもう１つの方法を説明する。図６は、図１のレドーム１による反射損を低減させる第２の方法を説明する図である。

【0030】

図６に示すように、レドーム１は、アンテナ素子２（又は、アンテナ基板３上にアンテナ素子２が形成された面）に平行に対向するように設けられる。レドーム１は、レドーム１と自由空間との境界面である第１の面１ａ及び第２の面１ｂを有する。アンテナ素子２から放射された電波は第１の面１ａ及び第２の面１ｂを順に通過する。

【0031】

ここで、レドーム１は例えば合成樹脂からなり、当該合成樹脂の各パラメータを、比誘電率ε、管内波長λ、厚さＤ１，Ｄ２、波数ｋ（＝２π／λ）とする。ここで、管内波長λは、真空中の波長をλ_０であるとすると、λ＝λ_０／ε^１／２で与えられる。またアンテナ素子２から放射される電波に対する反射係数はいずれもΓであるとする。

【0032】

次に、第１の面１ａ及び第２の面１ｂに起因する反射波について考える。アンテナ素子２から電波が放射されたとき、第１の面１ａにおける第１の反射波と第２の面１ｂにおける第２の反射波とは、合成されてアンテナ素子２に再入射される。ゆえに、第１の反射波と第２の反射波とが逆位相（位相差π）で合成されるようにすれば、理論上、反射波の影響はゼロになる。以下、このことを、図４〜図６を参照しながらより具体的に説明する。

【0033】

まず、アンテナ素子２から放射された平面波Ｅｉが第１の面１ａからレドーム１に垂直に入射する場合、レドーム１及び空気の波動インピーダンスが異なるので、平面波Ｅｉの一部が反射される。この第１の面１ａで反射される第１の反射波Ｅｒ１は、次式で表される。

【0034】

Ｅｒ１＝Ｅｉ・Γ……（１）

【0035】

また、平面波Ｅｉが第１の面１ａからレドーム１に垂直に入射してレドーム１内部を伝搬する透過成分Ｅｔ１は、次式で表される。

【0036】

Ｅｔ１＝Ｅｉ・（１−｜Γ｜^２）^１／２……（２）

【0037】

透過成分Ｅｔ１が第２の面１ｂに到達すると、第２の面１ｂでは誘電率が不連続に変化するので、透過成分Ｅｔ１の一部が反射される。この第２の面１ｂで反射される第２の反射波Ｅｒ２がレドーム１内部を伝搬し、第１の面１ａに到達した時、その第２の反射波Ｅｒ２は次式で表される。

【0038】

Ｅｒ２＝−Ｅｉ・Γ・（１−｜Γ｜^２）^１／２・ｅ^−２ｊβ

【0039】

ここで、｜Γ｜^２≪１が成り立つとすると、第２の反射波Ｅｒ２は次式で近似される。

【0040】

Ｅｒ２≒−Ｅｉ・Γ・ｅ^−２ｊβ……（３）

【0041】

ただし、式（３）において、レドーム１中における電波の経路の電気長βは、次式で表される。

【0042】

β＝ｋ・Ｄ

【0043】

よって、レドーム１の第１の面１ａにおける合成反射波Ｅｒは、次式で表される。

【0044】

Ｅｒ＝Ｅｒ１＋Ｅｒ２＝Ｅｉ・Γ・（１−ｅ^−２ｊβ） ……（４）

【0045】

この式（４）から明らかなように、ｅ^−２ｊβが−１になるとき、すなわち電気長βがλ／４（π／２）の奇数倍になるとき、反射波Ｅｒ１及びＥｒ２が同位相で合成され、合成反射波Ｅｒは最大になる。

【0046】

また、ｅ^−２ｊβが＋１になるとき、すなわちβがλ／２（π）の整数倍になるとき、（１−ｅ^−２ｊβ）＝０となり、合成反射波Ｅｒが最小化される。

【0047】

アンテナ装置１０の利得を向上するためには、通常、第１の反射波Ｅｒ１と第２の反射波Ｅｒ２とが同位相で合成されないようにレドーム１の厚さＤ１を設定する。特に、レドーム１中における電波の経路の電気長βがλ／２の整数倍となるように、レドーム１の厚さＤ１を設定し、このとき、第１の反射波Ｅｒ１と第２の反射波Ｅｒ２との合成反射波Ｅｒが最小化される。

【0048】

しかしながら、メインローブ２１及び第１サイドローブ２２，２３を含むアンテナ素子２の全放射範囲にわたってレドーム１中における電波の経路の電気長βが均一にλ／２の整数倍となるようにレドーム１の厚さＤ１を設定すると、メインローブ２１の合成反射波Ｅｒだけでなく、第１サイドローブ２２，２３の合成反射波Ｅｒも最小化され、サイドローブレベルが増大する。また、メインローブ方向をアンテナ素子２の正面から変化させたときは、電波の伝搬経路が変化するのでその物理長及び電気長βも変化する。従って、メインローブ方向をアンテナ素子２の正面から変化させたとき、電気長βが均一にλ／２の整数倍となるようにレドーム１の厚さＤ１を設定する構造では、合成反射波Ｅｒが最小化されなくなる。

【0049】

従って、第１の実施形態におけるレドーム１では、集束レンズ構造部１１及び発散レンズ構造部１２，１３は以下のように構成される。集束レンズ構造部１１の厚さＤ１は、アンテナ素子２から放射された電波が第１の面１ａにより反射された第１の反射波Ｅｒ１と、アンテナ素子２から放射された電波が第１の面１ａを通過して第２の面１ｂで反射されて再び第１の面１ａを通過した第２の反射波Ｅｒ２とが、実質的に逆位相になるように設定される。このため、集束レンズ構造部１１の厚さＤ１（すなわち、メインローブ通過領域における電波の経路長Ｌ１）は、例えば、メインローブ通過領域における電波の経路の電気長βがλ／２の整数倍に近い値となるように設定される。発散レンズ構造部１２，１３の厚さＤ２は、アンテナ素子２から放射された電波が第１の面１ａにより反射された第１の反射波Ｅｒ１と、アンテナ素子２から放射された電波が第１の面１ａを通過して第２の面１ｂで反射されて再び第１の面１ａを通過した第２の反射波Ｅｒ２とが、実質的に同位相になるように設定される。このため、発散レンズ構造部１２，１３の厚さＤ２（すなわち、サイドローブ通過領域における電波の経路長Ｌ２１，Ｌ３）は、例えば、サイドローブ通過領域における電波の経路の電気長βがλ／４（π／２）の奇数倍に近い値となるように設定される。

【0050】

この条件において、式（４）の合成反射波Ｅｒは、メインローブ２１では次式を満たす。

【0051】

Ｅｒ＝Ｅｒ１＋Ｅｒ２
＝Ｅｉ・Γ・（１−ｅ^−２ｊβ）
＝Ｅｉ・Γ・（１−１）
＝０……（５）

【0052】

また、この条件において、式（４）の合成反射波Ｅｒは、第１サイドローブ２２，２３では次式を満たす。

【0053】

Ｅｒ＝Ｅｒ１＋Ｅｒ２
＝Ｅｉ・Γ・（１−ｅ^−２ｊβ）
＝Ｅｉ・Γ・（１＋１）
＝２・Ｅｉ・Γ……（６）

【0054】

これにより、メインローブ通過領域では反射損ゼロになり、第１サイドローブ通過領域では全反射になるという理想的な状態を実現できる。

【0055】

集束レンズ構造部１１の厚さＤ１は、第１の反射波と第２の反射波との位相差が０．９π〜１．１πの範囲内にあるように設定されてもよい。発散レンズ構造部１２，１３の厚さＤ２は、第１の反射波と第２の反射波との位相差が０．３π〜０．８πの範囲内にあるように設定されてもよい。

【0056】

以上に説明した内容に基づき、レドーム１の反射損及び吸収損を低減するための具体的な構成について説明する。

【0057】

以上の説明から明らかなように、原理的には、集束レンズ構造部１１は、メインローブ通過領域における電波の経路の電気長βがλ／２の整数倍に近い値となるように構成され、発散レンズ構造部１２，１３は、サイドローブ通過領域における電波の経路の電気長βがλ／４（π／２）の奇数倍に近い値となるように構成される。これにより、メインローブ２１の反射損を小さく且つ第１サイドローブ２２，２３の反射損を大きくすることができる。また、集束レンズ構造部１１及び発散レンズ構造部１２，１３による屈折効果により、メインローブ２１は集束し、第１サイドローブ２２，２３は発散する。従って、アンテナ利得の向上と、第１サイドローブ２２，２３のレベルのさらなる低下とが見込まれる。

【0058】

以上の思想に基づき、レドーム１は、放射される電波のメインローブ２１を集束し、ビームパターンを絞る集束レンズ構造部１１と、サイドローブのビームパターンを発散する発散レンズ構造部１２，１３とを具備し、集束レンズ構造部１１はメインローブ通過領域に形成され、発散レンズ構造部１２，１３はサイドローブ通過領域に形成される。

【0059】

次に、図７及び図８を参照して、図１のアンテナ装置１０のシミュレーション結果について説明する。

【0060】

図７は、第１の実施形態の実施例に係るアンテナ装置１０及び比較例のアンテナ装置に係るシミュレーション結果であって、仰角の傾斜に対するメインローブの利得を示すグラフである。図８は、第１の実施形態の実施例に係るアンテナ装置１０及び比較例のアンテナ装置に係るシミュレーション結果であって、仰角の傾斜に対するサイドローブの利得を示すグラフである。図７及び図８は、図１のＺ軸に平行な方向を０度のメインローブ方向に設定し、ＹＺ面内において±４度（仰角）の範囲でメインローブ方向を変化させた場合を示す。

【0061】

第１の実施形態の実施例に係るアンテナ装置１０（図７及び図８において「実施例」として示す）は、厚さ１．２ｍｍの集束レンズ構造部１１と、厚さ０．８ｍｍの発散レンズ構造部１２，１３とを備えるレドーム１を備えるものであった。このシミュレーションでは、集束レンズ構造部１１を通過するメインローブ２１の電波の経路の電気長βをλ／２（π）になるように設定し、また、発散レンズ構造部１２，１３を通過する第１サイドローブ２２，２３の電波の経路の電気長βをλ／４（π／２）の奇数倍に近い値となるように設定した。比較例のアンテナ装置は、均一の厚さ１．２ｍｍを有するレドーム１’を備えるものであった。また、レドーム１及び１’を構成する材料の比誘電率εを３．０とした。実施例に係るアンテナ装置１０及び比較例のアンテナ装置において、アンテナ素子２からレドーム１又は１’までの距離はそれぞれ１．６ｍｍであった。実施例に係るアンテナ装置１０及び比較例のアンテナ装置において、７９ＧＨｚの電波を送信した。

【0062】

図７を参照すると、仰角の傾斜が０度であるときのメインローブの利得は、比較例のアンテナ装置では１４．６ｄＢｉであったのに対して、実施例のアンテナ装置１０では１５．１ｄＢｉであり、実施例により０．５ｄＢの性能向上が得られた。

【0063】

図８を参照すると、仰角の傾斜が０度であるときのサイドローブの利得（ＹＺ面における第１サイドローブレベル）は、比較例のアンテナ装置では−１７．５ｄＢであったのに対して、実施例のアンテナ装置１０では−１９．１ｄＢであり、１．５ｄＢの性能向上が得られた。

【0064】

図７及び図８によれば、メインローブ方向を変化させた場合にも、実施例のアンテナ装置１０は、比較例のアンテナ装置よりも向上した性能を有することがわかる。

【0065】

本シミュレーション結果よれば、集束レンズ構造部１１及び発散レンズ構造部１２，１３を設けたレドーム１を用いることがアンテナ特性の向上に有効であることが確認できた。

【0066】

ここで、第１の実施形態では、上面にアンテナ素子２が形成されたアンテナ基板３を用いて構成したが、本開示の実施形態に係るアンテナ装置はこれに限定されるものではなく、種々のアンテナ構造を採用することができる。

【0067】

第２の実施形態．
図９は、第２の実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。図９の無線通信装置は、図１を参照して説明したアンテナ装置１０と、無線通信回路３１と、信号処理回路３２とを備える。無線通信回路３１は、信号処理回路３２から送られたベースバンド信号を変調した無線信号をアンテナ装置１０から放射し、アンテナ装置１０で受信された無線信号を復調したベースバンド信号を信号処理回路３２に送る。

【0068】

第３の実施形態．
図１０は、第３の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１０の無線通信装置は、図１を参照して説明したアンテナ装置１０と、レーダ送受信回路４１と、信号処理回路４２と、表示装置４３とを備える。レーダ送受信回路４１は、信号処理回路４２の制御下でレーダ波をアンテナ装置１０から放射し、目標物で反射されてアンテナ装置１０に入射したレーダ波を受信する。信号処理回路４２は、レーダ波の伝搬時間、周波数変化、などに基づいて、アンテナ装置１０から目標物までの距離、速度、などを決定し、その結果を表示装置４３に表示する。

【0069】

アンテナ装置１０のアンテナ回路４が集積回路である場合、第２及び第３の実施形態において、無線通信回路３１、信号処理回路３２、レーダ送受信回路４１、信号処理回路４２、及び表示装置４３の少なくとも一部は、アンテナ装置１０のアンテナ回路４と一体化されていてもよい。

【0070】

本開示の態様に係るアンテナ装置、無線通信装置、及びレーダ装置は、以下の構成を備える。

【0071】

第１の態様に係るアンテナ装置は、
所定方向にメインローブを有するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子のメインローブ及びサイドローブの電波が通過するように設けられたレドームとを備えるアンテナ装置であって、
前記レドームは、
前記レドームを通過する前記メインローブの電波を集束する集束レンズ構造部と、
前記レドームを通過する前記サイドローブの電波を発散する発散レンズ構造部とを備える。

【0072】

第２の態様に係るアンテナ装置によれば、第１の態様に係るアンテナにおいて、
前記集束レンズ構造部は、前記メインローブの半値角に含まれる方向に伝搬する電波が通過する前記レドームの領域に形成される。

【0073】

第３の態様に係るアンテナ装置によれば、第１又は第２の態様に係るアンテナにおいて、
前記レドームは、前記レドームと自由空間との境界面である第１の面及び第２の面を有し、前記アンテナ素子から放射された電波は前記第１の面及び前記第２の面を順に通過し、
前記集束レンズ構造部の厚さは、前記アンテナ素子から放射された電波が前記第１の面により反射された第１の反射波と、前記アンテナ素子から放射された電波が前記第１の面を通過して前記第２の面で反射されて再び前記第１の面を通過した第２の反射波とが、実質的に逆位相になるように設定される。

【0074】

第４の態様に係るアンテナ装置によれば、第３の態様に係るアンテナにおいて、
前記集束レンズ構造部の厚さは、前記第１の反射波と前記第２の反射波との位相差が０．９π〜１．１πの範囲内にあるように設定される。

【0075】

第５の態様に係るアンテナ装置によれば、第１〜第４のうちの１つの態様に係るアンテナにおいて、
前記発散レンズ構造部は、前記サイドローブの半値角に含まれる方向に伝搬する電波が通過する前記レドームの領域に形成される。

【0076】

第６の態様に係るアンテナ装置によれば、第１〜第５のうちの１つの態様に係るアンテナにおいて、
前記レドームは、前記レドームと自由空間との境界面である第１の面及び第２の面を有し、前記アンテナ素子から放射された電波は前記第１の面及び前記第２の面を順に通過し、
前記発散レンズ構造部の厚さは、前記アンテナ素子から放射された電波が前記第１の面により反射された第１の反射波と、前記アンテナ素子から放射された電波が前記第１の面を通過して前記第２の面で反射されて再び前記第１の面を通過した第２の反射波とが、実質的に同位相になるように設定される。

【0077】

第７の態様に係るアンテナ装置によれば、第６の態様に係るアンテナにおいて、
前記発散レンズ構造部の厚さは、前記第１の反射波と前記第２の反射波との位相差が０．３π〜０．８πの範囲内にあるように設定される。

【0078】

第８の態様に係るアンテナ装置によれば、第１〜第７のうちの１つの態様に係るアンテナにおいて、
前記アンテナ装置はミリ波帯で動作する。

【0079】

第９の態様に係る無線通信装置は、
第１〜第８のうちの１つの態様に係るアンテナと、
無線通信回路とを備える。

【0080】

第１０の態様に係るレーダ装置は、
第１〜第８のうちの１つの態様に係るアンテナと、
レーダ送受信回路とを備える。

【産業上の利用可能性】

【0081】

ミリ波アンテナ装置は、例えば車載レーダ装置に使用される。この車載レーダ装置は、移動体である車両に搭載され、例えば、前方を走行する移動体などの障害物の方位、相対距離、相対速度などを検出する。

【0082】

以上の実施形態では、本開示に係るアンテナ装置を用いて車載レーダ装置を構成する例を示したが、本開示に係るアンテナ装置は、これに限定されるものではなく、ミリ波無線通信装置などにも応用展開可能である。

【0083】

本開示に係るアンテナ装置は、車載レーダ装置をはじめ、ＷｉＧｉｇ規格に基づく短距離高速デジタル無線伝送、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ規格に基づく無線ＬＡＮ、もしくは非圧縮ＨＤ−ＴＶ映像伝送などのミリ波無線通信装置にも搭載することができ、種々の用途に利用できる。

【符号の説明】

【0084】

１…レドーム、
２…アンテナ素子、
２ａ，２ｂ…アンテナ素子部分、
３…アンテナ基板、
４…アンテナ回路、
４ａ，４ｂ…移相器、
４ｃ…ビーム操向回路、
５…ヒートシンク、
６…筐体、
６ａ…枠部、
６ｂ…底部、
６ｃ…開口部、
７…固定部材、
８…電波吸収体、
９…ネジ、
１０…アンテナ装置、
１１…集束レンズ構造部、
１２，１３…発散レンズ構造部、
２１…メインローブ、
２２，２３…第１サイドローブ、
３１…無線通信回路、
３２…信号処理回路、
４１…レーダ送受信回路、
４２…信号処理回路、
４３…表示装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】