特開 2022-165226 ミリ波アンテナ用カバー

(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】P2022165226

(43)【公開日】2022-10-31

(54)【発明の名称】ミリ波アンテナ用カバー

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/42 20060101AFI20221024BHJP

   H01Q 15/14 20060101ALI20221024BHJP

   G01S 7/03 20060101ALI20221024BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/42

H01Q15/14 B

G01S7/03 246

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021070494

(22)【出願日】2021-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000004385

【氏名又は名称】ＮＯＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100109036

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 重幸

(74)【代理人】

【識別番号】100125335

【弁理士】

【氏名又は名称】矢代 仁

(72)【発明者】

【氏名】多田 健人

(72)【発明者】

【氏名】山田 武司

【テーマコード（参考）】

5J020

5J046

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J020AA06

5J020BA05

5J020BD03

5J020DA10

5J046AA05

5J046AA13

5J046RA05

5J046RA08

5J070AB24

5J070AF03

5J070AK35

(57)【要約】

【課題】優れた電磁両立性を有するミリ波アンテナ用カバーを提供する。
【解決手段】ミリ波アンテナ用カバーは、平面上に行列をなす多数の正方形の格子を有する厚さ０．０３５ｍｍの金属格子と、金属格子の両面に接合された、厚さ０．０２５４ｍｍ、比誘電率３．４の樹脂製の２枚の保持フィルムと、保持フィルムの外面にそれぞれ接合された、厚さ１．０８ｍｍ、比誘電率２．６の樹脂製の２枚のカバーフィルムとを有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面上に行列をなす多数の正方形の格子を有する厚さ０．０３５ｍｍの金属格子と、
前記金属格子の両面に接合された、厚さ０．０２５４ｍｍ、比誘電率３．４の樹脂製の２枚の保持フィルムと、
前記保持フィルムの外面にそれぞれ接合された、厚さ１．０８ｍｍ、比誘電率２．６の樹脂製の２枚のカバーフィルムとを有する
ミリ波アンテナ用カバー。

【請求項2】

前記金属格子の格子間隔ａと前記金属格子の線幅ｄ_ｆの関係は、
ａ＜-2.3027×ｄ_ｆ ²＋4.6746×ｄ_ｆ＋1.933であり、
前記金属格子の格子間隔ａは２．３ｍｍ以上、４ｍｍ以下であり、
前記金属格子の線幅ｄ_ｆは０．０７ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載のミリ波アンテナ用カバー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ミリ波アンテナ用カバーに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車に搭載されるミリ波レーダーは、電磁波を受信および送信するアンテナと、そのアンテナを駆動する駆動回路を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１８／０４７９３７号

【特許文献2】国際公開第２０１９／１７２２３７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ミリ波レーダーの設計においては、ＥＭＣ（電磁両立性、Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を考慮すべきであることが知られている（特許文献１）。具体的には、レーダーが使用する所望のミリ波の周波数帯（例えば、７６．５ＧＨｚ）の電磁波がレーダーから外部へ、そしてその逆に進行可能である一方で、不要な周波数帯（例えば、１ＧＨｚ以下）の電磁波がレーダーから外部へ放射されず、外部からレーダーに侵入しないことが好ましい。

【0005】

本発明は、優れた電磁両立性を有するミリ波アンテナ用カバーを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様に係るミリ波アンテナ用カバーは、平面上に行列をなす多数の正方形の格子を有する厚さ０．０３５ｍｍの金属格子と、前記金属格子の両面に接合された、厚さ０．０２５４ｍｍ、比誘電率３．４の樹脂製の２枚の保持フィルムと、前記保持フィルムの外面にそれぞれ接合された、厚さ１．０８ｍｍ、比誘電率２．６の樹脂製の２枚のカバーフィルムとを有する。

【0007】

この態様においては、ミリ波アンテナ用カバーが優れた電磁両立性を有する。すなわち、所望のミリ波の周波数帯（例えば、７６．５ＧＨｚ）の電磁波がレーダーから外部へ、そしてその逆に進行可能である一方で、不要な周波数帯（例えば、１ＧＨｚ以下）の電磁波がレーダーから外部へ放射されず、外部からレーダーに侵入しない。

【0008】

好ましくは、前記金属格子の格子間隔ａと前記金属格子の線幅ｄ_ｆの関係は、ａ＜ -2.3027×ｄ_ｆ ²＋4.6746×ｄ_ｆ＋1.933である。但し、前記金属格子の格子間隔ａは２．３ｍｍ以上、４ｍｍ以下であり、前記金属格子の線幅ｄ_ｆは０．０７ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下である。この場合、さらに優れた電磁両立性を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係るミリ波アンテナ用カバーを有するケースの断面図である。

【図2】実施形態に係るミリ波アンテナ用カバーの金属格子の正面図である。

【図3】図２の金属格子の一部を破断した斜視図である。

【図4】図２および図３の金属格子に２枚の保持フィルムが配置された構造体の側面図である。

【図5】図４の構造体に２枚のカバーフィルムが配置されたミリ波アンテナ用カバーの側面図である。

【図6】空気と固体の電気的物性を示す概略図である。

【図7】実施形態に係るミリ波アンテナ用カバーの各部の電気的物性と空気の電気的物性を示す概略図である。

【図8】ミリ波アンテナ用カバーの電磁波の透過率を決定づける因子を示す表である。

【図9】実施形態に係るミリ波アンテナ用カバーの金属格子の線幅と格子間隔を変化させ、７６．５ＧＨｚの電磁波の透過率を計算した結果を示す表である。

【図10】実施形態に係るミリ波アンテナ用カバーの金属格子の線幅と格子間隔を変化させ、１ＧＨｚの電磁波の透過率を計算した結果を示す表である。

【図11】実施形態に係るミリ波アンテナ用カバーの性能計算結果を示すグラフである。

【図12】実施形態に係るミリ波アンテナ用カバーの性能計算結果を示す他のグラフである。

【図13】変形例に係るミリ波アンテナ用カバーの金属格子の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施形態を説明する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。

【0011】

図１に示すように、本発明の実施形態に係るミリ波アンテナ用カバー４は、アンテナ１と電子回路２を内蔵するハウジング３の蓋つまりレドームとして使用される。

【0012】

アンテナ１は、７６．５ＧＨｚの電磁波を送信する送信アンテナでもよいし、同じ周波数の電磁波を受信する受信アンテナでもよいし、７６．５ＧＨｚの電磁波を送受信する送受信アンテナでもよい。電子回路２は、少なくともアンテナ１を駆動する駆動回路および電源を有する。

【0013】

ハウジング３は、その内部空間にアンテナ１と電子回路２を収容し、これらを保護する。ハウジング３は、鉄等の金属製の電磁シールド材料または樹脂等に金属メッキが施された複合材料である電磁シールド材料から形成されており、内部からの不要電磁波の放射を抑制し、外部の電子機器からの干渉、混信を防止する。したがって、ハウジング３は、所望のミリ波の周波数帯（例えば、７６．５ＧＨｚ）の電磁波も不要な周波数帯（例えば、１ＧＨｚ以下）も透過させない。

【0014】

ミリ波アンテナ用カバー４は、ハウジング３の内部のアンテナ１と電子回路２を保護するとともに、所望のミリ波の周波数帯（例えば、７６．５ＧＨｚ）の電磁波を透過させ、不要な周波数帯（例えば、１ＧＨｚ以下）の透過を抑制する電磁フィルターとして機能する。理想的には、ミリ波アンテナ用カバー４の周波数７６ＧＨｚから７７ＧＨｚの電磁波に対する透過率は９０％以上であり、周波数１ＧＨｚの電磁波に対する透過率は５％以下である。

【0015】

ミリ波アンテナ用カバー４は、図２および図３に示す金属格子１０を有する。金属格子１０は、多数の正方形の格子を有する。多数の正方形の格子は平面上に規則的に行列をなす。すなわち各行で格子は一直線上に揃えられ、各列でも格子は一直線上に揃えられている。金属格子１０の全体の縦の長さは１００ｍｍ、横の長さは７０ｍｍである。金属格子１０は線幅ｄ_ｆと、格子間隔ａを有する。格子間隔ａは、格子の隣り合う線の間隔である。金属格子１０の厚さｔ_ｆは、０．０３５ｍｍである。金属格子１０は、例えば、厚さ０．０３５ｍｍの銅箔をエッチングすることで製造される。

【0016】

図４に示すように、厚さ０．０２５４ｍｍ、比誘電率３．４のポリイミド製の２枚の保持フィルム１１が金属格子１０の両面に配置されており、これにより構造体１２が設けられている。

【0017】

図５に示すように、保持フィルム１１の外面（すなわち構造体１２の両面）には、厚さ１．０８ｍｍ、比誘電率２．６のポリプロピレン製の２枚のカバーフィルム１４がそれぞれ配置されている。このように厚い保持フィルム１１が構造体１２の両面に配置されることにより、構造体１２が補強されている。

【0018】

カバーフィルム１４、保持フィルム１１、金属格子１０、保持フィルム１１、およびカバーフィルム１４を積層し、接着剤（例えばエポキシ接着剤）でこれらの層を接着するとともに、６０ｔの荷重を与えることによりプレス成形し、ミリ波アンテナ用カバー４を製造することができる。これらの層の間に空気はなく、また接着剤の厚さは無視できるほど小さい。接着剤を使用しなくても、樹脂材料への加熱処理、酸素プラズマ処理または紫外線処理によって、これらの層を接合してもよい。あるいは、カバーフィルム１４、保持フィルム１１、金属格子１０、保持フィルム１１、およびカバーフィルム１４は接合せずに、図示しない保持装置で挟んで密着させてもよい。プレス成形後の上記の各部の寸法（各要素の厚さ、格子の線幅ｄ_ｆ、格子の間隔ａ）は、プレス成形前の各部の寸法と変わらなかった。

【0019】

保持フィルム１１とカバーフィルム１４の全体の寸法は、金属格子１０の全体を覆うように、金属格子１０と同じであり、縦の長さは１００ｍｍ、横の長さは７０ｍｍである。

【0020】

適切なＥＭＣを達成するには、金属格子１０の格子間隔ａと金属格子１０の線幅ｄ_ｆを適切に決定するべきである。以下、そのための理論を説明する。

【0021】

図６に、大気２０中に配置された固体の物質２１を示す。大気２０は、ターゲット波長に対するインピーダンスＺ₀、伝播定数γ₀、比誘電率ε₀、および比透磁率μ₀を有し、物質２１は、ターゲット波長に対するインピーダンスＺ_c、伝播定数γ_c、比誘電率ε_c、比透磁率μ_c、および厚さｔを有する。

【0022】

高周波数における物質の透過率Ｔは、伝送線路理論に従って四端子定数を用いて式（１）で表される。

【数1】

【0023】

ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは下記の行列で表された関係式（２）で表現される。

【数2】

【0024】

この行列において、インピーダンスＺ_cおよび伝播定数γ_cは、下記の式から計算される。

【数3】

【0025】

この式のλ₀は、大気２０中のターゲットの電磁波の波長である。７６．５ＧＨｚの電磁波の場合、波長は3.91885566ｍｍである。

【0026】

したがって、物質の比誘電率ε_c、比透磁率μ_c、および厚さｔが決まれば、特定周波数における物質の透過率Ｔが計算できる

【0027】

図７に、大気２０中に配置されたミリ波アンテナ用カバー４を示す。各材料は、ターゲット波長に対するインピーダンスＺ、伝播定数γ、比誘電率ε、比透磁率μ、および厚さｔを有する。下付き文字の添え字は、各因子がその構成要素に固有であることを示す。この実施形態のように、両方の保持フィルム１１が同じ材料で同じ厚さであり、両方のカバーフィルム１４が同じ材料で同じ厚さである場合、添え字１，２を区別する必要はない。さらに金属格子１０は、アドミッタンスＹ_Fを有する。

【0028】

ここで銅箔からなる金属格子１０の厚さｔ_ｆは、大気２０中のターゲット波長に比べて十分に薄いため、γ_ｆｔ_ｆ≪１である。このため、sinh γ_ｆｔ_ｆ ≒ γ_ｆｔ_ｆ、cosh γ_ｆｔ_ｆ ≒ 1である。したがって、金属格子１０の四端子定数は以下のように示される。

【数4】

【0029】

アドミッタンスＹ_Fに関しては、N. Macuvitz, "Waveguide Handbook", Office of Scientific Research and Development, National Defense Research Committee, 1st Edition, McGraw-Hill Book Company, 1951（http://www.introni.it/pdf/10%20-%20Waveguide%20Handbook.pdf）の「5.21 Inductive Posts」に従って、下記の式から計算される。

【数5】

【0030】

ここで変数ｒ_oは下記の式から計算される

【数6】

【0031】

したがって、ミリ波アンテナ用カバー４の四端子定数は以下で示され、式（１）より透過率Ｔを計算することができる。

【数7】

【0032】

ここで、各行列の意味は、式（２）と添え字から明らかであろう。

【0033】

上記の手順で透過率Ｔを計算するのに必要な変数は、図８の表の「ＹＥＳ」で示された因子およびターゲットの電磁波の周波数である。いずれの構成要素の比透磁率も、透過率Ｔの計算には無関係である。

【0034】

カバーフィルム１４の厚さｔ_ｃを１．０８ｍｍ、比誘電率ε_ｃを２．６と決め、保持フィルム１１の厚さｔ_ｒを０．０２５４ｍｍ、比誘電率ε_ｒを３．４と決め、金属格子１０の厚さｔ_ｆを０．０３５ｍｍと決め、ターゲットの電磁波の周波数を７６．５ＧＨｚと決めると、金属格子１０の線幅ｄ_ｆと格子間隔ａだけが変数として残る。

【0035】

図９は、実施形態に係るミリ波アンテナ用カバー４の金属格子の線幅ｄ_ｆと格子間隔ａを変化させ、７６．５ＧＨｚの電磁波の透過率を計算した結果を示す。図１０は、実施形態に係るミリ波アンテナ用カバー４の金属格子の線幅ｄ_ｆと格子間隔ａを変化させ、１ＧＨｚの電磁波の透過率を計算した結果を示す表である。図９と図１０の対比から明らかなように、実施形態に係るミリ波アンテナ用カバー４によれば、周波数７６．５ＧＨｚの電磁波に対する透過率は非常に高く、周波数１ＧＨｚの電磁波に対する透過率は非常に低い。

【0036】

したがって、厚さ０．０３５ｍｍの金属格子１０と、金属格子１０の両面に接合された、厚さ０．０２５４ｍｍ、比誘電率３．４のポリイミド製の２枚の保持フィルム１１と、保持フィルム１１の外面にそれぞれ接合された、厚さ１．０８ｍｍ、比誘電率２．６のポリプロピレン製の２枚のカバーフィルム１４を有する実施形態に係るミリ波アンテナ用カバー４は、優れたＥＭＣを発揮する。上記の通り、いずれの構成要素の比透磁率も透過率Ｔの計算には無関係であるので、保持フィルム１１は、ポリイミドに代えて、比誘電率３．４の他の樹脂から形成されていてもよい。カバーフィルム１４も、ポリプロピレンに代えて、比誘電率２．６の他の樹脂から形成されていてもよい。

【0037】

さらに図９の結果を詳細に検討する。上記の通り、理想的には、ミリ波アンテナ用カバー４の周波数７６ＧＨｚから７７ＧＨｚの電磁波に対する透過率は９０％以上である。したがって、線幅ｄ_ｆが０．０７ｍｍである場合、格子間隔ａは２．３ｍｍ以上が好ましい。同様に、線幅ｄ_ｆが０．１ｍｍである場合、格子間隔ａは２．５ｍｍ以上が好ましい。線幅ｄ_ｆが０．２ｍｍである場合、格子間隔ａは２．９ｍｍ以上が好ましい。線幅ｄ_ｆが０．３ｍｍである場合、格子間隔ａは３．２ｍｍ以上が好ましい。線幅ｄ_ｆが０．４ｍｍである場合、格子間隔ａは３．５ｍｍ以上が好ましい。線幅ｄ_ｆが０．５ｍｍである場合、格子間隔ａは３．８ｍｍ以上が好ましい。線幅ｄ_ｆが０．６ｍｍである場合、格子間隔ａは４ｍｍ以上が好ましい。

【0038】

以上の結果から、金属格子１０の格子間隔ａと金属格子１０の線幅ｄ_ｆの関係は、ａ＜ -2.3027×ｄ_ｆ ²＋4.6746×ｄ_ｆ＋1.933であることが好ましい。但し、金属格子１０の格子間隔ａは、図９で確認できた２．３ｍｍ以上、４ｍｍ以下であり、金属格子１０の線幅ｄ_ｆは、図９で確認できた０．０７ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下である。

【0039】

図１１は、実施形態に係るミリ波アンテナ用カバーの性能計算結果、具体的には電磁波の周波数に対する透過率を示すグラフである。実施形態において、金属格子１０の線幅ｄ_ｆは０．２ｍｍ、格子間隔ａは３．５ｍｍであった。比較のため、厚さ１．０８ｍｍのポリプロピレンだけで形成された板の電磁波の周波数に対する透過率も図１１に示す。また、図１２は、図１１のうちの周波数７６ＧＨｚから７７ＧＨｚの範囲を拡大したグラフである。

【0040】

計算結果において、１ＧＨｚの周波数において、実施形態では透過率はわずか０．０５（５％）であり、ポリプロピレンの板の透過率は１（１００％）であった。これに対して、７６～７７ＧＨｚの周波数において、実施形態では透過率は０．９９７５～０．９９７７もあり、ポリプロピレンの板の透過率は０．９９７８～０．９９８０であった。したがって、実施形態の優れたＥＭＣが確認された。

【0041】

図１３は、変形例に係るミリ波アンテナ用カバーの金属格子１６の正面図である。金属格子１６においては、格子の各行、各列が傾斜している。この変形例は、アンテナ１が直線偏波用のアンテナである場合に、適しており、格子の傾斜角度は偏波の角度に適合させられている。上述の図２の金属格子１０は、偏波が垂直偏波および／または水平偏波である場合に適している。

【0042】

以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。

【0043】

上記の実施形態は、自動車に搭載されるミリ波レーダーに関するが、ミリ波を送信および／または受信するセンサー、イメージングデバイス、その他のミリ波通信機器にも本発明を利用することができる。

【符号の説明】

【0044】

３ ハウジング
４ ミリ波アンテナ用カバー
１０，１６ 金属格子
１１ 保持フィルム
１２ 構造体
１４ カバーフィルム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】