特開 2024-134037 アンテナユニット

(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】P2024134037

(43)【公開日】2024-10-03

(54)【発明の名称】アンテナユニット

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/38 20060101AFI20240926BHJP

   H01Q 9/20 20060101ALI20240926BHJP

   H01Q 9/30 20060101ALI20240926BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/38

H01Q9/20

H01Q9/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023044120

(22)【出願日】2023-03-20

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】松島 正樹

(72)【発明者】

【氏名】塩津 哲也

【テーマコード（参考）】

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J046AA01

5J046AB06

5J046BA03

(57)【要約】

【課題】測定対象物が存在する方向の検出に使用可能なアンテナユニットを提供する。
【解決手段】アンテナユニット１は、基板２の表層に形成された少なくとも２つのアンテナ１０と、２つのアンテナ１０のうちの一方のアンテナ１１の下層全域に設けられ、導体層が抜かれた抜き部２０と、を有し、抜き部２０は、平面視において、外縁部の少なくとも一部が接地されていない非接地領域と接しており、一方のアンテナ１１は、一端１１Ｅから給電されると共に他端１１Ｆが接地されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物が存在する方向の検出に使用可能なアンテナユニットであって、
基板の表層に形成された少なくとも２つのアンテナと、
２つの前記アンテナのうちの少なくとも一方のアンテナの下層全域に設けられ、導体層が抜かれた抜き部と、を有し、
前記抜き部は、平面視において、外縁部の少なくとも一部が接地されていない非接地領域と接しており、
前記一方のアンテナは、一端から給電されると共に他端が接地されているアンテナユニット。

【請求項2】

前記抜き部は、平面視が矩形で形成されており、
前記一方のアンテナは、前記抜き部のうち、互いに対向する２つの辺の一方側から給電され、前記２つの辺のうちの他方側で接地されている請求項１に記載のアンテナユニット。

【請求項3】

前記一方のアンテナは、インピーダンスを調整するインピーダンス調整部が設けられている請求項１又は２に記載のアンテナユニット。

【請求項4】

前記インピーダンスは、前記基板に実装される部品又は前記基板のパターンニングにより調整される請求項３に記載のアンテナユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物が存在する方向の検出に使用可能なアンテナユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電波の送信や受信にアンテナが利用されている。このようなアンテナとして、例えば特許文献１に記載されるＵＷＢ（Ultra Wide Band）用アンテナがある。

【0003】

特許文献１に記載されるＵＷＢ用アンテナは、導体パターンが２枚の誘電体で挟まれた、モノポールアンテナで構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－９４４３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アンテナは、測定対象物の位置や測定対象物が存在する方向（角度）の検出に利用することが可能である。例えばアンテナを障害物検知に利用する場合には、障害物の位置や障害物が存在する方向を検出することが可能である。また、アンテナをビームフォーミングに利用する場合には、通信対象となる装置の位置や当該装置が設けられている方向を検出することが可能である。このような用途では、１つのアンテナユニットに対して、少なくとも２つのアンテナを備えて構成されるが、精度よく検出するには、２つのアンテナの距離（２つのアンテナの間隔）を適切に設定する必要がある。

【0006】

特許文献１に記載のＵＷＢ用アンテナは、上述したようにモノポールアンテナとして構成されている。一方、モノポールアンテナはグランド部が周囲に囲まれていると、所期の性能を実現できないことが知られている。このため、特許文献１に記載のＵＷＢ用アンテナを、上記アンテナユニットに適用するには、ＵＷＢ用アンテナの導体パターンを基板のエッジ側に設ける必要がある。例えば、基板のサイズが予め決まっている場合には、２つのＵＷＢ用アンテナを近接して設けることができないので、基板におけるアンテナユニットが占める領域が大きくなってしまう。したがって、アンテナユニットが大型化する。また、基板のサイズによっては、２つのアンテナの距離を適切に設定することができず、測定対象物の位置や測定対象物が存在する方向（角度）の検出を適切に行うことができない可能性がある。

【0007】

そこで、測定対象物が存在する方向（角度）の検出を適切に行うことが可能な小型のアンテナユニットが求められる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るアンテナユニットの特徴構成は、測定対象物が存在する方向の検出に使用可能なアンテナユニットであって、基板の表層に形成された少なくとも２つのアンテナと、２つの前記アンテナのうちの少なくとも一方のアンテナの下層全域に設けられ、導体層が抜かれた抜き部と、を有し、前記抜き部は、平面視において、外縁部の少なくとも一部が接地されていない非接地領域と接しており、前記一方のアンテナは、一端から給電されると共に他端が接地されている点にある。

【0009】

このような特徴構成とすれば、２つのアンテナのうちの少なくとも一方のアンテナが、所期の性能を具備するために基板のエッジに配置することが必要なモノポールアンテナで構成されないので、配置上の自由度を高めることができる。このため、２つのアンテナの距離（２つのアンテナの間隔）を設定し易く、基板におけるアンテナユニットが占める領域を小さくできるので、小型のアンテナユニットを実現できる。また、少なくとも１つのアンテナを、基板のエッジから離間して設けることができるので、性能を優先して設けることができる。したがって、アンテナユニットを使用して測定対象物が存在する方向（角度）の検出を適切に行うことが可能となる。

【0010】

また、前記抜き部は、平面視が矩形で形成されており、前記一方のアンテナは、前記抜き部のうち、互いに対向する２つの辺の一方側から給電され、前記２つの辺のうちの他方側で接地されていると好適である。

【0011】

このような構成とすれば、従来、基板の作製に利用されている方法により抜き部を形成でき、また、アンテナの給電と接地とを簡便に行うことができる。したがって、アンテナユニットの製造コストの増大を抑制できる。

【0012】

また、前記一方のアンテナは、インピーダンスを調整するインピーダンス調整部が設けられていると好適である。

【0013】

このような構成とすれば、測定対象物の位置や測定対象物が存在する方向（角度）の検出に適した性能を、より容易に実現できる。

【0014】

また、前記インピーダンスは、前記基板に実装される部品又は前記基板のパターンニングにより調整されると好適である。

【0015】

このような構成とすれば、アンテナのインピーダンスを容易に調整することができる。したがって、所期のアンテナの性能を実現し易くできる。

【0016】

また、前記インピーダンス調整部は、前記抜き部に設けられていると好適である。

【0017】

このような構成とすれば、インピーダンス調整部において生じる磁界に基づく磁束が、導体層を介して基板の他層に伝わることを抑制できる。したがって、導体層を介した、基板に設けられる他の部品に対する磁束の影響を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】アンテナユニットの平面図である。

【図2】アンテナの位置を変更した場合のアンテナユニットの平面図である。

【図3】その他の実施形態の抜き部を示す図である。

【図4】その他の実施形態のアンテナの構成を示す図である。

【図5】その他の実施形態のアンテナの構成を示す図である。

【図6】その他の実施形態のインピーダンス調整部の配置例を示す図である。

【図7】その他の実施形態のアンテナを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明に係るアンテナユニットは、角度の測定や、ビームフォーミングに使用することが可能である。角度の測定とは、アンテナユニットから見た、測定対象物が存在する場所（位置）の方向（基準となる方向に対する角度）の測定を意味する。ビームフォーミングとは、アンテナユニットが予め設定された方向に向けて電波を送信したり、アンテナユニットが予め設定された方向からの電波を受信したりすることを意味する。このようなビームフォーミングを行う場合には、通信対象となる装置（測定対象物の一例）の位置や、当該装置が存在する方向（角度）を把握しておく必要がある。アンテナユニットは、このような測定対象物の位置や、当該測定対象物が存在する方向（角度）の測定（検出）に用いることが可能である。

【0020】

以下、本実施形態のアンテナユニット１について説明する。しかしながら、アンテナユニット１は、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

【0021】

図１は、本実施形態のアンテナユニット１の平面図である。また、図１にはアンテナユニット１の部分拡大図も示される。図１に示されるように、アンテナユニット１は、アンテナ１０と、抜き部２０と、インピーダンス調整部３０と、制御部４０とを有する。

【0022】

本実施形態では、アンテナユニット１は、少なくとも２つのアンテナ１０を有する。アンテナ１０は、空中伝搬する電波を受信して電気信号に変換し、当該電気信号を後述する制御部４０に伝達する。空中伝搬する電波とは、アンテナユニット１が有するアンテナ１０とは異なるアンテナ（図示しない）から送信された電波が、測定対象物において反射した反射波が相当する。もちろん、この電波を送信するアンテナは、アンテナ１０と共用してもよい。

【0023】

本実施形態では、アンテナユニット１が２つのアンテナ１０を有している場合の例を挙げて説明し、２つのアンテナ１０の夫々を区別する場合には、アンテナ１１とアンテナ１２として説明する。アンテナ１０は、基板２の表層の導体層をパターンニングして形成される。基板２は、例えば銅箔等の導体からなる導体層と、絶縁材料からなる絶縁層とが交互に積層されたプリント基板が相当する。本実施形態では、例えば４層基板が用いられる。４層基板とは、絶縁層を介して導体層が４層に積層して形成された基板である。基板２の表層とは、基板２における一方の面側の導体層を意味し、その表面に絶縁層が設けられていてもよい。なお、基板２は、２層基板であってもよいし、６層基板であってもよいし、それ以上の層数の基板であってもよい。

【0024】

本実施形態では、アンテナ１１は、導電層を構成する導体を除いて（エッチングして）形成されたスリット１１Ａ、１１Ｂと、スリット１１Ａとスリット１１Ｂとの間にＬ字形状の導体で形成された給電線１１Ｃと、給電線１１Ｃの一端側に設けられた給電部１１Ｄと、接地部１１Ｇとで構成される。アンテナ１１は、一端１１Ｅから給電されると共に他端１１Ｆで接地される。したがって、給電部１１Ｄはスリット１１Ａを介して一端１１Ｅ側に設けられ、接地部１１Ｇはスリット１１Ｂを介して他端１１Ｆ側に設けられる。これにより、給電線１１Ｃには、一端１１Ｅから他端１１Ｆに向かって電流が流れる。このようなアンテナ１１は、所謂ノッチアンテナと称される。

【0025】

本実施形態では、アンテナ１２は、モノポールアンテナで構成される。具体的には、アンテナ１２は、導体で形成されたアンテナエレメント１２Ａと、アンテナエレメント１２Ａの基端部１２Ｃ側に設けられた給電部１２Ｂとで構成される。これによりアンテナ１２は、給電部１２Ｂからの給電に基づいてアンテナエレメント１２Ａに電流が流れる。この電流は、アンテナエレメント１２Ａの基端部１２Ｃから先端部１２Ｄに向かう経路で流れる。

【0026】

アンテナ１１及びアンテナ１２は、夫々、互いのアンテナ長が同程度となるように構成される。したがって、アンテナ１１及びアンテナ１２は、互いに同じ周波数帯の電波の受信を行うことが可能である。

【0027】

抜き部２０は、２つのアンテナ１０のうちの一方のアンテナ１１の下層全域に亘って導体層が抜かれて形成される。本実施形態では、基板２は４層基板であり、アンテナ１１は基板２の表層に形成されている。アンテナ１１が形成されている導体層から順に、第１層（アンテナ１１が形成されている導体層）、第２層、第３層、第４層とする。すなわち、導体層の間に設けられている絶縁層（布層）や、表面のソルダーレジストは層数にカウントしていない。

【0028】

図１に示されるように、アンテナ１１が形成されている第１層では、アンテナ１１の周囲の導体層が所定の範囲Ｒに亘って抜かれている。アンテナ１１の下層とは、第２層、第３層、第４層が相当し、下層全域とは、基板２の平面視において、範囲Ｒと重複する第２層、第３層、第４層の夫々の領域が相当する。したがって、抜き部２０は、基板２の平面視において、範囲Ｒに亘って導体層が抜かれた領域が相当する。なお、導体層が抜かれて形成されるとは、導体層がエッチングされて形成されていることを意味する。したがって、抜き部２０には導体層が存在していない状態とされる。

【0029】

本実施形態では、抜き部２０は、平面視が矩形で形成されている。抜き部２０は、外縁部の少なくとも一部が接地されていない非接地領域と接している。外縁部の少なくとも一部とは、矩形を構成する４つの辺のうちの少なくとも１つの辺である。４つの辺の夫々を、辺２０Ａ、辺２０Ｂ、辺２０Ｃ、辺２０Ｄとすると、辺２０Ａ、辺２０Ｂ、辺２０Ｃは、接地されたグランド領域ＧＲと接するが、辺２０Ｄは基板２のエッジと一致する。図１に示されるように、辺２０Ｄは、接地されたグランド領域ＧＲに接しておらず、接地されていない非接地領域と接する。このように、本実施形態の抜き部２０は、３方向がグランド領域ＧＲと接している。

【0030】

アンテナ１１は、抜き部２０のうち、互いに対向する２つの辺２０Ａ,２０Ｃの一方側から給電され、２つの辺２０Ａ,２０Ｃのうちの他方側で接地されている。抜き部２０のうち、互いに対向する２つの辺とは、平面視において矩形を構成する４つの辺のうちの互いに対向する２つの辺である。具体的には、図１に示される抜き部２０における辺２０Ａと辺２０Ｃとが相当する。本実施形態では、アンテナ１１は、この辺２０Ａ側から給電され、辺２０Ｃにおいて接地される。

【0031】

本実施形態では、アンテナ１２の下層の導体層も矩形状に抜かれている。アンテナ１２側の導体層が抜かれた領域を、抜き部５０とする。抜き部５０は、４つの辺のうち、２つの辺が非接地領域と接している。すなわち、抜き部５０を構成する４つの辺を、夫々、辺５０Ａ、辺５０Ｂ、辺５０Ｃ、５０Ｄとすると、辺５０Ａ、辺５０Ｂは、接地されたグランド領域ＧＲと接するが、辺５０Ｃ、辺５０Ｄは基板２のエッジと一致する。したがって、辺５０Ｃ、辺５０Ｄは、接地されていない非接地領域と接する。

【0032】

インピーダンス調整部３０は、アンテナ１１に設けられ、アンテナ１１のインピーダンスを調整可能である。本実施形態では、インピーダンスは基板２に実装される部品により調整される。本実施形態では、インピーダンス調整部３０は、上述した抜き部２０に少なくとも一部が位置するように設けられる。本実施形態では、アンテナ１１は、スリット１１Ａを跨いでグランド領域ＧＲとの間にランドＬ１が設けられ、スリット１１Ｂを跨いでグランド領域ＧＲとの間にランドＬ２が設けられる。インピーダンス調整部３０は、このランドＬ１、及びランドＬ２の少なくともいずれか一方に設けることが可能である。

【0033】

インピーダンス調整部３０は、ランドＬ１及びランドＬ２の少なくともいずれか一方に設けることが可能である。インピーダンス調整部３０を、ランドＬ１に設けない場合にはランドＬ１にはジャンパ部品（例えば、０Ωの抵抗器）を実装するとよい。

【0034】

上記のように、ランドＬ１や、ランドＬ２に部品を設けてインピーダンスを調整する場合には、インダクタ（例えばチップインダクタ）や、コンデンサ（例えばセラミックコンデンサ）を実装することが可能である。

【0035】

制御部４０は、アンテナ１０に給電すると共に、アンテナ１０から伝達される電気信号に所定の処理を施して、アンテナ１０が受信した電波が到来する方向（角度）を測定する。本実施形態では、２つのアンテナ１０で同時に受信した電波の位相差と、２つのアンテナ１０の間隔方向とに基づいて、受信した電波の方向を演算するインターフェローメータ方式が利用される。

【0036】

具体的には、アンテナ１１とアンテナ１２とにおける最も近接した部分の距離をｄ、アンテナ１１が受信した電波の位相をΦ１、アンテナ１２が受信した電波の位相をΦ２、光速をＣ、アンテナ１１及びアンテナ１２が受信した電波の伝搬周波数をｆとすると、角度θは（１）式で算出される。

【数1】

【0037】

このようなインターフェローメータ方式で方向を測定する場合には、測角の角度範囲を最大にするために、アンテナ１１とアンテナ１２との距離ｄは、測定に使用する電波の周波数帯の最も高い周波数の波長の半分以下とするとよい。また、角度分解能を上げたい場合は、距離ｄは、測定に使用する電波の周波数帯の最も低い周波数の波長の半分程度とするとよい。

【0038】

また、アンテナユニット１により、測定対象物の位置を検出する場合には、上述したインターフェローメータ方式により測定した方向と、電波を送信してから測定対象物が当該電波を反射した反射波を取得するまでの間に時間と光速とに基づいて算出した距離とを用いて行うことが可能である。具体的には、アンテナユニット１と測定対象物との間の距離をＬ、電波を発してから受信するまでの時間をＴ、光速をＣとすると、
Ｌ＝（Ｔ×Ｃ）／２
により、算出することが可能である。
したがって、測定対象物は、インターフェローメータ方式により測定した方向に、距離Ｌだけ離間した位置に存在する。

【0039】

以上のように、アンテナユニット１は、測定対象物が存在する方向（角度）の測定を行うことが可能である。また、アンテナユニット１は、アンテナ１０のうちの少なくとも一方（アンテナ１１）が、モノポールアンテナとは異なるノッチアンテナで構成されている。このため、モノポールアンテナで構成されたアンテナ１２を基板２のエッジに配置した場合でも、アンテナ１１を、基板２における、測定対象物が存在する方向（角度）の測定に適したアンテナ１２からの距離の位置に配置し易い。すなわち、使用する電波の周波数により、アンテナ１１とアンテナ１２との距離を、図１の距離ｄよりも大きくする必要がある場合でも、図２に示されるＡの位置（図１における位置に相当）から、例えば図２に示されるＢの位置への変更を容易に行うことが可能である。したがって、アンテナ１０の配置の自由度を高めることが可能となる。

【0040】

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、抜き部２０は３方向がグランド領域ＧＲと接しているとして説明した。しかしながら、例えば図３に示されるように、抜き部２０を基板２のエッジに設けることも可能である。この場合には、抜き部２０の４つの辺の夫々を、辺２０Ａ、辺２０Ｂ、辺２０Ｃ、辺２０Ｄとすると、辺２０Ａ、辺２０Ｂは、接地されたグランド領域ＧＲと接するが、辺２０Ｃ、辺２０Ｄは基板２のエッジと一致する。したがって、辺２０Ｃ、辺２０Ｄは、接地されていない非接地領域と接する。このように、抜き部２０は、２方向がグランド領域ＧＲと接するように構成することも可能である。なお、この場合、アンテナ１１は、辺２０Ａ側から給電し、辺２０Ｂ側の端部で接地するとよい。

【0041】

上記実施形態では、アンテナ１１は、給電線１１ＣがＬ字形状であるとして説明した。しかしながら、給電線１１Ｃは、直線形状で構成することも可能である。具体的には、図４に示されるように、給電線１１Ｃが抜き部２０の辺２０Ａ及び辺２０Ｃの一方から他方に向かって延出するように構成するとよい。

【0042】

上記実施形態では、アンテナ１１は、給電線１１Ｃが抜き部２０の辺２０Ａ側から給電され、辺２０Ｃ側で接地されるとして説明した。換言すれば、アンテナ１１は、抜き部２０における互いに対向する２つの辺２０Ａ及び辺２０Ｃにおいて、給電と接地とが行われる。しかしながら、アンテナ１１は、抜き部２０における互いに隣接する２つの辺２０Ａ及び辺２０Ｂ、又は、２つの辺２０Ｂ及び辺２０Ｃにおいて、給電と接地とが行われてもよい。具体的には、図５に示されるように、給電線１１Ｃが抜き部２０の辺２０Ｂ側から給電され、辺２０Ｃ側で接地されるように構成することも可能であるし、図３で示したように、給電線１１Ｃが抜き部２０の辺２０Ａ側から給電され、辺２０Ｂ側で接地されるように構成することも可能である。

【0043】

上記実施形態では、インピーダンス調整部３０が、給電線１１Ｃ及び抜き部２０の矩形を構成する辺２０Ａや、給電線１１Ｃ及び抜き部２０の矩形を構成する辺２０Ｃに位置するように図示した。しかしながら、図６に示されるように、例えばアンテナ１１の給電線１１Ｃを複数に分割し、分割した給電線１１Ｃ同士に亘ってインピーダンス調整部３０を設けてもよい。

【0044】

上記実施形態では、アンテナ１１のインピーダンスが基板２に実装される部品により調整されるとして説明した。しかしながら、インピーダンスは基板２のパターンにより調整することも可能である。この場合には、例えば図７に示されるように、給電線１１Ｃを蛇行するように形成し、給電線１１Ｃのインダクタンス成分やキャパシタンス成分によりインピーダンスを調整することも可能である。

【0045】

上記実施形態では、アンテナ１０は、アンテナ１１がノッチアンテナであり、アンテナ１２がモノポールアンテナであるとして説明した。しかしながら、アンテナ１０は、アンテナ１１及びアンテナ１２の双方をノッチアンテナで構成することも可能である。

【0046】

上記実施形態では、アンテナ１０が２つのアンテナ１１,１２を有するとして説明した。しかしながら、アンテナ１０は、３つ以上のアンテナを有して構成してもよい。

【0047】

上記実施形態では、アンテナ１１にインピーダンス調整部３０が設けられるとして説明したが、インピーダンス調整部３０は設けなくてもよい。また、アンテナ１２に、当該アンテナ１２のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部３０を設けることも可能である。

【0048】

上記実施形態では、抜き部２０は平面視が矩形であるとして説明したが、抜き部２０の平面視は矩形とは異なる形状（例えば、多角形や円弧状部を有する形状）であってもよい。

【0049】

上記実施形態では、抜き部２０は、２つのアンテナ１０のうちの一方のアンテナ１１の下層全域に亘って導体層が抜かれて形成されるとして説明したが、抜き部は、２つのアンテナ１０のうちの少なくとも一方のアンテナの下層全域に亘って導体層が抜かれて形成されてもよい。すなわち、上記実施形態のように、２つのアンテナ１０のうちの一方のアンテナ１１の下層全域に亘って導体層が抜かれて抜き部２０が形成され、且つ、２つのアンテナ１０のうちの一方のアンテナ１２の下層全域に亘って導体層が抜かれて抜き部５０が形成されてもよい。また、抜き部５０を形成せずに、抜き部２０のみ形成してもよいし、抜き部２０を形成せずに、抜き部５０のみ形成してもよい。

【0050】

本発明は、測定対象物の位置や測定対象物が存在する方向の検出に使用されるアンテナユニットに用いることが可能である。

【符号の説明】

【0051】

１：アンテナユニット
２：基板
１０：アンテナ
１１：アンテナ（一方のアンテナ）
１１Ｅ：一端
１１Ｆ：他端
１２：アンテナ（他方のアンテナ）
２０：抜き部
２０Ａ：辺
２０Ｂ：辺
３０：インピーダンス調整部
５０：抜き部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】