JP2019220792A - アンテナ装置および無線装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】アイソレーション特性を向上させることができるアンテナ装置および無線装置の提供に資する。【解決手段】アンテナ装置は、基板に設けられ、基板の平面に沿った第１の方向にメインローブを形成する第１のアンテナと、基板に設けられ、第１の方向との成す角度が９０度より大きく１８０度以下である、基板の平面に沿った第２の方向にメインローブを形成する第２のアンテナと、第１のアンテナから第１の方向に放射される電波の進行方向を第３の方向へ変更する第１反射鏡と、第４の方向から入射する電波の進行方向を第２の方向へ変更する第２反射鏡と、を備える。【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、アンテナ装置および無線装置に関する。
近年、無線通信システムまたはレーダシステムでは、テラヘルツ帯のような高周波数帯（無線周波数帯）に対応するアンテナ装置の利用が検討されている。テラヘルツ帯のような高周波数帯では、アンテナと周波数変換の処理を行う無線部とを接続する給電ラインにおける電力損失が大きいため、アンテナ装置は、給電ラインが短くなるように設計される。
例えば、特許文献１では、送信用アンテナエレメントと受信用アンテナエレメントとが互いに異なった方向に配向されたレーダセンサが開示されている。特許文献１に開示されるレーダセンサでは、各アンテナエレメントと共振器とを接続する接続線路が短くなっている。
特表２０００−５１５２４２号公報
しかしながら、特許文献１に開示されたレーダセンサでは、送信用アンテナエレメントと受信用アンテナエレメントとが直交方向に配置されるため、送信用アンテナエレメントから放射される送信波が受信用アンテナエレメントに回りこんでしまい、送信用アンテナエレメントと受信用アンテナエレメントとの間のアイソレーション特性が低下してしまう。
本開示の非限定的な実施例は、アイソレーション特性を向上させることができるアンテナ装置および無線装置の提供に資する。
本開示の一態様に係るアンテナ装置は、基板に設けられ、前記基板の平面に沿った第１の方向にメインローブを形成する第１のアンテナと、前記基板に設けられ、前記第１の方向との成す角度が９０度より大きく１８０度以下である、前記基板の平面に沿った第２の方向にメインローブを形成する第２のアンテナと、前記第１のアンテナから前記第１の方向に放射される電波の進行方向を第３の方向へ変更する第１反射鏡と、第４の方向から入射する電波の進行方向を前記第２の方向へ変更する第２反射鏡と、を備える。
本開示の一態様に係る無線装置は、基板と、前記基板に設けられる無線部と、前記基板に設けられ、前記基板の平面に沿った第１の方向にメインローブを形成する第１のアンテナと、前記基板に設けられ、前記第１の方向との成す角度が９０度より大きく１８０度以下である、前記基板の平面に沿った第２の方向にメインローブを形成する第２のアンテナと、前記第１のアンテナから前記第１の方向に放射される電波の放射方向を第３の方向へ変更する第１反射鏡と、第４の方向から入射する電波の放射方向を前記第２の方向へ変更する第２反射鏡と、を備える。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本開示の一態様によれば、アイソレーション特性を向上させることができるアンテナ装置および無線装置の提供に資する。
本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
レーダセンサの一例を示す図 本開示の一実施の形態に係るアンテナ装置の外観を示す斜視図 本開示の一実施の形態に係るアンテナ装置を示す分解斜視図 本開示の一実施の形態に係るアンテナ装置を示す正面図 本開示の一実施の形態に係るアンテナ装置を示す側面図 図２Ａの線Ｅ０−Ｅ１における断面図 本開示の一実施の形態に係るアンテナ基板を示す上面図 本開示の一実施の形態に係るアンテナ基板を示す下面図 本開示の一実施の形態に係るアンテナ基板を示す正面図 本開示の一実施の形態に係るアンテナ基板を示す側面図 本開示の一実施の形態に係るアンテナ装置の動作の一例を示す図 本開示の一実施の形態に係るアンテナ装置の送信動作時の指向性パターンの一例を示す図 本開示の一実施の形態に係るアンテナ装置の受信動作時の指向性パターンの一例を示す図 本開示の一実施の形態の変形例１に係るアンテナ基板の一例を示す上面図 本開示の一実施の形態の変形例２に係るアンテナ基板の一例を示す上面図 図７に示すアンテナ基板を有するアンテナ装置の第１の例を示す図 図７に示すアンテナ基板を有するアンテナ装置の第２の例を示す図 本開示の一実施の形態の変形例２のアンテナ装置におけるアイソレーション特性の一例を示す図 図１０Ａに対する比較例のアイソレーション特性の一例を示す図
図１は、レーダセンサ１００の一例を示す図である。図１に示すレーダセンサ１００は、例えば、特許文献１に記載されたレーダセンサである。
レーダセンサ１００は、送信用アンテナエレメント１０１、受信用アンテナエレメント１０２〜１０４、発振器１０５、および、転向ミラー１０８を備える。
レーダセンサ１００では、送信用アンテナエレメント１０１と発振器１０５とを接続する接続線路、および、受信用アンテナエレメント１０２〜１０４と発振器１０５とを接続する接続線路を短くするために、受信アンテナエレメント１０２〜１０４は、送信用アンテナエレメント１０１の放射ダイアグラムＴ０の外側に配置される。送信用アンテナエレメント１０１および受信用アンテナエレメント１０２〜１０４は、互いに異なった方向に配向されている。受信アンテナエレメント１０２〜１０４に入射するレーダビームＲ０を所望の方向に転向する転向ミラー１０８が設けられている。
図１に示す構成により、各アンテナエレメントと共振器とを接続する接続線路を短くできるため、電力損失を抑えることができる。
しかしながら、図１に示す構成では、送信用アンテナエレメント１０１と受信用アンテナエレメント１０２〜１０４とが、互いに直交する面に配置され、固定されるため、構成が複雑になってしまう。また、送信用アンテナエレメント１０１の送信波の放射方向が、受信用アンテナエレメント１０２〜１０４への受信波の入射方向と直交しているため、送信波が受信用アンテナエレメント１０２〜１０４に回りこんでしまう。送信波の回り込みによって、送信用アンテナエレメント１０１と、受信用アンテナエレメント１０２〜１０４との間のアイソレーション特性が低下してしまう。
本開示は、このような点を鑑みてなされたものであり、送信用アンテナエレメントと、受信用アンテナエレメントとの間のアイソレーション特性を向上させることができるアンテナ装置および無線装置の提供に資する。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は一例であり、本開示はこれらの実施の形態により限定されるものではない。
（一実施の形態）
図２Ａは、本実施の形態に係るアンテナ装置２００の外観を示す斜視図である。図２Ｂは、本実施の形態に係るアンテナ装置２００を示す分解斜視図である。図２Ｃは、本実施の形態に係るアンテナ装置２００を示す正面図である。図２Ｄは、本実施の形態に係るアンテナ装置２００を示す側面図である。図２Ｅは、図２Ａ、図２Ｃおよび図２Ｄの線Ｅ０−Ｅ１における断面図である。
なお、図２Ａ〜図２Ｅには、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が示される。なお、図２Ｃに示す正面図は、Ｙ軸の正方向から見たアンテナ装置２００を示し、図２Ｄに示す側面図は、Ｘ軸の正方向から見たアンテナ装置２００を示す。
アンテナ装置２００は、第１反射部２０１、第２反射部２０２およびアンテナ基板２０３を備える。第１反射部２０１、第２反射部２０２およびアンテナ基板２０３の位置は、例えば、固定部２０４にネジ止めされることによって固定される。
第１反射部２０１と第２反射部２０２とは、例えば、金属によって形成される。第１反射部２０１は、Ｙ軸の正方向に面する位置に第１反射鏡２０１ａを有する。第２反射部２０２は、Ｙ軸の正方向に面する位置に第２反射鏡２０２ａを有する。
第１反射鏡２０１ａは、アンテナ基板２０３に含まれる送信用アンテナエレメントから放射される電波（送信波）の進行方向を変更する。
第２反射鏡２０２ａは、アンテナ装置２００に対して入射する電波（受信波）の進行方向を変更する。進行方向が変更された電波は、アンテナ基板２０３に含まれる受信用アンテナエレメントに受信される。
なお、第１反射部２０１は、金属の表面を有する構成であればよい。例えば、第１反射部２０１は、ＡＢＳ（acrylonitrile-butadiene-styrene）樹脂および／またはポリカーボネートといった樹脂を用いて成型されてもよい。そして、成型された第１反射部２０１の表面に金属メッキを施すことによって、第１反射鏡２０１ａが形成されてもよい。第２反射部２０２についても、第１反射部２０１と同様である。
なお、第１反射部２０１および第２反射部２０２の材料は、上述した例に限定されない。また、第１反射鏡２０１ａおよび第２反射鏡２０２ａは、電波を反射できる構成であれば金属に限定されない。また、第１反射鏡２０１ａおよび第２反射鏡２０２ａは、１つの部材（例えば、１つの反射部）に形成されていてもよい。
アンテナ基板２０３は、例えば、誘電体に銅箔が貼りあわされた基板によって構成される。そして、基板にエッチング加工が施されることによってアンテナエレメントおよび伝送線路のパターンが形成される。アンテナ基板２０３は、少なくとも送信用アンテナエレメントと、受信用アンテナエレメントとを有する。なお、アンテナ基板２０３の構成の一例については、後述する。
次に、アンテナ装置２００の組み立て方の一例を説明する。
アンテナ装置２００では、アンテナ基板２０３が、第１反射鏡２０１ａと第２反射鏡２０２ａとの間の所定の位置に固定されるように組み立てられる。
例えば、図２Ｂに示すように、第１反射部２０１、第２反射部２０２およびアンテナ基板２０３は、それぞれ、固定部２０４に固定される。
例えば、アンテナ基板２０３は、ネジ２０８を用いて固定部２０４に固定される。そして、アンテナ基板２０３は、Ｙ軸の負の方向から第１反射部２０１の切り欠き２０５と第２反射部２０２の切り欠き２０６に挿入される。第１反射部２０１と第２反射部２０２は、それぞれの切り欠きにアンテナ基板２０３が挿入された状態で、ネジ２０７を用いて固定部２０４に固定される。
なお、本実施の形態では、第１反射部２０１、第２反射部２０２およびアンテナ基板２０３がネジを用いて固定される例を示した。本開示はこれに限定されない。例えば、第１反射部２０１、第２反射部２０２およびアンテナ基板２０３は、接着剤を用いて固定部２０４に固定されてもよい。あるいは、第１反射部２０１、第２反射部２０２およびアンテナ基板２０３に、それぞれ、嵌合部を設けて、第１反射部２０１、第２反射部２０２およびアンテナ基板２０３の嵌合部が固定部２０４に設けられた被嵌合部に嵌め合わされることによって固定されてもよい。
また、第１反射部２０１、第２反射部２０２およびアンテナ基板２０３の位置が固定される組み立て方法であれば、固定部２０４に固定されなくてもよい。この場合、固定部２０４は、無くてもよい。
次に、アンテナ基板２０３の構成について説明する。
図３Ａは、本実施の形態に係るアンテナ基板２０３を示す上面図である。図３Ｂは、本実施の形態に係るアンテナ基板２０３を示す下面図である。図３Ｃは、本実施の形態に係るアンテナ基板２０３を示す正面図である。図３Ｄは、本実施の形態に係るアンテナ基板２０３を示す側面図である。なお、図３Ｃに示す正面図は、アンテナ基板２０３をＹ軸の正方向から見た面を示し、図３Ｄに示す側面図は、アンテナ基板２０３をＸ軸の負方向から見た側面を示す。
アンテナ基板２０３は、例えば、テフロン（登録商標）、ポリフェニレンエーテルまたはガラスエポキシといった誘電体の両面に銅箔が貼られた単層両面基板である。以下、アンテナ基板２０３のＺ軸の正の方向を向いた面（上面）は、第１の面と記載され、アンテナ基板２０３のＺ軸の負の方向を向いた面（下面）は、第２の面と記載されることがある。
アンテナ基板２０３は、第１の面に、アンテナ素子３０２ａと、アンテナ素子３０２ｂとを備える。アンテナ素子３０２ａと、アンテナ素子３０２ｂとは、例えば、銅箔に対するエッチング加工によって形成される。
また、アンテナ基板２０３の第１の面には、無線部３０５が設けられてもよい。
アンテナ基板２０３は、第２の面に、グランドパターン３０６と、グランド素子３０３ａと、グランド素子３０３ｂと、反射器３０４ａと、反射器３０４ｂと、を備える。グランドパターン３０６と、グランド素子３０３ａと、グランド素子３０３ｂと、反射器３０４ａと、反射器３０４ｂとは、例えば、銅箔に対するエッチング加工によって形成される。
また、アンテナ基板２０３には、ネジ２０８（図２Ｅ等参照）を通すための孔３０７が設けられる。
送信用アンテナエレメント３０１ａは、第１の面のアンテナ素子３０２ａと、第２の面のグランド素子３０３ａおよび反射器３０４ａとを含み、無線部３０５から出力される送信波を放射する。
アンテナ素子３０２ａは、無線部３０５からＸ軸の正方向に延び、Ｙ軸の負方向にＬ字状にクランクしたＬ字形状を有する。グランド素子３０３ａは、アンテナ素子３０２ａとＸ軸に沿った直線において線対称なＬ字形状を有する。また、グランド素子３０３ａは、グランドパターン３０６に直接接続する。
アンテナ素子３０２ａのＹ軸の負方向の開放端からグランド素子３０３ａのＹ軸の正方向の開放端までの長さは、例えば、０．５λｅに設定される。この設定により、アンテナ素子３０２ａとグランド素子３０３ａとは、ダイポールアンテナを構成する。なお、λｅは、アンテナ基板３０２の誘電体における波長短縮を考慮した実効波長を表し、λe＝λ０／√εrで示される。ここで、λ０は、無線部３０５から出力される送信波の真空中の波長を表し、εrは、誘電体の誘電率を表す。
反射器３０４ａは、アンテナ素子３０２ａとグランド素子３０３ａとに対してＸ軸の負方向に０．２５λｅの間隔を隔てて形成される。例えば、反射器３０４ａは、グランドパターン３０６の一部をＸ軸の正方向に突出させることによって形成される。反射器３０４ａが形成されることによって、送信用アンテナエレメント３０１ａは、八木アンテナと同様に、ダイポールアンテナに反射器が設けられた構成を有する。送信用アンテナエレメント３０１ａは、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸の正方向にメインローブを形成する。
受信用アンテナエレメント３０１ｂは、第１の面のアンテナ素子３０２ｂと、第２の面のグランド素子３０３ｂおよび反射器３０４ｂとを含み、受信波を無線部３０５へ出力する。
受信用アンテナエレメント３０１ｂは、送信用アンテナエレメント３０１ａとＹ軸に沿った直線において線対称な構造を有する。受信用アンテナエレメント３０１ｂは、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸の負方向にメインローブを形成する。
送信用アンテナエレメント３０１ａのメインローブを形成する方向は、受信用アンテナエレメント３０１ｂのメインローブを形成する方向と、Ｘ−Ｙ平面において１８０度を成す。このように、メインローブを形成する方向が、９０度よりも大きいため、送信アンテナエレメント３０１ａと受信アンテナエレメント３０１ｂとの間でアイソレーション特性が向上できる。
なお、上述した送信用アンテナエレメント３０１ａおよび受信用アンテナエレメント３０１ｂの構成は、一例であり、本開示はこれに限定されない。例えば、各アンテナエレメントは、アンテナ基板に形成され、単一の指向性を有するアンテナであればよい。例えば、各アンテナエレメントは、ポスト壁ホーンアンテナまたはフェエルミアンテナであってもよい。また、送信用アンテナエレメントと受信用アンテナエレメントとは、Ｙ軸に沿った直線において線対称な構造でなくてもよい。また、送信用アンテナエレメントと受信用アンテナエレメントとは、互いに異なるアンテナ構成を有していてもよい。
次に、本実施の形態に係るアンテナ装置２００による送信波の送信動作および受信波の受信動作の一例を説明する。図４は、本実施の形態に係るアンテナ装置２００の動作の一例を示す図である。なお、図４は、図２Ｅの断面図に対して、矢印Ｔ１、矢印Ｔ２、矢印Ｒ１および矢印Ｒ２を付した図である。
矢印Ｔ１は、アンテナ基板２０３に設けられた送信用アンテナエレメント３０１ａ（図３Ａ等参照）が放射する電波（送信波）の放射方向の一例を示す。矢印Ｔ２は、矢印Ｔ１に沿って放射された電波が第１反射鏡２０１ａにおいて反射した電波の進行方向の一例を示す。矢印Ｔ２は、アンテナ装置２００が放射する送信波の放射方向と称されてもよい。
矢印Ｒ１は、第２反射鏡２０２ａに対して入射する電波（受信波）の入射方向の一例を示す。矢印Ｒ２は、矢印Ｒ１に沿って入射した電波が第２反射鏡２０２ａにおいて反射し、アンテナ基板２０３に設けられた受信用アンテナエレメント３０１ｂ（図３Ａ等参照）によって受信される電波の進行方向の一例を示す。矢印Ｒ１は、アンテナ装置２００が受信する受信波の入射方向と称されてもよい。
送信波は、矢印Ｔ１が示すＸ軸の正方向に放射され、第１反射鏡２０１ａにおいて反射することで、矢印Ｔ２が示すＹ軸の正方向に向きが変わる。
受信波は、矢印Ｒ１が示すＹ軸の負方向に入射し、第２反射鏡２０２ａにおいて反射することで、矢印Ｒ２が示すＸ軸の負方向に向きが変わる。
例えば、第１反射部２０１の断面における第１反射鏡２０１ａに沿った線が放物線である場合、放物線の焦点の位置に送信用アンテナエレメント３０１ａが設けられることによって、アンテナ装置２００は、Ｙ軸の正方向にメインビームを形成し、送信波を放射する。また、例えば、第２反射部２０２の断面における第２反射鏡２０２ａに沿った線が放物線である場合、放物線の焦点の位置に受信用アンテナエレメント３０１ｂが設けられることによって、アンテナ装置２００は、Ｙ軸の正方向にメインビームを形成し、受信波を受信する。
なお、図４では、第１反射鏡２０１ａにおいて反射した送信波が、矢印Ｔ２に示すＹ軸の正方向に向きが変わる例を示した。また、図４では、矢印Ｒ１が示すＹ軸の負方向に入射する受信波が、第２反射鏡２０２ａにおいて反射することで、矢印Ｒ２が示すＹ軸の負方向に向きが変わる例を示した。本開示は、これらに限定されない。アンテナ装置２００から放射される送信波の放射方向は、Ｙ軸の正方向に限られず、送信用アンテナエレメント３０１ａのメインビームの方向および／または第１反射鏡２０１ａの形状によって調整されてもよい。また、アンテナ装置２００が受信する受信波の入射方向は、Ｙ軸の負方向に限られず、受信用アンテナエレメント３０１ｂのメインビームの方向および／または第２反射鏡２０２ａの形状によって調整されてもよい。
また、図４では、アンテナ装置２００が放射する送信波の放射方向（矢印Ｔ２）と、アンテナ装置２００が受信する受信波の入射方向（矢印Ｒ１）とは、平行である例を示した。本開示はこれに限定されない。アンテナ装置２００が放射する送信波の放射方向と、アンテナ装置２００が受信する受信波の入射方向とが、０度より大きく９０度未満の角度を成してもよい。ここで、送信波の放射方向と受信波の入射方向との成す角度は、例えば、送信波の放射方向に沿った直線と受信波の入射方向に沿った直線との交点における鋭角を指す。
上述した動作によるアンテナ装置２００の指向性パターンを説明する。
図５Ａは、本実施の形態に係るアンテナ装置２００の送信動作時の指向性パターンの一例を示す図である。図５Ｂは、本実施の形態に係るアンテナ装置２００の受信動作時の指向性パターンの一例を示す図である。図５Ａおよび図５Ｂに示す指向性パターンは、有限積分法を用いた電磁界シミュレーションの結果である。なお、シミュレーションにおける動作周波数は、３００ＧＨｚに設定される。
図５Ａに示すように、アンテナ装置２００の送信動作時の指向性パターンは、Ｙ軸の正方向にメインビームが形成されるパターンとなる。また、図５Ｂに示すように、アンテナ装置２００の受信動作時の指向性パターンは、Ｙ軸の正方向にメインビームが形成されるパターンとなる。アンテナ装置２００は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、送信動作時および受信動作時において、Ｙ軸の正方向に最大のアンテナ利得を有する。例えば、最大のアンテナ利得は、１０ｄＢｉとなる。
また、例えば、図４に示したように、送信用アンテナエレメント３０１ａの放射する電波の放射方向が、受信用アンテナエレメント３０１ｂに入射する電波の入射方向と１８０度の角度を成す。そのため、送信用アンテナエレメント３０１ａの放射する電波が、受信用アンテナエレメント３０１ｂに回り込むことを抑制でき、送信用アンテナエレメント３０１と受信用アンテナエレメント３０１ｂとの間でのアイソレーション特性を向上できる。
なお、図３Ａ〜図３Ｄおよび図４に示した送信用アンテナエレメント３０１ａおよび受信用アンテナエレメント３０１ｂの配置は、一例であり、本開示はこれに限定されない。以下では、送信用アンテナエレメントおよび受信用アンテナエレメントの配置の変形例を説明する。
（変形例１）
図６は、本実施の形態の変形例１に係るアンテナ基板６０３の一例を示す上面図である。なお、図６に示すアンテナ基板６０３において、図３Ａ〜図３Ｄに示したアンテナ基板２０３と同様の構成については同一の符番を付し、説明を省略する。
アンテナ基板６０３は、送信用アンテナエレメント６０１ａと、受信用アンテナエレメント６０１ｂとを有する。
送信用アンテナエレメント６０１ａは、アンテナ基板２０３の送信用アンテナエレメント３０１ａと同様の構成を有する。送信用アンテナエレメント６０１ａと送信用アンテナエレメント３０１ａとでは、無線部３０５に対して配置される角度が互いに異なる。
例えば、送信用アンテナエレメント６０１ａが無線部３０５に対して配置される角度は、Ｘ軸の正方向であって、Ｙ軸の正方向に傾いた角度である。
また、受信用アンテナエレメント６０１ｂは、アンテナ基板２０３の受信用アンテナエレメント３０１ｂと同様の構成を有する。受信用アンテナエレメント６０１ｂと受信用アンテナエレメント３０１ｂとでは、無線部３０５に対して配置される角度が互いに異なる。
無線部３０５に対して送信用アンテナエレメント６０１ｂが配置される角度は、Ｘ軸の負方向であって、Ｙ軸の正方向に傾いた角度である。
このような構成により、送信用アンテナエレメント６０１ａのメインローブを形成する方向は、受信用アンテナエレメント６０１ｂのメインローブを形成する方向と、Ｘ−Ｙ平面において１８０度よりも小さく９０度よりも大きい角度を成す。このように、送信アンテナエレメント６０１ａのメインローブを形成する方向と受信用アンテナエレメント６０１ｂのメインローブを形成する方向との成す角度が、９０度よりも大きいため、送信アンテナエレメント６０１ａと受信アンテナエレメント６０１ｂとの間でのアイソレーション特性が向上できる。また、図４に示した送信波の放射方向（矢印Ｔ１）および／または受信波の進行方向（矢印Ｒ２）を調整することができるため、第１反射鏡２０１ａおよび／または第２反射鏡２０２ａの設計の自由度を上げることができる。
（変形例２）
図７は、本実施の形態の変形例２に係るアンテナ基板７０３の一例を示す上面図である。なお、図７に示すアンテナ基板７０３において、図３Ａ〜図３Ｄに示したアンテナ基板２０３と同様の構成については同一の符番を付し、説明を省略する。
アンテナ基板７０３は、送信用アンテナエレメント７０１ａと、受信用アンテナエレメント７０１ｂとを有する。
送信用アンテナエレメント７０１ａおよび受信用アンテナエレメント７０１ｂは、それぞれ、アンテナ基板２０３の送信用アンテナエレメント３０１ａおよび受信用アンテナエレメント３０１ｂと同様の構成を有する。送信用アンテナエレメント７０１ａおよび受信用アンテナエレメント７０１ｂが配置される位置の関係は、送信用アンテナエレメント３０１ａおよび受信用アンテナエレメント３０１ｂが配置される位置の関係と異なる。
例えば、送信用アンテナエレメント７０１ａおよび受信用アンテナエレメント７０１ｂは、互いに、Ｙ軸方向においてずれた位置（オフセットされた位置）に配置される。例えば、図７では、受信用アンテナエレメント７０１ｂが、送信用アンテナエレメント７０１ａよりもＹ軸の負方向にずれた位置に配置される。
図７には、送信用アンテナエレメント７０１ａのアンテナ開口部の中心を通りＸ軸の方向に沿った直線Ａ１と、受信用アンテナエレメント７０１ｂのアンテナ開口部の中心を通りＸ軸の方向に沿った直線Ｂ１が示される。なお、アンテナ開口部の中心とは、例えば、アンテナ素子の開放端とグランド素子の開放端との中点である。
直線Ａ１と直線Ｂ１との間隔ｄｙは、Ｙ軸方向における、送信用アンテナエレメント７０１ａと受信用アンテナエレメント７０１ｂとの配置位置のずれの量を表す。このずれの量は、オフセット量と記載されてもよい。
このような構成において、送信用アンテナエレメント７０１ａは、Ｘ軸の正方向にメインローブを形成し、受信用アンテナエレメント７０１ｂは、Ｘ軸の負方向にメインローブを形成する。そして、メインローブを形成する方向（Ｘ軸の方向）に対して垂直な方向（Ｙ軸の方向）にオフセットを設けて、送信用アンテナエレメント７０１ａおよび受信用アンテナエレメント７０１ｂが配置されることによって、アイソレーション特性が向上できる。
例えば、送信用アンテナエレメント７０１ａが、メインローブに対して１８０度反対の方向にバックローブと呼ばれるサイドローブを形成する場合であっても、受信用アンテナエレメント７０１ｂがＹ軸の方向にオフセットした位置に配置されるため、バックローブによるアイソレーション特性の低下を抑制できる。
なお、図７に示すアンテナ基板７０３では、送信用アンテナエレメント７０１ａおよび受信用アンテナエレメント７０１ｂの間に、Ｙ軸の方向にオフセットが設けられるため、例えば、図８に示すように、Ｙ軸の方向のオフセットに応じて、第１反射部の焦点位置と第２反射部の焦点位置とをＹ軸の方向においてずらす構成を採ってもよい。
図８は、図７に示すアンテナ基板７０３を有するアンテナ装置の第１の例を示す図である。図８に示すアンテナ装置８００は、例えば、アンテナ基板７０３と、第１反射部８０１と、第２反射部８０２とを備える。
第１反射部８０１と第２反射部８０２とは、それぞれ、図２Ａ〜図２Ｅに示した第１反射部２０１と第２反射部２０２と同様の構成である。例えば、第１反射部８０１の第１反射鏡８０１ａは、アンテナ基板７０３の送信用アンテナエレメント７０１ａが放射する送信波をＹ軸の正方向に反射する。また、第２反射部８０２の第２反射鏡８０２ａは、Ｙ軸の正方向からアンテナ装置８００に入射する受信波を、受信用アンテナエレメント７０１ｂに向けて反射する。
第１反射部８０１と第２反射部８０２との位置関係は、第１反射部２０１と第２反射部２０２との位置関係と異なる。
アンテナ基板７０３では、受信用アンテナエレメント７０１ｂが、送信用アンテナエレメント７０１ａよりもＹ軸の負方向にオフセット量ｄｙ分ずれた位置に配置される。図８に示すアンテナ装置８００では、オフセット量ｄｙに応じて、第２反射部８０２が、第１反射部８０１よりもＹ軸の負方向にオフセット量ｄｙ分ずれた位置に配置される。
図８では、送信用アンテナエレメント７０１ａと受信用アンテナエレメント７０１ｂとの間の、Ｙ軸の方向のオフセット量ｄｙに応じて、第１反射部８０１と第２反射部８０２との間の位置関係を調整することによって、第１反射鏡８０１ａと第２反射鏡８０２ａとの焦点位置が調整される。
この構成により、第１反射部８０１の焦点位置と第２反射部８０２の焦点位置とに、それぞれ、送信用アンテナエレメント７０１ａと受信用アンテナエレメント７０１ｂとが設けられるため、アンテナ利得を向上できる。
図９は、図７に示すアンテナ基板７０３を有するアンテナ装置の第２の例を示す図である。図９に示すアンテナ装置９００は、アンテナ基板７０３と、第１反射部９０１と、第２反射部９０２とを備える。
第１反射部９０１は、図２Ａ〜図２Ｅに示した第１反射部２０１と同様の構成である。例えば、第１反射部９０１の第１反射鏡９０１ａは、アンテナ基板７０３の送信用アンテナエレメント７０１ａが放射する送信波をＹ軸の正方向に反射する。
第２反射部９０２は、図２Ａ〜図２Ｅに示した第２反射部２０２と同じ位置に配置される。第２反射部９０２の第２反射鏡９０２ａは、Ｙ軸の正方向からアンテナ装置９００に入射する受信波を、受信用アンテナエレメント７０１ｂに向けて反射する。
第２反射部９０２が有する第２反射鏡９０２ａの形状は、第２反射鏡２０２ａの形状と異なる。
アンテナ基板７０３では、受信用アンテナエレメント７０１ｂが、送信用アンテナエレメント７０１ａよりもＹ軸の負方向にオフセット量ｄｙ分ずれた位置に配置される。図８に示すアンテナ装置８００では、オフセット量ｄｙに応じて、第２反射部９０２の断面における第２反射鏡９０２ａに沿った放物線の焦点が変更される。
図９では、送信用アンテナエレメント７０１ａと受信用アンテナエレメント７０１ｂとの間の、Ｙ軸の方向のオフセット量ｄｙに応じて、第１反射鏡９０１ａおよび／または第２反射鏡９０２ａの形状を調整することによって、焦点位置が調整される。
この構成により、第１反射鏡９０１ａの焦点位置と第２反射鏡９０２ａの焦点位置とに、それぞれ、送信用アンテナエレメント７０１ａと受信用アンテナエレメント７０１ｂとが設けられるため、アンテナ利得を向上できる。
次に、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して、送信用アンテナエレメント７０１ａおよび受信用アンテナエレメント７０１ｂの間に、Ｙ軸の方向にオフセットが設けられるアンテナ基板７０３と、第１反射部８０１と、第２反射部８０２と、を備えるアンテナ装置８００におけるアイソレーション特性の一例を説明する。
図１０Ａは、アンテナ装置８００におけるアイソレーション特性の一例を示す図である。図１０Ｂは、図１０Ａに対する比較例のアイソレーション特性の一例を示す図である。図１０Ａおよび図１０Ｂの横軸は、動作周波数であり、縦軸はアイソレーション特性を示すＳパラメータであるＳ２１の特性を示す。
なお、図１０Ａは、オフセット量ｄｙ＝０．２ｍｍに設定した場合の特性である。また、図１０Ｂに示す比較例は、送信用アンテナエレメント７０１ａおよび受信用アンテナエレメント７０１ｂの間に、Ｙ軸の方向にオフセットが設けられない場合（つまり、オフセット量ｄｙ＝０の場合）のアイソレーション特性である。
Ｓ２１特性は、送信用アンテナエレメント７０１ａと無線部３０５との接続位置および受信用アンテナエレメント７０１ｂと無線部３０５との接続位置に給電ポートを設定した場合の通過特性を示す。縦軸に示すＳ２１特性は、値が低いほど、アイソレーション特性が高いことを示す。
例えば、動作周波数３００ＧＨｚにおいて、図１０Ａでは、Ｓ２１特性が、−４４ｄＢを示し、図１０Ｂでは、Ｓ２１特性が、−３７ｄＢを示す。動作周波数３００ＧＨｚでは、オフセット量ｄｙ＝０．２ｍｍのオフセットが設けられた場合、オフセットが設けられない場合（つまり、オフセット量ｄｙ＝０の場合）と比較して、アイソレーション特性が約７ｄＢ向上している。
以上説明したように、本実施の形態に係るアンテナ装置では、送信用アンテナエレメント（第１のアンテナ）のメインビームの方向が、受信用アンテナエレメント（第２のアンテナ）のメインビームの方向に対して９０度よりも大きい角度を成すように、アンテナ基板に送信用アンテナエレメントと受信用アンテナエレメントとが形成される。また、アンテナ装置は、送信用アンテナエレメントのメインビームの方向を所望の方向に変更させる第１反射鏡と、受信用アンテナエレメントのメインビームの方向を所望の方向に変更させる第２反射鏡とを備える。
この構成により、送信用アンテナエレメントから放射される送信波が、受信用アンテナエレメントに回り込むことを抑制できるため、アイソレーション特性を向上できる。
また、本実施の形態によれば、送信用アンテナエレメントと受信用アンテナエレメントとは、アンテナ基板の同一平面上に形成される。この構成により、複数の平面にアンテナエレメントを設ける場合に対して簡易な構成が実現できる。
また、本実施の形態によれば、送信用アンテナエレメントと受信用アンテナエレメントとから、無線部が設けられるアンテナ基板の位置までの接続線路は、比較的短く形成される。この構成により、接続線路における電力損失を抑制でき、アンテナ利得を向上できる。
なお、上記において説明した各図において、同様の構成に対する重複する符番の一部は、省略されている。
また、上記実施の形態の説明に用いた「・・・部」という表記は、「・・・回路（circuitry）」、「・・・デバイス」、「・・・ユニット」、又は、「・・・モジュール」といった他の表記に置換されてもよい。
また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力と出力を備えてもよい。これらは個別に１チップ化されてもよいし、各機能ブロックの一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法にはＬＳＩに限らず、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続、設定が再構成可能なリコンフィグラブル・プロセッサーを利用してもよい。
更には、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、別技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
なお、本開示は、無線通信装置、または制御装置において実行される制御方法として表現することが可能である。また、本開示は、かかる制御方法をコンピュータにより動作させるためのプログラムとして表現することも可能である。更に、本開示は、かかるプログラムをコンピュータによる読み取りが可能な状態で記録した記録媒体として表現することも可能である。すなわち、本開示は、装置、方法、プログラム、記録媒体のうち、いずれのカテゴリーにおいても表現可能である。
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
＜本開示のまとめ＞
本開示におけるアンテナ装置は、基板に設けられ、前記基板の平面に沿った第１の方向にメインローブを形成する第１のアンテナと、前記基板に設けられ、前記第１の方向との成す角度が９０度より大きく１８０度以下である、前記基板の平面に沿った第２の方向にメインローブを形成する第２のアンテナと、前記第１のアンテナから前記第１の方向に放射される電波の進行方向を第３の方向へ変更する第１反射鏡と、第４の方向から入射する電波の進行方向を前記第２の方向へ変更する第２反射鏡と、を備える。
本開示のアンテナ装置において、前記第１のアンテナは、前記第１反射鏡の第１の焦点位置に配置され、前記第２のアンテナは、前記第２反射鏡の第２の焦点位置に配置される。
本開示のアンテナ装置において、前記第１の方向と前記第２の方向との成す角度は、１８０度である。
本開示のアンテナ装置において、前記第１のアンテナは、前記第１の方向に沿った第１の直線に配置され、前記第２のアンテナは、前記第１の直線に対してオフセットした第２の直線に配置される。
本開示のアンテナ装置において、前記第１反射鏡および前記第２反射鏡の位置は、前記第１の直線と前記第２の直線の間のオフセット量に応じて調整される。
本開示のアンテナ装置において、前記第１反射鏡および前記第２反射鏡の形状は、前記第１の直線と前記第２の直線の間のオフセット量に応じて調整される。
本開示のアンテナ装置において、前記第３の方向に沿った直線と前記第４の方向に沿った直線とは、平行、または、０度より大きく９０度未満の角度を成す。
本開示における無線装置は、基板と、前記基板に設けられる無線部と、前記基板に設けられ、前記基板の平面に沿った第１の方向にメインローブを形成する第１のアンテナと、前記基板に設けられ、前記第１の方向との成す角度が９０度より大きく１８０度以下である、前記基板の平面に沿った第２の方向にメインローブを形成する第２のアンテナと、前記第１のアンテナから前記第１の方向に放射される電波の放射方向を第３の方向へ変更する第１反射鏡と、第４の方向から入射する電波の放射方向を前記第２の方向へ変更する第２反射鏡と、を備える。
本開示は、無線通信装置に用いるのに好適である。
１００ レーダセンサ
１０１、３０１ａ、６０１ａ、７０１ａ 送信用アンテナエレメント
１０２〜１０４、３０１ｂ、６０１ｂ、７０１ｂ 受信用アンテナエレメント
１０５ 発振器
１０８ 転向ミラー
２００、８００、９００ アンテナ装置
２０１、８０１、９０１ 第１反射部
２０１ａ、８０１ａ、９０１ａ 第１反射鏡
２０２、８０２、９０２ 第２反射部
２０２ａ、８０２ａ、９０２ａ 第２反射鏡
２０３、６０３、７０３ アンテナ基板
２０４ 固定部
２０５、２０６ 切り欠き
２０７、２０８ ネジ
３０２ａ、３０２ｂ アンテナ素子
３０３ａ、３０３ｂ グランド素子
３０４ａ、３０４ｂ 反射器
３０５ 無線部
３０６ グランドパターン
３０７ 孔

Claims (8)

  1. 基板に設けられ、前記基板の平面に沿った第１の方向にメインローブを形成する第１のアンテナと、
    前記基板に設けられ、前記第１の方向との成す角度が９０度より大きく１８０度以下である、前記基板の平面に沿った第２の方向にメインローブを形成する第２のアンテナと、
    前記第１のアンテナから前記第１の方向に放射される電波の進行方向を第３の方向へ変更する第１反射鏡と、
    第４の方向から入射する電波の進行方向を前記第２の方向へ変更する第２反射鏡と、
    を備える、
    アンテナ装置。
  2. 前記第１のアンテナは、前記第１反射鏡の第１の焦点位置に配置され、
    前記第２のアンテナは、前記第２反射鏡の第２の焦点位置に配置される、
    請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 前記第１の方向と前記第２の方向との成す角度は、１８０度である、
    請求項１に記載のアンテナ装置。
  4. 前記第１のアンテナは、前記第１の方向に沿った第１の直線に配置され、
    前記第２のアンテナは、前記第１の直線に対してオフセットした第２の直線に配置される、
    請求項３に記載のアンテナ装置。
  5. 前記第１反射鏡および前記第２反射鏡の位置は、前記第１の直線と前記第２の直線の間のオフセット量に応じて調整される、
    請求項４に記載のアンテナ装置。
  6. 前記第１反射鏡および前記第２反射鏡の形状は、前記第１の直線と前記第２の直線の間のオフセット量に応じて調整される、
    請求項４に記載のアンテナ装置。
  7. 前記第３の方向に沿った直線と前記第４の方向に沿った直線とは、平行、または、０度より大きく９０度未満の角度を成す、
    請求項１に記載のアンテナ装置。
  8. 基板と、
    前記基板に設けられる無線部と、
    前記基板に設けられ、前記基板の平面に沿った第１の方向にメインローブを形成する第１のアンテナと、
    前記基板に設けられ、前記第１の方向との成す角度が９０度より大きく１８０度以下である、前記基板の平面に沿った第２の方向にメインローブを形成する第２のアンテナと、
    前記第１のアンテナから前記第１の方向に放射される電波の放射方向を第３の方向へ変更する第１反射鏡と、
    第４の方向から入射する電波の放射方向を前記第２の方向へ変更する第２反射鏡と、
    を備える、
    無線装置。
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