JP5377671B2 - マイクロストリップアンテナおよびレーダモジュール - Google Patents
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Description
本発明はマイクロストリップアンテナおよびレーダモジュールに関し、特に、地導体の端部で発生する回折波を低減することが可能なマイクロストリップアンテナおよびレーダモジュールに関する。
車載ミリ波レーダに採用されているアンテナとしてマイクロストリップアンテナがある。このマイクロストリップアンテナは、絶縁性基板上で導体膜をエッチング加工することで作製できるため、小型化および低価格化を図ることができる。
一方、車載ミリ波レーダに採用されているアンテナでは、目標物が路上にある物体に限られるため、垂直面のビーム幅は狭くし、水平面は、広い範囲を探知できるようにビーム幅を広くすることが一般的である。
水平面のビーム幅が広くなると、地導体の端部で発生する回折波の影響を受け易くなる。この回折波が本来の受信波と干渉すると、水平角度の違いに応じて位相差が周期的に変化するため、アンテナ利得および位相放射パターンにリップルが発生し、レーダの測角精度などの探知性能が低下する。
このような問題に対する対策として、アンテナ基板の端部に電波吸収体を塗布したり貼り付けたりすることで、回折波を低減させる方法がある。
また、特許文献1には、マイクロストリップアンテナのアンテナ基板の端部に無給電素子を設け、この無給電素子の幅は、送受信する電磁波の波長の2分の1に電気的に長さを設定することで、放射素子側から生じる回折波とアンテナ基板の端部に沿った部分から放出される回折波とで位相を互いに打ち消し合わせる技術が開示されている。
しかしながら、アンテナ基板の端部に電波吸収体を塗布したり貼り付けたりする方法では、余分な材料を用意する必要があるだけでなく、工程数の増大を招くため、コストアップを招くという問題があった。
また、特許文献1に開示された方法では、受信アンテナが1チャンネル分に限られる上に、無給電素子までの距離が波長の2分の1であることから周波数帯域が制限されるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストアップを抑制しつつ、地導体の端部で発生する回折波を低減することが可能なマイクロストリップアンテナおよびレーダモジュールを得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のマイクロストリップアンテナは、パッチ導体と対向するように地導体が設けられているマイクロストリップアンテナにおいて、先端が細くなるような形状が前記地導体の端部に沿って繰り返し設けられていることを特徴とする。
この発明によれば、コストアップを抑制しつつ、地導体の端部で発生する回折波を低減することが可能という効果を奏する。
以下に、本発明に係るマイクロストリップアンテナおよびレーダモジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明に係るレーダモジュールの実施の形態1の概略構成を示す平面図、図2は、図1のA−A´線で切断した断面図、図3は、本発明に係るレーダモジュールの実施の形態1に用いられる地導体の概略構成を示す平面図である。
図1は、本発明に係るレーダモジュールの実施の形態1の概略構成を示す平面図、図2は、図1のA−A´線で切断した断面図、図3は、本発明に係るレーダモジュールの実施の形態1に用いられる地導体の概略構成を示す平面図である。
図1〜図3において、アンテナ基板1上には、パッチ導体2a〜2d、3が形成されるとともに、アンテナ基板1の裏面には、パッチ導体2a〜2d、3と対向するように地導体8が設けられることで、マイクロストリップアンテナが構成されている。
ここで、パッチ導体2a〜2d、3は、それぞれ一定の方向に沿って所定の間隔で配列されている。そして、パッチ導体2a〜2dが給電線路6a〜6dをそれぞれ介して給電素子4a〜4dにそれぞれ接続されることで、4チャンネルCH1〜CH4分の受信アンテナRNが構成されている。また、パッチ導体3が給電線路7を介して給電素子5に接続されることで、送信アンテナTNが構成されている。
また、地導体8は、アンテナ基板1の裏面全体に渡って形成されている。そして、地導体8には、先端が細くなるような楔形状14が地導体8の端部に沿って繰り返し設けられている。ここで、アンテナ偏波面Paが45度である場合、楔形状14は、アンテナ偏波面Paと交差するように傾いていることが好ましく、特に、楔形状14は、アンテナ偏波面Paと直交するように傾いていることが好ましい。
また、地導体8には結合スロット12a〜12d、13が形成されている。ここで、結合スロット12a〜12d、13は、給電素子4a〜4d、5の位置にそれぞれ対応するように配置されている。なお、結合スロット12a〜12d、13および楔形状14は、地導体8のパターニングにより形成することができる。特に、結合スロット12a〜12d、13および楔形状14は、地導体8のエッチング加工時に一括して形成することができる。
なお、アンテナ基板1の材料としては、ガラスエポキシ樹脂またはテフロン(登録商標)樹脂など樹脂基板を用いるようにしてもよいし、セラミックなどの絶縁性基板を用いるようにしてもよい。また、パッチ導体2a〜2d、3、給電線路6a〜6d、給電素子4a〜4dおよび地導体8の材料としては、AlまたはCuなどの金属薄膜を用いることができる。また、パッチ導体2a〜2d、3の形状は、矩形であってもよいし、多角形、円形、楕円形などであってもよい。
一方、回路基板9上には、回路部品11a〜11eが実装され、回路基板9の裏面は接着層10を介して地導体8に接着されている。なお、回路基板9は、両面プリント基板であってもよいし、多層プリント基板であってもよいし、ビルドアップ基板であってもよい。また、回路部品11a〜11eとしては、ICなどの集積回路であってもよいし、トランジスタ、抵抗またはコンデンサなどの電子部品であってもよい。また、これらの回路部品11a〜11eにて、送信アンテナTNを介して送信される送信波を生成したり、受信アンテナRNを介して受信された反射波の受信処理を行ったりすることができる。
そして、回路基板9上で発生された送信波は、結合スロット13を介してアンテナ基板1上の給電素子5に送られる。そして、給電素子5に送られた送信波は、給電線路7を介してパッチ導体3に送られることで、送信アンテナTNに給電され、送信波が空間に放射される。
そして、送信波が目標物に到達すると、目標物からの反射波として受信アンテナRNにて受信される。そして、受信アンテナRNにて受信された反射波がパッチ導体2a〜2dに到達すると、給電線路6a〜6dをそれぞれ介して給電素子4a〜4dに給電され、結合スロット12a〜12dをそれぞれ介してアンテナ基板1に送られる。
そして、アンテナ基板1に送られた信号に基づいて受信処理を行うことで、目標物の方位情報、目標物との間の相対距離情報および目標物との間の相対速度情報などが算出される。
なお、受信アンテナRNに複数のチャンネルCH1〜CH4を設けた場合、デジタルビームフォーミング(Digital Beamforming)などの信号処理にて水平面走査を電子的に行うことで、水平面で測角精度の向上を図ることができる。
ここで、回折波は地導体8の外周と平行な電界成分によって発生する。このため、楔形状14を地導体8の端部に沿って繰り返し設けることにより、地導体8の外周とアンテナ偏波面Paとが平行となる電界成分を低減させることができ、地導体8の端部で発生する回折波を低減することができる。このため、回折波が本来の反射波と干渉するのを抑制することができ、アンテナ利得および位相放射パターンに発生するリップルを低減することが可能となることから、水平面のビーム幅が広くなった場合においても、レーダの測角精度などの探知性能を向上させることができる。
また、楔形状14は地導体8のエッチング加工で形成することができる。このため、結合スロット12a〜12d、13を形成する際に楔形状14も一括して形成することにより、工程増を防止することが可能となるとともに、電波吸収体などの余分な材料も不要となることから、コストアップを抑制することができる。
なお、回路基板9自体に地導体が設けられている場合、回路基板9の地導体をアンテナ基板1の地導体8と同じ形状にするか、または回路基板9の地導体がアンテナ基板1の地導体8の楔形状14にかからない程度に小さく抑えることにより、回折波を低減することができる。
実施の形態2.
図4は、本発明に係るレーダモジュールの実施の形態2に用いられる地導体の概略構成を示す平面図である。図4において、この実施の形態2のレーダモジュールでは、地導体8の端部には、実施の形態1の楔形状14の代わりに楔形状15が設けられている。ここで、実施の形態1の楔形状14は、45度偏波のアンテナ偏波面Paと直交するように傾いている。これに対し、実施の形態2の楔形状15は、地導体8の端部に対して垂直に配置され、垂直偏波のアンテナ偏波面Pa´と直交するように構成されている。
図4は、本発明に係るレーダモジュールの実施の形態2に用いられる地導体の概略構成を示す平面図である。図4において、この実施の形態2のレーダモジュールでは、地導体8の端部には、実施の形態1の楔形状14の代わりに楔形状15が設けられている。ここで、実施の形態1の楔形状14は、45度偏波のアンテナ偏波面Paと直交するように傾いている。これに対し、実施の形態2の楔形状15は、地導体8の端部に対して垂直に配置され、垂直偏波のアンテナ偏波面Pa´と直交するように構成されている。
これにより、45度偏波の代わりに垂直偏波が用いられた場合においても、地導体8の外周とアンテナ偏波面Pa´とが平行となる電界成分を低減させることができ、地導体8の端部で発生する回折波を低減することができる。
なお、上述した実施の形態では、地導体8の端部で発生する回折波を低減するために、楔形状14を地導体8の端部に沿って繰り返し設ける方法について説明したが、先端が細くなるような形状ならば楔形状14に限定されることなく、例えば、波形などの曲線形状であってもよい。
以上のように本発明に係るレーダモジュールは、コストアップを抑制しつつ、地導体の端部で発生する回折波を低減することができ、車載ミリ波レーダの測角精度などの探知性能を向上させる方法に適している。
RN 受信アンテナ、TN 送信アンテナ、1 アンテナ基板、2a〜2d、3 パッチ導体、4a〜4d、5 給電素子、6a〜6d、7 給電線路、8 地導体、9 回路基板、10 接着層、11a〜11e 回路部品、12a〜12d、13 結合スロット、14、15 楔形状
Claims (10)
- パッチ導体と対向するように地導体が設けられているマイクロストリップアンテナにおいて、アンテナ偏波面と交差するように先端の細くなっている突出部が前記地導体の端部に沿って複数個繰り返し設けられていることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
- 前記地導体の端部の先端が細くなる前記突出部の形状は楔形状であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロストリップアンテナ。
- 前記楔形状は、アンテナ偏波面と交差するように傾いていることを特徴とする請求項2に記載のマイクロストリップアンテナ。
- 前記楔形状は、前記地導体のパターニングにより形成されていることを特徴とする請求項2に記載のマイクロストリップアンテナ。
- 前記楔形状は、前記地導体のパターニングにより形成されていることを特徴とする請求項3に記載のマイクロストリップアンテナ。
- パッチ導体が形成されたアンテナ基板と、
前記アンテナ基板に形成された給電端子と、
前記アンテナ基板に形成され、前記パッチ導体と前記給電端子を接続する給電線路と、
前記パッチ導体と対向するように配置され、端部に、アンテナ偏波面と交差するように先端の細くなっている突出部が複数個繰り返し設けられている地導体と、
前記地導体に形成され、前記給電端子に対応して配置された結合スロットと、
前記地導体上に配置された回路基板と、
前記回路基板に実装され、前記結合スロットを介して前記給電端子に給電する回路部品とを備えることを特徴とするレーダモジュール。 - 前記地導体の端部の先端が細くなる前記突出部の形状は楔形状であることを特徴とする請求項6に記載のレーダモジュール。
- 前記楔形状は、アンテナ偏波面と交差するように傾いていることを特徴とする請求項7に記載のレーダモジュール。
- 前記楔形状は、前記地導体のパターニングにより形成されていることを特徴とする請求項7に記載のレーダモジュール。
- 前記楔形状は、前記地導体のパターニングにより形成されていることを特徴とする請求項8に記載のレーダモジュール。
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