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

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。

特開平１１−２８４４２９号公報

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。

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である。 図２は、図１のＡ−Ａ´線で切断した断面図である。 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。

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〜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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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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