JP7452472B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本開示は、例えば、レーダ装置に使用されるアンテナ装置であり、そのレーダ反射断面積（ＲＣＳ：Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ）を低減させる機能を有するアンテナ装置に関するものである。

ミサイルや航空機等に搭載されるレーダ用アンテナは、その探知距離性能を高めるため、ターゲットからの電波の到来方向に対して正対させて設置されることが多い。そのため、レーダ用アンテナとして、例えば、パッチアレーアンテナのような平面アンテナを用いる場合、ターゲットからの電波の到来方向に対して大きなＲＣＳを有することになり、ターゲットから自身の位置を検出されやすくなる。したがって、ターゲットから自身の位置を検出されないように、アンテナ装置のＲＣＳを小さくすることが求められている。

アンテナ装置のＲＣＳを低減する方法として、例えば、特許文献１に示すように、アンテナ装置の前に周波数選択面（ＦＳＳ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ）を備え、アンテナ装置自身が放射する周波数帯のみ透過させ、その他の周波数帯は反射させる遮蔽板を持つ方法が知られている。

特開２００１－２９８３２２号公報

上述したような、従来のアンテナ装置は、自身のアンテナ装置から送信する電波の周波数帯から十分離れた周波数帯では、ＦＳＳを有する遮蔽板の遮蔽効果によりアンテナ装置のＲＣＳを低減することができる。しかしながら、自身のアンテナ装置から送信される電波の周波数帯では、ＦＳＳを有する遮蔽板を電波が透過するため、アンテナ装置のＲＣＳを低減することができない。またアンテナ装置から放射される電波の周波数帯近傍においても、ＦＳＳを有する遮蔽板による遮蔽効果が十分ではなく、アンテナ装置のＲＣＳが低減できない問題があった。

本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、自身のアンテナ装置から放射される電波の周波数帯及びその近傍の周波数帯を含め、ＲＣＳを低減することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示のアンテナ装置は、外部から到来する電波と正対する方向に向けて配置される第１の基板と、外部から到来する電波に対して、第１の基板の前面に傾斜をなして配置される第２の基板と、第１の基板と第２の基板の間に充填され、外部から到来する電波を吸収する電波吸収体と、第２の基板から外部に対して電波を放射し、外部から到来する電波を到来方向とは異なる方向に反射する、第２の基板の正面視において離散的に配列された複数のアンテナ部と、を備えることを特徴とする。

本開示によるアンテナ装置によれば、自身のアンテナ装置から放射される電波の周波数帯及びその近傍の周波数帯を含め、ＲＣＳを低減することができる。

実施の形態１に係るアンテナ装置の正面図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の断面図である。 実施の形態２に係るアンテナ装置の正面図である。 実施の形態２に係るアンテナ装置の断面図である。 実施の形態３に係るアンテナ装置の正面図である。 実施の形態３に係るアンテナ装置の断面図である。 実施の形態４に係るアンテナ装置の正面図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して説明する。各図では、同一又は相当する部分に同一の符号を付している。重複する説明は、適宜簡略化あるいは省略する。な
お、以下に説明される実施の形態により本開示が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１、図２を参照して、本開示の実施の形態１に係るアンテナ装置１０について説明する。図１は実施の形態１に係るアンテナ装置１０の正面図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ線での、実施の形態１に係るアンテナ装置１０の断面図である。

アンテナ装置１０は、第１の基板３０、電波吸収体４０、第２の基板５０、地導体６０、を有する。第１の基板３０、及び、第２の基板５０は、誘電体基板であり、例えば、基板の材質としては、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、セラミック、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等が挙げられるが、特に材質がこれらに限定されるものではない。また第１の基板３０および第２の基板の構造は、単層基板、又は、多層基板であってもよい。

アンテナ素子２０は、第２の基板５０上に複数個配置され、第２の基板５０の正面視において離散的に配列されている。アンテナ素子２０は、第２の基板から外部に対して電波を放射し、各アンテナ素子２０が放射した電波は空間的に合成されて１つのビームとしてターゲットの方向に向けて放射される。アンテナ素子２０としては、例えば、パッチアンテナを適用するが、ホーンアンテナなど、他のアンテナでもよい。

なお、アンテナ素子２０は図示していない線路によって給電される。線路は、同軸ケーブルでもよいし、給電できる線路であれば、その材質、方法は限定されない。例えば、第１の基板３０の裏面、すなわち、電波吸収体４０が充填されていない側の面に給電用の回路を設け、第２の基板５０、電波吸収体４０、及び、地導体６０をそれぞれ貫通する線路と給電用の回路、及び、各アンテナ素子を電気的に接続してもよい。線路が貫通する場所、及び、経路は特に限定されない。

実施の形態１においてアンテナ素子２０はアンテナ部に相当する。アンテナ素子２０は、第２の基板５０が誘電体多層基板である場合、基板を構成する金属箔、例えば銅箔を、エッチング等によりパターニングして形成されてもよい。電波に対する反射率が高い金属箔により、アンテナ素子２０は、外部から到来する電波を反射する。金属箔として、銅箔等を挙げたが、特に銅箔に限定されるものではなく他の材質の金属箔であってもよい。

図１、図２に示されるアンテナ素子２０は、模式的に示されたものであり、その形状は方形に限られず、また数、配置もアンテナ装置１０の性能に応じて適宜選択されればよく、当該開示に限定されない。以降の実施の形態においても同様である。

地導体６０は、第１の基板３０の裏面に形成される。地導体６０は、アンテナ素子２０とセットで使用することにより、アンテナ素子２０から電波を放射するための電界をつくる。

図２の電波１０００ａは外部から到来する電波を示している。第１の基板３０は、この外部から到来する電波１０００ａの方向に対して正対する方向、すなわち、外部から到来する電波１０００ａの入射方向に対して第１の基板３０の面が垂直となる方向に向けて配置される。電波１０００ｂは、外部から到来した電波１０００ａのアンテナ素子２０によって反射されなかった部分であり、第２の基板５０を透過して、電波吸収体４０に吸収され、熱に変換される。電波１０００ｃは、電波１０００ａがアンテナ素子２０に当たり電波１０００ａが到来した方向とは別方向に反射された電波である。

電波吸収体４０は、第１の基板３０と第２の基板５０の間に充填され、外部から到来した電波１０００ａのアンテナ素子２０によって反射されなかった部分である電波１０００ｂを吸収する。電波吸収体４０の材質としては、例えば、発泡スチロール、発泡ウレタン、導電性繊維など、一般的に知られている電波を吸収し反射波を減らす物質を用いることができる。

第２の基板５０は、外部から到来する電波１０００ａの到来方向に対し、第１の基板３０の前面に配置され、かつ、第１の基板３０に対して角度θだけ傾斜をなして配置される。第２の基板５０は、例えば、電波吸収体４０上に接着剤によって貼り付けることにより、傾斜をなして配置される。第２の基板５０上に配置されるアンテナ素子２０も同様に、第１の基板３０に対して角度θだけ傾斜をなして配置される。この傾斜により、アンテナ素子２０に当たった外部から到来する電波１０００ａの一部分は、電波１０００ａが到来した方向とは別方向に、電波１０００ｃとして反射される。外部から到来する電波１０００ａの内、アンテナ素子２０に反射されない部分は電波１０００ｂとして第２の基板５０を透過して電波吸収体４０に吸収される。これにより、自身のアンテナ装置から送信される電波の周波数帯及びその近傍の周波数帯を含め、アンテナ装置のＲＣＳを低減することができる。なお、電波１０００ａの一部は第２の基板５０上でも電波到来方向とは異なる方向に反射されるが、第２の基板５０の材質、構造により反射率は異なるため、図示してはいない。以降の実施の形態においても同様とする。

以上説明した実施の形態１におけるアンテナ装置１０によれば、外部から到来する電波１０００ａと正対する方向に向けて配置される第１の基板３０と、外部から到来する電波１０００ａに対して、第１の基板３０の前面に傾斜をなして配置される第２の基板５０と、第１の基板３０と第２の基板５０の間に充填され、外部から到来する電波１０００ａを吸収する電波吸収体と、第２の基板から外部に対して電波を放射し、外部から到来する電波１０００ａを到来方向とは異なる方向に反射する、第２の基板５０の正面視において離散的に配列された複数のアンテナ部と、を備える構成としている。これにより、自身のアンテナ装置１０から放射される電波の周波数帯及びその近傍の周波数帯を含め、アンテナ装置１０のＲＣＳを低減することができる。

実施の形態２．
図３、４を参照して、本開示の実施の形態におけるアンテナ装置１０について説明する。実施の形態１と同じ構成については同じ符号を付してその説明を省略し、実施の形態１と異なる構成について説明する。

図３は実施の形態２に係るアンテナ装置１０の正面図である。但し、説明のために破線でアンテナ装置１０の正面側からは見えないキャビティ８０、第２のアンテナ素子９０を模式的に示している。図４は、図３におけるＡ－Ａ線での、実施の形態２に係るアンテナ装置１０の断面図である。実施の形態２においては、アンテナ素子２０、キャビティ８０、非励振素子７０を合わせたものがアンテナ部に相当する。

アンテナ素子２０は、第２の基板５０上に複数個配置される。実施の形態１と同様に、複数のアンテナ素子２０は、第２の基板５０の正面視において離散的に配列されている。電波吸収体４０には、アンテナ素子２０の各々に対して、アンテナ素子２０から放射される電波が通過するキャビティ８０が形成される。キャビティ８０を通過した電波は、第２の基板５０から外部に向けて放射される。キャビティ８０は、電波が通る空洞を意味し、図３では、キャビティ８０は円筒形状としているが、多角柱状または角錐形状でも同様の効果を得ることができる。また、キャビティ８０が形成された位置と一致する位置には、非励振素子７０が第２の基板５０上に配置される。付加的な構成として、キャビティ８０の開口面積は少なくともアンテナ素子２０を収納できる程度に広く、また非励振素子７０の面積と同程度、又は、非励振素子７０の面積よりも小さくすることが好ましい。非励振素子７０の面積に比べてキャビティ８０の開口面積が大きい場合、非励振素子７０で反射されず、電波吸収体４０にも吸収されなかった電波１０００ａの一部は第２の基板５０を透過し、キャビティ８０内に浸透する。このような電波はキャビティ８０の底面で反射し、再度第２の基板５０を透過して電波到来方向に戻る可能性がある。キャビティ８０の開口面積を非励振素子７０の面積と同程度、又は、非励振素子７０の面積よりも小さくすることで、この影響を抑制することができる。

各アンテナ素子２０は、非励振素子７０よりも小さく、各キャビティ８０の底面となる第１の基板３０上に配置される。そのため、非励振素子７０と第２の基板５０によりキャビティ８０の開口が塞がれることにより、アンテナ素子２０の前面は保護される。アンテナ素子２０は、実施の形態１と同様に、例えば、パッチアンテナを適用するが、ホーンアンテナなど、他のアンテナでもよい。アンテナ素子２０単体で電波を放射する場合と比較し、非励振素子７０は、アンテナ素子２０と一緒に使用することで、第２の基板５０から外部に放射される電波の指向性を高め、広帯域化を図ることが可能である。

実施の形態１と同様に、第２の基板５０は、第１の基板３０に対して角度θだけ傾斜をなして配置される（図４中の角度θの表示は省略している）。このため、第２の基板５０上に配置される非励振素子７０も第１の基板３０に対して角度θだけ傾斜をなして配置されることになる。非励振素子７０は、この傾斜により外部から到来する電波１０００ａの内、非励振素子７０に当たった部分を到来方向とは異なる方向に電波１０００ｃとして反射する。

非励振素子７０は、例えば、第２の基板５０が誘電体多層基板である場合、基板を構成する金属箔、例えば銅箔を、エッチング等によりパターニングして形成されてもよい。電波に対する反射率が高い金属箔により、非励振素子７０は、外部から到来する電波を反射する。金属箔の材質の一例として、銅箔が挙げられるが、特に材質はこれに限定されない。

非励振素子７０は、第２の基板５０に対して角度θで傾斜して取り付けられた第１の基板３０上に取り付けられているため、外部から到来する電波１０００ａの内、非励振素子７０に当たった部分を、到来方向とは別方向に、電波１０００ｃとして反射する。外部から到来する電波１０００ａの内、非励振素子７０に当たらなかった部分の電波は第２の基板５０を透過し、電波吸収体４０により吸収されることから、低ＲＣＳ化が図られる。

以上説明した実施の形態２におけるアンテナ装置１０によれば、アンテナ部は、電波を放射し、第１の基板３０上に配置される複数のアンテナ素子２０と、アンテナ素子２０に対して電波吸収体４０に形成され、アンテナ素子２０から放射される電波が通過するキャビティ８０と、キャビティ８０が形成された位置と一致する位置で、第２の基板５０上に配置され、外部から到来する電波１０００ａを到来方向とは異なる方向に反射する非励振素子７０と、を備える構成としている。これにより、自身のアンテナ装置から放射される電波の周波数帯及びその近傍の周波数帯を含めてアンテナ装置のＲＣＳを低減すると同時に、外部に放射する電波の広帯域化を図ることができる。

実施の形態３．
図５、６を参照して、本開示の実施の形態におけるアンテナ装置について説明する。実施の形態１と同じ構成については同じ符号を付してその説明を省略し、実施の形態１、２と異なる構成について説明する。本実施の形態においては、アンテナ素子２０、スロット１００、マイクロストリップ線路１１０を合わせたものがアンテナ部に相当する。

図５は実施の形態３に係るアンテナ装置１０の正面図である。図６は、図１におけるＡ－Ａ線での、実施の形態３に係るアンテナ装置１０の断面図である。図５において、正面視では見えない、スロット１００の断面も説明のために記載している。

第２の基板５０は第１の基板３０に対して角度θだけ傾斜をなして配置される。第２の基板５０上に電波を放射するアンテナ素子２０が複数個配置される。実施の形態１と同様に、複数のアンテナ素子２０は、第２の基板５０の正面視において離散的に配列されている。アンテナ素子２０が配置される位置と一致した位置に、各アンテナ素子２０に対応してスロット１００が電波吸収体４０に形成される。スロット１００は、アンテナ素子２０に給電するための電波を伝送する金属壁で囲われた空洞である。図５におけるスロット１００は、空洞の断面であり、四角形であるが、その形状は方形に限られない。また前述の実施の形態と同様に、アンテナ素子２０の数、配置、形状も図示される開示に限定されない。

第１の基板３０の裏面に、すなわち、電波吸収体４０が充填される側と反対側の面に、アンテナ素子２０に給電するためのマイクロストリップ線路１１０が形成される。第１の基板３０の表面に、すなわち、電波吸収体４０が充填される側の面に、地導体６０が配置される。スロット１００は電波吸収体４０と地導体６０を貫通し、第１の基板３０と第２の基板とを接合する。これにより、マイクロストリップ線路１１０が形成された第１の基板３０で発生した電波はスロット１００内を伝送し、第２の基板５０上のアンテナ素子２０を給電する。このような、アンテナ素子２０と、スロット１００と、第１の基板３０と、第２の基板５０と、マイクロストリップ線路１１０を有するアンテナは、マイクロストリップアンテナと呼ばれる。

第２の基板５０上のアンテナ素子２０が角度θだけ第１の基板３０に対して傾斜しているので、第１の基板３０の面に対して垂直に入射する外部から到来する電波１０００ａの一部はアンテナ素子２０により電波１０００ｃとして反射される。外部から到来する電波１０００ａの内、アンテナ素子２０に反射されない部分は電波１０００ｂとして第２の基板５０を透過して電波吸収体４０に吸収される。これにより、自身のアンテナ装置から放射される電波の周波数帯及びその近傍の周波数帯を含め、アンテナ装置のＲＣＳを低減することができる。また、アンテナ素子２０の面積に比べてスロット１００の開口面積は通常小さいことから、外部から到来する電波１０００ａが、スロット１００内に浸透する影響は小さく、ＲＣＳを低減することができる。

実施の形態３のアンテナ装置１０は、アンテナ素子２０とマイクロストリップ線路１１０が地導体６０により分離される構造であることから、マイクロストリップ線路１１０からの不要放射による放射指向性の劣化が生じにくく、更に、マイクロストリップ線路１１０とアンテナ素子２０とのハンダ付けなどによる物理的な接続部分が存在しないことから機械的に強固な構造となり、アンテナ装置１０の信頼性が向上する。

以上説明した実施の形態３におけるアンテナ装置１０によれば、アンテナ部は、電波を放射し、第２の基板５０上に配置される複数のアンテナ素子２０と、アンテナ素子２０の各々に対して電波吸収体４０に形成されるスロット１００と、電波吸収体４０が充填される側と反対側の第１の基板３０の面上に形成され、スロット１００を介してアンテナ素子２０に給電するマイクロストリップ線路と、を備える構成としている。これにより、自身のアンテナ装置から放射される電波の周波数帯及びその近傍の周波数帯を含め、アンテナ装置のＲＣＳを低減することができる。

実施の形態４．
図７を参照して、本開示の実施の形態におけるアンテナ装置１０について説明をする。実施の形態１と同じ構成については同じ符号を付してその説明を省略し、実施の形態１、２、３と異なる構成について説明する。

図７は実施の形態４に係るアンテナ装置１０の正面図である。図７において、第２の基板５０は、正面視において不規則な配列で配置された複数のアンテナ素子２０を有し、不規則配置された複数のアンテナ素子２０から電波を放射する。放射する電波は、メインローブとグレーティングローブに分類される。メインローブとは、ターゲットに指向する電波の成分を意味し、グレーティングローブは、ターゲットに指向する電波とは別方向の電波を意味し、電波のビーム品質の観点からグレーティングローブの成分は極力少なくすることが望ましい。

アンテナ素子２０を、第２の基板５０上に不規則な配列で配置することにより、グレーティングローブを抑えることができ、メインローブの指向性が向上する。アンテナ素子２０を不規則な配列で配置する方法として、一部のアンテナ素子２０を不規則に配置し、残りを規則的に配置することでもよいし、アンテナ素子２０全てを不規則な配列で配置してもよい。なお、実施の形態２、３に関しても、アンテナ部を第２の基板５０の正面視において不規則な配列で配置することができる。

以上説明した実施の形態４におけるアンテナ装置１０によれば、複数のアンテナ部は、第２の基板の正面視において、不規則的な配列で配置される構成をしている。これにより、自身のアンテナ装置から放される電波の周波数帯及びその近傍の周波数帯を含め、ＲＣＳを低減し、かつ、第２の基板５０から外部に放射する電波のサイドローブを抑えることができ、メインローブの指向性が向上する。

１０ アンテナ装置
２０ アンテナ素子
３０ 第１の基板
４０ 電波吸収体
５０ 第２の基板
６０ 地導体
７０ 非励振素子
８０ キャビティ
１００ スロット
１１０ マイクロストリップ線路
１０００ａ 電波
１０００ｂ 電波
１０００ｃ 電波

Claims (4)

1. 外部から到来する電波と正対する方向に向けて配置される第１の基板と、
   前記外部から到来する電波に対して、前記第１の基板の前面に傾斜をなして配置される第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板の間に充填され、前記外部から到来する電波を吸収する電波吸収体と、
   前記第２の基板から外部に対して電波を放射し、前記外部から到来する電波を到来方向とは異なる方向に反射する、前記第２の基板の正面視において離散的に配列された複数のアンテナ部と、を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記アンテナ部は、
   電波を放射し、前記第１の基板上に配置されるアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子に対して前記電波吸収体に形成され、前記アンテナ素子から放射される電波が通過するキャビティと、
   前記キャビティが形成された位置と一致する位置で、前記第２の基板上に配置され、前記外部から到来する電波を到来方向とは異なる方向に反射する非励振素子と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナ部は、
   電波を放射し、前記第２の基板上に配置されるアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子に対して前記電波吸収体に形成されるスロットと、
   前記電波吸収体が充填される側と反対側の前記第１の基板の面上に形成され、前記スロットを介して前記アンテナ素子に給電するマイクロストリップ線路と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 複数の前記アンテナ部は、前記第２の基板の正面視において、不規則的な配列で配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

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