WO2019172237A1

WO2019172237A1 - ミリ波レーダー用カバー

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Publication number: WO2019172237A1
Application number: PCT/JP2019/008595
Authority: WO
Inventors: 山田　武司; 健人多田
Original assignee: Nok株式会社
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2019-09-12
Also published as: JP6913228B2; EP3764471A4; CN111344902A; EP3764471A1; US11374311B2; CN111344902B; US20200295452A1; JPWO2019172237A1

Abstract

ミリ波レーダーの電磁波(ミリ波)の有効活用を図るとともに、不要電磁波の放射を十分に抑制することが可能なミリ波レーダー用カバーを提供する。　アンテナ(30)と、アンテナ(30)を駆動する電子回路(40)とを備えたミリ波レーダーを収納するミリ波レーダー用カバー(1)であって、ミリ波レーダーを保護するとともに、アンテナ(30)から発振するミリ波を透過させるためにミリ波レーダーの正面に設けられる第１の部位(A)と、第１の部位(A)を除きアンテナ(30)および電子回路(40)を収納するための収納空間を有する第２の部位(B)とを備え、第１の部位は、ミリ波の周波数帯において負の比誘電率を有する第１構成材(11)と、ミリ波の周波数帯において正の比誘電率を有する第２構成材(12)とが少なくとも１層以上積層された積層構造体(10)からなり、積層構造体(10)は、ミリ波の電磁波の発振源を中心として発振源から離間する方向へ向かって凸状に湾曲されている。

Description

ミリ波レーダー用カバー

　本発明は、ミリ波レーダー用カバーに関し、例えば、自動車等の自動運転を可能とする車載用のミリ波レーダーを収納するミリ波レーダー用カバーに関する。

　従来、車載用のミリ波レーダーにおいては、電磁波を受発振するアンテナと、そのアンテナを駆動する駆動回路および電源を含む電子回路とによって構成されている。

　電磁波を受発振するアンテナのサイズ（寸法）は、アンテナの形式にも依存するが、多くの場合、電磁波の周波数が高いほど波長が短くなるため、同形式のアンテナでは周波数が高いほど小さくなる。また、電子回路としては、半導体技術の進歩により集積化、微細化が進み、この分野に限らず、急激に小型化が進んでいる。

　これに対して、従来の低周波数のレーダー製品や、半導体技術がそれほど進歩していない時代の電子回路搭載製品では、アンテナおよび電子回路のサイズ（寸法）が大きいため、アンテナおよび電子回路が別筐体となっており、たとえ同一筐体であってもアンテナおよび電子回路が筐体内で独立して配置されることが多かった。

　ミリ波レーダーの電気的な構成部品であるアンテナおよび電子回路の小型化によって、これらのアンテナおよび電子回路を同一の筐体内に収納可能としたレーダーカバーが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

　このように、アンテナおよび電子回路が同一の筐体内に収納可能となったり、或いは、近接された状態で搭載されることになったので、アンテナと電子回路とを物理的に仕切って区分けすることが困難となり、アンテナと電子回路との境界が不明確になりつつある。

　一方、これらのミリ波レーダーの構成部品を収納する筐体の設計においては、電磁波（ミリ波）の有効活用の観点、および、電子機器に要求される不要電磁波の放射抑制の観点から、筐体の電磁波伝搬特性を考慮する必要がある。

　従来のように、アンテナおよび電子回路が別筐体となっていたり、互いに独立して配置されていた場合、ミリ波レーダーの有効活用と不要電磁波の放射抑制の２つの観点を考慮してそれぞれ単独に筐体を設計することができた。

　しかしながら、アンテナおよび電子回路の小型化が進み、アンテナおよび電子回路が非常に近接した状態で搭載される近年のミリ波レーダーでは、電磁波（ミリ波）の有効活用の観点、および、電子機器に要求される不要電磁波の放射抑制の観点を同時に満足する筐体設計が困難となっている。

　具体的には、ミリ波レーダーの部位ごとに筐体材料への電磁波の透過性、或いは、遮蔽性の要求が異なるため、部位ごとに筐体材料の設計仕様が異なっていた。図１７は、要求される設計仕様を部位Ａ、Ｂと周波数帯Ｉ、ＩＩとに分けてまとめたものである。

　部位については、ミリ波レーダーとして使用するミリ波を透過・遮蔽させる観点から、電磁波（ミリ波）を受発振する部位Ａ（レーダーではレドームに相当する部分）と、当該部位Ａを除き、ミリ波レーダーを収納する残りの部位Ｂとの２つに分けられている。

　また、設計を考慮する周波数についても、機能上、電磁波として使用するミリ波帯の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）と、不要電磁波の放射抑制および外部からの電磁波侵入を考慮すべき広い周波数帯、特に１ＧＨｚ以下のＥＭＣ(Electromagnetic Compatibility)領域（ノイズ対策領域）の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）との２つに分けられている。なお、ミリ波帯の周波数帯Ｉとしては、７６．５ＧＨｚに限らず、７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚの範囲で任意に設定されてもよい。

　これらの部位Ａ、Ｂ、および、周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）、周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）を考慮したときの筐体材料に対する電磁波の透過率Ｔは、部位Ａ、Ｂ、周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）、周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）ごとに設定する必要がある。

　例えば、部位Ａかつ周波数帯Ｉ（約７６．５ＧＨｚ以下）の領域ＡＩでは、ミリ波レーダーのレーダー機能を実現させるためにミリ波の電磁波を透過させる必要性があるので、その電磁波に対する筐体材料の透過率Ｔは「１」であることが望ましい。ここで、透過率Ｔが「１」であるというのは、筐体材料が電磁波を透過する全透過の状態のことをいう。

　特に、レーダー用途の場合、理論上、電磁波がミリ波レーダーのアンテナと対象物との間の距離の２乗に比例して減衰する。このため、アンテナから送信した後、対象物に反射して戻ってくる往復の距離で考えると、電磁波は距離の４乗に比例して減衰することになり、筐体材料の透過率Ｔは、製品としての性能（検出感度、確度、精度）に大きく影響する。

　例えば、部位Ｂかつ周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）の領域ＢＩでは、機能上、ミリ波の電磁波を透過させる必要性がなく、むしろ外部の他の機器から電磁波の干渉、混信を防ぐためにミリ波の侵入を防止したい。すなわち、ミリ波の電磁波を遮蔽させるために筐体材料の透過率Ｔは「０」であることが望ましい。ここで、透過率Ｔが「０」であるというのは、筐体材料が電磁波を一切透過させない全遮蔽の状態のことをいう。

　部位Ａかつ周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）の領域ＡＩＩ、および、部位Ｂかつ周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）の領域ＢＩＩにおいても、不要電磁波の放射抑制の観点から、ＥＭＣ領域における周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）の電磁波を透過させることなく遮蔽させるために筐体材料の透過率Ｔは「０」であることが望ましい。

特開２０１３－１０２５１２号公報

　このような上述した構成のミリ波レーダーの筐体における部位Ａは、周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）における筐体材料の透過率Ｔが「１」であり、周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）における筐体材料の透過率Ｔが「０」であることが望まれており、周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）、周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）によって全く正反対の特性が要求されている。

　しかしながら、このような正反対の特性を同時に満足する筐体の材料は存在しない。このため、従来は、筐体材料の比誘電率による波長短縮効果を考慮し、使用する電磁波の半波長の整数倍の厚さを有する筐体を用いて、周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）の電磁波に対する筐体材料の透過率Ｔを「１」にし、レーダーとしての機能を優先する設計を行う一方、周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）の電磁波に対する筐体材料の透過率Ｔを「０」にすることについてはあまり考慮されずに設計されていた。

　したがって、従来の材料の筐体では、ミリ波レーダーの電磁波の有効活用を図ることはできるものの、電子機器に要求される不要電磁波の放射を十分に抑制することは困難であった。

　本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ミリ波レーダーの電磁波の有効活用を図るとともに、不要電磁波の放射を十分に抑制することが可能であり、かつ、外部からの不要電磁波の侵入を防止可能なミリ波レーダー用カバーを提供することである。

　上記目的を達成するために、本発明は、アンテナと、当該アンテナを駆動する電子回路とを備えたミリ波レーダーを収納するミリ波レーダー用カバーであって、前記ミリ波レーダーを保護するとともに、前記アンテナから発振するミリ波の電磁波を透過させるために前記ミリ波レーダーの正面に設けられる第１の部位と、前記第１の部位を除き前記アンテナおよび前記電子回路を収納するための収納空間を有する第２の部位とを備え、前記第１の部位は、前記ミリ波の周波数帯において負の誘電率を有する第１構成材と、前記ミリ波の周波数帯において正の誘電率を有する第２構成材とが少なくとも１層以上積層された積層構造体からなり、前記積層構造体は、前記ミリ波の電磁波の発振源を中心として前記発振源から離間する方向へ向かって凸状に湾曲されていることを特徴とする。

　本発明に係るミリ波レーダー用カバーにおいて、前記積層構造体は、前記ミリ波の電磁波が垂直に入射された場合にのみ当該積層構造体の見かけ上の透過率が１近傍の値となることが好ましい。

　本発明に係るミリ波レーダー用カバーにおいて、前記積層構造体は、前記発振源から入射する前記ミリ波の電磁波を屈折する所定の誘電率の誘電体レンズと一体化されていることが好ましい。

　本発明に係るミリ波レーダー用カバーにおいて、前記第１構成材は、幾何学的に導電性材料を配置することにより形成され、前記第２構成材と積層されたとき、前記ミリ波の周波数帯に対して前記積層構造体の見かけ上の透過率が１近傍の値となることが好ましい。

　本発明に係るミリ波レーダー用カバーにおいて、前記積層構造体は、前記ミリ波の周波数帯よりも低いＥＭＣ(Electromagnetic Compatibility)領域の周波数帯に対して見かけ上の透過率が０近傍の値となることが好ましい。

　本発明によれば、ミリ波レーダーの電磁波の有効活用を図るとともに、不要電磁波の放射を十分に抑制することが可能であり、かつ、外部からの不要電磁波の侵入を防止可能なミリ波レーダー用カバーを実現することができる。

本発明の実施の形態に係るミリ波レーダー用カバーの全体構成を示す略線的斜視図である。ミリ波レーダー用カバーと、その内部に収納されたアンテナおよび電子回路を示す略線的断面図である。ミリ波レーダー用カバーのレドームの構成する積層構造体の第１構成材および第２構成材を示す略線的斜視図および断面図である。格子状の導電性材料からなる第２構成材の構成を示す略線的斜視図である。透過率と反射率の説明に供する略線図である。電子伝導性の導電性材料の比誘電率と周波数との関係を示すグラフである。格子状からなる導電性材料の比誘電率と周波数との関係を示すグラフである。積層構造体の比誘電率および比透磁率の計算結果を示すグラフである。積層構造体の透過率を示すグラフである。湾曲状積層構造体の構成を示す断面図である。湾曲状積層構造体に対するミリ波の電磁波の斜入射透過率特性の説明に供する略線図である。湾曲状積層構造体に対するミリ波の電磁波の斜入射透過率特性を表すグラフである。誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体の構成を示す断面図である。誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体に対するミリ波の電磁波の斜入射透過率特性の説明に供する略線図である。誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体に対するミリ波の電磁波の斜入射透過率特性の説明に供する略線図である。他の実施の形態における誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体の構成を示す断面図である。ミリ波レーダー用カバーの部位Ａ、Ｂおよび周波数帯Ｉ、ＩＩごとに要求される透過率を示す図表である。

＜実施の形態＞
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。ここでは、説明の便宜上、図１および図２において、ミリ波レーダー用カバー１の正面側を矢印ａ方向とし、背面側を矢印ｂ方向とする。

＜ミリ波レーダー用カバーの全体構成＞
　図１および図２に示すように、ミリ波レーダー用カバー１は、ミリ波の周波数帯（３０～３００ＧＨｚ）のうち、例えば７６．５ＧＨｚの電磁波を受発振する発振源としてのアンテナ３０と、そのアンテナ３０を駆動する駆動回路および電源等を含む電子回路４０とを収納するとともに外部から保護する筐体である。

　ミリ波レーダー用カバー１は、電磁波を受発振するアンテナ３０の正面に配置されるレドームに相当する第１の部位Ａと、その第１の部位Ａを除き、アンテナ３０および電子回路４０を収納する収容空間が形成された有底角筒形状の収容部に相当する第２の部位Ｂと、を備えている。

　図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ミリ波レーダー用カバー１の第１の部位Ａには、第１構成材１１と、当該第１構成材１１を正面側（矢印ａ方向）および背面側（矢印ｂ方向）の双方から挟持する第２構成材１２とにより積層された３層の積層構造体１０を用いている。

　また、ミリ波レーダー用カバー１の第２の部位Ｂは、鉄等の金属製のシールド材料または樹脂等に金属メッキが施された複合材料によって形成されており、電子回路４０からの不要電磁波の放射抑制および外部の電子機器からの干渉、混信を防止している。すなわち、第２の部位Ｂについては、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）、および、ＥＭＣ領域の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）の何れにおいても透過率Ｔは「０」である。

　なお、第１の部位Ａは、上述したように、ミリ波帯の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）では、ミリ波レーダーのレーダー機能を実現させるためにミリ波を通過させる必要性があるので、電磁波に対する積層構造体１０の透過率Ｔは「１」であることが望ましい。一方、第２の部位Ｂは、ＥＭＣ領域（ノイズ対策領域）の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）では、不要電磁波の放射抑制の観点から、電磁波を透過させることなく遮蔽させるために積層構造体１０の透過率Ｔは「０」であることが望ましい。

＜積層構造体の構成＞
　このように第１の部位Ａにおいては、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）では透過率Ｔが「１」、ＥＭＣ領域の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）では透過率Ｔが「０」となるような全く正反対の特性が要求されている。この正反対の要求を満足する材料は存在しないため、本発明では人工物である積層構造体１０を用いることにした。

　積層構造体１０において、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）において見かけ上の透過率Ｔが「１」、ＥＭＣ領域の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）において見かけ上の透過率Ｔが「０」を同時に満足させる筐体として、図３に示すように、第１構成材１１および第２構成材１２を用いる。ただし、透過率Ｔが「１」または「０」というのは、あくまで理論上の値であり、実際に実現および評価可能な値として、透過率Ｔ＝１に対しては透過率Ｔ＝０．９５（－０．４５ｄＢ）以上の１近傍の値、透過率Ｔ＝０に対しては透過率Ｔ＝０．１（－２０ｄＢ）以下の０近傍の値とする。

　図３（Ａ）、（Ｂ）に示したように、この場合の積層構造体１０は、正面側（矢印ａ方向）に配置された第２構成材１２と背面側（矢印ｂ方向）に配置された第２構成材１２との間に第１構成材１１を挟み付けて接着剤等により一体に形成した３層のサンドイッチ構造である。ただし、これに限るものではなく、第２構成材１２と第１構成材１１とをそれぞれ少なくとも１層以上積層していれば、２層であってもよく、または第２構成材１２および第１構成材１１がそれぞれ複数積層された４層以上の多層積層構造体であってもよい。

　図４に示すように、第１構成材１１は、全体的に矩形状を有し、例えば銅（金属）のような電子伝導性の導電性材料であって、例えば銅の金属線を用いて網戸のような格子状に形成されている。なお、第１構成材１１は、矩形状に限らず、レーダーの形状に応じて、円形、楕円形等のその他種々の形状であってもよい。またなお、第１構成材１１の導電性材料としては、銅等の金属全般に限るものではなく、カーボン、導電性高分子、導電性ポリマー等や、これら（金属、カーボン、導電性高分子、導電性ポリマー等）を樹脂やゴム、エラストマー等に配合し、導電性を付与した材料等であってもよい。

　具体的には、第１構成材１１は、格子を形成している枠の厚みｔ、枠幅ｄ、枠の配列間隔ａによって格子の大きさや数等が決定される。なお、配列間隔ａは、格子を構成している互いに隣接した枠の内側端と枠の内側端との間の距離としているが、これに限るものではなく、枠の中心と枠の中心との間のセンター間距離としてもよい。

　第２構成材１２は、ミリ波レーダー用カバー１の筐体として必要な材料強度、耐性を有する樹脂（例えば、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン等）、ゴム等の誘電体によって形成されている。この第２構成材１２は、第１構成材１１と同様に全体的に矩形状を有し、当該第１構成材１１と同じ大きさ、または、第１構成材１１がはみ出ることのない僅かに大きなサイズである。

　ここで、図５に示すように、積層構造体１０は、自由空間に配置されるため、当該積層構造体１０の正面側（矢印ａ方向）の表面１０ａと、積層構造体１０の内部面１０ｂとの２界面でアンテナ３０から放射された電磁波の反射が起こる状況である。

　このような状況において、自由空間に配置される積層構造体１０の透過率Ｔは、反射率Γとの関係で成立し、次の式（１）に示すように、空気および積層構造体１０のような異なる物質の波動インピーダンスηによって決まる。すなわち、積層構造体１０の透過率Ｔは、自由空間（空気）の波動インピーダンスη１、当該積層構造体１０と等価的な波動インピーダンスη２によって決まる。なお、反射率Γ＝（η２－η１）／（η２＋η１）である。

Ｔ＝１＋Γ
　＝１＋（η２－η１）／（η２＋η１）
　＝２・η２／（η２＋η１）………………………………………………………（１）
　Ｔ：透過率
　Γ：反射率
　η１：入射側の物質（空気）の波動インピーダンス
　η２：出射側の物質（積層構造体１０）の波動インピーダンス

　したがって、式（１）により、入射側の物質（空気）の波動インピーダンスη１と、出射側の物質（積層構造体１０）の波動インピーダンスη２とを等しくすれば透過率Ｔ＝１とすることができる。これは、逆に、出射側の物質（積層構造体１０）の波動インピーダンスη２が波動インピーダンスη１よりも小さければ透過率Ｔ≒０とすることができることを意味する。

　ここで、波動インピーダンスηは、その物質の誘電率と透磁率で定められ、次の式（２）によって表される。
η＝√（μ０・μｒ／ε０・εｒ）……………………………………………………（２）
　μ０：真空の透磁率
　μｒ：比透磁率
　ε０：真空の誘電率
　εｒ：比誘電率

　したがって、入射側の物質（空気）の波動インピーダンスη１は、次の式（３）で表され、出射側の物質（積層構造体１０）の波動インピーダンスη２は、次の式（４）で表される。

η１＝√（μ０・μｒ１／ε０・εｒ１）……………………………………………（３）
η２＝√（μ０・μｒ２／ε０・εｒ２）……………………………………………（４）

　このように波動インピーダンスη１、η２は、式（３）、式（４）で表されるため、自由空間（空気）の比透磁率μｒ１、比誘電率εｒ１、および、積層構造体１０の等価的な比透磁率μｒ２、比誘電率εｒ２によって透過率Ｔが決まることになる。

　ここで、式（３）において、自由空間（空気）の比透磁率μｒ１、比誘電率εｒ１は双方ともにほぼ「１」と考えると、積層構造体１０の等価的な比透磁率μｒ２と比誘電率εｒ２とが同一の値であれば、空気の波動インピーダンスη１と、積層構造体１０の等価的な波動インピーダンスη２とが同一の値となり、透過率Ｔ＝１を実現できることになる。

　逆に、積層構造体１０の等価的な比透磁率μｒ２と比誘電率εｒ２との比が小さくなれば、すなわち、分母である比誘電率εｒ２が負の値であり、かつ、絶対値が大きくなれば、波動インピーダンスη２が「０」に近づくため、透過率Ｔ＝０を実現できることになる。

　しかしながら、非磁性体の比透磁率μｒはほぼ１の値をとるが、一般的に利用される非磁性体の工業用材料として、最も低いとされるポリテトラフルオロエチレンでも比誘電率εｒは２であり、比誘電率εｒと比透磁率μｒとを同等とするためには磁性材料を配合し、比透磁率μｒを上げる必要がある。しかし、磁性材料は電磁波の損失が大きいため使用には適さず、同様に、磁性材料単体でも使用には適さない。

　そこで、本発明では、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）において負の比誘電率εｒを持つ人工材料からなる第１構成材１１と、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）において通常の正の比誘電率εｒを持つ第２構成材１２を積層させた積層構造体１０を形成することにより、当該積層構造体１０としての等価的な比透磁率μｒ２と比誘電率εｒ２とが同一になるように設定することができる。

　この積層構造体１０では、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）において当該積層構造体１０の等価的な比誘電率εｒを等価的な比透磁率μｒ＝１に合わせ、かつ、ＥＭＣ領域（ノイズ対策領域）の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）においては、積層構造体１０の等価的な比誘電率εｒが負であり、かつ、絶対値としては大きくさせる必要がある。

　積層構造体１０を形成する第１構成材１１は、例えば、一般的に金属からなる電子伝導性の導電性材料からなる。ただし、第１構成材１１は金属である必要は必ずしもなく、イオン伝導やホール伝導ではなく電子伝導性の導電性材料であればよい。例えば、金属以外には、カーボン、導電性高分子、導電性ポリマー等や、これらを樹脂やゴム、エラストマー等に配合し、導電性を付与した材料等がある。

　第１構成材１１に用いられる導電性材料の比誘電率εｒは、電子伝導についてのモデルであるドルーデモデルにより記述され、図６に示すように、プラズマ振動数ｆｐ以上の周波数ｆ（ｆ≧ｆｐ）では正の値を示し、プラズマ振動数ｆｐよりも低い周波数ｆ（ｆ＜ｆｐ）では負の値を示す。ドルーデモデルでは、金属の比誘電率εｒは、電子の質量、電荷、および、伝導電子数で与えられ、プラズマ振動数ｆｐは、比誘電率εｒが０となる周波数である。

　この場合、第１構成材１１に用いられる金属の導電性材料では、一般的にプラズマ振動数ｆｐが光の領域の周波数帯にあるので、図７に示すように、このプラズマ振動数ｆｐをマイクロ波、ミリ波からテラヘルツ波の領域近傍に設定し、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）がプラズマ振動数ｒｐよりも僅かに低く、比誘電率εｒが０より小さい負の値を持つようにする。このようにした場合、ＥＭＣ領域（ノイズ対策領域）の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）については、比誘電率εｒが－５００以下の負の値を持つようになる。

　光の領域の周波数帯にあるプラズマ振動数ｆｐをミリ波の領域の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）の近傍に設定するには、導電性材料における伝導電子数を制限（減少）することにより、金属からなる導電性材料のプラズマ振動数ｆｐを光の領域からミリ波の領域近傍に設定することが可能となる。

　伝導電子数を制限するには、具体的には、導電性材料の物理的な寸法や面積を小さくすれば、導電性材料の全体の伝導電子数を減らすことができるので可能である。具体的には、図４に示したように、第１構成材１１を格子状に形成し、導電性材料を幾何学的に配置することにより実現することが可能である。すなわち、第１構成材１１の面積を減らして電子の数を物理的に制限すればよい。

　なお、第１構成材１１は、必ずしも金属からなる格子（以下、これを「金属格子」とも呼ぶ。）である必要はない。例えば、第１構成材１１としては、ポリイミドフィルムの面に銅箔パターンを印刷した後、エッチングにより格子状に形成することも可能である。第１構成材１１の材料や製法については、全体の伝導電子数を制限して所望の比誘電率εｒを得ることができれば、いずれの材料、製法であってもよい。

　図７には、格子を形成している枠の厚みｔ＝０．２ｍｍ、枠幅ｄ＝０．０６ｍｍ、配列間隔ａ＝１．２ｍｍとした場合の第１構成材１１の比誘電率εｒの計算結果を示す。第１構成材１１を格子状として全体の面積を小さくして電子の数を制限するようにしたことにより、図８に示すように、積層構造体１０の等価的な比誘電率εｒを等価的な比透磁率μｒ＝１に合わせるとともに、光の領域の周波数帯にあるプラズマ振動数ｆｐをミリ波の領域の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）の近傍に設定することができる。その結果、第１構成材１１の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）における比誘電率εｒは、積層する第２構成材１２の誘電率εにも依るが、設計値として比誘電率εｒを０より小さく-２５より大きく、望ましくは－１以下－１０以上程度の－５以下の負の値を持つようにする。周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）については、積層する第２構成材１２の誘電率εにも依るが、比誘電率εｒは－５００以下の負の値を持つようになる。

　ただし、第１構成材１１の格子については、所望の比誘電率εｒに合わせて、枠の厚みｔ、枠幅ｄ、配列間隔ａを適宜設定することが可能であり、丸形状、三角形状等の任意の形状を選択することができる。また、格子の配置パターンについても均等である必要はなく、格子のばらつき具合等の粗密についても任意に設定することが可能である。

　第２構成材１２は、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）において通常の正の比誘電率εｒを持つ誘電体である。第２構成材１２は、レーダーカバーとして必要な材料強度、加工性、各種耐久性を有していれば適用可能であるが、一段と性能を向上させるために電気的な損失が少ないことが望ましい。具体的には、第２構成材１２では、材料の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）における誘電率εを複素誘電率で表した場合の虚数部ε′′が小さい方が望ましく、例えば、０．００１以下、さらに望ましくは０．００５以下が好適である。

　このように、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）において負の比誘電率εｒ（－５以下）を有する第１構成材１１、および、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）において正の比誘電率εｒを有する第２構成材１２をそれぞれ少なくとも１層以上積層した積層構造体１０を形成する。

　これにより、図８に示すように、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）において２枚の第２構成材１２および１枚の第１構成材１１からなる３層構造の積層構造体１０の等価的な比誘電率εｒを当該積層構造体１０の等価的な比透磁率μｒ＝１に合わせ、かつ、ＥＭＣ領域の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）においては、積層構造体１０の等価的な比誘電率εｒを負の方向に大きく（－５００以下）させることが可能となる。

　具体的には、積層構造体１０の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）における等価的な比誘電率εｒをほぼ１、具体的には０．９～１．３、より好ましくは１．０に設定し、かつ、積層構造体１０の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）における等価的な比誘電率εｒを－３７０以下、好ましくは、－５００以下に設定することが望ましい。

　かくして、積層構造体１０の等価的な比透磁率μｒと比誘電率εｒとが同一となり、空気の波動インピーダンスη１と、積層構造体１０の等価的な波動インピーダンスη２とが同一の値となる。この結果、図９に示すように、周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）において積層構造体１０の見かけ上の透過率Ｔ＝１が実現できることになる。

　同時に、積層構造体１０の等価的な比透磁率μｒと比誘電率εｒとの比が小さくなり、分母である比誘電率εｒ２が負の値であり、かつ、絶対値が大きければ、波動インピーダンスη２が「０」に近づくため、周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）において見かけ上の透過率Ｔ＝０が実現できることになる。

＜作用および効果＞
　以上の構成において、ミリ波レーダー用カバー１では、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）において負の比誘電率を有する第１構成材１１と、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）において正の比誘電率を有する第２構成材１２とが少なくとも１層以上積層された積層構造体１０をレドームとして第１の部位Ａに用いるようにした。

　この積層構造体１０は、第２構成材１２により内部のアンテナ３０および電子回路４０を保護する同時に、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）では透過率Ｔ＝１、ＥＭＣ領域の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）では透過率Ｔ≒０を実現している。

　これによりミリ波レーダー用カバー１では、アンテナ３０からのミリ波の電磁波を積層構造体１０による電気的な減衰なく透過させ、またその反射波を積層構造体１０による電気的な減衰なく受信することができる。同時に、ミリ波レーダー用カバー１では、積層構造体１０を介して、ＥＭＣ領域の不要電磁波の放射を抑制し、かつ、外部の他の機器から電磁波の干渉、混信を防ぐことができる。

＜実施例＞
　積層構造体１０の具体的な構成として、例えば、第１構成材１１が銅の金属格子からなり、第２構成材１２がポリイミドからなり、第１構成材１１および第２構成材１２の双方共に２００×２００ｍｍの大きさで、第２構成材１２、第１構成材１１、第２構成材１２の順番で３層積層構造とした。

　第１構成材１１は、厚みｔ＝０．０８ｍｍの銅箔を線幅ｄ＝０．０６ｍｍ、縦方向の配列間隔ａおよび横方向の配列間隔ａ＝１．２ｍｍとして格子状にエッチングすることにより制作されている。このときの第１構成材１１における比誘電率εｒは、光の領域の周波数帯にあるプラズマ振動数ｆｐをミリ波の領域の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）の近傍に設定することができる。第２構成材１２は、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）における複素比誘電率が3.25-j0.001のポリイミドとし、その厚さを０．３１ｍｍとした。

　第２構成材１２、第１構成材１１、第２構成材１２の順番に積層した状態で、かつ、接着剤を用いて、６０ｔの圧力によりプレス成型し、３層積層構造の積層構造体１０を形成した。この結果、形成された積層構造体１０の厚みは０．６２ｍｍとなった。すなわち、これは、第１構成材１１は２つの第２構成材１２によって挟まれた状態で潰され、３層の間に空気が入っていない状態である。

　この場合、３層積層構造の積層構造体１０は、接着剤を含めてミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）における透過率Ｔ＝１、ＥＭＣ領域の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）における透過率Ｔ≒０を実現するように第１構成材１１、第２構成材１２の比誘電率εｒ、比透磁率μｒ等が適宜調整される。

　この積層構造体１０の等価的な比誘電率εｒ、比透磁率μｒを測定した結果は、図８に示した通りである。さらに、この積層構造体１０の透過率Ｔは、図９に示した通り、ミリ波の周波数帯Ｉ（７６．５ＧＨｚ）における透過率Ｔ＝１、ＥＭＣ領域の周波数帯ＩＩ（約１ＧＨｚ以下）における透過率Ｔ≒０が実現されている。

＜湾曲状積層構造体の構成＞
　ところで、このようなミリ波レーダー用カバー１では、３層構造の積層構造体１０を介してミリ波を照射し、その反射波の強度、反射波の時間差等に基づいて周辺、特に前方の物体（例えば、前方車両、人間等の対象物）の移動速度、距離、および、大きさ等を検出することができる。

　実際上、前方の物体（対象物）を検出する際、水平方向に物理的（メカニカルスキャン）または電気的（デジタルビームフォーミング、アレイアンテナ等）な方法でミリ波の電磁波によって前方の対象物をスキャンしながら走査する。なお、スキャンの方法については、アンテナ３０を物理的に動かして照射方向を変更したり、アンテナ３０を物理的に動かすことなく電気的な方法により照射方向を変更してもよく、特に限定されるものではない。

　これにより、目的の方向に出射されたミリ波の電磁波は当該目的の方向の対象物によって反射された後、アンテナ３０により受信することができるので、前方の水平方向における一定範囲内に存在する物体（対象物）の検出が可能となる。

　ただし、物体（対象物）からの反射波を受信する際、目的の方向以外からのミリ波の飛来があり得る。例えば、物体（対象物）の形状や周囲の反射物（ガードレール、他車両、地面等）によって伝播経路が異なる所謂マルチパスや、自車以外や車載以外のミリ波レーダーからの照射波や反射波等の飛来によるものがある。

　通常、ミリ波レーダーにおいては、水平方向の分解能を上げるために、アンテナ３０のビーム幅を狭めているので、目的の方向以外からのミリ波の電磁波をアンテナ３０で受信することは難くなっているが、飛来したミリ波の電磁波がミリ波レーダー内に侵入してしまうとバックグランドノイズが上昇し、検出感度に影響を与えてしまう。

　そこで、図１０に示すように、ミリ波レーダーにおいて、水平方向の物体（対象物）を検出する際、目的方向へのミリ波の電磁波の照射時に、目的方向以外からのミリ波の電磁波が当該ミリ波レーダーに入射することがないような構成を有する湾曲状積層構造体１０Ｗを用いる。

　この湾曲状積層構造体１０Ｗは、上述した積層構造体１０と同一の基本構造を有し、第１構成材１１と、当該第１構成材１１を正面側（矢印ａ方向）および背面側（矢印ｂ方向）の双方から挟持する第２構成材１２とにより積層された３層構造品である。ここで、湾曲状積層構造体１０Ｗと積層構造体１０との大きな違いは、ミリ波レーダーの発振源であるアンテナ３０から離間する正面側（矢印ａ方向）の外部方向へ向かって全体として凸状に湾曲されていることである。

　この湾曲状積層構造体１０Ｗは、ミリ波の電磁波が当該積層構造体１０に対して垂直に入射（以下、これを「垂直入射」という。）されるときに透過率Ｔが高く、垂直入射以外の角度で入射されるときに透過率Ｔが低くなるという斜入射透過率特性を有していることが特徴である。

　具体的には、湾曲状積層構造体１０Ｗは、ミリ波の電磁波の発振源であるアンテナ３０を中心とし、当該湾曲状積層構造体１０Ｗに対して電磁波がアンテナ３０から何れの方向へ入射されるときにも垂直となるように、当該アンテナ３０から離間する方向（レーダー外部）に向かって凸状に湾曲されている。

　この場合、湾曲状積層構造体１０Ｗは、アンテナ３０を中心として何れの部分においても半径ｒ０＝ｒ１の半円形状となる曲率で湾曲されているのが理想的である。このような理想的な湾曲状積層構造体１０Ｗであれば、当該湾曲状積層構造体１０Ｗの何れの部分においてもアンテナ３０から照射されたミリ波の電磁波を垂直入射させることができると同時に、当該湾曲状積層構造体１０Ｗに対して外部から垂直入射されるミリ波の電磁波についてもアンテナ３０で受信させることができる。

　同時に、湾曲状積層構造体１０Ｗでは、垂直入射以外の方向からのミリ波の反射波やマルチパスにより飛来する反射波については湾曲状積層構造体１０Ｗに対して垂直ではなく、ある角度を持った状態で入射することになるため透過率Ｔは低下する。

　図１１（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、湾曲状積層構造体１０Ｗに対して入射するミリ波の電磁波の入射角度が０度すなわち垂直の場合に透過率Ｔ＝１となり、入射角度が０度よりも小さく、または、大きい場合には透過率Ｔ＜１となる。ここで、入射角度が０度とは、ミリ波の電磁波が、第２構成材１２の接線に対して垂直に交わる法線の状態（法線に沿った角度）で入射されることをいう。湾曲状積層構造体１０Ｗが半径ｒ０＝ｒ１の半円形状の場合、アンテナ３０からα度だけ傾斜した状態でミリ波の電磁波が照射された場合であっても、当該ミリ波の電磁波は湾曲状積層構造体１０Ｗに対して垂直に入射されることになる。

　ただし、入射角度が０度とは、第２構成材１２の接線に対してミリ波の電磁波が垂直に交わる法線の場合であるとしたが、厳密には接線に対して±２度の範囲で傾斜していても、ミリ波の電磁波の入射角度が第２構成材１２に対して垂直であると考える。

　この場合、湾曲状積層構造体１０Ｗは、必ずしも半径ｒ０＝ｒ１の半円形状でなくともよく、例えば、半径ｒ０＜ｒ１であるが、接線に対して±２度の範囲で傾斜する程度を限度とした非球面形状（この場合、楕円形状）のように全体的に薄型化して凸状に突出する度合を小さくするようにしてもよい。

　このような構造の湾曲状積層構造体１０Ｗでは、アンテナ３０から目的の方向へ照射したミリ波の電磁波については透過して対象物に到達させることができる。一方、湾曲状積層構造体１０Ｗでは、目的の方向以外からのミリ波の電磁波については透過せず、アンテナ３０に到達することがないので、バックグランドノイズが上昇することもなく、検出感度に影響を与えずに済む。

　これによりミリ波レーダーでは、例えばアンテナ３０を中心として±４０度程度の広範囲に照射方向を操作しながら、水平方向に物体（対象物）を検出する照射時、対象物の存在しない方向からのミリ波の電磁波の侵入を湾曲状積層構造体１０Ｗにより防止することができる。

　図１１（Ａ）乃至（Ｃ）に示したように、湾曲状積層構造体１０Ｗの第２構成材１２に対してアンテナ３０からのミリ波の電磁波が垂直に入射される場合、すなわち第２構成材１２、第１構成材１１および第２構成材１２の接線に対してミリ波の電磁波が垂直入射される場合に透過し、それ以外では透過しない。

　ここで、「透過する（○）」とは、透過率Ｔ＝０．９５以上を意味し、「透過しない（×）」とは、透過率Ｔ＝０．９５未満を意味する。ただし、これに限るものではなく、用途や測定側の検出精度を考慮して透過率Ｔの数値は任意に設定すればよい。例えば、「透過する（○）」とは、透過率Ｔ＝０．９５以上を意味し、「透過しない（×）」とは、透過率Ｔ＝０．９５未満を意味するようにしてもよい。

　具体的には、図１２に示すように、湾曲状積層構造体１０Ｗに対するミリ波の電磁波の入射角度が０度であれば透過率Ｔ≒１となるが、ミリ波の電磁波の入射角度が５度ずれると、透過率Ｔ＝０．９３となり、１０度ずれると透過率Ｔ＜０．８となる。

　このような斜入射透過率特性を持つ３層構造体からなる湾曲状積層構造体１０Ｗは、第２構成材１２における誘電体の厚さ、誘電率、および、第１構成材１１における金属格子の厚みｔ、線幅ｄ、縦方向および横方向の配列間隔ａを適切に設定することにより実現することができる。

　特に、所望の斜入射透過率特性を実現するためには、第１構成材１１における金属格子の厚みｔが重要であり、その厚みｔを０．５ｍｍ～２．０ｍｍ、より好ましくは０．８ｍｍ～１．５ｍｍとし、その他の寸法は必要に応じた設計値とすればよい。

　また、図１３に示すように、湾曲状積層構造体１０Ｗと同様に、目的方向へのミリ波の電磁波の照射時に、目的方向以外からのミリ波の電磁波が当該ミリ波レーダーに入射することがない構成を有する誘電体レンズ一体型の湾曲状積層構造体（以下、これを「誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体」ともいう。）１００Ｗを用いることも可能である。

　この誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体１００Ｗにおいては、湾曲状積層構造体１０Ｗにおける第２構成材１２とアンテナ３０との間に、当該アンテナ３０から入射するミリ波の電磁波を屈折する所定の誘電率の凸レンズからなる誘電体レンズ２０が配置され、当該第２構成材１２と当該誘電体レンズ２０とが一体化された構造体である。

　この誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体１００Ｗでは、誘電体レンズ２０と一体化されており、誘電体レンズ２０の誘電率によって内側へミリ波の電磁波が屈折される。したがって、誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体１００Ｗでは、その分だけミリ波の電磁波をアンテナ３０から広角化して照射した場合であっても垂直入射させることができるとともに、半径ｒ１０＜ｒ１１とした非球面形状（この場合、楕円形状）のように全体的に薄型化することが可能となる。

　図１４（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体１００Ｗに対して入射するミリ波の電磁波の入射角度が０度すなわち垂直の場合に透過率Ｔ＝１となり、入射角度が０度よりも小さく、または、大きい場合には透過率Ｔ＜１となる。

　また、誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体１００Ｗでは、誘電体レンズ２０の誘電率によって内側へミリ波の電磁波が屈折されるので、アンテナ３０からα度だけ傾斜した状態でミリ波の電磁波が照射された場合であっても、当該ミリ波の電磁波は誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体１００Ｗに対して垂直に入射されることになる。

　この場合、図１５に示すように、誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体１００Ｗでは、ミリ波レーダー用カバー１の内部Ｒin のアンテナ３０から誘電体レンズ２０に対して所定の角度θ１を持って入射されたミリ波の電磁波が誘電体レンズ２０により僅かに内側へ屈折されて角度θ２となり、当該誘電体レンズ２０の内側を進行した後、湾曲状積層構造体１０Ｗを介して外部Ｒout へ照射される。

　また、誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体１００Ｗでは、誘電体レンズ２０を一体に有していることにより、湾曲状積層構造体１０Ｗだけの場合に比べて凸状に突出する度合（曲率）を小さくして一段と薄型化することができる。

＜他の実施の形態＞
　以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に係るミリ波レーダー用カバー１に限定されるものではなく、本発明の概念および請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題および効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

　また、上述した実施の形態においては、凸レンズからなる誘電体レンズ２０と一体化された誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体１００Ｗを用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば図１６（Ａ）および（Ｂ）に示すように凹レンズからなる誘電体レンズ２１と一体化された誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体２００Ｗを用いるようにしてもよい。

　具体的には、図１６（Ａ）に示すように、誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体２００Ｗは、湾曲状積層構造体１０Ｗにおける外周側の第２構成材１２に対して、アンテナ３０から湾曲状積層構造体１０Ｗを通過して入射するミリ波の電磁波を屈折する所定の誘電率の凹レンズからなる誘電体レンズ２１が積層された一体化構造体である。この凹レンズである誘電体レンズ２１についても、湾曲状積層構造体１０Ｗの第２構成材１２と同様の曲率で湾曲されている。

　図１６（Ｂ）に示すように、この誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体２００Ｗでは、アンテナ３０から湾曲状積層構造体１０Ｗの内周側の第２構成材１２の接線に対して垂直（角度θ１＝０度）に入射されたミリ波の電磁波が誘電体レンズ２１を通過する際に外側へ角度θ２（θ２＞θ１）だけ屈折されて外部Ｒout へ照射される。したがって、誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体２００Ｗでは、凹レンズからなる誘電体レンズ２１と一体化されたことによりミリ波の電磁波を広角化して出射できるとともに、全体としても更に薄型化することができる。

　本願発明のミリ波レーダー用カバーは、自動車等の車載用だけではなく、鉄道、航空機、船舶等の移動手段だけではなく、電気・電子機器およびその他の産業機械等の分野においても利用することが可能である。

１…ミリ波レーダー用カバー、１０…積層構造体、１０ａ…表面、１０ｂ…内部面、１１…第１構成材、１２…第２構成材、２０、２１…誘電体レンズ、３０…アンテナ、４０…電子回路、Ａ…第１の部位、Ｂ…第２の部位、１０Ｗ…湾曲状積層構造体、１００Ｗ、２００Ｗ…誘電体レンズ一体型湾曲状積層構造体。

Claims

　アンテナと、当該アンテナを駆動する電子回路とを備えたミリ波レーダーを収納するミリ波レーダー用カバーであって、
　前記ミリ波レーダーを保護するとともに、前記アンテナから発振するミリ波の電磁波を透過させるために前記ミリ波レーダーの正面に設けられる第１の部位と、
　前記第１の部位を除き前記アンテナおよび前記電子回路を収納するための収納空間を有する第２の部位と
　を備え、
　前記第１の部位は、
　前記ミリ波の周波数帯において負の誘電率を有する第１構成材と、前記ミリ波の周波数帯において正の誘電率を有する第２構成材とが少なくとも１層以上積層された積層構造体からなり、
　前記積層構造体は、前記ミリ波の電磁波の発振源を中心として前記発振源から離間する方向へ向かって凸状に湾曲されている
　ことを特徴とするミリ波レーダー用カバー。
　前記積層構造体は、前記ミリ波の電磁波が垂直に入射された場合にのみ当該積層構造体の見かけ上の透過率が１近傍の値となる
　ことを特徴とする請求項１に記載のミリ波レーダー用カバー。
　前記積層構造体は、前記発振源から入射する前記ミリ波の電磁波を屈折する所定の誘電率の誘電体レンズと一体化されている
　ことを特徴とする請求項１又は２に記載のミリ波レーダー用カバー。
　前記第１構成材は、幾何学的に導電性材料を配置することにより形成され、前記第２構成材と積層されたとき、前記ミリ波の周波数帯に対して前記積層構造体の見かけ上の透過率が１近傍の値となる
　ことを特徴とする請求項１に記載のミリ波レーダー用カバー。
　前記積層構造体は、前記ミリ波の周波数帯よりも低いＥＭＣ(Electromagnetic Compatibility)領域の周波数帯に対して見かけ上の透過率が０近傍の値となる
　ことを特徴とする請求項１又は４に記載のミリ波レーダー用カバー。