WO2019176845A1 - 実時間送受信装置 - Google Patents
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- H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
Definitions
- the present disclosure relates to a real-time transmission / reception apparatus that includes a transmission antenna and a reception antenna and simultaneously transmits and receives an electromagnetic wave having a frequency of a millimeter wave band or higher, and particularly occurs when the reception antenna directly receives the electromagnetic wave transmitted by the transmission antenna.
- the present invention relates to a real-time transmission / reception apparatus that suppresses the generation of noise.
- Radio waves called centimeter waves having a frequency band of several gigahertz (GHz) are used in mobile communications such as mobile phones, wireless LANs, automatic toll collection systems (ETC), and the like.
- the position of the target object can be specified, or the movement of the target object Radar systems that detect the noise have been put into practical use.
- JP-A-9-326630 Japanese Patent Laid-Open No. 5-341042
- a transmission / reception device including a transmission antenna and a reception antenna
- the reception antenna directly receives the electromagnetic wave transmitted by the transmission antenna
- It becomes noise for electromagnetic waves that should be received by the receiving antenna such as transmitted electromagnetic waves and electromagnetic waves reflected by the object, and reduces the accuracy of accurate object position detection by high-speed data communication and radar.
- the present disclosure solves the above-described conventional problems, and in a real-time transmission / reception apparatus that transmits and receives high-frequency electromagnetic waves of a millimeter wave band or higher in real time, noise is generated by directly receiving the electromagnetic waves transmitted by the transmitting antenna.
- An object of the present invention is to obtain a real-time transmission / reception apparatus capable of transmitting and receiving electromagnetic waves with high accuracy while suppressing the above-described problem.
- a real-time transmission / reception apparatus disclosed in the present application is a real-time transmission / reception apparatus that includes a transmission antenna and a reception antenna, and that simultaneously performs transmission and reception using electromagnetic waves having a frequency of a millimeter wave band or higher.
- An electromagnetic wave absorber that absorbs an electromagnetic wave having a frequency of a millimeter wave band or more is disposed between the arrangement position of the transmission antenna and the arrangement position of the reception antenna, and the antenna element of the transmission antenna and the electromagnetic wave absorber The distance D satisfies the relationship of D> ( ⁇ / 2 ⁇ ) with respect to the frequency ⁇ of the electromagnetic wave absorbed by the electromagnetic wave absorber.
- an electromagnetic wave absorber that absorbs electromagnetic waves having a frequency equal to or higher than the millimeter wave band is disposed between the transmission antenna and the reception antenna with a predetermined distance D from the antenna element of the transmission antenna. Is arranged. For this reason, the electromagnetic wave absorber absorbs the electromagnetic wave radiated from the transmitting antenna to the receiving antenna, so that noise in the received signal received by the receiving antenna can be reduced, and electromagnetic waves can be transmitted and received with high accuracy.
- Real-time transceiver can be realized.
- a real-time transmission / reception apparatus disclosed in the present application is a real-time transmission / reception apparatus that includes a transmission antenna and a reception antenna, and that simultaneously performs transmission and reception using electromagnetic waves having a frequency of a millimeter wave band or higher.
- An electromagnetic wave absorber that absorbs an electromagnetic wave having a frequency of a millimeter wave band or higher is disposed between the position and the arrangement position of the receiving antenna, and a distance D between the antenna element of the transmitting antenna and the electromagnetic wave absorber is the electromagnetic wave.
- D> ( ⁇ / 2 ⁇ ) is satisfied with respect to the frequency ⁇ of the electromagnetic wave absorbed by the absorber.
- the electromagnetic wave absorber absorbs electromagnetic waves radiated from the transmitting antenna toward the receiving antenna.
- the distance D between the antenna element of the transmitting antenna and the electromagnetic wave absorber satisfies the relationship of D> ( ⁇ / 2 ⁇ ) with respect to the frequency ⁇ of the electromagnetic wave absorbed by the electromagnetic wave absorber.
- the distance D between the antenna element of the transmission antenna and the electromagnetic wave absorber further satisfies the relationship D ⁇ ( ⁇ / ⁇ ).
- the electromagnetic wave absorber contains magnetic iron oxide that magnetically resonates at a frequency of a millimeter wave band or higher.
- electromagnetic waves incident on the electromagnetic wave absorber can be converted into heat and absorbed, so there is no shape restriction from the viewpoint of electromagnetic wave absorption performance, and transmission
- An electromagnetic wave absorber having a desired shape can be arranged between the transmission antenna and the reception antenna in accordance with the arrangement position and size of the antenna and the arrangement position and size of the reception antenna.
- the electromagnetic wave absorber further includes a binder made of a non-conductive organic material.
- a binder made of a non-conductive organic material By doing in this way, the volume content of the magnetic iron oxide which absorbs electromagnetic waves in an electromagnetic wave absorber can be adjusted, and the electromagnetic waves transmitted from a transmitting antenna can be absorbed efficiently.
- the electromagnetic wave absorber can have elasticity and flexibility, and the electromagnetic wave absorber having a desired shape can be easily arranged. Can do.
- the electromagnetic wave absorber is arranged so that the antenna element of the receiving antenna cannot be seen from the antenna element of the transmitting antenna.
- the real-time transmission / reception apparatus disclosed in the present application can be realized as a radar apparatus in which the reception antenna receives a reflected wave reflected by an object from an electromagnetic wave transmitted from the transmission antenna.
- FIG. 1 is a perspective view for explaining a schematic configuration of a radar apparatus according to the present embodiment.
- a radar apparatus 100 includes a transmission antenna 20, a reception antenna 30, and an electromagnetic wave absorber 40 mounted on a circuit board 10.
- an operation circuit unit 50 of the radar device 100 is disposed on the back side of the circuit board 10 of the radar device 100, and signals and operation power are input and output to the operation circuit unit 50.
- An input / output terminal 60 to be performed is disposed at an end of the circuit board 10.
- casing which comprises the outline of the radar apparatus 100 is abbreviate
- an electromagnetic wave in the millimeter wave band having a frequency ⁇ of 76 to 77 GHz is used as an electromagnetic wave transmitted from the transmitting antenna 20 and received by the receiving antenna 30.
- the circuit board 10 serves as a base of the radar apparatus 100, and a normal hard board (rigid board) such as a bakelite board, an epoxy board, or a ceramic board can be used.
- a so-called flexible substrate having flexibility such as polyimide can be adopted so that the entire circuit board 10 can be bent, but supports various electronic members such as the transmitting antenna 20 mounted on the circuit board 10. It is necessary to have rigidity that can be applied, and it is preferable that at least a part of the flexible substrate is provided with a supporting base material made of paper, resin, glass or other hard material.
- circuit board 10 constituting the radar device 100 is not limited to one, and necessary electronic circuit components are provided on two or more circuit boards. Can be installed.
- the radar apparatus 100 itself can be provided with an image display device that displays the detection result of the radar apparatus 100. In this case, the image display device and the image display signal processing circuit are provided. It is possible to adopt a configuration including other circuit boards on which is mounted.
- the transmission antenna 20 is disposed on one surface of the circuit board 10 and transmits a predetermined transmission signal.
- a grounded monopole antenna ( ⁇ / 4) is employed as the antenna element 21 of the transmission antenna 20, and a predetermined number of antenna elements 21 are arranged in a line in a resin frame. Is arranged. Note that the number and arrangement interval of the antenna elements 21 are appropriately set according to the length (height) of the antenna elements 21 and the frequency of the electromagnetic wave transmitted from the transmission antenna 20.
- the antenna element 21 an example in which a grounded monopole antenna that can reduce the length of the entire device because the length can be shortened is used as the antenna element 21.
- various antenna elements other than the grounded monopole antenna such as a half-wave dipole antenna ( ⁇ / 2) can be employed.
- the transmission antenna of the real-time transmission / reception device disclosed in the present application includes, for example, the above-described grounded monopole antenna, half-transmission device including a case of a transmission / reception device of a device that performs real-time data processing of transmission signals and reception signals.
- the transmission antenna of the real-time transmission / reception device disclosed in the present application includes, for example, the above-described grounded monopole antenna, half-transmission device including a case of a transmission / reception device of a device that performs real-time data processing of transmission signals and reception signals.
- chip antennas using triplate antennas or microstrip antennas pattern antennas composed of conductor patterns on circuit boards
- Yagi antennas with antenna elements ground plane antennas, etc.
- the receiving antenna 30 is disposed on the surface of the circuit board 10 on which the transmitting antenna 20 is disposed, and receives a reflected wave in which the electromagnetic wave transmitted from the transmitting antenna 20 is reflected on the surface of the measurement object.
- the receiving antenna 30 also employs a grounded monopole antenna ( ⁇ / 4) similar to the transmitting antenna 20, and a predetermined number of antenna elements 31 are arranged in a line in a resin frame. Are arranged side by side.
- the transmitting antenna 20 and the receiving antenna 30 have the same shape.
- the number and arrangement interval of the antenna elements 31 of the receiving antenna 30 are such that the reflected wave from the measurement object is obtained with a higher gain. It is set as appropriate so as to obtain the receiving conditions.
- the frequency of the transmission signal and the frequency of the reception signal are basically the same, so the length (high) of the antenna element 31 of the reception antenna 30 is high. Is the same as the length of the antenna element 21 of the transmitting antenna 20.
- the type of the antenna element 31 of the receiving antenna 30 in addition to the grounded monopole antenna, various types of antenna elements including a half-wave dipole antenna can be used as in the case of the antenna element 21 of the transmitting antenna 20 described above. Can be used.
- the electromagnetic wave absorber 40 is arranged between the arrangement position of the transmission antenna 20 and the arrangement position of the reception antenna 30 on the circuit board 10, and in the radar device 100 according to the present embodiment, the width W and the length (depth). It has a cubic shape with L and height H.
- the electromagnetic wave absorber 40 is obtained by dispersing ferrite magnetic iron oxide powder such as epsilon iron oxide, hexagonal ferrite, and strontium ferrite in a binder made of non-conductive organic material such as resin or rubber. It is composed of hardened magnetic paint.
- a resin material such as an epoxy resin, a polyester resin, a polyurethane resin, an acrylic resin, a phenol resin, a melamine resin, or a rubber resin can be used.
- a rubber-based resin for the purpose of imparting flexibility to the radio wave absorber, it is preferable to use a rubber-based resin.
- Rubber resins include SIS (styrene-isobrene block copolymer) and SBS (styrene-butadiene block copolymer), which are styrene thermoplastic elastomers, and EPDM (ethylene, propylene, diene, Rubber) and other rubber-based materials such as acrylic rubber and silicon rubber.
- SIS styrene-isobrene block copolymer
- SBS styrene-butadiene block copolymer
- EPDM ethylene, propylene, diene, Rubber
- the magnetic iron oxide powder described above magnetically resonates at a frequency of the millimeter wave band or higher, and can convert the electromagnetic wave transmitted from the transmission antenna 20 incident on the electromagnetic wave absorber 40 into heat and absorb it.
- the electromagnetic wave absorber 40 is formed by solidifying a magnetic coating material in which magnetic iron oxide powder is dispersed in a binder. Therefore, the shape and size of the electromagnetic wave absorber can be easily set to a predetermined value. Can be.
- the magnetic paint is obtained by kneading a mixture of epsilon iron oxide powder, a phosphoric acid compound as a dispersant, and an epoxy resin as a resin binder. It is made by diluting and further dispersing and then filtering through a filter.
- the kneaded material can be obtained by kneading with a pressure batch kneader or other methods.
- distribution of a kneaded material can be obtained as a dispersion liquid using the sand mill filled with beads, such as a zirconia, as an example.
- a crosslinking agent can be mix
- a table coater, a bar coater, or the like on a sheet of polyethylene terephthalate (PET) having a predetermined thickness that has been peel-treated by a silicon coating as an example, a magnetic coating material thus obtained is peeled off. Apply.
- the wet-state magnetic paint is dried at 80 ° C., and calendering is performed at a predetermined temperature using a calendar device, whereby the radio wave absorber 40 having a predetermined shape and size can be formed on the support.
- an extrusion molding method can be used as another method for producing the electromagnetic wave absorber 40.
- the extrusion molding method for example, first, magnetic iron oxide powder, a binder and, if necessary, a dispersing agent are blended in advance, and these blended materials are supplied into the plastic cylinder from the resin supply port of the extrusion molding machine. To do.
- a normal extrusion machine including a plastic cylinder, a die provided at the tip of the plastic cylinder, a screw rotatably disposed in the plastic cylinder, and a drive mechanism for driving the screw.
- a molding machine can be used.
- the molten material plasticized by the band heater of the extrusion molding machine is sent forward by the rotation of the screw and extruded from the tip into a sheet shape.
- the electromagnetic wave absorber 40 having a predetermined thickness can be obtained by subjecting the extruded material to drying, pressure molding, calendaring, and the like.
- a method for producing the electromagnetic wave absorber 40 a method in which a magnetic compound containing magnetic iron oxide powder and a binder is produced, molded to a predetermined thickness, and crosslinked can be used.
- a magnetic compound is prepared.
- the magnetic compound can be obtained by kneading magnetic iron oxide powder, a binder and, if necessary, a dispersant.
- the kneaded product can be obtained by kneading with a pressure batch kneader.
- a crosslinking agent can be mix
- the obtained magnetic compound is crosslinked and molded into a predetermined shape at a temperature of 150 ° C. using a hydraulic press machine as an example. Thereafter, a secondary crosslinking treatment is performed at a temperature of 170 ° C. in a thermostatic bath. In this manner, the electromagnetic wave absorber 40 having a predetermined shape can be produced.
- the electromagnetic wave absorber 40 produced as described above is peeled off from the support and is adhered to a predetermined position of the circuit board 10 with an adhesive or the like.
- the distance D between the electromagnetic wave absorber 40 and the antenna element 21 of the transmission antenna 20 is set to D> ( ⁇ / 2 ⁇ ), so that the electromagnetic wave radiated from the transmission antenna 20 is the surface of the electromagnetic wave absorber 40. It is possible to avoid the fact that the light is reflected and is not absorbed well. Details of the distance D between the antenna element 21 and the electromagnetic wave absorber 40 and details of the arrangement position and size of the electromagnetic wave absorber 40 will be described later.
- the operation circuit unit 50 is an assembly of electronic circuits for operating the radar apparatus 100 shown in the present embodiment.
- the operation circuit unit 50 creates a transmission signal transmitted from the transmission antenna 20, performs various processes such as amplification and noise removal on the reception signal received by the reception antenna 30, and moves the position and movement of the measurement object. And the data is recorded, displayed, or output to another device.
- the drive circuit unit 50 includes a power supply circuit that operates the drive circuit unit 50 itself.
- the specific configuration of the operation circuit unit 50 uses conventional circuit technology, and is appropriately changed depending on the purpose and use conditions of the real-time transmission / reception device, and thus detailed description thereof is omitted.
- the drive circuit unit 50 is disposed on the circuit board 10 on the back side of the surface on which the transmitting antenna 20 and the receiving antenna 30 are disposed. This is a measure for preventing the leakage electromagnetic wave from the drive circuit unit 50 from adversely affecting the received signal and avoiding the influence of the electromagnetic wave incident on the device on the drive circuit unit.
- the arrangement position of the drive circuit unit 50 and the configuration of the circuit board 10 are not limited to those shown in FIG. 1. For example, interference with data transmitted / received by covering the drive circuit unit 50 with a shield member or the like may occur.
- the drive circuit unit 50 can be disposed on the surface of the circuit board 10 on which the transmitting antenna 20 and the receiving antenna 30 are disposed. Further, as a configuration in which a plurality of circuit boards are stacked, a transmitting antenna and a receiving antenna are arranged on the circuit board located on the outermost layer, and the second and lower layers are located below the outermost circuit board. Various forms such as a configuration in which the drive circuit unit 50 is disposed on the circuit board can be employed.
- the input / output terminal 60 is a terminal unit for connecting the radar apparatus 100 to an external device, such as supplying operating power to the radar apparatus 100 and outputting a received signal or a data-processed signal. is there.
- the input / output terminal 60 can use a conventionally well-known technique as a terminal configuration for connecting a circuit board constituting an electric device, detailed description thereof will be omitted.
- FIG. 2 shows the relationship between the distance from the transmission antenna and the wave impedance of the transmitted electromagnetic wave.
- the distance from the transmission antenna is normalized by 1 ⁇ 2 of the wavelength ⁇ of the transmitted electromagnetic wave.
- the magnetic field indicated by the solid line a in FIG. 2 is separated from the portion where the magnetic field indicated by the solid line a in FIG.
- the wave impedance a of the magnetic field decreases exponentially and the wave impedance b of the electric field increases exponentially.
- the distance D between the antenna element 21 of the transmitting antenna 20 and the electromagnetic wave absorber 40 is smaller than ⁇ / 2 ⁇ , the electromagnetic wave is reflected on the surface of the electromagnetic wave absorber 40, and the electromagnetic wave in the electromagnetic wave absorber 40 is Most of the absorption will be lost.
- the solid line of symbol a and the dotted line of symbol b overlap. It can be seen that either the magnetic field or the electric field is not dominant.
- the electromagnetic wave since an electromagnetic wave is constituted by an electric field and a magnetic field, the electromagnetic wave can be incident on the electromagnetic wave absorber 40, and the electromagnetic wave absorber 40 is designed in consideration of an ordinary air impedance 377 ⁇ . Thus, reflection on the surface can be suppressed, and electromagnetic waves transmitted from the transmission antenna 20 can be absorbed well.
- the electromagnetic wave transmitted from the transmission antenna 20 spreads radially from the antenna element 21. For this reason, if the distance D between the transmission antenna 20 and the electromagnetic wave absorber 40 is too large, many of the electromagnetic waves radiated from the transmission antenna 20 in the direction of the reception antenna 30 pass through the arrangement position of the electromagnetic wave absorber 40. Therefore, it may be diffused to the periphery and reflected by other components such as the casing of the radar device 100 and received by the receiving antenna 30. From the viewpoint of avoiding such a situation, the electromagnetic wave radiated from the transmission antenna 20 to the arrangement position of the reception antenna 30 is set so that the arrangement interval D between the transmission antenna 20 and the electromagnetic wave absorber 40 is not so large. It is preferable that a larger amount be incident on the electromagnetic wave absorber 40 and absorbed.
- the distance D between the transmission antenna 20 and the electromagnetic wave absorber 40 is set so that the electromagnetic wave transmitted from the transmission antenna It was confirmed that the electromagnetic wave absorber 40 can absorb most of the electromagnetic wave radiated from the transmitting antenna 20 toward the receiving antenna 30 by satisfying the condition of D ⁇ ( ⁇ / ⁇ ) with respect to the wavelength ⁇ .
- FIG. 3 is a diagram for explaining the size and planar arrangement position of the electromagnetic wave absorber with respect to the arrangement positions of the transmission antenna and the reception antenna.
- the electromagnetic wave absorber 40 can expect each antenna element 31 of the reception antenna 30 from each antenna element 21 of the transmission antenna 20 on a horizontal plane parallel to the surface of the circuit board 10 of the radar device 100. It is preferable that they are formed and arranged so as not to be able to.
- the transmission antenna 20 has five antenna elements 21a to 21e
- the five antenna elements 31a to 31e of the reception antenna 30 are changed from the first antenna element 21a of the transmission antenna 20.
- the viewing direction is between the direction of looking at the first antenna element 31a of the receiving antenna 30 shown as an arrow 71a in FIG. 3 and the direction of looking at the fifth antenna element 31e shown as an arrow 71b.
- the direction in which the fifth antenna element 21e of the transmitting antenna 20 looks into the fifth antenna element 31e of the receiving antenna 30 as shown by an arrow 72 in FIG. Is the rightmost direction in FIG. Therefore, as shown in FIG.
- the electromagnetic wave absorber 40 having a length L that blocks both the arrow 71 a and the arrow 72 is disposed at a position that blocks both the arrow 71 a and the arrow 72, thereby transmitting the transmitting antenna. It can be said that the antenna elements 31 of the receiving antenna 30 cannot be seen from the 20 antenna elements 21.
- the height H of the electromagnetic wave absorber 40 from the surface of the circuit board 10 is determined by the electromagnetic wave absorber 40.
- the height is preferably such that the antenna elements 31a to 31e of the reception antenna 30 cannot be seen from the antenna elements 21a to 21e of the transmission antenna 20.
- FIG. 4 is a diagram for explaining the height of the electromagnetic wave absorber with respect to the height of the transmitting antenna and the receiving antenna.
- the transmission antenna 20 and the reception antenna 30 both use grounded monopole antennas as the antenna elements 21 and 31.
- the grounded monopole antenna is essentially an antenna because the frequency of electromagnetic waves to be transmitted and received is determined by the length to the tip of the antenna element and the ground (ground) on the substrate on which the antenna element is arranged. It can be considered that electromagnetic waves are transmitted and received at the tip portions of the elements 21 and 31.
- the electromagnetic wave absorber 40 has a height that blocks the arrow indicated by the reference numeral 81 in FIG. It is preferable to determine the height H 1 of By doing so, it becomes impossible to see the antenna element 31 of the reception antenna 30 from any part of the antenna element 21 of the transmission antenna 20 in the height direction, and the electromagnetic waves radiated from the antenna element 21 of the transmission antenna 20 Can be prevented from being directly received by the antenna element 31 of the receiving antenna 30 by being blocked by the electromagnetic wave absorber 40.
- the lengths (heights) of the antenna element 21 of the transmission antenna 20 and the antenna element 31 of the reception antenna 30 are the same because the wavelengths of electromagnetic waves transmitted and received are the same. For this reason, if the transmitting antenna 20, the receiving antenna 30, and the electromagnetic wave absorber 40 are all placed on the same plane of the circuit board 10, the height H 1 of the electromagnetic wave shield 40 is set to the antenna elements 21, 31. It can be said that the antenna element 31 of the receiving antenna 30 cannot be seen from the antenna element 21 of the transmitting antenna 20 if the length is larger than the length of.
- the electromagnetic wave absorber 40 is expected from the antenna element 21 of the transmitting antenna 20 to the antenna element 31 of the receiving antenna 30 in any of the horizontal direction shown in FIG. 3 and the vertical direction shown in FIG. In other words, an imaginary line connecting all parts of all antenna elements 21 of the transmitting antenna 20 and all parts of all antenna elements 31 of the receiving antenna 30 is always the electromagnetic wave absorber 40.
- the effect of reducing the signal noise of the received signal by the electromagnetic wave absorber 40 is effectively exhibited.
- the real-time transmission / reception device disclosed in the present application is a radar device
- the frequency of the transmitted electromagnetic wave and the received electromagnetic wave may be different, and the length of the antenna element may be different between the transmission antenna and the reception antenna.
- the electromagnetic wave transmitted from the transmitting antenna is directly received by the receiving antenna by setting the height of the electromagnetic wave absorber 40 so that the antenna element of the receiving antenna cannot be expected from the antenna element of the transmitting antenna.
- FIG. 5 is another diagram illustrating the height of the electromagnetic wave absorber with respect to the height of the transmitting antenna and the receiving antenna.
- the receiving antenna 30 is not placed directly on the surface of the circuit board 10 but is disposed on a member 83 having a predetermined height.
- the electromagnetic wave absorber is shown so as to block the arrow indicated by reference numeral 82 in FIG.
- a height H 2 of 40 is defined.
- the height of the arrangement position of the electromagnetic wave absorber 40 is higher than the arrangement position of the transmission antenna 20 or the reception antenna 30.
- the virtual line indicating the direction in which the front end of the antenna element 31 of the reception antenna 30 is seen from the front end of the antenna element 21 of the transmission antenna 20 while being placed on the separate member. It is preferable to determine the height H of the electromagnetic wave absorber 40 so as to block the light.
- the transmitting antenna when the circuit board is curved, or when the circuit board on which the transmitting antenna and the receiving antenna are placed is different and the height of the surface of the circuit board on which each antenna is arranged is different, the transmitting antenna There are various cases where the height of the tip of the antenna element of the receiving antenna is different from that of the receiving antenna. In either case, a virtual line is drawn from the leading end of the transmitting antenna to the leading end of the receiving antenna to block this virtual line. It is preferable to determine the height H of the electromagnetic wave absorber.
- the width of the electromagnetic wave absorber 40 indicated by W in FIG. 1, that is, the size of the electromagnetic wave absorber 40 along the direction connecting the transmission antenna 20 and the reception antenna 30 is determined so that the electromagnetic wave absorber 40 is transmitted from the transmission antenna. More than 1 mm or more when the volume content of the electromagnetic wave absorbing material contained in the binder is 45%, for example, when epsilon iron oxide powder is used as the electromagnetic wave absorbing material. It can be.
- the thickness of the incident direction of the electromagnetic waves is preferably as thick as possible.
- the electromagnetic wave transmitted from the transmission antenna is sufficiently absorbed in consideration of the arrangement interval between the transmission antenna and the reception antenna, the presence or absence of members that cause problems when the electromagnetic wave absorber is arranged nearby, the cost, etc. It is preferable to make it thicker as possible.
- the size and arrangement position of the electromagnetic wave absorber 40 are determined from the antenna element 21 of the transmission antenna 20.
- the electromagnetic wave transmitted from the transmitting antenna 20 can be prevented from being directly received by the receiving antenna 30.
- the antenna element 31 of the reception antenna 30 cannot be seen from the antenna element 21 of the transmission antenna 20 between the transmission antenna 20 and the reception antenna 30.
- the length L and height H of the electromagnetic wave absorber 40 are limited by the configuration of the radar device 100, and the antenna element 31 of the reception antenna 30 cannot be expected from the antenna element 21 of the transmission antenna 20 at all. It may be assumed that the state cannot be arranged. Even in this case, an electromagnetic wave absorber having a length or height of 60% or more with respect to the ideal length L or height H is undesirable because the electromagnetic wave absorber 40 receives the signal from the receiving antenna. An effect of reducing noise components by absorbing electromagnetic waves can be obtained.
- the transmission antenna and the reception antenna are illustrated as a grounded monopole antenna.
- a chip antenna or a pattern antenna can be used as the antenna element.
- the height from the circuit board is substantially not present, the height H of the electromagnetic wave absorber can be reduced.
- the electromagnetic wave absorber is exemplified by a magnetic iron oxide powder dispersed in a binder of an organic material such as resin or rubber.
- the magnetic iron oxide powder is baked to form a solid state.
- an electromagnetic wave absorber molded into the above in the case of using a fired molded article as the electromagnetic wave absorber, a molding container must be prepared each time an electromagnetic wave absorber having a predetermined shape is produced, which tends to increase costs.
- the electromagnetic wave absorber itself can be provided with flexibility and elasticity. When the electromagnetic wave absorber can be deformed, the shape of the electromagnetic wave absorber can be finely adjusted by changing the arrangement state on the circuit board, which is highly convenient.
- an electromagnetic wave absorber a dielectric layer having a predetermined thickness and a metal layer provided on the back side are provided so as to absorb the electromagnetic wave by reversing the phase of the incident electromagnetic wave and the electromagnetic wave reflected by the metal layer. It is also possible to use a reflection type ( ⁇ / 4 type) electromagnetic wave absorbing member. However, when a reflection type electromagnetic wave absorbing member is used as the electromagnetic wave absorber, a metal layer as a reflective layer is arranged on the receiving antenna side, so that reception is not performed by the metal layer so that the received signal is not adversely affected. Consideration such as adjusting the arrangement interval with the antenna is necessary.
- the electromagnetic wave absorber can be formed using various electromagnetic wave absorbing members that can absorb electromagnetic waves in a frequency band higher than the millimeter wave band, such as carbon and carbon nanotubes.
- the real-time transmission / reception device disclosed in the present application is useful in the field of radar devices and data communication devices as a real-time transmission / reception device that transmits and receives radio waves in a frequency band higher than the millimeter wave band and performs data processing in real time.
- circuit board 20 transmitting antenna 21 antenna element (transmitting antenna) 30 receiving antenna 31 antenna element (receiving antenna) 40 Electromagnetic wave absorber 50 Drive circuit unit 60 Input / output terminal 100 Radar device (real-time transmission / reception device)
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Abstract
ミリ波帯域以上の高い周波数の電磁波を実時間で送受信する実時間送受信装置において、送信アンテナが送信する電磁波を直接受信してしまうことによるノイズの発生を抑えて、高い精度での電磁波の送受信を行うことができる実時間送受信装置を得ること。送信アンテナ20と受信アンテナ30とを備え、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を用いて送信と受信とを同時に行う実時間送受信装置100であって、送信アンテナの配置位置と受信アンテナの配置位置との間に、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を吸収する電磁波吸収体40が配置され、送信アンテナのアンテナ素子21と電磁波吸収体との間隔Dが、電磁波吸収体で吸収する電磁波の周波数λに対して、D>(λ/2π)という関係を満たす。
Description
本開示は、送信アンテナと受信アンテナとを備え、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波の送受信を同時に行う実時間送受信装置に関し、特に、送信アンテナが送信した電磁波を受信アンテナが直接受信することにより生じるノイズの発生を抑制した実時間送受信装置に関する。
携帯電話などの移動体通信や無線LAN、料金自動収受システム(ETC)などでは、数ギガヘルツ(GHz)の周波数帯域を持つセンチメートル波と呼ばれる電波が用いられている。
また、送信アンテナから送信された電磁波の測定対象物による反射波を受信アンテナで受信して測定対象部との距離を測定することで、当該対象物の位置を特定したり、当該対象物の動きを検出したりするレーダーシステムが実用化されている。
このようなデータ通信やレーダーとして用いられる装置として、送信アンテナと受信アンテナとを備え、送信アンテナからの電磁波の送信と受信アンテナでの電磁波の受信とを同時に行い、実時間(リアルタイム)でのデータ処理を行う技術が提案されている(特許文献1、特許文献2参照)。
近年では、送信するデータのさらなる大容量化を可能とするために、60ギガヘルツの周波数を用いた無線通信が計画され、また、極めて狭い指向性を活用して、車載レーダー機器として数十ギガヘルツ以上のいわゆるミリ波帯域(30~300ギガヘルツ)の周波数を有するミリ波レーダーの利用が進められている。さらに、ミリ波帯域を超えた高い周波数帯域の電波として、3テラヘルツ(THz)までのテラヘルツ帯域の周波数を有する電波を利用する技術の研究も進んでいる。
このような、ミリ波帯域以上の高い周波数の電磁波を用いる技術において、送信アンテナと受信アンテナとを備える送受信装置では、送信アンテナが送信した電磁波を受信アンテナが直接受信してしまうと、相手機器から送信された電磁波や対象物で反射された電磁波といった、本来受信アンテナが受信すべき電磁波に対するノイズとなって、高速でのデータ通信やレーダーによる正確な対象物の位置検知の精度を低下させてしまう原因となる。
本開示は、上記従来の課題を解決し、ミリ波帯域以上の高い周波数の電磁波を実時間で送受信する実時間送受信装置において、送信アンテナが送信する電磁波を直接受信してしまうことによるノイズの発生を抑えて、高い精度での電磁波の送受信を行うことができる実時間送受信装置を得ることを目的とする。
上記課題を解決するため本願で開示する実時間送受信装置は、送信アンテナと受信アンテナとを備え、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を用いて送信と受信とを同時に行う実時間送受信装置であって、前記送信アンテナの配置位置と前記受信アンテナの配置位置との間に、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を吸収する電磁波吸収体が配置され、前記送信アンテナのアンテナ素子と前記電磁波吸収体との間隔Dが、前記電磁波吸収体で吸収する電磁波の周波数λに対して、D>(λ/2π)という関係を満たすことを特徴とする。
本願で開示する実時間送受信装置シートは、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を吸収する電磁波吸収体が、送信アンテナのアンテナ素子と所定の間隔Dを隔てて、送信アンテナと受信アンテナとの間に配置されている。このため、送信アンテナから受信アンテナの方向に放射される電磁波を電磁波吸収体が吸収して、受信アンテナで受信する受信信号におけるノイズを低減することができ、高い精度での電磁波の送受信が可能な実時間送受信装置を実現できる。
本願で開示する実時間送受信装置は、送信アンテナと受信アンテナとを備え、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を用いて送信と受信とを同時に行う実時間送受信装置であって、前記送信アンテナの配置位置と前記受信アンテナの配置位置との間に、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を吸収する電磁波吸収体が配置され、前記送信アンテナのアンテナ素子と前記電磁波吸収体との間隔Dが、前記電磁波吸収体で吸収する電磁波の周波数λに対して、D>(λ/2π)という関係を満たす。
このようにすることで、本願で開示する実時間送受信装置は、送信アンテナから受信アンテナの方向に向けて放射される電磁波を電磁波吸収体が吸収する。特に、送信アンテナのアンテナ素子と電磁波吸収体との間隔Dが、電磁波吸収体で吸収する電磁波の周波数λに対して、D>(λ/2π)という関係を満たしているため、電磁波吸収体の表面での反射を低減して、送信アンテナが送信し直接受信アンテナが受信する電磁波を効果的に低減することができる。この結果、受信アンテナで受信した電磁波に含まれるノイズを抑制して、精度の高いデータ通信やレーダーによる探知を行うことができる。
本願で開示する実時間送受信装置において、前記送信アンテナのアンテナ素子と前記電磁波吸収体との間隔Dが、さらに、D<(λ/π)という関係を満たすことが好ましい。このようにすることで、送信アンテナから放射状に送信される電磁波を効果的に電磁波吸収体に吸収させることができ、受信アンテナで受信される電磁波のノイズを低減することができる。
また、前記電磁波吸収体が、ミリ波帯域以上の周波数で磁気共鳴する磁性酸化鉄を含むことが好ましい。ミリ波帯域以上の周波数で磁気共鳴する磁性酸化鉄を含むことで、電磁波吸収体に入射した電磁波を熱に変換して吸収できるため、電磁波吸収性能の観点からの形状的な制約がなく、送信アンテナの配置位置やその大きさ、受信アンテナの配置位置やその大きさに対応して、送信アンテナと受信アンテナとの間に所望の形状の電磁波吸収体を配置することができる。
この場合において、前記電磁波吸収体が、非導電性の有機材料からなるバインダーをさらに含んでいることが好ましい。このようにすることで、電磁波吸収体において電磁波を吸収する磁性酸化鉄の体積含率を調整することができ、送信アンテナから送信される電磁波を効率よく吸収させることができる。また、有機材料のバインダー内に磁性酸化鉄粉が含まれる形態とすることで、電磁波吸収体が弾性や可撓性を備えることが可能となり、所望する形状の電磁波吸収体を容易に配置することができる。
さらに、前記電磁波吸収体は、前記送信アンテナのアンテナ素子から前記受信アンテナのアンテナ素子を見込むことができないように配置されていることが好ましい。このようにすることで、送信アンテナと受信アンテナそれぞれの大きさ、形状、配置位置に対応して、送信アンテナから放射された電磁波の受信アンテナへの直接の入射を抑えることができる。
なお、本願で開示する実時間送受信装置は、前記受信アンテナが、前記送信アンテナから送信された電磁波が対象物で反射した反射波を受信するレーダー装置として実現することができる。
以下、本願で開示する実時間送受信装置について、ミリ波帯域の電磁波を用いて測定対象物の正確な位置測定を行うレーダー装置を例として、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態)
図1は、本実施の形態にかかるレーダー装置の概略構成を説明するための斜視図である。
図1は、本実施の形態にかかるレーダー装置の概略構成を説明するための斜視図である。
図1に示すように、本実施形態にかかるレーダー装置100は、回路基板10上に、送信アンテナ20、受信アンテナ30、電磁波吸収体40が搭載されている。また、図1に示すように、レーダー装置100の回路基板10の裏面側には、レーダー装置100の動作回路部50が配置され、この動作回路部50に対して信号や動作電源の入出力を行う入出力端子60が回路基板10の端部に配置されている。なお、図面が煩雑となることを避けるために、レーダー装置100の外郭を構成する筐体の図示は省略する。
本実施形態で説明するレーダー装置100では、送信アンテナ20から送信され受信アンテナ30で受信される電磁波として、周波数λが76~77GHzのミリ波帯域の電磁波が用いられている。
回路基板10は、レーダー装置100の基体となるものであり、ベークライト基板、エポキシ基板、セラミックス基板など通常の硬質基板(リジット基板)を用いることができる。また、ポリイミドなどの柔軟性を有するいわゆるフレキシブル基板を採用して回路基板10全体を湾曲可能な構成とすることもできるが、回路基板10上に搭載される送信アンテナ20などの各種電子部材を支えることができる剛性を有することが必要であり、フレキシブル基板の少なくとも一部分に紙、樹脂、ガラスその他の硬質材料による支持基材が設けられていることが好ましい。
また、図1では、便宜上1枚の回路基板10のみを図示したが、レーダー装置100を構成する回路基板10は1枚には限られず、2枚以上の回路基板上に必要な電子回路部品を搭載することができる。また、図1での図示は省略するが、レーダー装置100での探知結果を表示する画像表示デバイスをレーダー装置100自体に備えることができ、この場合には、画像表示デバイスや画像表示信号処理回路が搭載された他の回路基板などを含んだ構成とすることができる。
送信アンテナ20は、回路基板10の一方の表面上に配置されていて、所定の送信信号を送信する。
本実施形態のレーダー装置100では、送信アンテナ20のアンテナ素子21として接地型モノポールアンテナ(λ/4)が採用されており、樹脂製の枠体内に所定本数のアンテナ素子21が一列に並んで配置されている。なお、アンテナ素子21の本数、配置間隔は、アンテナ素子21の長さ(高さ)ととともに、送信アンテナ20から送信される電磁波の周波数に応じて適宜設定される。
なお、本実施形態にかかるレーダー装置100では、アンテナ素子21として、長さを短くできるために装置全体を小型化できる接地型モノポールアンテナを用いた例を示したが、送信アンテナ20のアンテナ素子21としては、たとえば半波長ダイポールアンテナ(λ/ 2)など、接地型モノポールアンテナ以外の各種のアンテナ素子を採用することができる。
また、本願で開示する実時間送受信装置の送信アンテナとしては、たとえば、送信信号と受信信号との実時間データ処理を行う機器の送受信装置である場合を含め、上述の接地型モノポールアンテナ、半波長ダイポールアンテナ以外にも、トリプレートアンテナやマイクロストリップアンテナなどを用いたチップアンテナ、回路基板上の導体パターンにより構成されるパターンアンテナ、さらには、アンテナエレメントを備えた八木アンテナや、グランドプレーンアンテナなどを採用することができ、使用可能なアンテナ素子のタイプに制約はない。
受信アンテナ30は、送信アンテナ20が配置されている回路基板10の表面上に配置されていて、送信アンテナ20から送信された電磁波が測定対象物の表面で反射された反射波を受信する。
本実施形態のレーダー装置100では、受信アンテナ30も、送信アンテナ20と同様の接地型モノポールアンテナ(λ/4)が採用されており、樹脂製の枠体内に所定本数のアンテナ素子31が一列に並んで配置されている。なお、図1では、送信アンテナ20と受信アンテナ30の形状を同じものとして表しているが、受信アンテナ30のアンテナ素子31の本数、配置間隔は、測定対象物からの反射波をより高いゲインで受信する条件が得られるように適宜設定される。また、本実施形態のように、実時間送受信装置がレーダー装置の場合には、送信信号の周波数と受信信号の周波数は原則として同一であるため、受信アンテナ30のアンテナ素子31の長さ(高さ)は、送信アンテナ20のアンテナ素子21の長さと同じとなる。
また、受信アンテナ30のアンテナ素子31のタイプとしては、上述の送信アンテナ20のアンテナ素子21と同様に、接地型モノポールアンテナ以外にも、半波長ダイポールアンテナをはじめとする各種タイプのアンテナ素子を用いることができる。
電磁波吸収体40は、回路基板10上の送信アンテナ20の配置位置と受信アンテナ30の配置位置との間に配置され、本実施形態にかかるレーダー装置100では、幅Wと、長さ(奥行き)Lと、高さHを有する立方体形状となっている。
電磁波吸収体40は、樹脂製、または、ゴム製などの非導電性の有機材料のバインダー中に、イプシロン酸化鉄や、六方晶フェライト、ストロンチウムフェライトなどのフェライト系の磁性酸化鉄粉を分散して含有させた磁性塗料を固めて構成されている。
バインダーとしては、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、ゴム系樹脂などの樹脂材料を用いることができる。これらの中で、電波吸収体に可撓性を付与する目的に対しては、ゴム系樹脂を用いることが好ましい。
ゴム系樹脂として、スチレン系の熱可塑性エラストマーであるSIS(スチレン-イソブレンブロック共重合体)やSBS(スチレン-ブタジエンブロック共重合体)、石油系合成ゴムであるEPDM(エチレン・プロピレン・ジエン・ゴム)、その他アクリルゴムやシリコンゴムなどのゴム系材料を用いることが好ましい。
上述した磁性酸化鉄粉はミリ波帯域以上の周波数で磁気共鳴し、電磁波吸収体40に入射した送信アンテナ20から送信された電磁波を熱に変換して吸収することができる。また、本実施形態のレーダー装置100では、電磁波吸収体40をバインダー中に磁性酸化鉄粉を分散した磁性塗料を固めて形成しているため、電磁波吸収体の形状、大きさを容易に所定のものとすることができる。
ここで、電磁波吸収体40を作製する方法の一例を説明する。
上述したように電磁波吸収体40を作製するために、まず磁性塗料を作製する。
磁性塗料は、たとえば磁性酸化鉄粉としてイプシロン酸化鉄を用いた場合には、イプシロン酸化鉄粉と、分散剤であるリン酸化合物、樹脂製バインダーとしてのエポキシ樹脂の混練物を得て、これを希釈し、さらに分散した後に、フィルタで濾過することによって作製される。
混練物は、加圧式の回分式ニーダで混練すること、その他の方法により得られる。また、混練物の分散は、一例としてジルコニアなどのビーズを充填したサンドミルを用いて分散液として得ることができる。なお、このとき、必要に応じて架橋剤を配合することができる。 このようにして得られた磁性塗料を、剥離性を有する支持体、一例としてシリコンコートにより剥離処理された所定の厚さのポリエチレンテレフタレート(PET)のシート上に、テーブルコータやバーコータなどを用いて塗布する。
その後、wet状態の磁性塗料を80℃で乾燥し、さらにカレンダ装置を用いて所定温度でカレンダ処理を行って、支持体上に所定の形状と大きさを有する電波吸収体40を形成できる。
また、電磁波吸収体40を作製する別の方法として、押し出し成型法を用いることができる。
押し出し成型法を用いる場合は、たとえば、まず、磁性酸化鉄粉とバインダーと必要に応じて分散剤などを予めブレンドし、ブレンドされたこれら材料を押出成型機の樹脂供給口から可塑性シリンダ内に供給する。なお、押出成型機としては、可塑性シリンダと、可塑性シリンダの先端に設けられたダイと、可塑性シリンダ内に回転自在に配設されたスクリューと、スクリューを駆動させる駆動機構とを備えた通常の押出成型機を用いることができる。
押出成型機のバンドヒータによって可塑化された溶融材料が、スクリューの回転によって前方に送られて先端からシート状に押し出される。押し出された材料を、乾燥、加圧成形、カレンダ処理等を行うことで所定の厚さの電磁波吸収体40を得ることができる。
さらに、電磁波吸収体40を作製する方法として、磁性酸化鉄粉とバインダーとを含んだ磁性コンパウンドを作製して、これを所定の厚さで成型し、架橋させる方法を用いることもできる。
この場合は、先ず、磁性コンパウンドを作製する。磁性コンパウンドは、磁性酸化鉄粉とバインダー、必要に応じて分散剤を混練することによって得ることができる。混練物は、一例として、加圧式の回分式ニーダで混練することにより得られる。なお、このとき、必要に応じて架橋剤を配合することができる。
得られた磁性コンパウンドを、一例として油圧プレス機などを用いて150℃の温度で所定の形状に架橋・成型する。その後、恒温槽内において170℃の温度で2次架橋処理を施す。このようにして、所定の形状の電磁波吸収体40を作製することができる。
以上のようにして作製された電磁波吸収体40を、支持体上から剥離し、回路基板10の所定位置に接着剤などで接着する。
なお、このとき、電磁波吸収体40と送信アンテナ20のアンテナ素子21との間隔Dは、D>(λ/2π)とすることで、送信アンテナ20から放射された電磁波が電磁波吸収体40の表面で反射してしまい、良好に吸収されないという自体を回避することができる。このアンテナ素子21と電磁波吸収体40との間隔Dについての詳細と、電磁波吸収体40の配置位置と大きさについての詳細は、後に詳述する。
動作回路部50は、本実施形態で示すレーダー装置100を動作させるための電子回路の組み立て体である。動作回路部50としては、送信アンテナ20から送信される送信信号を作成し、受信アンテナ30で受信した受信信号に対して増幅、ノイズ除去などの各種の処理を行い、測定対象物の位置や移動を解析してそのデータを記録、表示、または、他の機器に出力するなどの、それぞれの機能を果たすことができる電気回路により構成されている。また、駆動回路部50は、駆動回路部50自体を動作させる電源回路を含んでいる。これら動作回路部50の具体的構成は、従来の回路技術を用いるものであるとともに、実時間送受信装置の目的、使用条件などによって適宜異なるものであるため、詳細な説明は省略する。
図1に示すように、本実施形態にかかるレーダー装置100では、駆動回路部50を回路基板10において、送信アンテナ20や受信アンテナ30が配置されている面の裏側の面配置している。これは、駆動回路部50からの漏洩電磁波が受信信号に悪影響を与えることを防止するとともに、装置に入射した電磁波が駆動回路部に与える影響を回避するための措置である。なお、駆動回路部50の配置位置と回路基板10の構成とは、図1に示すものには限られず、たとえば、駆動回路部50をシールド部材で覆うなどして送受信されるデータとの干渉が回避できる場合には、駆動回路部50を、回路基板10の送信アンテナ20と受信アンテナ30とが配置されている面上に配置することもできる。また、複数枚の回路基板が積層された構成として、その最表層に位置する回路基板に送信アンテナと受信アンテナとを配置し、2層目以下の、最表層の回路基板の下側に位置する回路基板上に駆動回路部50を配置する構成など、様々な形態を採用することができる。
入出力端子60は、レーダー装置100に対して、動作電源を供給し、受信した信号やデータ処理された信号を出力するなど、レーダー装置100と外部の機器等とを接続するための端子部である。
入出力端子60は、電気機器を構成する回路基板を接続する端子構成として、従来周知の技術を用いることができるため、本明細書での詳細な説明は省略する。
<送信アンテナのアンテナ素子と電磁波吸収体との間隔Dについて>
図2に、送信アンテナからの距離と送信された電磁波の波動インピーダンスとの関係を示す。図2においては、送信アンテナからの距離を、送信される電磁波の波長λの1/2によって正規化して示している。
図2に、送信アンテナからの距離と送信された電磁波の波動インピーダンスとの関係を示す。図2においては、送信アンテナからの距離を、送信される電磁波の波長λの1/2によって正規化して示している。
図2に示すように、測定上のデータにばらつきがあるものの、送信アンテナからの距離が、送信される電磁波の波長λの1/2π(λ/2π:横軸=1)を境として大きく異なり、距離がλ/2よりも小さい領域では、図2中符号aの実線として示す磁界が支配的となる部分と、符号bの点線として示す電界が支配的となる部分とに分離され、距離λ/2が小さくなるにつれて磁界の波動インピーダンスaが指数関数的に小さくなるとともに、電界の波動インピーダンスbが指数関数的に高くなる。このため、送信アンテナ20のアンテナ素子21と電磁波吸収体40との間隔Dがλ/2πよりも小さくなると、電磁波吸収体40の表面で電磁波の反射が生じてしまい、電磁波吸収体40での電磁波の吸収がほとんど行われなくなってしまう。
一方、送信アンテナからの距離が、送信される電磁波の波長λの1/2π(λ/2π:横軸=1)よりも大きい領域では、符号aの実線と符号bの点線とが重なり合っていて、磁界または電界のいずれか一方が支配的とはなっていないことがわかる。この場合には、電界と磁界とによって電磁波が構成されているため、電磁波が電磁波吸収体40へ入射できるようになり、電磁波吸収体40を通常の空気中のインピーダンス377Ωを考慮して設計することで、表面での反射を抑えることができ、送信アンテナ20から送信された電磁波を良好に吸収することができる。
なお、送信アンテナ20から送信される電磁波は、アンテナ素子21から放射状に広がる。このため、送信アンテナ20と電磁波吸収体40との間隔Dが、あまり大きいと、送信アンテナ20から受信アンテナ30の方向に放射される電磁波のうち多くのものが電磁波吸収体40の配置位置を介さず周辺に拡散されてしまい、レーダー装置100の筐体などの他の構成部分で反射して受信アンテナ30で受信されてしまう恐れがある。このような事態を回避する観点では、送信アンテナ20と電磁波吸収体40との配置間隔Dがあまり大きくならないようにして、送信アンテナ20から受信アンテナ30の配置位置側へと放射される電磁波が、より多く電磁波吸収体40に入射して吸収されるようにすることが好ましい。
発明者らの検討によれば、送信アンテナ20と電磁波吸収体40の大きさが同じである場合には、送信アンテナ20と電磁波吸収体40との間隔Dが、送信アンテナから送信される電磁波の波長λに対してD<(λ/π)の条件を満たすことで、送信アンテナ20から受信アンテナ30の方向に放射される電磁波のほとんどを電磁波吸収体40が吸収できることが確認された。
<送信アンテナの大きさと配置位置について>
次に、電磁波吸収体40の外形について、より具体的には、図1に示すように直方体の電磁波吸収体40における、幅Wと長さLと高さHとの好ましい条件と、電磁波吸収体40の好ましい配置位置について、送信アンテナ20と受信アンテナ30との位置関係を踏まえて説明する。
次に、電磁波吸収体40の外形について、より具体的には、図1に示すように直方体の電磁波吸収体40における、幅Wと長さLと高さHとの好ましい条件と、電磁波吸収体40の好ましい配置位置について、送信アンテナ20と受信アンテナ30との位置関係を踏まえて説明する。
図3は、送信アンテナと受信アンテナの配置位置に対する、電磁波吸収体の大きさと平面的な配置位置とを説明するための図である。
図3示すように、レーダー装置100の回路基板10の表面に平行な水平面において、電磁波吸収体40が、送信アンテナ20の各アンテナ素子21それぞれから、受信アンテナ30の各アンテナ素子31を見込むことができないように形成されて配置されていることが好ましい。
図3に示すように、送信アンテナ20が5本のアンテナ素子21a~21eを有している場合、送信アンテナ20の1番目のアンテナ素子21aから受信アンテナ30の5本のアンテナ素子31a~31eを見込む方向は、図3に矢印71aとして示す受信アンテナ30の1番目のアンテナ素子31aを見込む方向と、矢印71bとして示す5番目のアンテナ素子31eを見込む方向との間となる。送信アンテナ20の他のアンテナ素子21b~21eについても同様に考えると、図3に矢印72として示す、送信アンテナ20の5番目のアンテナ素子21eが受信アンテナ30の5番目のアンテナ素子31eを見込む方向が、図3中最も右側の方向となる。よって、図3に示すように、矢印71aと矢印72との両方を遮る長さLを有した電磁波吸収体40を、矢印71aと矢印72との両方を遮る位置に配置することで、送信アンテナ20の各アンテナ素子21から受信アンテナ30の各アンテナ素子31が見込むことができないように配置されているということができる。
次に、電磁波吸収体40の高さHについて検討する。
電磁波吸収体40により、送信アンテナ20から送信された電磁波が受信アンテナ30で直接受信されることを防ぐために、電磁波吸収体40の回路基板10の表面からの高さHは、電磁波吸収体40によって、送信アンテナ20の各アンテナ素子21a~21eから受信アンテナ30の各アンテナ素子31a~31eを見込むことができないようにする高さであることが好ましい。
図4は、送信アンテナと受信アンテナの高さに対する、電磁波吸収体の高さ方向の大きさを説明するための図である。
本実施形態のレーダー装置100では、上述したように送信アンテナ20と受信アンテナ30は、ともにアンテナ素子21、31として接地型モノポールアンテナが用いられている。接地型モノポールアンテナは、その原理上、アンテナ素子の先端部までの長さとアンテナ素子が配置されている基板上のグランド(接地)とにおいて、送受信する電磁波の周波数が決まるため、実質的にアンテナ素子21、31の先端部で電磁波が送受信されると見なすことができる。
このため、図4に示すように、送信アンテナ20のアンテナ素子21の先端と受信アンテナ30のアンテナ素子31の先端とを結ぶ図4中に符号81で示す矢印を遮る高さに電磁波吸収体40の高さH1を定めることが好ましい。このようにすることで、高さ方向において、送信アンテナ20のアンテナ素子21のどの部分からも受信アンテナ30のアンテナ素子31を見込むことができなくなり、送信アンテナ20のアンテナ素子21から放射される電磁波が、電磁波吸収体40に遮られて、直接受信アンテナ30のアンテナ素子31で受信されることが防止できる。
レーダー装置100を例示する本実施形態では、送受信される電磁波の波長が同じであるため、送信アンテナ20のアンテナ素子21と受信アンテナ30のアンテナ素子31の長さ(高さ)は同じとなる。このため、送信アンテナ20、受信アンテナ30、電磁波吸収体40がいずれも回路基板10の同一平面上に載置されているのであれば、電磁波遮蔽体40の高さH1がアンテナ素子21、31の長さより大きければ、送信アンテナ20のアンテナ素子21から受信アンテナ30のアンテナ素子31を見込むことができないということができる。
このように、図3に示した水平方向と図4に示した垂直方向とのいずれの方向においても、電磁波吸収体40を送信アンテナ20のアンテナ素子21から受信アンテナ30のアンテナ素子31を見込むことができないように配置すること、言い換えれば、送信アンテナ20のすべてのアンテナ素子21のすべての部分と受信アンテナ30のすべてのアンテナ素子31のすべての部分とを結ぶ仮想線が必ず電磁波吸収体40で遮られるように電磁波吸収体40の大きさと配置位置とを定めることによって、電磁波吸収体40による受信信号の信号ノイズを低減する効果が効果的に発揮されることとなる。
なお、本願で開示する実時間送受信装置がレーダー装置である場合でも、送信アンテナと受信アンテナの載置面の高さが同一ではない場合が想定できる。また、実時間送受信装置がレーダー装置ではない場合には、送信される電磁波と受信される電磁波の周波数が異なり、送信アンテナと受信アンテナとでアンテナ素子の長さが異なる場合が考えられる。このような場合でも、電磁波吸収体40高さを、送信アンテナのアンテナ素子から受信アンテナのアンテナ素子が見込むことができない高さとすることで、送信アンテナから送信された電磁波が受信アンテナで直接受信されて、受信信号のノイズとなることを効果的に防止することができる。
図5は、送信アンテナと受信アンテナの高さに対する、電磁波吸収体の高さ方向の大きさを説明する別の図である。
図5に示す例では、受信アンテナ30が回路基板10の表面に直接載置されずに、所定の高さを有する部材83上に配置されている状態を示している。図5に示す例においても、送信アンテナ20のアンテナ素子21の先端から、受信アンテナ30のアンテナ素子31の先端を見込む方向を示す、図5中に符号82で示す矢印を遮るように電磁波吸収体40の高さH2を定めることが好ましい。
なお、たとえば、電磁波吸収体40が回路基板10上の別部材の上面に配置されている場合など、電磁波吸収体40の配置位置の高さが、送信アンテナ20や受信アンテナ30の配置位置の高さと異なる場合でも同様に考えることができ、当該別部材上に載置された状態で、送信アンテナ20のアンテナ素子21の先端から、受信アンテナ30のアンテナ素子31の先端を見込む方向を示す仮想線を遮るように、電磁波吸収体40の高さHを定めることが好ましい。
さらにまた、回路基板が湾曲している場合や、送信アンテナと受信アンテナが載置される回路基板が異なり、それぞれのアンテナが配置されている回路基板の表面の高さが異なる場合など、送信アンテナと受信アンテナのアンテナ素子の先端の高さが異なる場合は各種想定されるが、いずれの場合でも、送信アンテナの先端部から受信アンテナの先端部に仮想線を引いて、この仮想線を遮るように電磁波吸収体の高さHを定めることが好ましい。
なお、図3で示した電磁波吸収体40の長さL、図4および図5で示した電磁波吸収体40の高さH(H1、H2)について、それぞれの矢印71a、72、81、82を遮るように定める場合には、製造上の誤差やごくわずかに生じる可能性がある電磁波の回り込みを考慮して、数mm、一例として5~8mm程度以上の余裕(マージン)を持つことが好ましい。
また、図1においてWで示す電磁波吸収体40の幅、すなわち、送信アンテナ20と受信アンテナ30とを結ぶ方向に沿った電磁波吸収体40の大きさは、電磁波吸収体40が送信アンテナから送信される電磁波を十分吸収することが可能な厚さ以上、たとえば、電磁波吸収材料としてイプシロン酸化鉄粉を用い、バインダー内に含まれる電磁波吸収材料の体積含率が45%である場合には、1mm以上とすることができる。
なお、一般には、本実施形態で示すようなミリ波帯域以上の周波数で磁気共鳴する磁性酸化鉄粉によって電磁波を吸収する電磁波吸収体の場合には、電磁波の入射方向の厚さは厚いほど好ましい。このため、送信アンテナと受信アンテナとの配置間隔や、電磁波吸収体が近くに配置されていると問題が生じる部材の有無、コスト面などを考慮して、送信アンテナから送信される電磁波を十分吸収できるようにより厚く構成することが好ましい。
以上、図3、図4、および、図5を用いて示したように、本実施形態にかかるレーダー装置100において、電磁波吸収体40の大きさと配置位置とを、送信アンテナ20のアンテナ素子21から、受信アンテナ30のアンテナ素子31を見込むことができないようにすることで、送信アンテナ20から送信された電磁波が直接受信アンテナ30で受信されることを防止できる。発明者らが確認したところ、本実施形態のレーダー装置100において、送信アンテナ20と受信アンテナ30との間に、送信アンテナ20のアンテナ素子21から受信アンテナ30のアンテナ素子31を見込むことができないようにした電磁波吸収体40を配置することで、受信アンテナ20で受信される信号におけるノイズを最大で10dB低減することができた。
なお、電磁波吸収体40の長さLや高さHについて、レーダー装置100の構成などによる制約があり、送信アンテナ20のアンテナ素子21から受信アンテナ30のアンテナ素子31を全く見込むことができないような状態に配置することができない場合も想定されうる。この場合でも、理想的な長さLや高さHに対して、60%以上の長さや高さを備えた電磁波吸収体とすることで、電磁波吸収体40によって受信アンテナで受信される不所望な電磁波を吸収してノイズ成分を低減させる効果が得られる。
なお、上記実施形態では、実時間送受信装置の例として、送信アンテナと受信アンテナとが接地型モノポールアンテナである場合で例示したが、前述のように、本願で開示する実時間送受信装置においては、アンテナ素子としてチップアンテナやパターンアンテナを用いることができる。これらのアンテナ素子の場合は、回路基板上からの高さが実質的にほとんどないものであるため、電磁波吸収体の高さHを低くすることができる。
また、上記実施形態では、電磁波吸収体として、磁性酸化鉄粉が樹脂やゴムなどの有機材料のバインダー内に分散されたものを例示したが、磁性酸化鉄粉の粉体を焼成して固体状に成形した電磁波吸収体を形成することもできる。ただし、電磁波吸収体として焼成された成形物を用いる場合は、所定の形状の電磁波吸収体を作製する際に、都度成形容器を準備しなくてはならずコスト高となる傾向がある。また、特に電磁波吸収体を構成するバインダーとして可撓性を有する樹脂製材料やゴム製材料を用いることで、電磁波吸収体自体に可撓性や弾性を備えさせることができる。電磁波吸収体が変形可能である場合には、回路基板上への配置状況に応じて電磁波吸収体の形状を変形させて微調整することが可能となり、利便性が高い。
なお、電磁波吸収体として、所定の厚さの誘電体層と背面側に設けた金属層とを備え、入射した電磁波と金属層で反射した電磁波との位相を逆転させて電磁波を吸収する、いわゆる反射型(λ/4型)の電磁波吸収部材を用いることも可能である。ただし、電磁波吸収体として、反射型の電磁波吸収部材を用いた場合には、受信アンテナ側に反射層としての金属層が配置される異なるため、金属層による受信信号への悪影響がないように受信アンテナとの配置間隔を調整するなどの配慮が必要である。
さらにまた、電磁波吸収体としては、カーボン、カーボンナノチューブなど、ミリ波帯域より高い周波数帯域の電磁波を吸収することができる各種の電磁波吸収部材を用いて形成することができる。
本願で開示する実時間送受信装置は、ミリ波帯域以上の高い周波数帯域の電波を送受信して実時間でデータ処理を行う実時間送受信装置として、レーダー装置やデータ通信装置の分野で有用である。
10 回路基板
20 送信アンテナ
21 アンテナ素子(送信アンテナ)
30 受信アンテナ
31 アンテナ素子(受信アンテナ)
40 電磁波吸収体
50 駆動回路部
60 入出力端子
100 レーダー装置(実時間送受信装置)
20 送信アンテナ
21 アンテナ素子(送信アンテナ)
30 受信アンテナ
31 アンテナ素子(受信アンテナ)
40 電磁波吸収体
50 駆動回路部
60 入出力端子
100 レーダー装置(実時間送受信装置)
Claims (6)
- 送信アンテナと受信アンテナとを備え、
ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を用いて送信と受信とを同時に行う実時間送受信装置であって、
前記送信アンテナの配置位置と前記受信アンテナの配置位置との間に、ミリ波帯域以上の周波数の電磁波を吸収する電磁波吸収体が配置され、
前記送信アンテナのアンテナ素子と前記電磁波吸収体との間隔Dが、前記電磁波吸収体で吸収する電磁波の周波数λに対して、D>(λ/2π)という関係を満たすことを特徴とする、実時間送受信装置。 - 前記送信アンテナのアンテナ素子と前記電磁波吸収体との間隔Dが、さらに、D<(λ/π)という関係を満たす、請求項1に記載の実時間送受信装置。
- 前記電磁波吸収体が、ミリ波帯域以上の周波数で磁気共鳴する磁性酸化鉄を含んでいる、請求項1または2に記載の実時間送受信装置。
- 前記電磁波吸収体が、非導電性の有機材料からなるバインダーをさらに含んでいる、請求項3に記載の実時間送受信装置。
- 前記電磁波吸収体は、前記送信アンテナのアンテナ素子から前記受信アンテナのアンテナ素子を見込むことができないように配置されている、請求項1~4のいずれかに記載の実時間送受信装置。
- 前記受信アンテナが、前記送信アンテナから送信された電磁波が対象物で反射した反射波を受信するレーダー装置である、請求項1~5のいずれかに記載の実時間送受信装置。
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