(57)【要約】【課題】高周波回路モジュールから生まれる電磁波によるシールドケース内での共振を防止する対策を講じることが容易となるアンテナ用ユニットを提供する。【解決手段】アンテナ用ユニット２は、導波管４０と、高周波回路モジュール６１が実装されている回路基板６０と、回路基板６０上の高周波回路モジュール６１を覆うシールドケース部７０とを備えている。高周波回路モジュール６１は、回路基板６０とシールドケース部７０との間に形成されるキャビティ７２に設けられている。このキャビティ７２の形状は直方体である。【選択図】      図２
2015119295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管軸方向に電波を伝搬する導波管と、
前記導波管と電磁的に結合される結合素子及びこの結合素子から延びるストリップ線路が設けられていると共に高周波回路モジュールが実装されている回路基板と、
前記回路基板上の前記高周波回路モジュールを覆うシールドケース部と、
を備え、
前記高周波回路モジュールは、前記回路基板と前記シールドケース部との間に形成されるキャビティに設けられ、
前記キャビティの形状は直方体であることを特徴とするアンテナ用ユニット。
【請求項２】
前記導波管は、貫通孔が形成された導波管ブロック部により構成され、
前記導波管ブロック部と前記シールドケース部とは一体ものである請求項１に記載のアンテナ用ユニット。
【請求項３】
使用周波数帯と、下記に定義する式（１）によって求められる前記キャビティの共振周波数との差が当該使用周波数帯の最大周波数の０．５％の値以上離れるようにして、前記キャビティの縦、横及び高さの寸法が設定されている請求項１又は２に記載のアンテナ用ユニット。
【数１】
2015119295.tif 000005
【請求項４】
前記使用周波数帯には、当該使用周波数帯よりも大きくかつ当該使用周波数帯に最も近い前記式（１）によって求められる第１共振周波数と、当該使用周波数帯よりも小さくかつ当該使用周波数帯に最も近い前記式（１）によって求められる第２共振周波数との中間値が含まれる請求項３に記載のアンテナ用ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管、及び高周波回路モジュールが実装されている回路基板を備えているアンテナ用ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波レーダを用いた車載用のセンシング装置が実用化されている。この装置では、自車両に搭載の送信アンテナから電波を送信すると共に、他車両によるその反射波を受信し、この反射波に基づいて、他車両との距離、相対速度、及び方位を測定する。
【０００３】
このようなミリ波レーダを用いたセンシング装置に用いられるアンテナ用ユニットとして、例えば、特許文献１（図１４、図１５参照）に示すように、誘電体基板上に設けられた平面アンテナと電磁的に結合される導波管と、この導波管と電磁的に結合される結合素子及びマイクロストリップ線路等が設けられている回路基板とを備えたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４９８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記アンテナ用ユニットでは、回路基板に、平面アンテナを用いて行う電波の送信制御又は受信制御のための高周波回路モジュール（モノリシックマイクロ波集積回路：ＭＭＩＣ）が実装されているものもある。この場合、高周波回路モジュールに対して外部から不要な電波が侵入するのを防ぐこと等を目的として、高周波回路モジュールは金属製のシールドケースによって覆われている。
【０００６】
しかし、高周波回路モジュールがシールドケースによって覆われていると、平面アンテナを制御するために高周波回路モジュールから生まれる電磁波（高周波）が、このシールドケース内で共振することがあり、この場合、高周波回路モジュールによるアンテナ制御に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、高周波回路モジュールから生まれる電磁波によるシールドケース内での共振を防止する対策を講じることが容易となるアンテナ用ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明のアンテナ用ユニットは、管軸方向に電波を伝搬する導波管と、前記導波管と電磁的に結合される結合素子及びこの結合素子から延びるストリップ線路が設けられていると共に高周波回路モジュールが実装されている回路基板と、前記回路基板上の前記高周波回路モジュールを覆うシールドケース部とを備え、前記高周波回路モジュールは、前記回路基板と前記シールドケース部との間に形成されるキャビティに設けられ、前記キャビティの形状は直方体であることを特徴とする。
本発明によれば、高周波回路モジュールが設けられているキャビティの形状が直方体であるため、このキャビティの共振周波数を求めやすく、高周波回路モジュールから生まれる電磁波によるシールドケース部内での共振を防止する対策を講じることが容易となる。
【０００９】
（２）また、前記導波管は、貫通孔が形成された導波管ブロック部により構成され、前記導波管ブロック部と前記シールドケース部とは一体ものであるのが好ましい。
この場合、一体ものである導波管ブロック部とシールドケース部とのブロックを回路基板上に設けることで、アンテナ用ユニットを構成することができる。
【００１０】
（３）また、使用周波数帯と、下記に定義する式（１）によって求められる前記キャビティの共振周波数との差が当該使用周波数帯の最大周波数の０．５％の値以上離れるようにして、前記キャビティの縦、横及び高さの寸法が設定されているのが好ましい。
【００１１】
【数１】
2015119295.tif 000003
【００１２】
この場合、キャビティの共振周波数と使用周波数帯とが離れることで、共振しにくいキャビティを有する構成となる。
【００１３】
（４）また、前記（３）のアンテナ用ユニットにおいて、前記使用周波数帯には、当該使用周波数帯よりも大きくかつ当該使用周波数帯に最も近い前記式（１）によって求められる第１共振周波数と、当該使用周波数帯よりも小さくかつ当該使用周波数帯に最も近い前記式（１）によって求められる第２共振周波数との中間値が含まれるのが好ましい。
この場合、使用周波数帯は、前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との（略）中間に位置し、共振し難いキャビティを有する構成となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、キャビティの形状が直方体であるため、このキャビティの共振周波数を求めやすく、高周波回路モジュールから生まれる電磁波によるシールドケース部内での共振を防止する対策を講じることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のアンテナ用ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】組み立てた状態（非分解状態）における図１に示すアンテナ用ユニットのＡ−Ａ矢視の断面図である。
【図３】キャビティの説明図である。
【図４】共振周波数の値をまとめた表（表の一部）である。
【図５】共振周波数と使用周波数帯との関係を示している説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のアンテナ用ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。図２は、組み立てた状態（非分解状態）における図１に示すアンテナ用ユニットのＡ−Ａ矢視の断面図である。本実施形態のアンテナ用ユニット２は、図外の送信用又は受信用のアンテナと接続され、ミリ波レーダを用いた車両用のセンシング装置に適用することができるものである。
【００１７】
アンテナ用ユニット２は、管軸方向に電波を伝搬する導波管４０と、高周波回路モジュール６１が実装されている回路基板６０と、この回路基板６０上の高周波回路モジュール６１を覆う金属製のシールドケース部７０とを備えている。本実施形態の導波管４０は、貫通孔が形成された導波管ブロック部７により構成されている。つまり、導波管４０は、導波管ブロック部７に形成されている貫通孔によって構成されている。
導波管ブロック部７は、金属製のブロックからなり、例えばアルミ製ブロックからなる。そして、導波管４０の一方側の開口が回路基板６０によって閉鎖されるようにして、導波管ブロック部７と回路基板６０とが重ねられた状態となる（図２参照）。
【００１８】
更に、本実施形態のアンテナ用ユニット２は、導波管４０の他方側の開口を閉鎖する誘電体基板１５を備えている。誘電体基板１５の後面（裏面）側には、共振素子５１及び接地板５２が設けられており、貫通孔からなる導波管４０の開口にこの共振素子５１が位置するようにして、この開口が誘電体基板１５によって閉鎖される。また、誘電体基板１５の前面（表面）側には平面線路５５及び短絡板５６が設けられている。
【００１９】
共振素子５１、接地板５２、平面線路５５、及び短絡板５６は、導電性金属の薄膜パターンからなる。この薄膜パターンは、熱圧着法、スパッタリング法、蒸着法等により、銅などの薄膜を誘電体基板１５の所定範囲に形成した後、フォトエッチング法により薄膜をパターニングすることによって形成される。
【００２０】
共振素子５１は、接地板５２と導通しないように形成された素子であり、誘電体基板１５に共振領域を形成する。共振素子５１は、誘電体基板１５を挟んで平面線路５５の先端と対向するように配置され、平面線路５５と電磁的に結合される。
平面線路５５は、誘電体基板１５の前面に形成された直線状の線路であり、その一端が短絡板５６の切り込み内に形成され、他端が短絡板５６の外側へ直線的に引き出されている。この平面線路５５に、図外の送信用又は受信用のアンテナの給電線路が繋がる。
本実施形態のアンテナ用ユニット２は、導波管−マイクロストリップ線路変換器の機能を有する。
【００２１】
回路基板６０は、板状の部材であり、例えば、基材に対して絶縁性のある樹脂を含浸させて基板本体を形成し、この基板本体上に銅箔など導電体により回路（パターン）配線を形成したものである。
この回路基板６０には、前記回路配線として、導波管４０と電磁的に結合される結合素子６２、及び、この結合素子６２から延びるストリップ線路６３が設けられている。
さらに、この回路基板６０には、高周波回路モジュール６１が実装されている。このモジュール６１は、結合素子６２及びストリップ線路６３が形成されている平面と同一の面に設けられている。本実施形態の高周波回路モジュール６１は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）であり、前記平面線路５５と接続されるアンテナを用いた電波の送信（又は受信）の制御を行う機能を有している。
【００２２】
シールドケース部７０は、金属製であり、回路基板６０上の高周波回路モジュール６１を覆って電磁波シールドとしての機能を有する。つまり、シールドケース部７０は、内部に配置される高周波回路モジュール６１へ外部から不要な電磁波が侵入するのを防ぐ機能を有する。
そして、本実施形態では、導波管ブロック部７とシールドケース部７０とが（分割されていない）一体ものからなる。つまり、単一のブロック部材の一部が導波管ブロック部７であり、このブロック部材の他部（残りの部分）がシールドケース部７０となる。導波管ブロック部７はアルミ製ブロックの一部からなり、シールドケース部７０がこのアルミ製ブロックの他部からなる。
【００２３】
シールドケース部７０には、回路基板６０側に開口する凹部７１が形成されている。この凹部７１の開口を回路基板６０が塞ぐようにして、回路基板６０とシールドケース部７０とが重ねられてアンテナ２は構成される。このように回路基板６０とシールドケース部７０とが重ねられることで、図２に示すように、両者の間には直方体形状であるキャビティ７２が形成され、このキャビティ７２に高周波回路モジュール６１が位置する。
以上のように、本実施形態のアンテナ用ユニット２では、高周波回路モジュール６１は、回路基板６０とシールドケース部７０との間に形成されるキャビティ７２に設けられている。そして、このキャビティ７２の形状（つまり、キャビティ７２を構成する空間形状）は直方体である。
【００２４】
図３は、キャビティ７２の説明図である。キャビティ７２の形状は直方体であり、縦、横、高さの寸法をそれぞれ、ａ、ｂ、ｃとしている。
これに対して、図１（図２）に示すように、高周波回路モジュール６１を直方体とした場合（外寸を直方体に近似した場合）の縦、横、高さの寸法をそれぞれｄ，ｅ，ｆとしている。なお、縦寸法ｄはワイヤ６１ａ部分を含む寸法である。
【００２５】
本実施形態では、アンテナ用ユニット２に接続されるアンテナから送信（又は受信）する電波の周波数帯（以下、使用周波数帯という）は７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］であり、この場合、このアンテナを制御するための高周波回路モジュール６１の「縦×横×高さ」は「１７×８×１」の寸法により構成されているものとする。なお、本実施形態において説明する寸法の単位は、全てミリである。
そして、使用周波数帯が７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］であることから、高周波回路モジュール６１はこの周波数帯の範囲内の周波数で動作し、このモジュール６１からはこの周波数（使用周波数帯）の電磁波が生じる。
【００２６】
この高周波回路モジュール６１を、シールドケース部７０のキャビティ７２に収容するために、キャビティ７２の内寸はモジュール６１の外寸よりも大きい。キャビティ７２の各寸法（縦、横、高さ）は、外寸を直方体に近似した高周波回路モジュール６１の各寸法よりも、１ミリ以上であって使用周波数の波長未満（７３．５〜７４．５ＧＨｚでは４．０２ミリ未満）の寸法だけ大きく設定されている。本実施形態では、高周波回路モジュール６１の「縦×横×高さ」が「１７×８×１」であるのに対して、キャビティ７２の「縦×横×高さ」が「１９×１０×２」である。
【００２７】
そして、このキャビティ７２の共振周波数ｆ１は、次の式（１）によって算出される。なお、この式（１）は、直方体からなるキャビティにおける共振可能な電磁波の周波数の式である。ａ、ｂ、ｃは、本実施形態のキャビティ７２（図３参照）の縦、横、高さに相当する。また、式（１）中のｍ、ｎ、ｐは、以下に定義する整数（波の数）である。
【００２８】
【数２】
2015119295.tif 000004
【００２９】
前記式（１）中のｍ、ｎ、ｐは、次のように定義される。ｍについては、式「０≦ｍ≦Ｍ」の範囲に含まれる全ての整数である。なお、「Ｍ」は｛縦寸法ａ÷（使用周波数帯の波長の半分）｝である。「Ｍ」が小数となる場合は、小数点第１位を切り上げる。
本実施形態では、縦寸法ａ＝１９ミリであり、使用周波数（７３．５ＧＨｚ）の波長（４．０７９ミリ）の半分は、２．０４ミリであり、使用周波数（７４．５ＧＨｚ）の波長（４．０２４ミリ）の半分は、２．０１ミリであることから、ｍについては、式「０≦ｍ≦１０」の範囲に含まれる全ての整数である（つまり、０，１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０である）。
同様に、ｎについては、式「０≦ｎ≦Ｎ」の範囲に含まれる全ての整数である。なお、「Ｎ」は｛横寸法ｂ÷（使用周波数帯の波長の半分）｝である。「Ｎ」が小数となる場合は、小数点第１位を切り上げる。
本実施形態では、横寸法ｂ＝１０ミリであることから、ｎについては、式「０≦ｎ≦５」の範囲に含まれる全ての整数である（つまり、０，１，２，３，４，５である）。
そして、ｐについては、「０≦ｐ≦Ｐ」の範囲に含まれる全ての整数である。なお、「Ｐ」は｛高さ寸法ｃ÷（使用周波数帯の波長の半分）｝である。「Ｐ」が小数となる場合は、小数点第１位を切り上げる。
本実施形態では、高さ寸法ｃ＝２ミリであることから、ｐについては、式「０≦ｐ≦１」の範囲に含まれる全ての整数である（つまり、０，１である）。
【００３０】
上記のようにして設定される整数ｍ、ｎ、ｐを、それぞれ順に変更させ、キャビティ７２の「縦×横×高さ」＝「１９×１０×２」である場合の共振周波数ｆ１を、前記式（１）により算出し、その算出した値をまとめた表（表の一部）を図４に示す。なお、図４に示す表は、共振周波数ｆ１の値が小さいものから大きいものへと順番に並べた形式となっている。
【００３１】
本実施形態の使用周波数帯は、前記のとおり７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］である。図４に示す表によれば、共振周波数ｆ１が使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）に含まれているものは存在していない。すなわち、キャビティ７２の「縦×横×高さ」＝「１９×１０×２」とした場合、使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）では、高周波回路モジュール６１から生まれる（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］の）電磁波により、このキャビティ７２における共振は発生しない。
【００３２】
また、使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）よりも大きくかつこの使用周波数帯に最も近い第１共振周波数ｆ１−１（７５．４［ＧＨｚ］）と、使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）の最大値（７４．５［ＧＨｚ］）との差は、０．９［ＧＨｚ］であり、この差は使用周波数帯の最大周波数（７４．５［ＧＨｚ］）の０．５％の値以上離れている。
また、使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）よりも小さくかつこの使用周波数帯に最も近い第２共振周波数ｆ１−２（７２．６［ＧＨｚ］）と、使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）の最小値（７３．５［ＧＨｚ］）との差も、０．９［ＧＨｚ］であり、この差は使用周波数帯の最大周波数（７４．５［ＧＨｚ］）の０．５％の値以上離れている。
【００３３】
以上のように、本実施形態に係るアンテナ用ユニット２では、高周波回路モジュール６１は、回路基板６０とシールドケース部７０との間に形成されるキャビティ７２に設けられており、そして、このキャビティ７２の形状は直方体である。このため、キャビティ７２の共振周波数を前記式（１）によって容易に求めることができ、高周波回路モジュール６１から生まれる電磁波によるシールドケース部７０内での共振を防止する対策として、キャビティ７２の適切な形状を設計することができる。
【００３４】
なお、キャビティ７２を構成するシールドケース部７０の凹部７１の内壁が、本実施形態のように、平面から構成されているのではなく、凸凹部分や曲面部分を有していると、変則的な共振が生じ、共振周波数を明確にかつ容易に求めることができない。このため、キャビティの内壁が凸凹部分や曲面部分を有している場合、共振を防ぐことができるキャビティ形状を明確にかつ容易に設定することができない。
【００３５】
そして、前記のとおり、使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）と、前記式（１）によって求められるキャビティ７２の共振周波数（ｆ１−１、ｆ１−２）との差が、使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）の最大周波数（７４．５［ＧＨｚ］）の０．５％の値以上離れるようにして、キャビティ７２の縦、横及び高さの寸法（ａ、ｂ、ｃ）が設定されている。
このため、キャビティ７２の共振周波数（ｆ１−１、ｆ１−２）と、使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）とが離れることで、共振しにくいキャビティ７２を有する構成となる。
【００３６】
また、図５は、前記共振周波数（ｆ１−１、ｆ１−２）と、使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）との関係を示している説明図である。
使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）よりも大きくかつこの使用周波数帯に最も近い前記式（１）によって求められる第１共振周波数（ｆ１−１＝７５．４［ＧＨｚ］）と、使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）よりも小さくかつこの使用周波数帯に最も近い前記式（１）によって求められる第２共振周波数（ｆ１−２＝７２．６［ＧＨｚ］）との中間値は、本実施形態の場合、７４［ＧＨｚ］である。
そして、本実施形態のアンテナ用ユニット２において、第１共振周波数（７５．４［ＧＨｚ］）と第２共振周波数（７２．６［ＧＨｚ］）との中間値（７４［ＧＨｚ］）は、使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）に含まれている。
【００３７】
このように、中間値（７４［ＧＨｚ］）が使用周波数帯（７３．５〜７４．５［ＧＨｚ］）に含まれていることで、使用周波数帯は、第１共振周波数と第２共振周波数との（略）中間に位置し、使用周波数帯が共振周波数からより離れるようにされ、共振し難いキャビティ７２を有する構成となる。
【００３８】
以上のように、直方体からなるキャビティ７２の各辺の寸法（ａ、ｂ、ｃ）は、以下のようにして設定される。すなわち、使用周波数帯が決定され、高周波回路モジュール６１の寸法が決定されると、この高周波回路モジュール６１を収容可能とするキャビティ７２の縦、横、高さの各寸法を決定（仮決定）し、この決定した寸法による共振周波数を前記式（１）により求め、使用周波数帯で共振するか否かの判定を行い、共振しないと判定されるまで、前記決定（仮決定）と前記判定を行う。なお、共振すると判定された場合、別のキャビティ７２の寸法を決定（仮決定）し、その寸法のキャビティが共振するか否かの判定を行う。そして、使用周波数帯に対して共振しないキャビティ寸法が求められると、その寸法により確定する。
【００３９】
本発明のアンテナ用ユニット２は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、前記実施形態では、導波管ブロック部７とシールドケース部７０とが一体である場合について説明したが、別体であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
２：アンテナ用ユニット    ７：導波管ブロック部    ４０：導波管
６０：回路基板    ６１：高周波回路モジュール    ６２：結合素子
６３：ストリップ線路    ７０：シールドケース部    ７２：キャビティ
ｆ１：共振周波数    ｆ１−１：第１共振周波数    ｆ１−２：第２共振周波数
【図１】
2015119295.tif 000006
【図２】
2015119295.tif 000007
【図３】
2015119295.tif 000008
【図４】
2015119295.tif 000009
【図５】
2015119295.tif 000010