(57)【要約】【課題】視野角を拡大するとともに小型化及び製造工程数の削減を図ることのできるパッチアンテナを提供する。【解決手段】電波を送受波するための複数のアンテナ素子１と、アンテナ素子１が配設される誘電体基板２とから成り、各アンテナ素子１は、それぞれ矩形状に形成され、電波を送受波する方向における一方の辺の中央部には、アンテナ素子１に高周波電力を給電するための給電点１０が設けられ、且つ電波を送受波する方向における他方の辺の中央部には、電波を送波する向きに突出する矩形状の摂動素子１０を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送受波するための複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子が配設される誘電体基板とから成り、前記アンテナ素子は、それぞれ矩形状に形成され、電波を送受波する方向における一方の辺の中央部には、前記アンテナ素子に高周波電力を給電するための給電点が設けられ、且つ電波を送受波する方向における他方の辺の中央部には、電波を送波する向きに突出する摂動素子が設けられたことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
前記誘電体基板には、複数の前記アンテナ素子から成る送波用の組と、複数の前記アンテナ素子から成る受波用の組とが設けられたことを特徴とする請求項１記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
前記摂動素子は、矩形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のパッチアンテナ。
【請求項４】
前記摂動素子は、半円形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のパッチアンテナ。
【請求項５】
前記摂動素子は、前記アンテナ素子側の底辺の長さが他方の底辺の長さよりも短い台形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のパッチアンテナ。
【請求項６】
前記摂動素子は、前記アンテナ素子側の底辺の長さが他方の底辺の長さよりも長い台形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のパッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直偏波の電波を送受波するパッチアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両周辺の障害物を検出するためのバックセンサ及びコーナセンサとしては超音波方式のものが知られている。このような超音波方式のセンサでは、車両のバンパーに穴を設ける必要があるため、市場から改善が求められている。これを解決するものとしては、超音波の代わりにマイクロ波帯の電波を利用したマイクロ波方式のセンサが近年では知られている。このようなマイクロ波方式のセンサでは、設計及び製造が容易で、且つ形状も小さいことから小型化が可能であるマイクロストリップパッチアンテナ（以下、単に「パッチアンテナ」と呼ぶ）を採用している。
【０００３】
ところで、４０〜７０ｋＨｚを周波数帯域とする超音波方式から、例えば２４ＧＨｚといった高周波数を周波数帯域とするマイクロ波方式に変更した場合、周波数が高くなることから波の直進性が増す。このため、パッチアンテナの水平方向（パッチアンテナを載置する面と平行な方向）における視野角が狭まり、センサの検出範囲が狭まってしまうという問題があった。この問題を解決する手段の一例が特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載の従来例では、複数のアンテナ素子を少なくとも２つのアンテナ素子から成るグループに分け、各グループのアンテナ素子が配置されたアンテナ開口面をそれぞれ所定の角度で傾斜させている。このように、特許文献１に記載の従来例では、各グループのアンテナ素子が配置されたアンテナ開口面を傾けることで、視野角を拡大している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９８８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例のように、アンテナ素子が配置されたアンテナ開口面を傾斜させる手段では、アンテナ素子が配置される部材を折り曲げる必要がある。このため、アンテナ素子が配置される部材を折り曲げた分だけ厚み寸法が大きくなり、アンテナ全体が大型化するという問題があった。また、アンテナ素子が配置される部材を折り曲げる工程が必要となることから、製造工程数が増加するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、視野角を拡大するとともに小型化及び製造工程数の削減を図ることのできるパッチアンテナ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】
【０００７】
本発明のパッチアンテナは、電波を送受波するための複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子が配設される誘電体基板とから成り、前記アンテナ素子は、それぞれ矩形状に形成され、電波を送受波する方向における一方の辺の中央部には、前記アンテナ素子に高周波電力を給電するための給電点が設けられ、且つ電波を送受波する方向における他方の辺の中央部には、電波を送波する向きに突出する摂動素子が設けられたことを特徴とする。
【０００８】
このパッチアンテナにおいて、前記誘電体基板には、複数の前記アンテナ素子から成る送波用の組と、複数の前記アンテナ素子から成る受波用の組とが設けられることが好ましい。
【０００９】
このパッチアンテナにおいて、前記摂動素子は、矩形状に形成されることが好ましい。
【００１０】
このパッチアンテナにおいて、前記摂動素子は、前記アンテナ素子側の底辺の長さが他方の底辺の長さよりも短い台形状に形成されることが好ましい。
【００１１】
このパッチアンテナにおいて、前記摂動素子は、前記アンテナ素子側の底辺の長さが他方の底辺の長さよりも長い台形状に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、摂動素子をアンテナ素子に設けるだけで視野角を拡大することができるので、従来のように厚み寸法が大きくなるのを防ぐことができ、したがってアンテナ全体の小型化を図ることができる。また、摂動素子はアンテナ素子と一体に形成することができるため、従来のようにアンテナ素子が配置される部材を折り曲げる工程が不要であり、したがって製造工程数の削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るパッチアンテナの実施形態を示す図で、（ａ）は概略図で、（ｂ）は電波の放射パターンを示すレーダチャート図である。
【図２】同上の送受信回路のブロック図である。
【図３】摂動素子を設けていないパッチアンテナを示す図で、（ａ）は概略図で、（ｂ）は電波の放射パターンを示すレーダチャート図である。
【図４】本発明に係るパッチアンテナの実施形態の摂動素子を半円形状とした場合を示す図で、（ａ）は概略図で、（ｂ）は電波の放射パターンを示すレーダチャート図である。
【図５】本発明に係るパッチアンテナの実施形態の摂動素子を逆台形状とした場合を示す図で、（ａ）は概略図で、（ｂ）は電波の放射パターンを示すレーダチャート図である。
【図６】本発明に係るパッチアンテナの実施形態の摂動素子を台形状とした場合を示す図で、（ａ）は概略図で、（ｂ）は電波の放射パターンを示すレーダチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るパッチアンテナの実施形態について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図１（ａ）における上下左右を上下左右方向、紙面手前側を前方向、紙面奥側を後方向と定めるものとする。本実施形態は、図１に示すように、複数（図示では８つ）の矩形状のアンテナ素子１と、前面に各アンテナ素子１を配設した矩形状の誘電体基板２とから構成される。
【００１５】
アンテナ素子１は、図１（ａ）に示すように、誘電体基板２の前面における左右両側にそれぞれ４つずつ配設されており、水平方向（本実施形態が載置される面と平行な方向）において垂直偏波の電波を送受波する。各アンテナ素子１の上辺中央部には、上向き（電波を送波する向き）に突出する矩形状の摂動素子１０が一体に形成されている。また、各アンテナ素子１の下辺中央部には、自身に高周波電力を給電するための給電点１１が設けられている。尚、各アンテナ素子１は、誘電体基板２の前面に所定形状の導体膜をパターニングすることで形成される。
【００１６】
各アンテナ素子１の左右両辺の長さは、送受波する電波の強度を最大化するために、送受波する電波の波長に応じて適宜決定される。例えば、２４ＧＨｚの電波では、１波長が１．２５ｃｍとなる。この波長の電波を送受波する場合、各アンテナ素子１の左右両辺の長さは、電波の半波長に合わせて約６ｍｍとなるように設計する必要がある。ここで、本実施形態では、比誘電率が４の誘電体基板２の前面に各アンテナ素子１を配設している。このため、誘電体基板２の比誘電率に応じて電波の波長が縮退するので、各アンテナ素子１の左右両辺の長さは、半波長を比誘電率の平方根で除した約３ｍｍとなるように設計すればよい。本実施形態では、各アンテナ素子１は、その左右両辺の長さが３ｍｍ、上下両辺の長さが３．５ｍｍとなるように設計されている。また、各アンテナ素子１の摂動素子１０は、その左右両辺の長さが０．８ｍｍ、上下両辺の長さが１．２ｍｍとなるように設計されている。
【００１７】
尚、本実施形態では、左側に配設された４つのアンテナ素子１の組が電波の送波用に用いられ、右側に配設された４つのアンテナ素子１の組が電波の受波用に用いられる。そこで、以下の説明では、左側に配設された４つのアンテナ素子１の組を「送波用アンテナ１００」、右側に配設された４つのアンテナ素子１の組を「受波用アンテナ１０１」と呼ぶものとする。
【００１８】
誘電体基板２には、後述する送受信回路から供給される高周波信号を各アンテナ素子１に供給する給電部となる１対のスルーホール２０が設けられている。スルーホール２０は、誘電体基板２の厚み方向に貫通して設けられ、送波用アンテナ１００に対応するものと、受波用アンテナ１０１に対応するものと夫々１つずつ設けられている。そして、スルーホール２０と各アンテナ素子１の給電点１１との間は、マイクロストリップ線路である給電ライン２２によって接続されている。また、スルーホール２０と各アンテナ素子１の給電点１１との間には、それぞれウィルキンソン型の分配器２１が設けられており、これら分配器２１によって各アンテナ素子１に供給する高周波電力を均等に分配している。
【００１９】
誘電体基板２の後面には、送波用アンテナ１００及び受波用アンテナ１０１を含む送受信回路を構成するモジュール（図示せず）が設けられている。以下、送受信回路について図面を用いて簡単に説明する。送受信回路は、図２に示すように、一定の周波数の正弦波信号をＦＭ変調した高周波信号を発振する発振器３を備える。また、送受信回路には、発振器３からの高周波信号を送波用アンテナ１００へ送信する経路と、ミキサ６へ送信する経路とに分配するウィルキンソン型の分配器４が設けられている。ミキサ６へと送信される高周波信号は、分配器４によって更に２つの経路に分配され、各経路に設けられたミキサ６に入力される。尚、２つの経路には、それぞれ定在波の振幅を２地点で検波するために各ミキサ６に入力される信号の位相をずらす移相器５が挿入されている。
【００２０】
以下、送受信回路による電波の送受波について簡単に説明する。先ず、発振器３から出力される高周波信号は、スルーホール２０を介して送波用アンテナ１００の各アンテナ素子１の給電点１１に供給される。そして、高周波電力を受けた送波用アンテナ１００から外部に向かって電波が放射される。
【００２１】
一方、対象物（図示せず）で反射した電波は受波用アンテナ１０１で受波され、受波用アンテナ１０１で受信した高周波信号がスルーホール２０を介して送受信回路に送られる。送受信回路では、受波用アンテナ１０１で受信した高周波信号を分配器４によって分配する。その後、分配された高周波信号は、それぞれ移相器５によって位相をずらされた後に各ミキサ６に入力される。そして、各ミキサ６において発振器３からの高周波信号と受波用アンテナ１０１で受信した高周波信号とが混合され、混合信号の直流成分、即ち、定在波の振幅を表す第１の出力信号と第２の出力信号とを得る。
【００２２】
ここで、各ミキサ６に入力される発振器３からの高周波信号は、何れも分配器４及び移相器５を介してミキサ６に入力されており、第１の出力信号と第２の出力信号とは互いに位相が異なる。これら第１の出力信号及び第２の出力信号に基づいて、本実施形態と対象物との間の距離を演算する処理が行われる。尚、定在波の振幅を用いて対象物までの距離を演算する処理については従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。また、本実施形態では、上述のように定在波の振幅を用いて対象物までの距離を演算しているが、ドップラー信号を用いて対象物までの距離を演算してもよい。ドップラー信号を用いて対象物までの距離を演算する処理についても、従来周知であるのでここでは詳細な説明を省略する。
【００２３】
以下、本実施形態で送受波される電波の視野角について図面を用いて説明する。先ず、本実施形態のような摂動素子１０を設けていないパッチアンテナについて説明する。このパッチアンテナは、図３（ａ）に示すように、本実施形態の各アンテナ素子１から摂動素子１０を除いた構成となっている。このパッチアンテナの水平方向における電波の放射パターンを測定した結果を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）に示すように、このパッチアンテナでは、電波が最も強くなる点を中心として強度（電力）が半分（−３ｄＢ）になる２点がつくる角度θ、即ち半値角θが８０度となる。この半値角θが視野角に相当する。
【００２４】
一方、本実施形態の水平方向における電波の放射パターンを測定した結果を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、半値角θが１２０度となっており、上述の摂動素子１０を設けていないパッチアンテナと比較して半値角θが大きくなっている。したがって、本実施形態では、各アンテナ素子１に矩形状の摂動素子１０を一体に設けることで視野角を拡大することができる。
【００２５】
上述のように、本実施形態では、摂動素子１０をアンテナ素子１に設けるだけで視野角を拡大することができるので、従来のように厚み寸法が大きくなるのを防ぐことができ、したがってアンテナ全体の小型化を図ることができる。また、本実施形態を車両のバックセンサ及びコーナセンサに採用する場合、本実施形態１つだけで十分な視野角を確保することができるので、複数のアンテナを用いる必要がない。更に、摂動素子１０はアンテナ素子１と一体に形成することができるため、従来のようにアンテナ素子１を配設した部材を折り曲げる工程が不要であり、したがって製造工程数の削減を図ることができる。
【００２６】
尚、本実施形態では、摂動素子１０を矩形状に形成しているが、図４（ａ）に示すように、摂動素子１０を半円形状に形成してもよい。尚、図４（ａ）に示す構成では、摂動素子１０は、半径１ｍｍの半円形状に形成されている。この構成での水平方向における電波の放射パターンを測定した結果を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示すように、この構成においても半値角θが１２０度となっており、本実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００２７】
また、図５（ａ）に示すように、摂動素子１０を下底が上底よりも短い台形状に形成してもよい。尚、図５（ａ）に示す構成では、摂動素子１０は、上底が１．２ｍｍ、下底が０．４ｍｍ、上下方向における高さが０．８ｍｍの台形状に形成されている。この構成での水平方向における電波の放射パターンを測定した結果を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、この構成においても半値角θが１２０度となっており、本実施形態と同様の効果を奏することができる。また、図６（ａ）に示すように、摂動素子１０を下底が上底よりも長い台形状に形成してもよい。尚、図６（ｂ）に示す構成では、摂動素子１０は、上底が０．８ｍｍ、下底が１．６ｍｍ、上下方向における高さが０．８ｍｍの台形状に形成されている。この構成での水平方向における電波の放射パターンを測定した結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に示すように、この構成においても半値角θが１２０度となっており、本実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００２８】
ところで、本実施形態では、左側に配設された４つのアンテナ素子１の組から成る送波用アンテナ１００と、右側に配設された４つのアンテナ素子１の組から成る受波用アンテナ１０１とを誘電体基板２上に配設している。ここで、送波用アンテナ１００と受波用アンテナ１０１とを必ずしも２つ設ける必要はなく、複数のアンテナ素子１から成る組を１組だけ誘電体基板２上に配設する構成であってもよい。この構成では、電波を送波する時間と電波を受波する時間とを交互に繰り返す、時分割方式で電波の送受波を行う。この構成では、１組のアンテナのみを用いるので、部品点数を削減することができ、製造コストを低減することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  アンテナ素子
１０  摂動素子
１１  給電点
２  誘電体基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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