JP2010118778A

JP2010118778A - Planar antenna and radar device

Info

Publication number: JP2010118778A
Application number: JP2008289045A
Authority: JP
Inventors: Takuya Tsujita; 卓也辻田
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2010-05-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems that since a distance between adjacent antennas is narrowed, physical space disappears and the installation of a radio wave absorber between the adjacent antennas is made impossible, isolation is not secured, distortion may be generated in an antenna pattern and necessary gain and phase characteristics corresponding to an azimuth angle are not secured. <P>SOLUTION: A planar antenna includes a plurality of antennas arranged on an antenna substrate and a shield plate arranged in a space between adjacent antennas, wherein the shield plate is arranged separately from the antenna substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、平面アンテナ及び平面アンテナを用いたレーダ装置に関し、特にアンテナ素子間にシールド板を設けた平面アンテナ及びレーダ装置に関する。 The present invention relates to a planar antenna and a radar apparatus using the planar antenna, and more particularly to a planar antenna and a radar apparatus in which a shield plate is provided between antenna elements.

ミリ波は30GHz〜300GHz（波長10mm〜1mm）の周波数帯であり、波長が短いことから、ミリ波用レーダの小型化が可能な点や、天候に左右され難い点等の利点がある。これを利用してミリ波用レーダは、自動車用のレーダとして研究・開発が進められている。このミリ波用レーダには主に平面アンテナが用いられている。 The millimeter wave is a frequency band of 30 GHz to 300 GHz (wavelength 10 mm to 1 mm), and since the wavelength is short, there is an advantage that the millimeter wave radar can be miniaturized and is not easily influenced by the weather. Using this, millimeter wave radar is being researched and developed as a radar for automobiles. A planar antenna is mainly used in this millimeter wave radar.

従来の平面アンテナの構造の概略図を図１に示す（例えば、特許文献１）。この平面アンテナは、接地用導体板１０６上に誘電体１０５を貼り合わせ、その上に銅箔等を貼り合わせてアンテナ基板１０１を構成している。また平面アンテナはアンテナ基板１０１の同一平面上に受信アンテナ１０２及び送信アンテナ１０３を備えている。さらに、これらを覆うようにしてレドーム１０４が設けられている。 A schematic diagram of the structure of a conventional planar antenna is shown in FIG. 1 (for example, Patent Document 1). In this planar antenna, an antenna substrate 101 is configured by bonding a dielectric 105 on a grounding conductor plate 106 and bonding a copper foil or the like thereon. The planar antenna includes a reception antenna 102 and a transmission antenna 103 on the same plane of the antenna substrate 101. Further, a radome 104 is provided so as to cover them.

送信アンテナ１０２と受信アンテナ１０３との間にシールド板等の障害物がなく空間が存在する場合には、送信アンテナ１０２から放射された電波は広がりを持って空間を伝わるため受信アンテナ１０３に入射する。このようにして一のアンテナから他のアンテナに電波が伝わり、いわゆるアイソレーションが低下するという問題が生じる。 When there is no obstacle such as a shield plate between the transmission antenna 102 and the reception antenna 103 and there is a space, the radio wave radiated from the transmission antenna 102 propagates through the space and enters the reception antenna 103. . In this way, radio waves are transmitted from one antenna to another antenna, which causes a problem that so-called isolation is lowered.

そこで、送信アンテナ１０２が送信した電波が空間を伝わり受信アンテナ１０３に入射しないように電波吸収体１０７が設けられている。送信アンテナから１０２から放射された電波のうち、電波吸収体１０７がない場合には受信アンテナ１０３に入射していた電波は電波吸収体１０７に吸収されて、その大きさが減衰されるためアイソレーション特性が向上する。 Therefore, a radio wave absorber 107 is provided so that the radio wave transmitted by the transmitting antenna 102 is transmitted through the space and does not enter the receiving antenna 103. Of the radio waves radiated from the transmitting antenna 102, when there is no radio wave absorber 107, the radio wave incident on the receiving antenna 103 is absorbed by the radio wave absorber 107, and the magnitude thereof is attenuated. Improved characteristics.

一方、従来のミリ波レーダに用いられる平面アンテナの構成概略図を図２の斜視図に示す。誘電体からなるアンテナ基板１上には複数のアンテナパッチ２が配置されている。各アンテナパッチは長方形から正方形まで徐々に形状が変化するように形成されている。図２のｙ軸方向に配置された複数のアンテナパッチ２は導体で接続されて、１つのアンテナを構成している。その結果、アンテナの長手方向が図のｙ軸方向と略同一となっている。また、図２においては３個のアンテナ３１、３２、３３がｘ軸方向に配置されている。 On the other hand, a schematic diagram of a planar antenna used in a conventional millimeter wave radar is shown in the perspective view of FIG. A plurality of antenna patches 2 are arranged on an antenna substrate 1 made of a dielectric. Each antenna patch is formed so that its shape gradually changes from a rectangle to a square. A plurality of antenna patches 2 arranged in the y-axis direction in FIG. 2 are connected by a conductor to constitute one antenna. As a result, the longitudinal direction of the antenna is substantially the same as the y-axis direction in the figure. In FIG. 2, three antennas 31, 32, and 33 are arranged in the x-axis direction.

また、アンテナ基板１の下面には銅箔からなる地導体４が貼り付けられている。このアンテナ基板１は導波管５１、５２、５３が設けられたアルミからなる保持板６上に設置される。アンテナ基板１の保持板６への設置は、アンテナ基板１に設けたネジ穴７１〜７４と、保持板６に設けたネジ穴８１〜８３とを合せてネジ止めして固定することにより行なわれる。 A ground conductor 4 made of copper foil is attached to the lower surface of the antenna substrate 1. The antenna substrate 1 is placed on a holding plate 6 made of aluminum provided with waveguides 51, 52 and 53. The antenna substrate 1 is installed on the holding plate 6 by screwing together the screw holes 71 to 74 provided in the antenna substrate 1 and the screw holes 81 to 83 provided in the holding plate 6 and fixing them. .

特開平４−１４０９０５JP-A-4-140905

ここで、従来のミリ波レーダ用平面アンテナにおいて、水平方向に広角検知が必要な場合には、モノパルス検知方式において位相の折り返しが発生しないアンテナが有効である。そのためには、受信アンテナの中心間隔を受信する波長λの１／２程度（約２ｍｍ）まで狭くする必要がある。この場合、図３に示す従来の平面アンテナの平面図に示すように、アンテナ３１と３２との間の間隔ｄ₁が約２ｍｍと狭くなる。このような構成においても、空間を介した電気的結合を回避して、アイソレーションを確保するために、隣接アンテナ間に電波吸収体を設置することが望ましい。しかしながら、隣接アンテナ間の距離が狭くなって、物理的なスペースが無いため、隣接アンテナ間に電波吸収体を設置することができない。その結果、アイソレーションが確保できず、アンテナパターンに歪が生じて、方位角度に応じた必用利得や位相特性が確保できないという問題が生じるおそれがあった。 Here, in the conventional planar antenna for millimeter wave radar, when wide-angle detection is required in the horizontal direction, an antenna that does not cause phase folding in the monopulse detection method is effective. For this purpose, it is necessary to narrow the center distance of the receiving antenna to about ½ (about 2 mm) of the receiving wavelength λ. In this case, as shown in the plan view of the conventional planar antenna shown in FIG. 3, the distance d ₁ between the antennas 31 and 32 becomes as narrow as about 2 mm. Even in such a configuration, it is desirable to install a radio wave absorber between adjacent antennas in order to avoid electrical coupling through a space and ensure isolation. However, since the distance between adjacent antennas becomes narrow and there is no physical space, a radio wave absorber cannot be installed between adjacent antennas. As a result, the isolation cannot be secured, the antenna pattern is distorted, and the necessary gain and phase characteristics corresponding to the azimuth angle cannot be secured.

本発明の平面アンテナは、アンテナ基板上に配置された複数のアンテナと、隣接する複数のアンテナ間に配置されたシールド板と、を有し、シールド板はアンテナ基板から離隔して配置されていることを特徴とする。 The planar antenna of the present invention has a plurality of antennas disposed on an antenna substrate and a shield plate disposed between adjacent antennas, and the shield plate is disposed separately from the antenna substrate. It is characterized by that.

アンテナ基板上に直接シールド板を設置できないような狭いアンテナ間隔を有する場合でも、シールド板を設置することができ、アイソレーションを確保することができる。 Even when the antennas have such a narrow antenna interval that the shield plates cannot be installed directly on the antenna substrate, the shield plates can be installed and the isolation can be ensured.

以下、図面を参照して、本発明に係る平面アンテナ及びレーダ装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 Hereinafter, a planar antenna and a radar apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.

図４に本発明の実施例１に係る平面アンテナの斜視図を示す。図２に示した従来の平面アンテナと同一の構成要素には同一の番号を付している。本発明の平面アンテナは、保持板６と、保持板６上に配置されたアンテナ基板１と、アンテナ基板１上に配置された複数のアンテナ３１〜３４と、隣接する複数のアンテナ間（図５ではアンテナ３２とアンテナ３３との間）の空間に配置されたシールド板９と、を有している。このシールド板９は、保持板６に設けた複数の支持部材１１〜１５によって保持され、図５の断面図に示すようにアンテナ基板１から離隔して配置されていることを特徴とする。シールド板９は、短冊状の形状を有しており、アンテナ基板１に対してほぼ垂直方向に延びている。また、シールド板９の長手方向は、アンテナ３３の長手方向である図４のｙ軸方向と略同一である。シールド板９は誘電体と金属との積層体からなりミリ波帯の電波を吸収することができる。このような構成とすることによって、アンテナ間の間隔が狭く、アンテナ基板上に直接シールド板を設置できない場合においても、シールド板を浮かせて配置することができる。その結果、隣接するアンテナ間のアイソレーションを確保することができる。 FIG. 4 is a perspective view of the planar antenna according to the first embodiment of the present invention. The same components as those of the conventional planar antenna shown in FIG. The planar antenna of the present invention includes a holding plate 6, an antenna substrate 1 arranged on the holding plate 6, a plurality of antennas 31 to 34 arranged on the antenna substrate 1, and a plurality of adjacent antennas (FIG. 5). , The shield plate 9 is disposed in the space between the antenna 32 and the antenna 33. The shield plate 9 is held by a plurality of support members 11 to 15 provided on the holding plate 6 and is arranged apart from the antenna substrate 1 as shown in the cross-sectional view of FIG. The shield plate 9 has a strip shape and extends in a substantially vertical direction with respect to the antenna substrate 1. Further, the longitudinal direction of the shield plate 9 is substantially the same as the y-axis direction of FIG. The shield plate 9 is made of a laminate of a dielectric and a metal and can absorb millimeter wave radio waves. By adopting such a configuration, even when the interval between the antennas is narrow and the shield plate cannot be installed directly on the antenna substrate, the shield plate can be floated and arranged. As a result, it is possible to ensure isolation between adjacent antennas.

次に、本発明の平面アンテナの製造方法について詳細に説明する。まず、誘電体からなるアンテナ基板１上に銅箔等を用いて複数のアンテナパッチ２をパターニングする。アンテナパッチは長方形から正方形に徐々に変化するように配置されている。さらに、図４のｙ軸方向に配置された複数のアンテナパッチ２は導体で接続されて、１つのアンテナを構成している。図４においては４個のアンテナ３１〜３４がｘ軸方向に配置されている。 Next, the manufacturing method of the planar antenna of this invention is demonstrated in detail. First, a plurality of antenna patches 2 are patterned on a dielectric antenna substrate 1 using a copper foil or the like. The antenna patch is arranged so as to gradually change from a rectangle to a square. Further, the plurality of antenna patches 2 arranged in the y-axis direction in FIG. 4 are connected by a conductor to constitute one antenna. In FIG. 4, four antennas 31 to 34 are arranged in the x-axis direction.

次に、アンテナ基板１の下面に銅箔からなる地導体４を貼り付ける。その後、シールド板を保持するための支持部材がアンテナ基板１を貫通するように、複数の穴２１〜２５を設ける。穴２１〜２５はアンテナパッチ２の隙間に形成され、アンテナパッチ２と接することが無いように配置することが好ましい。支持部材を貫通させるための穴をアンテナパッチ２の隙間に設けることによって、隣接するアンテナ間の間隔が狭い場合でも、シールド板を保持するための支持部材とアンテナパッチとが接することなく支持部材を配置することができる。さらに、アンテナ基板１を保持板６にネジ止めにより固定するためのネジ穴７１〜７４を設ける。 Next, a ground conductor 4 made of copper foil is attached to the lower surface of the antenna substrate 1. Thereafter, a plurality of holes 21 to 25 are provided so that the support member for holding the shield plate penetrates the antenna substrate 1. The holes 21 to 25 are preferably formed so as not to be in contact with the antenna patch 2 and are formed in the gap between the antenna patches 2. By providing a hole for penetrating the support member in the gap between the antenna patches 2, the support member for holding the shield plate is not in contact with the antenna patch even when the distance between adjacent antennas is narrow. Can be arranged. Furthermore, screw holes 71 to 74 for fixing the antenna substrate 1 to the holding plate 6 by screws are provided.

次に、導波管５１〜５４が設けられたアルミからなる保持板６を用意する。保持板６には、シールド板９を保持するための複数の支持部材１１〜１５を配置する。支持部材は保持板６の削り出し等によって保持板６と一体成形してもよいし、支持部材を保持板６に後付けしてもよい。支持部材の形状はシールド板９を保持できれば特に限定されないが、アンテナの特性に影響を与えないようにするためには極力細い方が望ましい。ここでは、ピン等の細長い円柱状の形状を採用した例を示している。 Next, the holding plate 6 made of aluminum provided with the waveguides 51 to 54 is prepared. A plurality of support members 11 to 15 for holding the shield plate 9 are arranged on the holding plate 6. The support member may be integrally formed with the holding plate 6 by cutting out the holding plate 6 or the support member may be retrofitted to the holding plate 6. The shape of the support member is not particularly limited as long as the shield plate 9 can be held, but it is desirable that the support member is as thin as possible so as not to affect the characteristics of the antenna. Here, an example in which an elongated cylindrical shape such as a pin is employed is shown.

さらに、保持板６にアンテナ基板１をネジ止めにより固定するためのネジ穴８１〜８４を形成する。次に、アンテナ基板１の支持部材貫通用の穴２１〜２５に支持部材が貫通するようにアンテナ基板１を保持板６上に配置する。この際、支持部材の断面形状と穴の断面形状とをほぼ同等の形状とし、保持板６の支持部材の位置とアンテナ基板１の穴の位置とを所望の位置関係とすることによって、アンテナ基板１の保持板６への正確な位置決めを簡単に行うことができる。その結果、支持部材がない場合に行なっていた目合わせ工程を省略することができる。次に、アンテナ基板１に設けたネジ穴７１〜７４と、保持板６に設けたネジ穴８１〜８４とを合せてネジ止めを行なうことによりアンテナ基板１を保持板６に固定する。 Furthermore, screw holes 81 to 84 for fixing the antenna substrate 1 to the holding plate 6 by screwing are formed. Next, the antenna substrate 1 is disposed on the holding plate 6 so that the support member penetrates the holes 21 to 25 for penetrating the support member of the antenna substrate 1. At this time, the cross-sectional shape of the support member and the cross-sectional shape of the hole are substantially equal, and the position of the support member of the holding plate 6 and the position of the hole of the antenna substrate 1 are set to a desired positional relationship, whereby the antenna substrate Accurate positioning to one holding plate 6 can be easily performed. As a result, the alignment process that has been performed when there is no support member can be omitted. Next, the antenna substrate 1 is fixed to the holding plate 6 by screwing together the screw holes 71 to 74 provided in the antenna substrate 1 and the screw holes 81 to 84 provided in the holding plate 6.

その後、支持部材１１〜１５が挿入される穴を設けたシールド板９を支持部材１１〜１５が挿入されるように設置する。シールド板９を設置した状態における、ｘ軸の正の方向から見た、シールド板９の長手方向の中心線（図４のＩ−Ｉ）での断面図を図５に示す。保持板６上には、地導体４、アンテナ基板１、アンテナ３３が配置されている。また、図５に示すように、保持板６には支持部材１１〜１５が設けられており、この支持部材１１〜１５とシールド板９に設けられた複数の穴とが嵌合してシールド板９が保持される。このとき、シールド板９は、アンテナ基板１上のアンテナ２の表面から所定の間隔ｄ₂だけ離隔するようにして保持される。ここで、アンテナ３３とシールド板９とが接すると受信特性が低下するが、シールド板９とアンテナ３３の上面から離しすぎるとシールドとしての機能を十分に果たせなくなる。そこで、アンテナ間のシールドとしての機能を最大限発揮するためには、間隔ｄ₂をアンテナが受信する波長に応じた所定の距離とすることが好ましい。例えば、間隔ｄ₂をアンテナが受信する波長λの最小値の１／４以下とすることが好ましい。 Thereafter, the shield plate 9 provided with holes into which the support members 11 to 15 are inserted is installed so that the support members 11 to 15 are inserted. FIG. 5 shows a cross-sectional view taken along the center line (II in FIG. 4) in the longitudinal direction of the shield plate 9 as viewed from the positive direction of the x-axis with the shield plate 9 installed. On the holding plate 6, the ground conductor 4, the antenna substrate 1, and the antenna 33 are arranged. Further, as shown in FIG. 5, support members 11 to 15 are provided on the holding plate 6, and the support members 11 to 15 and a plurality of holes provided in the shield plate 9 are fitted to each other to form a shield plate. 9 is held. At this time, the shield plate 9 is held so as to be separated from the surface of the antenna 2 on the antenna substrate 1 by a predetermined distance d ₂ . Here, when the antenna 33 and the shield plate 9 are in contact with each other, the reception characteristics are deteriorated. However, if the antenna 33 is too far from the upper surface of the antenna 33, the function as a shield cannot be sufficiently performed. Therefore, in order to maximize the function as a shield between antennas, it is preferable to set the distance d ₂ to a predetermined distance according to the wavelength received by the antenna. For example, it is preferable to set the distance d ₂ to ¼ or less of the minimum value of the wavelength λ received by the antenna.

このように、シールド板９をアンテナ基板１から離隔して配置することにより、アンテナ間隔が狭くシールド板をアンテナ基板上に直接設置できない場合でも、隣接するアンテナ間にシールド板を設置することができ、アイソレーション特性を向上することができる。 Thus, by arranging the shield plate 9 away from the antenna substrate 1, even when the antenna interval is narrow and the shield plate cannot be directly installed on the antenna substrate, the shield plate can be installed between adjacent antennas. Isolation characteristics can be improved.

次に本発明の第２の実施例に係る平面アンテナについて説明する。図６は図５と同様にシールド板の中心を通る面での断面図を示す。第１の実施例と異なっている点は、シールド板９を保持するための支持部材をシールド板９の両端部の２箇所にのみ設けている点である。このような構成とすることによって、支持部材をアルミ等の導体で形成しても、アンテナパッチと支持部材との間の距離を離すことができるため、アンテナパッチ３３との干渉を最小限に抑えることができる。 Next, a planar antenna according to a second embodiment of the present invention is described. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the plane passing through the center of the shield plate as in FIG. The difference from the first embodiment is that support members for holding the shield plate 9 are provided only at two locations on both ends of the shield plate 9. With such a configuration, even if the support member is formed of a conductor such as aluminum, the distance between the antenna patch and the support member can be increased, so that interference with the antenna patch 33 is minimized. be able to.

次に、実施例１で説明した平面アンテナを利用したレーダ装置について説明する。図７はレーダ装置の構成を示す斜視図である。図７に示すようにアンテナ基板１が保持板６にネジ止めされ、シールド板９を設置した後、これらを覆うようにして樹脂製のレドーム１０を配置する。レドーム１０は４角に設けたネジ穴９１〜９３を用いてアンテナ基板１及び保持板６にネジ止めされる。 Next, a radar apparatus using the planar antenna described in the first embodiment will be described. FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the radar apparatus. As shown in FIG. 7, after the antenna substrate 1 is screwed to the holding plate 6 and the shield plate 9 is installed, a resin radome 10 is arranged so as to cover them. The radome 10 is screwed to the antenna substrate 1 and the holding plate 6 using screw holes 91 to 93 provided at four corners.

レドーム１０をアンテナ基板１及び保持板６にネジ止めした際の、シールド板９の中心線（II−II）を通る面での断面図を図８に示す。図８に示すように、レドーム１０はアンテナ基板１に設けられたシールド板９と接するように配置されることが好ましい。このような構成とすることによって隣接アンテナ間の電波の遮蔽効率を高めることができ、さらにレーダ装置が車載された場合等に受ける振動によってシールド板が位置ずれを起こすことを防止することができる。 FIG. 8 shows a cross-sectional view of a plane passing through the center line (II-II) of the shield plate 9 when the radome 10 is screwed to the antenna substrate 1 and the holding plate 6. As shown in FIG. 8, the radome 10 is preferably arranged so as to be in contact with the shield plate 9 provided on the antenna substrate 1. With such a configuration, it is possible to increase the shielding efficiency of radio waves between adjacent antennas, and it is possible to prevent the shield plate from being displaced due to vibration received when the radar apparatus is mounted on a vehicle.

最後に、図７に示すように回路基板２０を、保持板６を介してアンテナ基板１と接続した後、全体を筐体３０に装着してレーダ装置が完成する。 Finally, as shown in FIG. 7, the circuit board 20 is connected to the antenna board 1 via the holding plate 6, and then the whole is mounted on the housing 30 to complete the radar apparatus.

以上、上述した実施例においてはシールド板９を隣接するアンテナ間に１つのみ配置した例を示したが、複数のシールド板を配置してもよい。 As described above, in the above-described embodiments, only one shield plate 9 is disposed between adjacent antennas. However, a plurality of shield plates may be disposed.

従来の平面アンテナの内部構造を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the internal structure of the conventional planar antenna. 従来の平面アンテナの斜視図である。It is a perspective view of the conventional planar antenna. 従来の平面アンテナの平面図である。It is a top view of the conventional planar antenna. 本発明の実施例１の平面アンテナの斜視図である。It is a perspective view of the planar antenna of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の平面アンテナの断面図である。It is sectional drawing of the planar antenna of Example 1 of this invention. 本発明の実施例２の平面アンテナの断面図である。It is sectional drawing of the planar antenna of Example 2 of this invention. 本発明のレーダ装置の斜視図である。It is a perspective view of the radar apparatus of this invention. 本発明の平面アンテナの断面図である。It is sectional drawing of the planar antenna of this invention.

Explanation of symbols

１アンテナ基板
２アンテナパッチ
３１〜３４アンテナ
４地導体
５１〜５４導波管
６保持板
９シールド板
１０レドーム
１１〜１５支持部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna board 2 Antenna patch 31-34 Antenna 4 Ground conductor 51-54 Waveguide 6 Holding plate 9 Shield plate 10 Radome 11-15 Support member

Claims

A plurality of antennas arranged on an antenna substrate;
A shield plate disposed between the plurality of adjacent antennas,
The planar antenna according to claim 1, wherein the shield plate is spaced apart from the antenna substrate.

The planar antenna according to claim 1, wherein the shield plate is separated from the antenna substrate by a predetermined distance according to a minimum wavelength of radio waves received by the plurality of antennas.

The planar antenna further includes a holding plate that holds the antenna substrate,
The planar antenna according to claim 1, wherein the shield plate is held by a plurality of support members provided on the holding plate.

The antenna substrate has a hole for penetrating the support member;
The planar antenna according to claim 1, wherein the support member determines a positional relationship between the holding plate and the antenna substrate.

A holding plate;
An antenna substrate disposed on the holding plate;
A plurality of antennas disposed on the antenna substrate;
A shield plate disposed in a space between the plurality of adjacent antennas;
A radome disposed so as to contact the shield plate,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the shield plate is disposed apart from the antenna substrate.