JP2007081825A - Leakage-wave antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、裏面に接地板を有する誘電体基板の表側に導体から成る所定の単位パターンを一軸方向に周期的に繰り返し配置することによって形成されたマイクロストリップアレーアンテナによる漏れ波アンテナに関し、特に、アンテナの指向性を制御可能としたものに関する。
この発明は、ミリ波帯域又はマイクロ波帯域の電磁波を送信または受信するレーダや通信機器などに有益であり、アンテナの高利得化、並びに小型化若しくは配設空間の省スペース化に大いに有用なものである。
The present invention relates to a leaky wave antenna using a microstrip array antenna formed by periodically and repeatedly arranging a predetermined unit pattern made of a conductor on the front side of a dielectric substrate having a ground plate on the back surface. The present invention relates to an antenna whose directivity can be controlled.
The present invention is useful for radars and communication devices that transmit or receive electromagnetic waves in the millimeter wave band or microwave band, and is very useful for increasing the gain of an antenna and reducing the size or space of an installation space. It is.
一般に漏れ波アンテナとしては、図11に示すアンテナ900が知られている。アンテナ900の構成は、図11に示す通り、断面が矩形の導波管90の1つの側面に、伝送方向(x軸方向)に延びたスロット91を形成したものである。尚、スロットの形成面の法線方向にz軸をとる。 In general, an antenna 900 shown in FIG. 11 is known as a leaky wave antenna. As shown in FIG. 11, the antenna 900 has a configuration in which a slot 91 extending in the transmission direction (x-axis direction) is formed on one side surface of a waveguide 90 having a rectangular cross section. The z axis is taken in the normal direction of the slot forming surface.
図11のアンテナ900は、周波数を変化させることで、正面方向(z軸の正方向)から電磁波が伝送する方向(x軸の正方向)にビームを走査できる。これを図11で楕円状のビームとして示し、その向きθが正であることで示した。さらに、導波管90の中にフェライトを挿入し、直流電流を流すことで、その透磁率を変化させ、周波数を固定して電子的にビームを走査することも知られている。 The antenna 900 in FIG. 11 can scan the beam in the direction (the positive direction of the x axis) in which electromagnetic waves are transmitted from the front direction (the positive direction of the z axis) by changing the frequency. This is shown as an elliptical beam in FIG. 11 and indicated by its positive orientation θ. Further, it is also known that a ferrite is inserted into the waveguide 90 and a direct current is applied to change the magnetic permeability thereof, to fix the frequency and to electronically scan the beam.
また、漏れ波アンテナとしては図12に示す構成も知られている。図11のアンテナ900が正面方向(z軸の正方向)から電磁波が伝送する方向と逆方向(x軸の負方向)にビームを走査できないのに対し、図12の漏れ波アンテナ950は、当該方向にもビームを走査できる特徴が有り、メタマテリアルによる左手系を実現するものである(非特許文献1乃至3)。 A configuration shown in FIG. 12 is also known as a leaky wave antenna. While the antenna 900 of FIG. 11 cannot scan the beam in the direction opposite to the direction in which electromagnetic waves are transmitted from the front direction (the positive direction of the z axis) (the negative direction of the x axis), the leaky wave antenna 950 of FIG. There is also a feature that the beam can be scanned in the direction, and a left-handed system using a metamaterial is realized (Non-Patent Documents 1 to 3).
図12の漏れ波アンテナ950は、誘電体基板10上にCRLH(Composite Right and Left Handed)伝送線路を備えたものである。このCRLH線路は、伝送線路21(x軸方向の主線路)を周期的に分断するギャップGや、その分断された伝送線路21から枝分かれしたスタブ24などが具備されている。この漏れ波アンテナ950では、ギャップGが供するキャパシタンスや、スタブ24が供するインダクタンスの作用により、ある周波数帯において、伝送される電磁波の群速度の向きと位相速度の向きを相互に反対の向きとすることができる。即ち、左手系を実現できる。これにより、伝送される電磁波の周波数を変化させることにより、主線路上で電磁波が伝播する向きとは反対向きの図12中のz軸の正の向きからx軸の負の向きの方に傾斜したθ<0なる角度領域に対しても電磁波を放射することができる。その結果、放射ビームの方向を変化させる場合には、その放射ビームの走査範囲を広くとることができる。この様な、位相速度と群速度の向きが反対となる原理については、例えば下記の非特許文献1などに詳しい開示がある。 The leaky wave antenna 950 shown in FIG. 12 includes a CRLH (Composite Right and Left Handed) transmission line on the dielectric substrate 10. The CRLH line includes a gap G that periodically divides the transmission line 21 (the main line in the x-axis direction), a stub 24 branched from the divided transmission line 21, and the like. In this leaky wave antenna 950, the direction of the group velocity and the phase velocity of the transmitted electromagnetic waves are opposite to each other in a certain frequency band due to the action of the capacitance provided by the gap G and the inductance provided by the stub 24. be able to. That is, a left-handed system can be realized. Thus, by changing the frequency of the transmitted electromagnetic wave, the direction of the electromagnetic wave propagated on the main line is inclined from the positive direction of the z-axis in FIG. 12 to the negative direction of the x-axis in FIG. Electromagnetic waves can also be radiated to an angle region where θ <0. As a result, when the direction of the radiation beam is changed, the scanning range of the radiation beam can be widened. Such a principle that the phase velocity and the group velocity are opposite to each other is disclosed in detail in, for example, Non-Patent Document 1 below.
また、下記の非特許文献2には、給電点から入力する電磁波の周波数を一定値に固定したまま、所定の電子制御に基づいて放射ビームの放射角を可変制御する制御方式が開示されている。この放射角の制御方式では、例えば図12の配線パターンの個々のギャップやスタブに対して、それぞれバラクタダイオードを接近させて配置し、各バラクタダイオードの容量を可変制御することによって放射ビームの放射角を可変制御している。
図12のような構成の、CRLH伝送線路を用いた漏れ波アンテナ950で高利得のアンテナを実現するために、繰り返し単位の数を増やしてアンテナ長の大きいアンテナを試作した場合、給電点に最も近い第1の繰り返し単位の素子からの放射量が大きく、それを減らすような設計が難しいという問題がある。給電点に最も近い第1の繰り返し単位の素子からの放射量が大きいと、給電部近傍の数素子から電波がほとんど放射してしまい、それより給電点から離れた素子はアンテナとして動作しないために、アンテナ全体としてのビームが形成されず、所望の指向方向へのパワーが集中しない。この結果、アンテナの所望の指向方向について利得が低下し、効率が下がる。さらに通常のパッチアレーアンテナにおいては、素子の間隔やその励振分布を制御することによりサイドローブのレベルやその角度、ヌルの角度を制御した任意の指向性を実現できるが、そのようなアレーアンテナの励振分布の制御が現状ではできない。また、車載レーダにおいては45度斜め偏波が用いられるが、アンテナ全体は回転させずに、偏波のみを45度回転させることができない。本発明は、これらの課題を解決することを目的としたものである。 In order to realize a high gain antenna with the leaky wave antenna 950 using the CRLH transmission line having the configuration as shown in FIG. 12, when an antenna with a large antenna length is prototyped by increasing the number of repeating units, the feeding point is the most. There is a problem that it is difficult to design to reduce the radiation amount from the element of the first repeating unit that is close. When the amount of radiation from the element of the first repeating unit closest to the feeding point is large, radio waves are almost radiated from several elements near the feeding part, and the element farther from the feeding point does not operate as an antenna. The beam as the whole antenna is not formed, and the power in the desired directivity direction is not concentrated. As a result, the gain decreases in the desired directivity direction of the antenna, and the efficiency decreases. Furthermore, in an ordinary patch array antenna, by controlling the element spacing and its excitation distribution, it is possible to realize arbitrary directivity by controlling the sidelobe level, its angle, and the null angle. The excitation distribution cannot be controlled at present. In addition, in-vehicle radar uses 45-degree oblique polarization, but the entire antenna cannot be rotated and only the polarization cannot be rotated 45 degrees. The present invention aims to solve these problems.
請求項1に係る発明は、誘電体基板と、導体から成る同一または類似の単位パターンを前記誘電体基板の表側に所定の方向に複数配列することによって形成されたストリップ線路と、前記誘電体基板の裏面に形成された導体から成る接地板とを有する漏れ波アンテナにおいて、前記単位パターンは、伝送線路と、前記伝送線路を途中で分断するギャップと、前記伝送線路から枝分かれするスタブとを有し、当該単位パターンを複数配列したストリップ線路の上に設けられた第1の誘電体板と、当該第1の誘電体板の上に設けられた、1個以上のスロットを有する金属板を有することを特徴とする漏れ波アンテナである。 The invention according to claim 1 is a dielectric substrate, a strip line formed by arranging a plurality of identical or similar unit patterns made of conductors in a predetermined direction on the front side of the dielectric substrate, and the dielectric substrate In the leaky wave antenna having a ground plate made of a conductor formed on the back surface of the antenna, the unit pattern includes a transmission line, a gap that divides the transmission line in the middle, and a stub that branches from the transmission line. And a first dielectric plate provided on a strip line in which a plurality of the unit patterns are arranged, and a metal plate having one or more slots provided on the first dielectric plate. Is a leaky wave antenna.
請求項2に係る発明は、誘電体基板と、導体から成る同一または類似の単位パターンを前記誘電体基板の表側に所定の方向に複数配列することによって形成されたストリップ線路と、前記誘電体基板の裏面に形成された導体から成る接地板とを有する漏れ波アンテナにおいて、前記単位パターンは、伝送線路と、前記伝送線路を途中で分断するギャップと、前記伝送線路から枝分かれするスタブとを有し、当該単位パターンを複数配列したストリップ線路の上に設けられた第1の誘電体板と、当該第1の誘電体板の上に設けられた、1個以上のパッチアンテナ又はダイポールアンテナを有することを特徴とする漏れ波アンテナである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a dielectric substrate, a strip line formed by arranging a plurality of identical or similar unit patterns made of conductors in a predetermined direction on the front side of the dielectric substrate, and the dielectric substrate In the leaky wave antenna having a ground plate made of a conductor formed on the back surface of the antenna, the unit pattern includes a transmission line, a gap that divides the transmission line in the middle, and a stub that branches from the transmission line. And a first dielectric plate provided on a strip line in which a plurality of the unit patterns are arranged, and one or more patch antennas or dipole antennas provided on the first dielectric plate. Is a leaky wave antenna.
請求項3に係る発明は、前記スロットを有する金属板の上に設けられた第2の誘電体板と、当該第2の誘電体板の上に設けられた、1個以上のパッチアンテナを有することを特徴とする。 The invention according to claim 3 includes a second dielectric plate provided on the metal plate having the slot, and one or more patch antennas provided on the second dielectric plate. It is characterized by that.
尚、請求項1及び2に係る発明の「第1の誘電体板」、請求項3に係る発明の「第2の誘電体板」は、設計によっては、空気、真空その他の流体でも良い。 The "first dielectric plate" of the inventions according to claims 1 and 2 and the "second dielectric plate" of the invention of claim 3 may be air, vacuum or other fluids depending on the design.
本発明の第1の手段によれば、周波数を変化させることにより、ギャップによるキャパシタンス成分とスタブのインダクタンス成分が変化し、線路から漏れる電波の放射方向やそのビーム幅が変化する。さらにこの線路を給電線路として、その給電線路の特性を乱さない高さの位置に設けられた金属板にスロットを設けることにより、給電線路とは独立に、その長さや幅、位置を設計することによりスロット素子からの放射量を調整することができる。その結果、スロットを有しない従来の漏れ波アンテナに比べてアレーの利得や効率を向上させることができる。また、細長矩形状のスロットから放射される偏波は、その電界の方向がスロットの細長方向に垂直であるので、スロットの傾きを変えることにより、その偏波の向きを自由に制御可能となり、車載レーダにおいて用いられる45度傾斜偏波にも容易に対応可能となる。 According to the first means of the present invention, by changing the frequency, the capacitance component due to the gap and the inductance component of the stub are changed, and the radiation direction and the beam width of the radio wave leaking from the line are changed. Furthermore, the length, width, and position of the feeder line can be designed independently of the feeder line by providing a slot in a metal plate provided at a height that does not disturb the characteristics of the feeder line. Thus, the amount of radiation from the slot element can be adjusted. As a result, the gain and efficiency of the array can be improved compared to a conventional leaky wave antenna having no slot. In addition, since the direction of the electric field of the polarized wave radiated from the elongated rectangular slot is perpendicular to the elongated direction of the slot, the direction of the polarized wave can be freely controlled by changing the inclination of the slot. It is possible to easily cope with the 45-degree inclined polarization used in the in-vehicle radar.
本発明の第2の手段によれば、上記のスロットの代わりに、パッチアンテナ又はダイポールアンテナを設け、その長さ、幅及び位置を設計することにより、パッチアンテナ又はダイポールアンテナからの放射量を調整することができる。パッチアンテナの偏波は0.5波長となる辺に直交する方向であり、ダイポールアンテナの辺波はその長手方向であるため、それらの素子の向きを設計することにより、偏波の向きを自由に制御可能である。 According to the second means of the present invention, a patch antenna or a dipole antenna is provided instead of the above slot, and the radiation amount from the patch antenna or the dipole antenna is adjusted by designing its length, width and position. can do. Since the polarization of the patch antenna is perpendicular to the side where the wavelength is 0.5, and the side wave of the dipole antenna is its longitudinal direction, the direction of the polarization can be set freely by designing the orientation of these elements. Can be controlled.
ストリップ線路の構成要素となる上記の単位パターンは、同一のパターンを用いてそれらを周期的に配列することが、例えば設計の容易性などの面でより望ましいが、必ずしも同一のパターンだけを用いる必要はなく、また、必ずしも周期的に配列する必要もない。したがって、例えば、ストリップ線路の構成要素となる上記の単位パターンは、伝送線路やスタブなどの各部の太さや長さなどの寸法が、揃っていなくとも良く、また、ギャップなどの間隔なども不揃いでも良い。また、誘電体基板としては、例えばフッ素樹脂などの比誘電率の小さな材料が望ましい。スタブと伝送線路との成す角度は、90度でなくとも良い。スタブは伝送線路の片側のみに設けられていても両側に設けられていても良く、両側に交互に設けられていても良い。その他任意のCRLH構造の漏れ波アンテナとスロットの結合として良い。 As for the above unit patterns, which are constituent elements of the strip line, it is more desirable in terms of design easiness to arrange them periodically using the same pattern, but it is necessary to use only the same pattern. There is no need to arrange them periodically. Therefore, for example, the above unit pattern that is a constituent element of the strip line may not have the same dimensions such as the thickness and length of each part such as the transmission line and the stub, and even if the gaps and the like are not uniform. good. Further, as the dielectric substrate, a material having a small relative dielectric constant such as a fluororesin is desirable. The angle formed between the stub and the transmission line need not be 90 degrees. The stubs may be provided only on one side of the transmission line or on both sides, or may be provided alternately on both sides. Any other CRLH structure leakage wave antenna and slot may be combined.
本発明のスロットは、必ずしもストリップ線路の単位パターンの数に一致させる必要はなく、各々の数及び位置を所望に設計することができる。実際、ストリップ線路の単位パターンの数の1/2〜1/5程度のスロット数で事足りる。尚、パッチアンテナを設ける場合は、パッチアンテナの数はスロットの数と一致させて、対応するように配置することが好ましい。また、スロット、パッチアンテナ、プリントダイポールとCRLH構造の線路の高さ方向の距離は、1/8波長以上離れていることが好ましい。これ以下の場合には、CRLH構造の線路とスロット、パッチアンテナ、プリントダイポールとの結合が強くなり、CRLH構造の線路の特性が変化してしまうため、このような影響を考慮した設計が必要となる。 The slots of the present invention are not necessarily required to match the number of unit patterns of the strip line, and each number and position can be designed as desired. Actually, the number of slots is about 1/2 to 1/5 of the number of strip line unit patterns. In the case where patch antennas are provided, the number of patch antennas is preferably matched with the number of slots. The distance in the height direction between the slot, patch antenna, printed dipole, and CRLH structure line is preferably 1/8 wavelength or more. Below this, the coupling between the CRLH structure line and the slot, patch antenna, and printed dipole becomes strong and the characteristics of the CRLH structure line change. Become.
マイクロストリップ導体及びパッチアンテナの材質やスロットを設ける金属板としては、印刷可能な銅を好適に用いることができる。 Printable copper can be suitably used as the metal strip on which the material and slots of the microstrip conductor and patch antenna are provided.
以下、図を参照しながら本発明の具体例について説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to a following example.
図1は、本願発明の具体的な一実施例に係る漏れ波アンテナ100の構成を示す斜視図である。また、図2は、漏れ波アンテナ100の一部分についての断面図であり、該当部分を図1で2点鎖線で示した。図1においては、その構成の把握を容易とするため、第1の誘電体板11とスロット31〜36を有する金属板30を他の部分から離した形で記載している。尚、本実施例は請求項1に係る発明の具体的な実施例に相当する。 FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a leaky wave antenna 100 according to a specific embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of a part of the leaky wave antenna 100, and the corresponding part is indicated by a two-dot chain line in FIG. In FIG. 1, the first dielectric plate 11 and the metal plate 30 having the slots 31 to 36 are illustrated in a form separated from other portions in order to make the configuration easy to understand. The present embodiment corresponds to a specific embodiment of the invention according to claim 1.
漏れ波アンテナ100は、x軸方向に長辺方向を有する矩形状のフッ素樹脂からなる誘電体基板10をxy平面に平行に置き、その表側に、分断されたマイクロストリップ導体による同一の単位パターン(1周期構造)を17回形成したものである。当該マイクロストリップ導体は、給電点210aからx軸方向に延設された伝送線路210、それに接続されてキャパシタを形成する部分である220、ギャップを空けてそれと対となるキャパシタを形成する部分である231、それに接続された伝送線路211、それに接続されてキャパシタを形成する部分である221が形成されている。キャパシタを形成する部分である220、231、221は、y軸方向に延設されている。また、伝送線路211中央部付近からは、y軸の正及び負方向に各々延設された、インダクタを形成する部分(スタブ)である251及び241が形成されている。また、スタブ241及び251の先端部の幅を広くすることにより、特性の改善を図った。この、キャパシタを形成する部分である231、伝送線路211、インダクタを形成する部分(スタブ)である241及び251、並びにキャパシタを形成する部分である221が、第1の繰り返し単位(アンテナ素子)を形成している。 In the leaky wave antenna 100, a dielectric substrate 10 made of a rectangular fluororesin having a long side direction in the x-axis direction is placed in parallel to the xy plane, and the same unit pattern (with a divided microstrip conductor on the front side) 1 period structure) is formed 17 times. The microstrip conductor is a transmission line 210 extending from the feed point 210a in the x-axis direction, a portion 220 connected to the transmission line 210 to form a capacitor, and a portion forming a capacitor with a gap therebetween. 231, a transmission line 211 connected thereto, and 221 which is a portion connected to the transmission line 211 to form a capacitor. The portions 220, 231, and 221 that form the capacitor are extended in the y-axis direction. Further, from the vicinity of the central portion of the transmission line 211, there are formed 251 and 241 which are portions (stubs) that form the inductor and extend in the positive and negative directions of the y-axis, respectively. In addition, the characteristics were improved by increasing the widths of the tips of the stubs 241 and 251. The portion 231 that forms the capacitor, the transmission line 211, the portions 241 and 251 that form the inductor (stub), and the portion 221 that forms the capacitor serve as the first repeating unit (antenna element). Forming.
第1の繰り返し単位(アンテナ素子)とギャップを空けて第2の繰り返し単位(アンテナ素子)が形成されており、以下、第17の繰り返し単位(アンテナ素子)まで形成されている。第17の繰り返し単位(アンテナ素子)はキャパシタを形成する部分である2317、伝送線路2117、インダクタを形成する部分である2417及び2517、並びにキャパシタを形成する部分である2217から成る。 A second repeat unit (antenna element) is formed with a gap from the first repeat unit (antenna element), and hereinafter, the 17th repeat unit (antenna element) is formed. The seventeenth repeating unit (antenna element) includes a part 2317 that forms a capacitor, a transmission line 2117, 2417 and 2517 that form an inductor, and 2217 that forms a capacitor.
第17の繰り返し単位(アンテナ素子)のキャパシタを形成する部分である2217と、ギャップを空けてそれと対となるキャパシタを形成する部分である2318が形成されており、それに接続されて伝送線路2118が形成されている。尚、「接続されて」とは、高周波的に接続されていれば良い。 A portion 2217 that forms a capacitor of the seventeenth repeating unit (antenna element) and a portion 2318 that forms a capacitor with a gap therebetween are formed, and the transmission line 2118 is connected to the portion. Is formed. It should be noted that “connected” may be connected at a high frequency.
また、誘電体基板10の裏面には接地板20が形成されている。更に、上記マイクロストリップ導体の上には、順に第1の誘電体板11とy軸方向に形成された細長矩形状のスロット31〜36を有する金属板30が形成されている(図2)。 A ground plate 20 is formed on the back surface of the dielectric substrate 10. Further, on the microstrip conductor, a metal plate 30 having a first dielectric plate 11 and elongated rectangular slots 31 to 36 formed in the y-axis direction is formed in order (FIG. 2).
スロット31〜36は、その中心が、マイクロストリップ導体の繰り返し単位(アンテナ素子)に対し、各々第1及び第2、第4及び第5、第7及び第8、第10及び第11、第13及び第4、第16及び第17の中間点にあたるように形成されている。実際、図2のように、スロット33は第7及び第8のマイクロストリップ導体の繰り返し単位(アンテナ素子)の中間点、即ち第7のマイクロストリップ導体の繰り返し単位(アンテナ素子)のキャパシタを形成する部分である227と、第8のマイクロストリップ導体の繰り返し単位(アンテナ素子)キャパシタを形成する部分である238とが成すギャップの上方に形成されている。細長矩形状のスロット31〜36は、その長手方向の長さが所望の波長の1/2に設計され、また、スロットの形成位置の周期も所望の波長の1/2以下である0.45波長に設計されている。 The centers of the slots 31 to 36 are the first and second, fourth and fifth, seventh and eighth, tenth and eleventh, thirteenth, respectively, with respect to the repeating unit (antenna element) of the microstrip conductor. And the fourth, sixteenth, and seventeenth intermediate points. In fact, as shown in FIG. 2, the slot 33 forms the middle point of the repeating unit (antenna element) of the seventh and eighth microstrip conductors, that is, the capacitor of the repeating unit (antenna element) of the seventh microstrip conductor. It is formed above the gap formed by the portion 227 and the portion 238 which forms the repeating unit (antenna element) capacitor of the eighth microstrip conductor. The elongated rectangular slots 31 to 36 are designed so that the length in the longitudinal direction is ½ of the desired wavelength, and the period of the slot forming position is 0.45 or less of the desired wavelength. Designed to wavelength.
以上のマイクロストリップ導体が、メタマテリアルであるCRLHを構成し、スロットと共に漏れ波アンテナ100の主要部となっている。誘電体板11の厚みを0.38波長とすることにより、スロット31〜36のCRLHに対するy軸方向の位置(ズレ位置)や、スロットの幅、スロット長を変えることにより素子からの放射量をCRLHの特性を乱すことなく制御できる。これらのパラメータについては、各スロット素子で同一とする必要性はなく、所望の特性となるように素子毎に変更可能である。本実施例ではCRLHの中心線とスロット31〜36の中心がxz平面上にあるようにし、スロットの幅は所望の波長の1/40とした。 The above microstrip conductor constitutes a CRLH that is a metamaterial, and is a main part of the leaky wave antenna 100 together with the slot. By setting the thickness of the dielectric plate 11 to 0.38 wavelength, the amount of radiation from the element can be changed by changing the position (shift position) of the slots 31 to 36 in the y-axis direction relative to the CRLH, the width of the slot, and the slot length. Control can be performed without disturbing the characteristics of CRLH. These parameters do not need to be the same for each slot element, and can be changed for each element so as to obtain desired characteristics. In this embodiment, the center line of CRLH and the centers of slots 31 to 36 are on the xz plane, and the slot width is 1/40 of the desired wavelength.
このような図1及び図2の漏れ波アンテナ100の特性について、設計に用いた所望波の周波数をf0として、0.99f0、f0、1.01f0及び1.02f0の高周波を入力した場合の、放射指向性を図3.Aに示す。尚、比較のため、図1の漏れ波アンテナ100から、第1の誘電体板11とスロット31〜36を有する金属板30を除いた漏れ波アンテナについての放射指向性を図3.Bに示す。図1の漏れ波アンテナ100と、そこから第1の誘電体板11と金属板30を除いた漏れ波アンテナのいずれについても、設計周波数f0においてはほぼ0°(z軸の正方向)にビームが形成され、周波数0.99f0では40°又は30°、周波数1.02f0では−30°の方向にビームが形成されている。即ち、周波数を3%変化させることで指向性を50°以上連続的に変化させることができる。また、図1の漏れ波アンテナ100の利得(dBi)は、そこから第1の誘電体板11と金属板30を除いた漏れ波アンテナの利得(dBi)よりも、設計周波数f0において2.2dB向上した。このことから、本発明のアンテナでは、従来のCRLH構造の漏れ波アンテナの特徴である、少ない周波数変化で広角にビーム走査が可能であるとの特徴を損なうことなく利得が向上しており、有効なことが明らかである。 With respect to the characteristics of the leaky wave antenna 100 of FIG. 1 and FIG. 2, high frequencies of 0.99f 0 , f 0 , 1.01f 0, and 1.02f 0 are set with f 0 being the frequency of the desired wave used in the design. Figure 3. Radiation directivity when input. Shown in A. For comparison, the radiation directivity of the leaky wave antenna obtained by removing the first dielectric plate 11 and the metal plate 30 having the slots 31 to 36 from the leaky wave antenna 100 of FIG. Shown in B. The leaky wave antenna 100 of FIG. 1 and the leaky wave antenna excluding the first dielectric plate 11 and the metal plate 30 are substantially 0 ° (positive direction of the z axis) at the design frequency f 0 . beam is formed, the frequency 0.99f 0 40 ° or 30 °, the beam is formed in the direction of -30 ° in the frequency 1.02f 0. That is, the directivity can be continuously changed by 50 ° or more by changing the frequency by 3%. Further, the gain (dBi) of the leaky wave antenna 100 of FIG. 1 is 2. at the design frequency f 0 than the gain (dBi) of the leaky wave antenna excluding the first dielectric plate 11 and the metal plate 30 therefrom. Improved by 2 dB. Therefore, the antenna of the present invention has an improved gain without impairing the characteristic that the beam scanning is possible with a small frequency change and a wide angle, which is a characteristic of the leaky wave antenna of the conventional CRLH structure. It is clear.
図4は、本願発明の具体的な他の実施例に係る漏れ波アンテナ200の構成を示す斜視図である。また、図5は、漏れ波アンテナ200の一部分についての断面図であり、該当部分を図4で2点鎖線で示した。図4及び図5漏れ波アンテナ200の構成は、図1及び図2の漏れ波アンテナ100の構成で、スロット31〜36を有する金属板30の代わりにパッチアンテナ41〜46を設けた構成である。図4においては、その構成の把握を容易とするため、第1の誘電体板11とパッチアンテナ41〜46を他の部分から離した形で記載している。尚、本実施例は請求項2に係る発明の具体的な実施例に相当する。 FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a leaky wave antenna 200 according to another specific embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view of a part of the leaky wave antenna 200, and the corresponding part is indicated by a two-dot chain line in FIG. 4 and 5 is a configuration of the leaky wave antenna 100 of FIGS. 1 and 2, in which patch antennas 41 to 46 are provided instead of the metal plate 30 having the slots 31 to 36. . In FIG. 4, the first dielectric plate 11 and the patch antennas 41 to 46 are illustrated in a form separated from the other parts in order to easily grasp the configuration. The present embodiment corresponds to a specific embodiment of the invention according to claim 2.
漏れ波アンテナ200は、パッチアンテナ41〜46の中心点がxz平面上に有り、その他は図1の漏れ波アンテナ100と同様の構成である。スロットを有する図1及び図2の漏れ波アンテナ100においては、導体板20と金属板30の間に平行平板モードが発生するため、それを抑圧する様な設計が必要となるが、図4及び図5の本実施例では平行平板モードが発生しないので、上記の設計が不要となる特徴がある。 The leaky wave antenna 200 has the same configuration as the leaky wave antenna 100 of FIG. 1 except that the center points of the patch antennas 41 to 46 are on the xz plane. In the leaky wave antenna 100 of FIG. 1 and FIG. 2 having a slot, a parallel plate mode is generated between the conductor plate 20 and the metal plate 30. Therefore, a design for suppressing the parallel plate mode is required. Since the parallel plate mode does not occur in this embodiment of FIG. 5, there is a feature that the above design is not required.
図6は、本願発明の具体的な他の実施例に係る漏れ波アンテナ300の構成を示す斜視図である。また、図7は、漏れ波アンテナ300の一部分についての断面図であり、該当部分を図6で2点鎖線で示した。図6及び図7漏れ波アンテナ300の構成は、図1及び図2の漏れ波アンテナ100の構成で、スロット31〜36を有する金属板30の代わりにプリントダイポール51〜56を設けた構成である。図6においては、その構成の把握を容易とするため、第1の誘電体板11とプリントダイポール51〜56を他の部分から離した形で記載している。尚、本実施例は請求項2に係る発明の具体的な実施例に相当する。 FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a leaky wave antenna 300 according to another specific embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view of a part of the leaky wave antenna 300, and the corresponding part is indicated by a two-dot chain line in FIG. 6 and 7 is the configuration of the leaky wave antenna 100 shown in FIGS. 1 and 2, in which printed dipoles 51 to 56 are provided instead of the metal plate 30 having the slots 31 to 36. . In FIG. 6, the first dielectric plate 11 and the printed dipoles 51 to 56 are illustrated in a form separated from other parts in order to make the configuration easy to grasp. The present embodiment corresponds to a specific embodiment of the invention according to claim 2.
漏れ波アンテナ300は、プリントダイポール51〜56の中心点がxz平面上に有り、その他は図1の漏れ波アンテナ100と同様の構成である。図6及び図7の漏れ波アンテナ300は、図4及び図5の漏れ波アンテナ200と同様に、スロットを有する漏れ波アンテナ100のような平行平板モードは発生しない。また、図6及び図7の漏れ波アンテナ300のプリントダイポール51〜56は、図4及び図5の漏れ波アンテナ200のパッチアンテナ41〜46よりも利得が若干低くなるが、素子面積は小さくできると言う特徴がある。 The leaky wave antenna 300 has the same configuration as the leaky wave antenna 100 of FIG. 1 except that the center points of the printed dipoles 51 to 56 are on the xz plane. The leaky wave antenna 300 of FIGS. 6 and 7 does not generate a parallel plate mode like the leaky wave antenna 100 having a slot, like the leaky wave antenna 200 of FIGS. 4 and 5. Further, the printed dipoles 51 to 56 of the leaky wave antenna 300 of FIGS. 6 and 7 have a slightly lower gain than the patch antennas 41 to 46 of the leaky wave antenna 200 of FIGS. 4 and 5, but the element area can be reduced. There is a feature called.
図8は、本願発明の具体的な他の実施例に係る漏れ波アンテナ400の構成を示す斜視図である。また、図9は、漏れ波アンテナ400の一部分についての断面図であり、該当部分を図8で2点鎖線で示した。図8及び図9漏れ波アンテナ400の構成は、図1及び図2の漏れ波アンテナ100の構成に、第2の誘電体板12と、その上に形成されたパッチアンテナ41〜46を加えた構成である。図8においては、その構成の把握を容易とするため、第1の誘電体板11とスロット31〜36を有する金属板30、第2の誘電体板12とパッチアンテナ41〜46を他の部分から離した形で記載している。尚、本実施例は請求項3に係る発明の具体的な実施例に相当する。 FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a leaky wave antenna 400 according to another specific embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view of a part of the leaky wave antenna 400, and the corresponding part is indicated by a two-dot chain line in FIG. 8 and 9 includes a second dielectric plate 12 and patch antennas 41 to 46 formed thereon in addition to the configuration of the leaky wave antenna 100 of FIGS. It is a configuration. In FIG. 8, the metal plate 30 having the first dielectric plate 11 and the slots 31 to 36, the second dielectric plate 12 and the patch antennas 41 to 46 are connected to other parts in order to make the configuration easy to understand. It is shown in a form separated from. This embodiment corresponds to a specific embodiment of the invention according to claim 3.
漏れ波アンテナ400は、スロット31〜36の中心点にパッチアンテナ41〜46の中心点が対応する、即ちそれら中心点が全てxz平面上にあって、対応するスロットとパッチアンテナの中心点を結ぶ線分がz軸に平行となるように設けられたものである。その他は図1の漏れ波アンテナ100と同様の構成である。この構造ではパッチアンテナ41〜46を形成した誘電体板12が増えるというコスト上の欠点はあるが、アンテナの指向性においては、パッチアンテナを追加する方がスロット単独よりも利得が高いという特徴がある。 In the leaky wave antenna 400, the center points of the patch antennas 41 to 46 correspond to the center points of the slots 31 to 36, that is, all the center points are on the xz plane and connect the corresponding slot and the center point of the patch antenna. The line segment is provided so as to be parallel to the z-axis. Other configurations are the same as those of the leaky wave antenna 100 of FIG. In this structure, there is a disadvantage in cost that the dielectric plate 12 on which the patch antennas 41 to 46 are formed increases. However, the antenna directivity is characterized in that the gain is higher when the patch antenna is added than when the slot alone is used. is there.
また図10に示すように各スロットの形成方向をxy平面内で45度傾斜させること(図10では金属板310のうち第1のスロット311のみ示した、)により、車載レーダで用いられる45度傾斜偏波も容易に実現できる。図10では放射される偏波の電界Eの方向を矢印で示した。この場合、例えば各図のz方向を車両の進行方向にすれば良い。 Also, as shown in FIG. 10, the formation direction of each slot is inclined 45 degrees in the xy plane (in FIG. 10, only the first slot 311 is shown in the metal plate 310). Gradient polarization can be easily realized. In FIG. 10, the direction of the electric field E of the radiated polarized wave is indicated by an arrow. In this case, for example, the z direction in each figure may be the traveling direction of the vehicle.
本発明は、無線通信や電磁波センシングに有用であり、例えば、無線通信装置や、車両の事故防止システムやオートクルーズ制御システムなどに用いられる障害物センサや、或いはその他の車両周辺の物体に対する物体探索手段などとして利用することができる。 The present invention is useful for wireless communication and electromagnetic wave sensing. For example, an object search for a wireless communication device, an obstacle sensor used in a vehicle accident prevention system, an auto cruise control system, or other objects around the vehicle. It can be used as a means.
100、200、300、400:漏れ波アンテナ
10:誘電体基板
11:第1の誘電体板
12:第2の誘電体板
20:接地板
21:ギャップにより分断されたマイクロストリップ線路
24:スタブ
211〜2117(21i):繰り返し単位(アンテナ素子)の伝送路
221〜2217(22i)及び231〜2317(23i):アンテナ素子のキャパシタ形成部分
241〜2417(24i)及び251〜2517(25i):アンテナ素子のインダクタ形成部分(スタブ)
30、310:スロットを有する金属板
31〜36、311:スロット
41〜46:パッチアンテナ
51〜56:プリントダイポールアンテナ
G:ギャップ
100, 200, 300, 400: Leaky wave antenna 10: Dielectric substrate 11: First dielectric plate 12: Second dielectric plate 20: Ground plate 21: Microstrip line divided by a gap 24: Stub 211 ˜2117 (21i): Transmission path of repeating unit (antenna element) 221 to 2217 (22i) and 231 to 2317 (23i): Capacitor forming portion of antenna element 241 to 2417 (24i) and 251 to 2517 (25i): antenna Inductor formation part (stub) of element
30, 310: Metal plates having slots 31-36, 311: Slots 41-46: Patch antennas 51-56: Printed dipole antennas G: Gap
Claims (3)
前記単位パターンは、伝送線路と、前記伝送線路を途中で分断するギャップと、前記伝送線路から枝分かれするスタブとを有し、
当該単位パターンを複数配列したストリップ線路の上に設けられた第1の誘電体板と、
当該第1の誘電体板の上に設けられた、1個以上のスロットを有する金属板を有することを特徴とする漏れ波アンテナ。 From a dielectric substrate, a strip line formed by arranging a plurality of identical or similar unit patterns made of conductors in a predetermined direction on the front side of the dielectric substrate, and a conductor formed on the back surface of the dielectric substrate In a leaky wave antenna having a ground plate comprising:
The unit pattern includes a transmission line, a gap that divides the transmission line in the middle, and a stub that branches from the transmission line,
A first dielectric plate provided on a strip line in which a plurality of the unit patterns are arranged;
A leaky wave antenna comprising a metal plate having one or more slots provided on the first dielectric plate.
前記単位パターンは、伝送線路と、前記伝送線路を途中で分断するギャップと、前記伝送線路から枝分かれするスタブとを有し、
当該単位パターンを複数配列したストリップ線路の上に設けられた第1の誘電体板と、
当該第1の誘電体板の上に設けられた、1個以上のパッチアンテナ又はダイポールアンテナを有することを特徴とする漏れ波アンテナ。 From a dielectric substrate, a strip line formed by arranging a plurality of identical or similar unit patterns made of conductors in a predetermined direction on the front side of the dielectric substrate, and a conductor formed on the back surface of the dielectric substrate In a leaky wave antenna having a ground plate comprising:
The unit pattern includes a transmission line, a gap that divides the transmission line in the middle, and a stub that branches from the transmission line,
A first dielectric plate provided on a strip line in which a plurality of the unit patterns are arranged;
A leaky wave antenna comprising one or more patch antennas or dipole antennas provided on the first dielectric plate.
当該第2の誘電体板の上に設けられた、1個以上のパッチアンテナを有することを特徴とする請求項1に記載の漏れ波アンテナ。 A second dielectric plate provided on the metal plate having the slot;
The leaky wave antenna according to claim 1, further comprising one or more patch antennas provided on the second dielectric plate.
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