CN115917874A - 阵列天线 - Google Patents

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CN115917874A CN202180043268.1A CN202180043268A CN115917874A CN 115917874 A CN115917874 A CN 115917874A CN 202180043268 A CN202180043268 A CN 202180043268A CN 115917874 A CN115917874 A CN 115917874A
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三木祐太郎
山岸杰
桑山一郎
宫胁大辅
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

阵列天线用于波束赋形，具有：多个天线元件；接地件；电介质，其设置于所述多个天线元件和所述接地件之间，所述电介质的所述多个天线元件至所述接地件之间的电长度为0.03以上；以及屏蔽构造，其至少设置于所述多个天线元件之间，构成为将从各天线元件放射出的电波屏蔽。

Description

阵列天线
技术领域
本公开涉及一种阵列天线。本申请基于2020年8月3日申请的日本申请第2020－131525号而要求优先权，引用上述日本申请所记载的全部内容。
背景技术
第5代移动通信系统(5G)能够高速、大容量且低延迟地进行通信。在5G中，使用准毫米波段即28GHz频带。
专利文献1：日本特开2013－58585号公报
专利文献2：日本特开2013－183082号公报
专利文献3：日本特开2012－70237号公报
发明内容
本公开的一个方式涉及的阵列天线具有：多个天线元件；接地件；电介质，其设置于所述多个天线元件和所述接地件之间，且所述电介质的所述多个天线元件至所述接地件之间的电长度为0.03以上；
以及屏蔽构造，其至少设置于所述多个天线元件之间，构成为将从各天线元件放射出的电波屏蔽。
附图说明
图1是阵列天线的俯视图。
图2是阵列天线的II－II线剖视图。
图3是阵列天线的III－III线剖视图。
图4是表示天线元件的E面指向性的曲线图。
图5是表示EBG排列的概略图。
图6是EBG具有的区域的说明图。
图7是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图8是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图9是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图10是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图11是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图12是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图13是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图14是表示相邻元件间耦合的大小的表。
图15是表示EGB排列的概略图。
图16是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图17是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图18是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图19是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图20是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图21是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图22是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图23是表示第2天线元件的指向性的特性图。
图24是表示相邻元件间耦合的大小的表。
图25是表示EGB排列的概略图。
图26是表示元件间的绕射的曲线图。
具体实施方式
＜本公开所要解决的课题＞
阵列天线例如用于波束赋形(Beamforming)。能够通过波束赋形而提高波束向通信对象的指向性。
本发明人新发现如下问题，即，在使用如准毫米波段或毫米波段这样的高频率的情况下，与使用比准毫米波段或毫米波段低的频率、例如2GHz左右的频率的情况相比，构成阵列天线的各天线元件的指向性随机地不同，因此从阵列天线放射的波束容易根据方向而紊乱。即，在使用如准毫米波段或毫米波段这样的高频率的情况下，从阵列天线放射的波束具有依赖于方向的不均匀性。另外，如果各天线元件的指向性不同，则与各天线元件的指向性相同的情况相比，合成增益也降低。
如果波束具有不均匀性，则通信性能有可能根据波束的方向而下降。因此，期望确保由阵列天线形成的波束的均匀性。
＜本公开的效果＞
根据本公开，能够确保由阵列天线形成的波束的均匀性。
＜本公开的实施方式的概要＞
以下，列举本公开的实施方式的概要而进行说明。
(1)实施方式涉及的阵列天线具有：多个天线元件；接地件；以及电介质，其设置于所述多个天线元件和所述接地件之间。此外，电介质例如由固态的电介质基板构成。但是，电介质也可以为空气等气体。
实施方式涉及的电介质的所述多个天线元件至所述接地件之间的电长度为0.03以上。实施方式涉及的阵列天线具有屏蔽构造，该屏蔽构造至少设置于所述多个天线元件之间，构成为将从各天线元件放射出的电波屏蔽。即使频率变高至电介质的电长度达到0.03以上的程度，也能够通过屏蔽构造而确保由阵列天线形成的波束的均匀性。
(2)优选地，多个天线元件具有在第1方向排列配置的第1天线元件及第2天线元件，所述屏蔽构造具有第1区域、第2区域和第3区域，所述第1区域设置于所述第1天线元件和所述第2天线元件之间，所述第2区域从所述第1区域朝向与所述第1方向正交的第2方向延伸设置，所述第3区域从所述第2区域与所述第1方向平行地延伸设置，位于所述第1天线元件及所述第2天线元件的周边。在该情况下，能够更提高波束的均匀性。
(3)优选地，所述屏蔽构造设置为将多个天线元件所包含的至少一个天线元件的整周包围。在该情况下，能够进一步提高波束的均匀性。
(4)优选地，所述屏蔽构造设置为将多个天线元件各自的天线元件的整周包围。在该情况下，能够进一步提高波束的均匀性。
(5)优选地，多个天线元件的间隔为1.5λ，其中，λ为所述电波的自由空间波长。在该情况下，能得到作为阵列天线的合适的天线元件间隔。
(6)优选地，所述屏蔽构造具有多个单位单元周期性地排列的构造。在该情况下，能够有效地屏蔽电波。
(7)优选地，所述单位单元为六边形单元。在该情况下，更可靠地实现电波的屏蔽。
(8)优选地，所述电介质的所述多个天线元件至所述接地件之间的物理长度为3mm以下。在该情况下，能够充分地减薄电介质，例如作为柔性基板而构成的情况下，能提高电介质的柔软性。
(9)优选地，所述电介质的所述多个天线元件至所述接地件之间的物理长度为0.01mm以上。所述多个天线元件至所述接地件之间的物理长度为0.01mm以上，由此能够确保频带。
(10)优选地，所述电波的频率为20GHz以上。在该情况下，频率高，因此波束的均匀性容易紊乱，但能够通过屏蔽构造而确保波束的均匀性。
＜本公开的实施方式的详细内容＞
以下，参照附图对本发明的实施方式的详细内容进行说明。此外，也可以将以下记载的实施方式的至少一部分任意进行组合。
图1至图3示出实施方式涉及的阵列天线10。实施方式涉及的阵列天线10例如具有在车辆等移动体搭载的移动站点。移动站点在与基站之间进行无线通信。无线通信例如是使用第5代移动通信系统(5G)的通信。移动站点能够通过波束赋形而一边移动一边使波束向基站集中。
阵列天线10具有多个天线元件11、12、13、14。阵列天线10例如用于波束赋形。阵列天线10除了波束赋形以外还可以用于增益合成。此外，波束赋形可以是模拟波束赋形，也可以是数字波束赋形。模拟波束赋形是使用移相器以模拟方式使各天线元件的电波的相位不同而对波束方向进行变更的方式。数字波束赋形是以数字方式对各天线元件的相位/振幅进行合成的方式。在图1中，阵列天线10具有在X方向隔开间隔而一维地排列的4个天线元件11、12、13、14。以下，图1所示的阵列天线10设为将X方向作为水平方向、将与X方向正交的Y方向作为垂直方向而使用的阵列天线。多个天线元件可以在XY平面处二维地排列。此外，在图1中，Z方向是阵列天线10的厚度方向。
实施方式涉及的多个天线元件11、12、13、14等间隔地配置。多个天线元件11、12、13、14的相邻的间隔的上限例如为1.5λ(λ是从天线元件放射的电波的自由空间波长)，优选为1.0λ，更优选为0.8λ。多个天线元件11、12、13、14的间隔的下限例如为0.6λ，优选为0.7λ。多个天线元件11、12、13、14的间隔作为一个例子为0.75λ。多个天线元件11、12、13、14的相邻的间隔优选设定于从前述的多个上限选择的一个上限以下且从前述的多个下限选择的一个下限以上的范围。
多个天线元件11、12、13、14的间隔优选为，抑制在阵列合成时栅瓣(gratinglobe)的产生，在天线元件11、12、13、14之间能够配置后述的屏蔽构造50这一程度的大小。
实施方式涉及的阵列天线10放射的电波具有较高的频率。阵列天线10放射的电波优选为准毫米波段或毫米波段。更具体而言，阵列天线10放射的电波的频率的下限例如为3GHz，更优选为5GHz，进一步优选为10GHz。由于在高频率下能够使用宽的频率带宽，因此通过阵列天线10放射的电波的频率高而能够进行高速通信。阵列天线10放射的电波的频率的下限从准毫米波段或毫米波段这一观点来看，进一步优选为20GHz，再进一步优选为24GHz。
阵列天线10放射的电波的频率的上限没有特别限定，例如为300GHz，优选为200GHz，更优选为100GHz，进一步优选为50GHz。阵列天线10放射的电波的频率优选设定于从前述的多个上限选择的一个上限以下且从前述的多个下限选择的一个下限以上的范围。
此外，在以下的说明中，阵列天线10放射的电波的频率设为用于第5代移动通信系统的28GHz频带。
如图2及如图3所示，实施方式涉及的阵列天线10具有第1电介质层31，该第1电介质层31具有：设置有多个天线元件11、12、13、14的上表面(第1面)；以及设置有接地件20的下表面(第2面)。接地件20是具有基准电位的部分。
实施方式涉及的阵列天线10作为平面天线而构成。平面天线是具有在电介质基板的一个面形成的天线元件、和在电介质基板的另一个面形成的接地件的构造。即，实施方式涉及的天线元件11、12、13、14、第1电介质层31及接地件20构成平面天线。作为一个例子，图示的平面天线作为贴片天线(patch antenna)而构成。贴片天线还被称为微带天线。
实施方式涉及的阵列天线10具有第2电介质层32。第2电介质层32设置为在其与第1电介质层31之间夹着接地件20。即，在第2电介质层32的上表面(第1面)设置有接地件20。在第2电介质层32，在与接地件20反对侧的下表面(第2面)设置有作为向天线元件11、12、13、14的供电线的微带线路25。微带线路25和天线元件11、12、13、14通过通路孔26进行连接。通路孔26使微带线路25和天线元件11、12、13、14导通。通路孔26可以作为内部为中空的通孔而形成，内部也可以由合成树脂或金属体填充。此外，对多个天线元件11、12、13、14各自输入水平偏振波(H偏振波)及垂直偏振波(V偏振波)这两者。此外，向天线元件11、12、13、14的供电线也可以设置于第1电介质层31的上表面(第1面)。即，天线元件11、12、13、14和其供电线可以设置于相同面。在该情况下，后述的屏蔽构造50避开供电线而配置。
实施方式涉及的阵列天线10具有屏蔽构造50，该屏蔽构造50构成为将从各天线元件11、12、13、14放射出的电波屏蔽。实施方式涉及的屏蔽构造50具有周期构造，该周期构造将包含从天线元件11、12、13、14放射出的电波的频率在内的频率频带隔断。屏蔽构造50例如是图1至图3所示的电磁带隙(EBG)构造。如图1所示，屏蔽构造50，各天线元件11、12、13、14设置为将多个天线元件11、12、13、14各自的整周包围
图2及图3所示的屏蔽构造50(EBG构造)具有：在第1电介质层31的上表面(第1面)形成的多个单位单元(Unit cell)51；以及将各单位单元51与接地件20连接的通路孔52。单位单元51为铜等导体。例如，单位单元51是Z方向观察时呈六边形的板。如图2及图3所示，将具有单位单元51和通路孔53的EBG构造称为蘑菇构造。此外，作为屏蔽构造50，也可以如专利文献1、2所示那样采用省略了通路孔53的无通路孔EBG构造。
多个单位单元51隔着带隙G而周期性地排列。图1所示的单位单元51优选为正六边形，但也可以如后述那样为正方形。单位单元51之间的带隙优选是均匀的。另外，天线元件11、12、13、14和屏蔽构造50之间的上下(Y方向)及左右(X方向)的间隔优选基本无偏差而是均等的。
在多个单位单元51的排列中，形成有用于配置天线元件11、12、13、14的多个单位单元非配置区域。天线元件11、12、13、14配置于单位单元非配置区域中。天线元件11、12、13、14配置于单位单元非配置区域中，从而屏蔽构造50包围多个天线元件11、12、13、14各自的整周。其结果，屏蔽构造50设置于多个天线元件11、12、13、14之间。
在贴片天线等平面天线，产生从天线元件放射出的电波在接地件传播的表面波模式。实施方式涉及的屏蔽构造50抑制从天线元件11、12、13、14放射出的表面波的传播。
存在于多个天线元件11、12、13、14之间的屏蔽构造50优选在多个天线元件11、12、13、14排列的方向即X方向至少具有1个单位单元51，优选如图1所示在X方向具有2个单位单元51。在X方向至少存在2个单位单元，从而在X方向至少存在1个带隙G，表面波向X方向的传播的抑制效果提高。另外，存在于多个天线元件11、12、13、14之间的屏蔽构造50优选在与X方向正交的Y方向至少具有1个单位单元，更优选如图2所示具有2个单位单元。在Y方向至少存在2个单位单元，从而在Y方向至少存在1个带隙G，表面波向Y方向的传播的抑制效果提高。
实施方式涉及的阵列天线10例如形成于刚性基板。阵列天线10也可以形成于柔性基板。如果形成阵列天线10的基板薄，则柔软性增强。基板的材料如果是电介质，则不特别限定。
第1电介质层31及第2电介质层32由聚酰亚胺等电介质构成。电介质例如可以是液晶聚合物、PPE树脂或氟树脂。此外，第1电介质层31及第2电介质层32在能够进行弯曲变形的情况下，作为薄的膜状部件而构成。
第1电介质层31处于接地件20和天线元件11、12、13、14之间，因此给阵列天线10的特性带来较大影响。
膜状的第1电介质层31的作为物理长度的厚度(Z方向长度)的上限例如为3mm，更优选为2mm，进一步优选为1.5mm，再进一步优选为1mm，更进一步优选为0.5mm。通过使第1电介质层31薄至上述程度，能够确保柔软性。
第1电介质层31的作为物理长度的厚度(Z方向长度)的下限例如为0.01mm，更优选为0.05mm，进一步优选为0.1mm，再进一步优选为0.2mm，更进一步优选为0.3mm。使第1导电体层31的厚度大于前述的下限，从而能够将第1电介质层31的厚度设得较大，能够确保宽的通信频带，是有益的。此外，第1电介质层31的作为物理长度的厚度优选设定于从前述的多个上限选择的一个上限以下且从前述的多个下限选择的一个下限以上的范围。
第1电介质层31的介电常数只要为1以上，则没有特别限定，但介电常数的上限例如为10，更优选为5。第1电介质层31的介电常数优选处于1至5的范围，更优选处于1.5至4.5的范围。
第1电介质层31的作为电长度的厚度、即从多个天线元件11、12、13、14至接地件20之间的电长度优选为0.03以上。多个天线元件11、12、13、14至接地件20之间的电长度的下限更优选为0.05，进一步优选为0.1，再进一步优选为0.15。
多个天线元件11、12、13、14至接地件20之间的电长度的上限优选为1，更优选为0.7，进一步优选为0.5，再进一步优选为0.3，更进一步优选为0.2。多个天线元件11、12、13、14至接地件20之间的电长度优选设定于从前述的多个上限选择的一个上限以下且从前述的多个下限选择的一个下限以上的范围。
这里，电长度通过第1电介质层31的厚度(物理长度)t、真空波长λ0、介电常数εr进行定义，如由以下的式(1)所示那样，作为第1电介质层31的厚度t相对于真空波长λ0之比而进行计算。
电长度＝(t/λ0)×√εr···(1)
如果第1电介质层31的厚度t变大，则电长度增大。另外，即使第1电介质层31的厚度t相同，如果介电常数变大，则电长度也增加。另外，即使第1电介质层31的厚度t相同，如果波长变短，则电长度也增大。
例如，在从阵列天线10放射的电波的频率为28GHz、第1电介质层31的厚度t为0.5mm、第1电介质层31的介电常数为3.6的情况下(情形1：t＝0.5mm)，第1电介质层31的电长度(多个天线元件11、12、13、14至接地件20之间的电长度)成为0.0886，成为0.03以上的值。如果将光速设为299792458m/s，则频率为28GHz的电波的真空波长λ0为10.7mm。
另一方面，在将第1电介质层31的厚度t减薄至0.1mm、其他设为与上述相同的条件的情况下(情形2：t＝0.1mm)，第1电介质层31的电长度(多个天线元件11、12、13、14至接地件20之间的电长度)成为0.0177，成为小于0.03的值。
在情形1及情形2各自的阵列天线10，确认到在求出电压驻波比(VSWR)时，情形1更具有宽频带性。即，在情形1中，VSWR小于1.5的频率范围是将28GHz作为中心频率的1G[Hz]的范围，与此相对，在情形2中，为0.22G[Hz]。VSWR小于1.5的频带比(中心频率比)在情形1中为3.6％，是宽频带，与此相对，在情形2为0.79％，无法确保足够的频带。另外，VSWR小于2的频带比(中心频率比)在情形1中为6.1％，与此相对，在情形2中为1.4％。
如上所述，即使为了确保柔性而使用薄的第1电介质层31，为了确保宽频带，也优选第1电介质层31的厚度尽量大。根据本发明人的验证，对于第1电介质层31的厚度，从确保宽频带的观点出发，优选电长度为0.03以上。
但是，如前述那样，本发明人新发现了如下问题，即，在使用如准毫米波段或毫米波段这样的高频率的情况下，与使用比准毫米波段或毫米波段低的频率、例如2GHz左右的频率的情况相比，从阵列天线放射的波束容易根据方向而紊乱。
本发明人发现了如下问题，即，波束的不均匀性是由于从各天线元件11、12、13、14放射出的电波通过表面波模式在接地件20传播而产生的。从各天线元件11、12、13、14产生的电波不仅朝向通信对象放射，还通过表面波模式而在配置于天线元件11、12、13、14背后的接地件20的表面传播。通过表面波模式而从某个天线元件12放射出的电波到达其他天线元件11、13、14，产生元件间耦合。另外，产生来自接地件端部的电波的不需要的放射。其结果，各天线元件的指向性紊乱。另外，各天线元件的指向性的紊乱方式针对每个天线元件而不同。因此，由阵列天线形成的波束变得紊乱。
如上所述的波束的紊乱在使用比准毫米波段或毫米波段低的频率、例如2GHz程度的频率的阵列天线中，以往是不成为问题的。但是，如果频率变高到准毫米波段或毫米波段程度，则容易产生因表面波引起的电波的传播，产生波束的紊乱。
即，即使在天线元件和接地件之间设置的电介质的厚度的物理长度相同，在电波的频率变高、波长短的情况下，电介质的电长度也变大。如果电介质的电长度变大，则容易产生因表面波引起的电波传播。
例如，在第1电介质层31的厚度(物理长度)t为0.3mm、第1电介质层31的介电常数为2的情况下，如果频率为2GHz(真空波长λ0＝149.9mm)，则第1电介质层31的物理长度非常薄，与此相应地，第1电介质层31的厚度的电长度仅为0.0028。另一方面，即使是相同的第1电介质层31，如果频率为28GHz(真空波长λ0＝10.7mm)，则第1电介质层31的厚度的电长度也成为0.0396，变大。
如上所述，如果从天线元件11、12、13、14放射的电波的频率变高而电介质的电长度达到0.03以上的程度，则电介质的电长度大，因此容易产生因表面波引起的电波传播。因此，各天线元件的指向性紊乱。其结果，由阵列天线形成的波束的均匀性受损。
此外，为了确保波束的均匀性，希望各天线元件11、12、13、14的指向性为左右对称且没有紊乱、各天线元件11、12、13、14的指向性(振幅/相位)及增益一致、以及各天线元件之间充分隔离。前两者由于表面波模式而特别容易紊乱。
图4示出单一的天线元件11的E面指向性(H偏振波、水平面指向性)和第1电介质层31的厚度t之间的关系。这里，H偏振波是水平偏振波，水平方向是图1的X方向。水平面指向性是图1的XZ平面(水平面)的指向性。此外，不存在屏蔽构造50。在图4中，将厚度t设为1mm、0.5mm、0.1mm这3种。电波的频率为28GHz，第1电介质层31的介电常数设为3.6。t＝0.5mm相当于前述的情形1，t＝0.1mm相当于情形2。
在t＝0.1mm的情况下，第1电介质层31比较薄，因此即使频率高达28GHz，也基本没有指向性的紊乱。与此相对，如果t＝0.5mm，则在峰值附近产生紊乱，如果t＝1mm，则还产生左右非对称性。
如上所述，如果频率变高，则天线元件11的指向性会由于第1电介质层31的厚度变大而发生紊乱。即，判明了天线元件11的指向性的紊乱是在第1电介质层31的厚度相对于电波的波长而变大的情况下产生的。
针对上述问题，在实施方式涉及的阵列天线10，通过在多个天线元件11、12、13、14之间设置的屏蔽构造50，能够抑制天线元件11、12、13、14之间的电波传播，防止各天线元件11、12、13、14的指向性紊乱。因此，能够确保由阵列天线形成的波束的均匀性。
图5至图13示出对由屏蔽构造5实现的指向性紊乱的改善效果进行验证得到的结果。这里，针对No.1－1、1－2、1－3、1－4、1－5这5种类的阵列天线10进行了模拟。在模拟中，求出了第2天线元件12的指向性。频率设为28GHz。另外，第1电介质层31的厚度t设为0.5mm，第1电介质层31的介电常数设为3.6。
No.1－5与图1至图3所示的阵列天线10相同，在全部的天线元件11、12、13、14的周围设置有屏蔽构造50。
No.1－4是在天线元件12的周围，在图6所示的第1区域E1、第2区域E2及第3区域E3配置了屏蔽构造50的结构。第1区域E1配置于在X方向(第1方向)排列配置的第1天线元件11和第2天线元件12之间。另外，第1区域E1配置于在X方向(第1方向)排列配置的第2天线元件12和第3天线元件13之间。
第2区域E2从第1区域E1朝向与X方向(第1方向)正交的Y方向(第2方向)延伸设置。第2区域E2配置于第1区域E1的Y方向两侧。
第3区域E3从第2区域E2与X方向(第1方向)平行地延伸设置，位于第1天线元件11、第2天线元件12、及第3天线元件13(以及第4天线元件14)的周边。第3区域E3配置于多个第2区域E2之间。
No.1－3是从No.1－4的屏蔽构造50除去与第1天线元件11及第3天线元件13相邻的第3区域E3，使得屏蔽构造50将第2天线元件12的整周包围的结构。
No.1－2是从No.1－3的屏蔽构造50除去第3区域E3而的结构。
No.1－1是不具有屏蔽构造50的结构。
图7示出No.1－2和No.1－1的第2天线元件12的指向性(水平面指向性；H偏振波)。图8示出No.1－3和No.1－1的第2天线元件12的指向性(水平面指向性；H偏振波)。图9示出No.1－4和No.1－1的第2天线元件12的指向性(水平面指向性；H偏振波)。图10示出No.1－5和No.1－1的第2天线元件12的指向性(水平面指向性；H偏振波)。
如图7至图10所示，按No.1－2、No.1－3、No.1－4、No.1－5的顺序，指向性改善效果变大，No.1－5的指向性改善效果最高。即，在不具有屏蔽构造50的No1－1，指向性图案的凹凸大，指向性紊乱。但是，按No.1－2、No.1－3、No.1－4、No.1－5的顺序，指向性图案的凹凸变小，指向性改善效果变大。因此可知，优选至少在多个天线元件之间存在屏蔽构造50，最优选屏蔽构造50将各天线元件11、12、13、14各自的整周包围。
图11示出第2天线元件12的H偏振波的垂直面指向性，图12示出第2天线元件12的V偏振波的水平面指向性，图13示出第2天线元件的V偏振波的垂直面指向性。都观察到由屏蔽构造50实现的指向性改善效果。此外，V偏振波是垂直偏振波，垂直方向是图1的Y方向。垂直面指向性是图1的YZ平面处的指向性。
图14示出在与图5至图13所示的模拟相同的条件下，在第2天线元件12处对第1天线元件11和第2天线元件12之间的28GHz的元件间绕射(相邻元件间耦合)进行调查得到的结果。图14示出No.1－1至1－5各自的元件间耦合的最大值。这里可知，在基于如果H偏振波及V偏振波任意者的值都为－18.3dB以下则耦合降低这一基准进行判定的情况下，具有屏蔽构造50的No.1－2至No.1－5的任意者都是耦合降低。No.1－4及No.1－5的耦合的降低特别大幅，为优选。
图15至图23示出对由屏蔽构造5实现的指向性紊乱的改善效果进行验证得到的其他模拟结果。这里，如图15所示，将屏蔽构造50的单位单元51的形状设为正方形。对于其他方面，与图5至图13所示的模拟相同。
图16示出No.2－2和No.2－1的第2天线元件12的H偏振波的水平面指向性。
如图16所示，按No.2－2、No.2－3、No.2－4、No.2－5的顺序，指向性改善效果变大，No.1－5的指向性改善效果最高。即，在不具有屏蔽构造50的No2－1，指向性图案的凹凸大，指向性紊乱。但是，按No.2－2、No.2－3、No.2－4、No.2－5的顺序而，指向性图案的凹凸变小，指向性改善效果变大。因此可知，优选至少在多个天线元件之间存在屏蔽构造50，最优选由屏蔽构造50将各天线元件11、12、13、14各自的整周包围。屏蔽构造50将各天线元件11、12、13、14的整周包围，由此各天线元件11、12、13、14的指向性容易一致，能够抑制由阵列天线10整体形成的波束依赖于方向而变得不均匀的情况。此外，将单位单元51为正方形的情况和单位单元51为正六边形的情况进行对比，单位单元51为正六边形时的指向性改善效果更大，为优选。即，如果将正方形的单位单元51隔着带隙G而紧密配置，则带隙G的长度方向呈直线状，电波向带隙G的长度方向传播的抑制效果降低。与此相对，如果将正六边形的单位单元51隔着带隙G而紧密配置，则带隙G的长度方向弯折，因此，电波的传播的抑制效果变高。因此，各天线元件11、12、13、14的指向性均匀化，指向性改善效果变高。
图17示出第2天线元件12的H偏振波的垂直面指向性，图18示出第2天线元件12的V偏振波的水平面指向性，图19示出第2天线元件的V偏振波的垂直面指向性。都观察到由屏蔽构造50实现的指向性改善效果。
图20至图23示出将图16至图19所示的指向性与基准指向性进行对比得到的结果。在图20至图23，基准指向性作为“基准”而示出。这里的基准指向性表示在无限平面的接地件20上仅设置了单一的第2天线元件12的理想的指向性。
如图20至图23所示，如果设置屏蔽构造50，则能得到接近基准指向性的指向性。特别是，在No.2－5，在正面方向(0°)的附近(例如，－45°至+45°)的范围，最接近基准指向性。
图24是在与图15至图23的模拟相同的条件下，在第2天线元件12处对第1天线元件11和第2天线元件12之间的元件间绕射(相邻元件间耦合)进行调查得到的结果。图24示出No.2－1至2－5各自的元件间耦合的最大值。这里可知，在基于如果H偏振波及V偏振波任意者的值都为－18.1dB以下则就是耦合降低这一基准进行判定的情况下，在No.2－4及No.2－5，耦合降低。
图25及图26示出将元件间隔设为不同而对2个天线元件11、12之间的元件间的绕射的大小进行调查得到的结果。在图25，阵列天线10A具有2个天线元件11、12，元件间隔设定为10.7mm(约1λ)。该图的阵列天线10B在阵列天线10A的元件之间设置有具有3列的正方形单位单元的屏蔽构造50。该图的阵列天线10C具有2个天线元件11、12，元件间隔设定为32.1mm(约3λ)。该图的阵列天线10D在阵列天线10C的元件之间设置有具有15列的正方形单位单元的屏蔽构造50。
在图26，曲线图200A示出针对阵列天线10A的相邻元件间绕射，曲线图200B示出针对阵列天线10B的相邻元件间绕射，曲线图200C示出针对阵列天线10C的相邻元件间绕射，曲线图200D示出针对阵列天线10D的相邻元件间绕射。
将曲线图200C和曲线图200D进行对比，在元件间隔大的情况(3λ)下，由屏蔽构造50实现的绕射抑制效果高。这是因为，能够在元件之间配置大量的单位单元列，因此电波的屏蔽效果变高。
另一方面，将曲线图200A和曲线图200B进行对比，在元件间隔小的情况(1λ)下，由屏蔽构造50实现的绕射抑制效果低。这是因为，能够配置于元件之间的单位单元列变少，电波的屏蔽效果变低。
但是，如果考虑作为阵列天线整体的特性的担保，则元件间隔不能过大，优选为1.5λ以下，更优选为1λ左右。
如果元件间隔为1λ左右，则如No1－2、2－2那样，在元件之间只能配置3列左右的单位单元列。但是，通过如No.1－3、1－4、1－5及No.2－3、2－4、2－5那样形成屏蔽构造50，能够防止指向性的紊乱，是有益的。
本次公开的实施方式在所有方面是例示，不是限制性内容。本发明的权利范围不是由上述的实施方式示出而是由权利要求书示出，包含与权利要求书相同的含义及该范围内的所有变更。
标号的说明
10 阵列天线
11 第1天线元件
12 第2天线元件
13 第3天线元件
14 第4天线元件
20 接地件
25 供电线(微带线路)
26 供电线(通路孔)
31 第1电介质层
32 第2电介质层
50 屏蔽构造(EBG)
51 单位单元
52 通路孔
G 带隙

Claims (10)

1.一种阵列天线，其具有：
多个天线元件；
接地件，其具有基准电位；
电介质，其设置于所述多个天线元件和所述接地件之间，所述电介质的所述多个天线元件至所述接地件之间的电长度为0.03以上；以及
屏蔽构造，其至少设置于所述多个天线元件之间，构成为将从各天线元件放射出的电波屏蔽。
2.根据权利要求1所述的阵列天线，其中，
多个天线元件具有在第1方向排列配置的第1天线元件及第2天线元件，
所述屏蔽构造具有第1区域、第2区域和第3区域，
所述第1区域设置于所述第1天线元件和所述第2天线元件之间，
所述第2区域从所述第1区域朝向与所述第1方向正交的第2方向延伸设置，
所述第3区域从所述第2区域与所述第1方向平行地延伸设置，位于所述第1天线元件及所述第2天线元件的周边。
3.根据权利要求1或2所述的阵列天线，其中，
所述屏蔽构造设置为将多个天线元件所包含的至少一个天线元件的整周包围。
4.根据权利要求1或2所述的阵列天线，其中，
所述屏蔽构造设置为将多个天线元件各自的天线元件的整周包围。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的阵列天线，其中，
多个天线元件的间隔为1.5λ以下，其中，λ为所述电波的自由空间波长。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的阵列天线，其中，
所述屏蔽构造具有多个单位单元周期性地排列的构造。
7.根据权利要求6所述的阵列天线，其中，
所述单位单元为六边形单元。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的阵列天线，其中，
所述电介质的所述多个天线元件至所述接地件之间的物理长度为3mm以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的阵列天线，其中，
所述电介质的所述多个天线元件至所述接地件之间的物理长度为0.01mm以上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的阵列天线，其中，
所述电波的频率为20GHz以上。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI784680B (zh) * 2021-08-19 2022-11-21 特崴光波導股份有限公司 天線結構及天線陣列結構
US20230253702A1 (en) * 2022-02-10 2023-08-10 Swiftlink Technologies Co., Ltd. Periodic Mode-Selective Structure for Surface Wave Scattering Mitigation in Millimeter Wave Antenna Arrays

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4650302B2 (ja) * 2006-03-07 2011-03-16 三菱電機株式会社 アレーアンテナ
US7760140B2 (en) * 2006-06-09 2010-07-20 Intel Corporation Multiband antenna array using electromagnetic bandgap structures
JP2011045036A (ja) * 2009-08-24 2011-03-03 Sony Corp 通信装置及び通信方法
JP5793052B2 (ja) * 2011-10-13 2015-10-14 株式会社日立国際八木ソリューションズ スパイラルアンテナ
US10854986B2 (en) * 2018-07-18 2020-12-01 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Antenna apparatus

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