JP2004096286A

JP2004096286A - Array antenna device

Info

Publication number: JP2004096286A
Application number: JP2002252672A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Yoshikawa; 吉川　幸広
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an array antenna device of radial waveguide feeding wherein the centers of patch elements are located on concentric circles and no soldering work is needed for an exciting probe. <P>SOLUTION: The array antenna device is provided with: a slot array comprising a plurality of slot elements 10 concentrically arranged at an interval of nearly a half wavelength or one wavelength; a patch array comprising the same number of the patch elements 6 as that of the slot elements 10 that are nearly concentrically arranged on one side of a dielectric board 3 at a position not overlapped with the slot elements 10 above the slot array and use the other side of the dielectric board 3 for a ground conductor board; and strip lines 11 that are placed between the slot array and the patch array, one-side ends of which are spatially couple to the slot elements 10, the other ends of which are coupled to the patch elements 6 via coupling slots provided to the ground conductor plate of the patch array or connected to the patch elements 6 via a cylindrical conductor 12, and that use the slot array face and the ground conductor board 4 of the patch array for a ground conductor. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダ、通信などに用いるアレーアンテナ装置、特にラジアル導波路で給電する平面アレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は特許第３０５５２９１号にて示されたアレーアンテナ装置をもとに図示した従来のラジアル導波路で給電する平面アレーアンテナ装置の構成図であり、図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において、１はラジアル導波路、２はラジアル導波路１の給電ポート、３は誘電体基板、４は接地導体板、５は励振プローブ、６は誘電体基板３上に設けられたアンテナ素子、７はパッチ素子６からなるアレーアンテナ、８は金属筐体、１９ａ，１９ｂ，１９ｃは励振プローブ５の配列による仮想的な配置円である。配置円１９ａ，１９ｂ，１９ｃは半波長間隔で同心円となっている。また、励振プローブ５とパッチ素子６との接続のため、励振プローブ５の先端とパッチ素子６がハンダ付けされている。
【０００３】
アンテナ素子６は導体でできた矩形、円形等からなる金属体であり、誘電体の表面上にエッチングやメッキ等により形成されるものであり、以下ではパッチ素子と呼んで説明する。
【０００４】
次に、動作について説明する。
給電ポート２により給電された信号はラジアル導波路１内を円筒波として伝搬する。この円筒波は励振プローブ５のモノポールモードと結合し、励振プローブ５を介してパッチ素子６を励振する。ここで、配置円１９ａと１９ｃの励振プローブ５と接続したパッチ素子６と配置円１９ｂの励振プローブ５と接続したパッチ素子６の向きはＹ軸方向に逆向きであるので、パッチ素子６に流れるＹ軸方向の電流は同位相となる。したがって、各パッチ素子６の放射電磁界のベクトル合成であるアレーアンテナ７の放射電磁界は、Ｚ軸上でＹ軸方向に電界ベクトルを有する直線偏波の指向性となる。
【０００５】
尚、励振プローブ５の長さを変えることによりパッチ素子６の励振振幅を変えることができ、所望のアレーアンテナ７の放射パターンを得ることができる。
そのために、長さの異なる励振プローブ５を用意する必要があり、励振プローブ５は一般に銅製の加工品にメッキ耐性を向上させるために金メッキしたものであり、長さの精度が要求されるため高価なものとなる。また、励振プローブ５をハンダ付けする場合、励振プローブ５の挿入、予備ハンダ等の各種工程があり、多くの組立て時間を要する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアレーアンテナ装置は以上のように構成されているので、励振プローブのハンダ付け作業に費やす時間の多さから製品コストが高くなると共に、ハンダの量の極度のばらつき、長さの異なる励振プローブの混入など、ハンダ付け工作の不備が発生しやすく、改修作業に多大の時間を要するという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、励振プローブを必要としないアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のアレーアンテナ装置は、ラジアル導波路を有するアレーアンテナ装置において、一方の面が接地導体で形成された誘電体基板の他方の面に同心円状に配置されて電磁波を放射する複数のアンテナ素子と、誘電体基板の接地導体側に同心円状に配置され、アンテナ素子と重ならない位置に配置された複数のスロット素子と、スロット素子と上記アンテナ素子を結合するためのストリップ線路と、ラジアル導波路と電力の授受を行う給電ポートとを備えたものである。
【０００９】
また、ストリップ線路がパッチ素子と同一面に設けられ、一方の端部がスロット素子と空間的に結合し、他方の端部はパッチ素子と接続したものでも良い。
【００１０】
なお、誘電体基板は多層構造から成り、ストリップ線路がスロット素子とパッチ素子の間の面に設けられ、一方の端部がスロット素子と空間的に結合し、他方の端部はパッチ素子と空間的に結合、あるいは円筒状導体を介して接続したものでも良い。
【００１１】
さらに、誘電体基板は多層構造から成り、ストリップ線路がスロット素子とパッチ素子の間に設けられ、一方の端部がスロット素子と空間的に結合し、他方の端部はパッチ素子と、パッチ素子の接地導体板に設けられた結合スロットを介して結合、あるいは円筒状導体を経由して接続したものでも良い。
【００１２】
また、この発明のアレーアンテナ装置は、給電ポートにより給電されたラジアル導波路と、該ラジアル導波路の接地導体板であり、給電ポートと対向する面に、同心円状に配列された複数の第一のスロット素子と、第一のスロット素子の上部に設けられ、第一のスロット素子と重ならない位置に、概ね同心円状に配置された第一のスロット素子と同数の第二のスロット素子と、第一のスロット素子と第二のスロット素子の間の面に設けられ、一方の端部が上記第一のスロット素子と空間的に結合し、他方の端部は上記第二のスロット素子と空間的に結合し、且つ第一および第二のスロット素子面を接地導体板とするストリップ線路とを備えたものである。
【００１３】
また、スロット素子あるいは第一のスロット素子と第二のスロット素子が半波長あるいは１波長間隔で同心円状に配列されたものでも良い。
【００１４】
なお、ストリップ線路の他方の端部は２端子あり、一方の端子に対し他方の端子は位相が約９０度もしくは約１８０度異なるものでも良い
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において、１〜４、６、８は従来技術の説明と同じものであり、９ａ，９ｂ，９ｃはスロット素子及びパッチ素子６の中心の仮想的配置円であり半波長間隔の同心円であり、１０は接地導体板４に設けられたスロット素子、１１は誘電体基板３の表面上に形成されたストリップ線路である。
【００１６】
次に本実施の形態の動作について説明する。ラジアル導波路１内の円筒波はほぼ円筒波の進行方向と直交するように設けられたスロット素子１０のスロットモードと結合し、スロット素子１０に電磁界が発生する。さらに、ストリップ線路１１の一方の端部をスロット素子１０と交差して配置することでスロット素子１０のスロットモードとストリップ線路１１の電磁界モードとに結合が生じ、ストリップ線路１１に電流が励起される。ストリップ線路１１に励起された電流はストリップ線路１１を流れ、ストリップ線路１１の他方の端部でパッチ素子６に伝達され、パッチ素子６を励振する。ここで、すべてのパッチ素子６に流れるＹ軸方向電流が同位相となるように、スロット素子１０とストリップ線路１１の結合の向き、パッチ素子６への接続方向及びストリップ線路１１の電気長を決定することにより、パッチ素子６による放射電界はＺ軸上ですべてＹ軸方向を向き、したがってアレーアンテナの放射電界はＺ軸上でＹ軸方向を向いた直線偏波の指向性が得られる。
【００１７】
また、本発明は円偏波のアレーアンテナを構成することができる。すなわち、パッチ素子６として、切り欠き部を設けたパッチアンテナなどの一点給電方式の円偏波アンテナを用いることで、容易に円偏波の放射指向性が得られる。
【００１８】
なお、従来アンテナでは、砺振プローブの長さを変えることにより、パッチ素子の砺振振幅を変えて所望のアンテナパターンを得ることは、本発明では、スロット素子に結合するストリップ線路の位置を変えることにより、励振振幅を制御することが可能である。
【００１９】
以上のように、ラジアル導波路の接地導体板にスロットアレーを設け、スロットアレーの上部に、誘電体基板の一方の面に、スロットアレー面を接地導体板とするパッチアレーと、一方の端部がスロット素子と空間的に結合し、他方の端部はパッチ素子と接続するストリップ線路とを設けた構成にすることにより、誘電体基板の単層構造で、励振プローブを必要としないアレーアンテナ装置を実現できる。
【００２０】
基板のエッチング加工と、必要であれば基板の接着作業のみというハンダ付けを必要としない作業で構成でき、組立てに伴う不備も低減できるため、製品コストを抑えることができる。
【００２１】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２を示す図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において、１〜４、６、８は従来技術の説明と、１０、１１は実施の形態２の説明と同じものであり、１４ａ，１４ｂはスロット素子１０の仮想配置円、１５ａ，１５ｂはパッチ素子６の仮想配置円である。
【００２２】
次に本実施の形態の動作について説明する。実施の形態１と同様に、ラジアル導波路１の円筒波はスロット素子１０との電磁界結合によりストリップ線路１１に電流を誘起し、ストリップ線路１１からパッチ素子６に給電される。すべてのパッチ素子６に流れるＹ軸方向電流が同位相となるように、スロット素子１０とストリップ線路１１の結合の向き、パッチ素子６への接続方向及びストリップ線路１１の電気長を決定することにより、パッチ素子６による放射電界はＺ軸上ですべてＹ軸方向を向き、したがってアレーアンテナの放射電界はＺ軸上でＹ軸方向を向いた直線偏波の指向性が得られる。
【００２３】
本発明は以下の利点を有する。パッチ素子６の配置円を半波長から広げることができるため、パッチ素子間の相互結合による励振分布の乱れを低減することができ、良好なアレーパターンを得ることができる。
【００２４】
尚、実施の形態１と同様に、一点給電方式の円偏波パッチ素子を用いることにより円偏波指向性のアレーアンテナを構成できる。
【００２５】
以上のように、スロット素子の配置円とパッチ素子の配置円とを変えたことにより、誘電体基板の単層構造で、良好な放射特性を有する、励振プローブを必要としないアレーアンテナ装置を実現できる。
【００２６】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３を示す図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において、１〜４、６、８は従来技術の説明と、９ａ、９ｂ、９ｃ、１０、１１は実施の形態１の説明と同じものであり、３ａ及び３ｂは誘電体基板、１１ａは誘電体基板３ａと誘電体基板３ｂの間に設けられたストリップ線路、１２は誘電体基板３ａを貫通しスルーホールメッキにより形成された円筒状導体である。
【００２７】
次に本実施の形態の動作について説明する。ラジアル導波路１の円筒波はスロット素子１０との電磁界結合によりストリップ線路１１ａに電流を誘起し、ストリップ線路１１ａの端部に設けられた円筒状導体１２からパッチ素子６に給電される。すべてのパッチ素子６に流れるＹ軸方向電流が同位相となるように、スロット素子１０とストリップ線路１１ａの結合の向き、パッチ素子６への円筒状導体１２の接続位置およびストリップ線路１１ａの電気長を決定することにより、パッチ素子６による放射電界はＺ軸上ですべてＹ軸方向を向き、したがってアレーアンテナの放射電界はＺ軸上でＹ軸方向を向いた直線偏波の指向性が得られる。なお、パッチ素子６とストリップ線路１１ａは、スルーホールメッキにより形成された円筒導体１２を介して接続している。
【００２８】
本発明は以下の効果がある。
ストリップ線路１１ａは誘電体基板３ａと３ｂの間にあり、ストリップ線路１１ａが形成するストリップ線路１１ａの上部への電磁界はほぼ誘電体基板３ａ内に閉じ込められるので、ストリップ線路１１ａの不要放射が小さくなり、パッチ素子６の放射電磁界がストリップ線路１１ａに及ぼす影響も小さくなるため、良好な放射特性が得られる。
【００２９】
尚、本発明は円偏波のアレーアンテナとしても構成できる。すなわち、一点給電方式の円偏波パッチ素子を用いて、円偏波指向性を得ることができる。
【００３０】
また、本発明はスロット素子の配置円とパッチ素子の配置円が異なる場合においても構成できるのは明らかである。
【００３１】
以上のように、パッチアレーとスロットアレーの間にストリップ線路を設け、ストリップ線路とパッチ素子を円筒状導体にて接続したことにより、ストリップ線路の不要放射が小さく、パッチ素子の放射電磁界がストリップ線路に及ぼす影響も小さい良好な放射特性を有する、励振プローブを必要としないアレーアンテナ装置を実現できる。
【００３２】
円筒状導体を使用することにより、基板のエッチング加工と、必要であれば基板の接着作業のみというハンダ付けを必要としない作業で構成でき、組立てに伴う不備も低減できるため、製品コストを抑えることができる。
【００３３】
実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４を示す図であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において、１〜４、６、８は従来技術の説明と、９ａ、９ｂ、９ｃ、１０、１１は実施の形態１の説明と、３ａ、３ｂ、１１ａは実施の形態３の説明と同じものである。
【００３４】
次に本実施の形態の動作について説明する。ラジアル導波路１の円筒波はスロット素子１０との電磁界結合によりストリップ線路１１ａに電流を誘起し、電流がストリップ線路１１ａを流れる。ストリップ線路１１ａの端部において、ストリップ線路１１ａの電磁界とパッチ素子６の電磁界モードとに結合が生じ、パッチ素子６に電流が励起される。すべてのパッチ素子６に流れるＹ軸方向電流が同位相となるように、スロット素子１０とストリップ線路１１ａの結合の向き、パッチ素子６へのストリップ線路１１ａ短部の方向及びストリップ線路１１ａの電気長を決定することにより、パッチ素子６による放射電界はＺ軸上ですべてＹ軸方向を向き、したがってアレーアンテナの放射電界はＺ軸上でＹ軸方向を向いた直線偏波の指向性が得られる。
【００３５】
本発明は以下の効果がある。パッチ素子６はストリップ線路１１ａとの電磁結合で励振されているので、パッチ素子の入力インピーダンス特性はパッチ素子１５単体の特性とパッチ素子６とストリップ線路１１ａとの結合特性の重畳となるため、実施の形態１に対して、動作周波数帯域を広げることができる。
【００３６】
尚、本発明は円偏波のアレーアンテナとしても構成できる。すなわち、電磁結合方式の円偏波パッチ素子を用いて、円偏波指向性を得ることができる。
【００３７】
また、本発明はスロット素子の配置円とパッチ素子の配置円が異なる場合においても構成できるのは明らかである。
【００３８】
以上のように、パッチアレーとスロットアレーの間にストリップ線路を設け、ストリップ線路とパッチ素子を電磁結合にて励振したことにより、比較的広い動作周波数帯域を有する、励振プローブを必要としないアレーアンテナ装置を実現できる。
【００３９】
実施の形態５．
図５は本発明の実施の形態５を示す図であり、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において、１〜４、６、８は従来技術の説明と、９ａ、９ｂ、９ｃ、１０、１１は実施の形態１の説明と、３ａ、３ｂ、１１ａは実施の形態３の説明と同じものでり、３ｃは誘電体基板、４ａはパッチ素子６の接地導体板、１１ｂはストリップ線路、１２ａはスルーホールメッキによる円筒状導体、４ｂは円弧状に設けられたスルーホールメッキによる接地導体である。
【００４０】
次に本実施の形態の動作について説明する。ラジアル導波路１の円筒波はスロット素子１０との電磁界結合によりストリップ線路１１ｂに電流を誘起し、円筒状導体１２ａを経由してパッチ素子６に電流が励起される。すべてのパッチ素子６に流れるＹ軸方向電流が同位相となるように、スロット素子１０とストリップ線路１１ｂの結合の向き、パッチ素子６への接続方向及びストリップ線路１１ｂの電気長を決定することにより、パッチ素子６による放射電界はＺ軸上ですべてＹ軸方向を向き、したがってアレーアンテナの放射電界はＺ軸上でＹ軸方向を向いた直線偏波の指向性が得られる。
【００４１】
本発明は以下の効果がある。誘電体基板３ｂ内において円筒状導体１２ａは接地導体４ｂの効果により疑似同軸線路の内導体を形成する。したがって、接地導体板４ａを境界としてパッチ素子６とストリップ線路１１ｂは完全分離されるので、パッチ素子６とストリップ線路１１ｂの設計は独立して行うことができ、設計が容易であり、またストリップ線路の不要放射がなく、パッチ素子の放射電磁界がストリップ線路に影響を及ぼさないため良好な放射指向性が得られる。
【００４２】
尚、本発明は円偏波のアレーアンテナとしても構成できる。すなわち、電磁結合方式の円偏波パッチ素子を用いて、円偏波指向性を得ることができる。
【００４３】
また、本発明はスロット素子の配置円とパッチ素子の配置円が異なる場合においても構成できるのは明らかである。
【００４４】
以上のように、パッチアレーの接地導体板とスロットアレーの間にストリップ線路を設け、ストリップ線路とパッチ素子を円筒状導体にて接続したことにより、ストリップ線路の不要放射がなく、パッチ素子の放射電磁界がストリップ線路に影響を及ぼさない、良好な放射特性を有する、励振プローブを必要としないアレーアンテナ装置を実現できる。
【００４５】
基板のエッチング加工と、必要であれば基板の接着作業のみというハンダ付けを必要としない作業で構成でき、組立てに伴う不備も低減できるため、製品コストを抑えることができる。
【００４６】
実施の形態６．
図６は本発明の実施の形態６を示す図であり、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において、１〜４、６、８は従来技術の説明と、９ａ、９ｂ、９ｃ、１０、１１は実施の形態１の説明と、３ａ、３ｂ、１１ａは実施の形態３の説明と、３ｃ、４ａ、１１ｂは実施の形態５の説明と同じものであり、１６は接地導体板４ａに設けられた結合スロットである。
【００４７】
次に本実施の形態の動作について説明する。ラジアル導波路１の円筒波はスロット素子１０との電磁界結合によりストリップ線路１１ｂに電流を誘起し、電流がストリップ線路１１ｂを流れる。ストリップ線路１１ｂの端部において、ストリップ線路１１ｂの電磁界とパッチ素子６の電磁界モードが結合スロット１６を介して結合し、パッチ素子６に電流が励起される。すべてのパッチ素子６に流れるＹ軸方向電流が同位相となるように、スロット素子１０とストリップ線路１１ｂの結合の向き、パッチ素子６へのストリップ線路１１ｂ端部の方向及びストリップ線路１１ｂの電気長を決定することにより、パッチ素子６による放射電界はＺ軸上ですべてＹ軸方向を向き、したがってアレーアンテナの放射電界はＺ軸上でＹ軸方向を向いた直線偏波の指向性が得られる。
【００４８】
本発明は以下の効果がある。パッチ素子２１への励振は結合スロット１６による電磁結合方式のため、動作周波数帯域を広くすることができる。
【００４９】
尚、本発明は円偏波のアレーアンテナとしても構成できる。すなわち、電磁結合方式の円偏波パッチ素子を用いて、円偏波指向性を得ることができる。
【００５０】
また、本発明はスロット素子の配置円とパッチ素子の配置円が異なる場合においても構成できるのは明らかである。
【００５１】
以上のように、パッチアレーの接地導体板とスロットアレーの間にストリップ線路を設け、ストリップ線路とパッチ素子を結合スロットを介して電磁結合にて励振したことにより、ストリップ線路の不要放射がなく、広い動作周波数帯域を有する、励振プローブを必要としないアレーアンテナ装置を実現できる。
【００５２】
実施の形態７．
図７は本発明の実施の形態７を示す図であり、図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において、１〜４、６、８は従来技術の説明と、９ａ、９ｂ、９ｃ、１１は実施の形態１の説明と、は実施の形態２の説明と、３ａ、３ｂは実施の形態３の説明と、４ａは実施の形態５の説明と同じものであり、１０ａは誘電体基板３ｂの表面上に形成された第一のスロット素子、１０ｂは誘電体基板３ａと誘電体基板３ｂの間に形成された第二のスロット素子である。
【００５３】
次に本実施の形態の動作について説明する。
ラジアル導波路１の円筒波は第一のスロット素子１０ａとの電磁界結合によりストリップ線路１１に電流を誘起し、電流がストリップ線路１１を流れる。ストリップ線路１１の端部において、ストリップ線路１１の電磁界と第二のスロット素子１０ｂの電磁界モードが結合し、第二のスロット素子１０ｂに電界が励起される。すべての第二のスロット素子１０ｂに流れるＹ軸方向電流が同位相となるように、第一のスロット素子１０ａとストリップ線路１１の結合の向き、第二のスロット素子１０ｂへのストリップ線路１１端部の方向及びストリップ線路１１の電気長を決定することにより、第二のスロット素子１０ｂによる放射電界はＺ軸上ですべてＹ軸方向を向き、したがってアレーアンテナの放射電界はＺ軸上でＹ軸方向を向いた直線偏波の指向性が得られる。
【００５４】
本発明は以下の効果がある。
ラジアル導波路給電型のスロットアレーアンテナでは直線偏波を形成するために、スロットのペア素子による空間合成を利用するが、この構成ではペア素子の指向性が異なるため広角放射特性が劣化する恐れがある。本発明ではパッチ素子は同じ指向性を有するため、広角にわたり良好な放射特性を得ることができる。
【００５５】
また、本発明は第一のスロット素子の配置円と第二のスロット素子の配置円が異なる場合においても構成できるのは明らかである。
【００５６】
以上のように、第一のスロットアレーと第二のスロットアレーの間にストリップ線路を設け、ストリップ線路の端部をそれぞれ、第一のスロット素子と第二のスロット素子に電磁結合にて励振したことにより、直線偏波の良好な広角放射特性を有する、励振プローブを必要としないアレーアンテナ装置を実現できる。
【００５７】
実施の形態８．
図８は本発明の実施の形態８を示す図であり、図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において、１〜４、６、８は従来技術の説明と、１０、１１は実施の形態１の説明と、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂは実施の形態２の説明と、３ａ、３ｂは実施の形態３の説明と、３ｃ、４ａ、１１ｂ、１２ａは実施の形態５の説明と同じものであり、４ｂおよび４ｃはスルーホールメッキにより形成された接地導体、６ａはパッチ素子、１３ａおよび１３ｂはストリップ線路１１ｂの分岐線路である。
【００５８】
パッチ素子６ａはパッチ素子６ａの中心に対しほぼ対称な形状であり、パッチ素子６ａとストリップ線路１１ｂはスルーホールメッキにより形成された円筒状導１２および１２ａにより接続され、円筒状導体１２および１２ａはそれぞれ、パッチ素子６ａの中心からＹ軸方向およびＸ軸方向にオフセットして設けられており、接地導体４ｂおよび４ｃはそれぞれ、円筒状導体１２および１２ａとともに同軸モードを形成する。また、分岐線路１３ａと１３ｂの線路長の差は約λｇ／４（λｇは使用周波数の線路波長）である。
【００５９】
次に本実施の形態の動作について説明する。ラジアル導波路１の円筒波はスロット素子１０との電磁界結合によりストリップ線路１１ｂに電流を誘起し、ストリップ線路１１ｂを流れた電流は分岐線路１３ａおよび１３ｂに等振幅で分配され、分岐線路１３ａおよび１３ｂにより約９０度の位相差を生じ、それぞれ円筒状導体１２および１２ａを経由してパッチ素子６ａを励起する。ここで、すべてのパッチ素子６ａに流れるＹ軸方向電流およびＸ軸方向電流が、それぞれ同位相となるように、スロット素子１０とストリップ線路１１ｂの結合の向き、パッチ素子６ａへの接続方向を決定することにより、パッチ素子６ａによる放射電界はＺ軸上ですべて同一方向に回転する円偏波となり、したがってアレーアンテナの放射電界はＺ軸上で同一方向に回転する円偏波の指向性が得られる。
【００６０】
本発明は以下の効果がある。接地導体板４ａを境界としてパッチ素子６ａとストリップ線路１１ｂは完全分離されているので、パッチ素子６ａとストリップ線路１１ｂの設計は独立して行うことができ、設計が容易であり、また良好な放射指向性が得られる。
【００６１】
尚、本発明は約９０度の位相差を分岐線路の線路長の差により形成したが、９０度ハイブリッドを用いて構成しても良い。
【００６２】
また、本発明はスロット素子の配置円とパッチ素子の配置円が同じ場合においても構成できるのは明らかである。
【００６３】
以上のように、ストリップ線路の他方の端部は２端子とし、一方の端子に対し他方の端子は位相が約９０度異なる構成にすることにより、良好な円偏波指向性を有する、励振プローブを必要としないアレーアンテナ装置を実現できるアレーアンテナ装置を得ることができる。
【００６４】
実施の形態９．
図９は本発明の実施の形態９を示す図であり、図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において、１〜４、６、８は従来技術の説明と、１０、１１は実施の形態１の説明と、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂは実施の形態２の説明と、３ａ、３ｂ、１１ａ、１２は実施の形態３の説明と、３ｃ、４ａ、１１ｂ、１２ａは実施の形態５の説明と同じものであり、４ｄおよび４ｅはスルーホールメッキにより形成された接地導体、１３ｃおよび１３ｄは分岐線路である。
【００６５】
円筒状導体１２および１２ａはそれぞれ、パッチ素子６の中心からＹ軸の負方向および正方向にオフセットして設けられており、接地導体４ｄおよび４ｅはそれぞれ、円筒状導体１２および１２ａとともに同軸モードを形成する。また、分岐線路１３ｃと１３ｄの線路長の差は約λｇ／２（λｇは動作周波数の線路波長）である。
【００６６】
次に本実施の形態の動作について説明する。ラジアル導波路１の円筒波はスロット素子１０との電磁界結合によりストリップ線路１１に電流を誘起し、ストリップ線路１１を流れた電流は分岐線路１３ｃおよび１３ｄに等振幅で分配され、分岐線路１３ｃおよび１３ｄにより約１８０度の位相差を生じ、それぞれ円筒状導体１２および１２ａを経由してパッチ素子６を励起する。ここで、すべてのパッチ素子６に流れるＹ軸方向電流が同位相となるように、スロット素子１０とストリップ線路１１の結合の向き、パッチ素子６への接続方向を決定することにより、パッチ素子６による放射電界はＺ軸上ですべてＹ軸方向を向き、したがってアレーアンテナの放射電界はＺ軸上でＹ軸方向を向く直線偏波の指向性が得られる。
【００６７】
本発明は以下の効果がある。パッチ素子６はＸ軸に対称に約１８０度の位相差で給電されているので、交差偏波成分を十分抑えることができ、良好な偏波特性を有する。
【００６８】
尚、本発明は約１８０度の位相差を分岐線路の線路長の差により形成したが、１８０度ハイブリッドを用いて構成しても良い。
【００６９】
また、本発明はスロット素子の配置円とパッチ素子の配置円が同じ場合においても構成できるのは明らかである。
【００７０】
以上のように、ストリップ線路の他方の端部は２端子とし、一方の端子に対し他方の端子は位相が約１８０度異なる構成にすることにより、交差偏波成分が十分小さい良好な直線偏波特性を有する、励振プローブを必要としないアレーアンテナ装置を実現できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、励振プローブのハンダ付け作業が不用になるために製品コストが安く、ハンダの量の極度のばらつき、励振プローブの長さの不揃い等が無くなるために製品品質が安定したアレーアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態４を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態５を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態６を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態７を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態８を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態９を示す図である。
【図１０】従来のアレーアンテナ装置を示す図である。
【符号の説明】
１　ラジアル導波路、　　２　　給電ポート、　３　誘電体基板、　４　接地導体板、　５　励振プローブ、　６　パッチ素子、　７　アレーアンテナ、　８　金属筐体、　９　配置円、　１０　スロット素子、　１１　ストリップ線路、　１２　円筒状導体、　１３　分岐線路、　１４　配置円、　１５　配置円、　１６
結合スロット、　１９　配置円。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an array antenna device used for radar, communication, and the like, and more particularly to a planar array antenna device for feeding power by a radial waveguide.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional planar array antenna device which is fed based on an array antenna device disclosed in Japanese Patent No. 3055291 and is supplied with a radial waveguide, and FIG. 10 (a) is a top view and FIG. FIG. 11B is a sectional view taken along line AA of FIG. In the figure, 1 is a radial waveguide, 2 is a feed port of the radial waveguide 1, 3 is a dielectric substrate, 4 is a ground conductor plate, 5 is an excitation probe, 6 is an antenna element provided on the dielectric substrate 3, Reference numeral 7 denotes an array antenna including the patch element 6, reference numeral 8 denotes a metal housing, and reference numerals 19a, 19b, and 19c denote virtual arrangement circles of the arrangement of the excitation probes 5. The arrangement circles 19a, 19b, and 19c are concentric at half-wavelength intervals. Further, the tip of the excitation probe 5 and the patch element 6 are soldered to connect the excitation probe 5 and the patch element 6.
[0003]
The antenna element 6 is a metal body made of a conductor, such as a rectangle or a circle, formed on the surface of a dielectric by etching, plating, or the like. Hereinafter, the antenna element 6 will be described as a patch element.
[0004]
Next, the operation will be described.
The signal fed by the feed port 2 propagates in the radial waveguide 1 as a cylindrical wave. This cylindrical wave couples with the monopole mode of the excitation probe 5 and excites the patch element 6 via the excitation probe 5. Here, the directions of the patch element 6 connected to the excitation probe 5 of the arrangement circles 19a and 19c and the patch element 6 connected to the excitation probe 5 of the arrangement circle 19b are opposite to each other in the Y-axis direction. The currents in the Y-axis direction have the same phase. Therefore, the radiated electromagnetic field of the array antenna 7, which is a vector composition of the radiated electromagnetic fields of the patch elements 6, has directivity of linear polarization having an electric field vector in the Y-axis direction on the Z-axis.
[0005]
The excitation amplitude of the patch element 6 can be changed by changing the length of the excitation probe 5, and a desired radiation pattern of the array antenna 7 can be obtained.
For this purpose, it is necessary to prepare excitation probes 5 having different lengths. The excitation probe 5 is generally made of a copper-made workpiece by gold plating in order to improve plating resistance. It becomes something. In addition, when the excitation probe 5 is soldered, there are various steps such as insertion of the excitation probe 5, preliminary soldering, and the like, and much assembly time is required.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional array antenna apparatus is configured as described above, the product cost is increased due to the time spent for soldering the excitation probe, and the excitation probe having extreme variations in the amount of solder and different lengths is required. There is a problem that defects in the soldering work, such as mixing of solder, are likely to occur, and the repair work requires a lot of time.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to obtain an array antenna device that does not require an excitation probe.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An array antenna device according to the present invention is an array antenna device having a radial waveguide, wherein a plurality of antenna elements are arranged concentrically on one surface of a dielectric substrate formed of a ground conductor and emit electromagnetic waves. A plurality of slot elements arranged concentrically on the ground conductor side of the dielectric substrate and not overlapping with the antenna element, a strip line for coupling the slot element and the antenna element, and a radial waveguide And a power supply port for transmitting and receiving power.
[0009]
Further, the strip line may be provided on the same surface as the patch element, one end may be spatially coupled to the slot element, and the other end may be connected to the patch element.
[0010]
The dielectric substrate has a multilayer structure, a strip line is provided on a surface between the slot element and the patch element, one end is spatially coupled to the slot element, and the other end is spatially coupled to the patch element. It is also possible to use a device that is electrically connected or connected via a cylindrical conductor.
[0011]
Further, the dielectric substrate has a multilayer structure, a strip line is provided between the slot element and the patch element, one end is spatially coupled to the slot element, and the other end is a patch element and the patch element. May be connected via a coupling slot provided in the ground conductor plate, or may be connected via a cylindrical conductor.
[0012]
Further, the array antenna device of the present invention is a radial waveguide fed by a feed port, and a ground conductor plate of the radial waveguide, and a plurality of first concentrically arranged surfaces facing the feed port. A slot element, provided above the first slot element, at a position not overlapping the first slot element, the same number of second slot elements as the first slot elements arranged substantially concentrically, One end is spatially coupled to the first slot element, and the other end is spatially coupled to the second slot element. And a strip line having the first and second slot element surfaces as ground conductor plates.
[0013]
Further, the slot element or the first slot element and the second slot element may be arranged concentrically at half wavelength or one wavelength interval.
[0014]
The other end of the strip line has two terminals, and the other terminal may have a phase difference of about 90 degrees or about 180 degrees from one terminal.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing Embodiment 1 of the present invention, in which FIG. 1A is a top view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. In the figure, 1 to 4, 6 and 8 are the same as those in the description of the prior art, and 9a, 9b and 9c are virtual arrangement circles at the center of the slot element and the patch element 6 and are concentric circles at half wavelength intervals, Reference numeral 10 denotes a slot element provided on the ground conductor plate 4, and reference numeral 11 denotes a strip line formed on the surface of the dielectric substrate 3.
[0016]
Next, the operation of the present embodiment will be described. The cylindrical wave in the radial waveguide 1 is coupled with the slot mode of the slot element 10 provided substantially orthogonal to the traveling direction of the cylindrical wave, and an electromagnetic field is generated in the slot element 10. Furthermore, by arranging one end of the strip line 11 crossing the slot element 10, coupling occurs between the slot mode of the slot element 10 and the electromagnetic field mode of the strip line 11, and current is excited in the strip line 11. You. The current excited in the strip line 11 flows through the strip line 11, is transmitted to the patch element 6 at the other end of the strip line 11, and excites the patch element 6. Here, the coupling direction of the slot element 10 and the strip line 11, the connection direction to the patch element 6, and the electrical length of the strip line 11 are determined so that the Y-axis direction currents flowing through all the patch elements 6 have the same phase. By doing so, the radiated electric field by the patch element 6 is all directed to the Y-axis direction on the Z-axis, and therefore, the radiated electric field of the array antenna can obtain the directivity of linearly polarized wave directed to the Y-axis direction on the Z-axis.
[0017]
Further, the present invention can constitute a circularly polarized array antenna. That is, by using a one-point feeding type circularly polarized antenna such as a patch antenna provided with a notch as the patch element 6, radiation directivity of a circularly polarized wave can be easily obtained.
[0018]
In the conventional antenna, changing the length of the torsion probe to change the torsional amplitude of the patch element to obtain a desired antenna pattern requires changing the position of the strip line coupled to the slot element in the present invention. This makes it possible to control the excitation amplitude.
[0019]
As described above, the slot array is provided on the ground conductor plate of the radial waveguide, the patch array having the slot array surface as the ground conductor plate on one surface of the dielectric substrate, Is spatially coupled to the slot element, and the other end is provided with a strip line connected to the patch element, so that the array antenna apparatus has a single-layer structure of a dielectric substrate and does not require an excitation probe. Can be realized.
[0020]
It can be composed of an etching process for the substrate and, if necessary, only an operation of bonding the substrate, which does not require soldering, and can reduce defects associated with assembly, so that product cost can be reduced.
[0021]
Embodiment 2 FIG.
2A and 2B are diagrams showing Embodiment 2 of the present invention. FIG. 2A is a top view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2A. In the figure, 1 to 4, 6, and 8 are the same as those in the description of the related art, and 10 and 11 are the same as those in the second embodiment. 14a and 14b are virtual arrangement circles of the slot element 10, and 15a and 15b are patches. It is a virtual arrangement circle of the element 6.
[0022]
Next, the operation of the present embodiment will be described. As in the first embodiment, the cylindrical wave of the radial waveguide 1 induces a current in the strip line 11 by electromagnetic field coupling with the slot element 10, and is fed from the strip line 11 to the patch element 6. By determining the coupling direction of the slot element 10 and the strip line 11, the connection direction to the patch element 6, and the electrical length of the strip line 11 so that the Y-axis direction currents flowing through all the patch elements 6 have the same phase. The radiated electric field by the patch element 6 is all directed in the Y-axis direction on the Z-axis. Therefore, the radiated electric field of the array antenna can have directivity of linearly polarized wave directed in the Y-axis direction on the Z-axis.
[0023]
The present invention has the following advantages. Since the arrangement circle of the patch element 6 can be widened from a half wavelength, disturbance of the excitation distribution due to mutual coupling between the patch elements can be reduced, and a good array pattern can be obtained.
[0024]
As in the first embodiment, an array antenna having circular polarization directivity can be configured by using a single-point feeding type circular polarization patch element.
[0025]
As described above, by changing the arrangement circle of the slot element and the arrangement circle of the patch element, an array antenna apparatus having a single-layer structure of a dielectric substrate, having good radiation characteristics, and not requiring an excitation probe is realized. it can.
[0026]
Embodiment 3 FIG.
3A and 3B are diagrams showing Embodiment 3 of the present invention. FIG. 3A is a top view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3A. In the figure, 1-4, 6 and 8 are the same as those in the description of the prior art, 9a, 9b, 9c, 10 and 11 are the same as those in the first embodiment, 3a and 3b are dielectric substrates, and 11a is a dielectric substrate. A strip line 12 is provided between the body substrate 3a and the dielectric substrate 3b, and 12 is a cylindrical conductor that penetrates the dielectric substrate 3a and is formed by through-hole plating.
[0027]
Next, the operation of the present embodiment will be described. The cylindrical wave of the radial waveguide 1 induces a current in the strip line 11 a by electromagnetic field coupling with the slot element 10, and is supplied to the patch element 6 from a cylindrical conductor 12 provided at an end of the strip line 11 a. The coupling direction of the slot element 10 and the strip line 11a, the connection position of the cylindrical conductor 12 to the patch element 6, and the electrical length of the strip line 11a so that the Y-axis direction currents flowing through all the patch elements 6 have the same phase. Is determined, the radiated electric field by the patch element 6 is all directed to the Y-axis direction on the Z-axis. Therefore, the radiated electric field of the array antenna can obtain the directivity of linearly polarized wave directed to the Y-axis direction on the Z-axis. . The patch element 6 and the strip line 11a are connected via a cylindrical conductor 12 formed by through-hole plating.
[0028]
The present invention has the following effects.
The strip line 11a is located between the dielectric substrates 3a and 3b, and the electromagnetic field to the upper part of the strip line 11a formed by the strip line 11a is almost confined in the dielectric substrate 3a, so that unnecessary radiation of the strip line 11a is small. Thus, the effect of the radiated electromagnetic field of the patch element 6 on the strip line 11a is reduced, so that good radiation characteristics can be obtained.
[0029]
Note that the present invention can also be configured as a circularly polarized array antenna. That is, circular polarization directivity can be obtained by using a one-point feeding type circular polarization patch element.
[0030]
It is apparent that the present invention can be configured even when the arrangement circle of the slot element and the arrangement circle of the patch element are different.
[0031]
As described above, by providing the strip line between the patch array and the slot array and connecting the strip line and the patch element by the cylindrical conductor, unnecessary radiation of the strip line is small, and the radiated electromagnetic field of the patch element is reduced. An array antenna device having good radiation characteristics with little influence on a line and not requiring an excitation probe can be realized.
[0032]
By using a cylindrical conductor, it can be composed of a process that does not require soldering, such as etching the substrate and, if necessary, only bonding the substrate, and reduces defects associated with assembly, thereby reducing product cost. Can be.
[0033]
Embodiment 4 FIG.
4A and 4B show a fourth embodiment of the present invention. FIG. 4A is a top view, and FIG. 4B is a sectional view taken along line AA of FIG. 4A. In the figure, 1 to 4, 6 and 8 are the same as those of the prior art, 9a, 9b, 9c, 10 and 11 are the same as those of the first embodiment, and 3a, 3b and 11a are the same as those of the third embodiment. It is.
[0034]
Next, the operation of the present embodiment will be described. The cylindrical wave of the radial waveguide 1 induces a current in the strip line 11a by electromagnetic field coupling with the slot element 10, and the current flows through the strip line 11a. At the end of the strip line 11a, coupling occurs between the electromagnetic field of the strip line 11a and the electromagnetic field mode of the patch element 6, and a current is excited in the patch element 6. The direction of coupling between the slot element 10 and the strip line 11a, the direction of the short part of the strip line 11a to the patch element 6, and the electrical length of the strip line 11a so that the Y-axis direction currents flowing through all the patch elements 6 have the same phase. Is determined, the radiated electric field by the patch element 6 is all directed to the Y-axis direction on the Z-axis. Therefore, the radiated electric field of the array antenna can obtain the directivity of linearly polarized wave directed to the Y-axis direction on the Z-axis. .
[0035]
The present invention has the following effects. Since the patch element 6 is excited by electromagnetic coupling with the strip line 11a, the input impedance characteristic of the patch element is a superposition of the characteristic of the patch element 15 alone and the coupling characteristic of the patch element 6 and the strip line 11a. As compared with the first mode, the operating frequency band can be expanded.
[0036]
Note that the present invention can also be configured as a circularly polarized array antenna. That is, circular polarization directivity can be obtained by using a circular polarization patch element of the electromagnetic coupling type.
[0037]
It is apparent that the present invention can be configured even when the arrangement circle of the slot element and the arrangement circle of the patch element are different.
[0038]
As described above, by providing a strip line between the patch array and the slot array and exciting the strip line and the patch element by electromagnetic coupling, an array antenna having a relatively wide operating frequency band and not requiring an excitation probe. The device can be realized.
[0039]
Embodiment 5 FIG.
5A and 5B show a fifth embodiment of the present invention. FIG. 5A is a top view, and FIG. 5B is a sectional view taken along line AA of FIG. 5A. In the figure, 1 to 4, 6 and 8 are the same as those of the prior art, 9a, 9b, 9c, 10 and 11 are the same as those of the first embodiment, and 3a, 3b and 11a are the same as those of the third embodiment. Reference numeral 3c denotes a dielectric substrate, 4a denotes a ground conductor plate of the patch element 6, 11b denotes a strip line, 12a denotes a cylindrical conductor formed by through-hole plating, and 4b denotes a ground conductor formed by arc-shaped through-hole plating. .
[0040]
Next, the operation of the present embodiment will be described. The cylindrical wave of the radial waveguide 1 induces a current in the strip line 11b by electromagnetic field coupling with the slot element 10, and a current is excited in the patch element 6 via the cylindrical conductor 12a. By determining the coupling direction of the slot element 10 and the strip line 11b, the connection direction to the patch element 6, and the electrical length of the strip line 11b so that the Y-axis direction currents flowing through all the patch elements 6 have the same phase. The radiated electric field by the patch element 6 is all directed in the Y-axis direction on the Z-axis. Therefore, the radiated electric field of the array antenna can have directivity of linearly polarized wave directed in the Y-axis direction on the Z-axis.
[0041]
The present invention has the following effects. In the dielectric substrate 3b, the cylindrical conductor 12a forms an inner conductor of a pseudo coaxial line due to the effect of the ground conductor 4b. Therefore, since the patch element 6 and the strip line 11b are completely separated from each other with the ground conductor plate 4a as a boundary, the design of the patch element 6 and the strip line 11b can be performed independently, and the design is easy. There is no unnecessary radiation and the radiation field of the patch element does not affect the strip line, so that good radiation directivity can be obtained.
[0042]
Note that the present invention can also be configured as a circularly polarized array antenna. That is, circular polarization directivity can be obtained by using a circular polarization patch element of the electromagnetic coupling type.
[0043]
It is apparent that the present invention can be configured even when the arrangement circle of the slot element and the arrangement circle of the patch element are different.
[0044]
As described above, the strip line is provided between the ground conductor plate of the patch array and the slot array, and the strip line and the patch element are connected by the cylindrical conductor. It is possible to realize an array antenna device having an electromagnetic field which does not affect a strip line, has good radiation characteristics, and does not require an excitation probe.
[0045]
It can be composed of an etching process for the substrate and, if necessary, only an operation of bonding the substrate, which does not require soldering, and can reduce defects associated with assembly, so that product cost can be reduced.
[0046]
Embodiment 6 FIG.
6 shows a sixth embodiment of the present invention. FIG. 6 (a) is a top view, and FIG. 6 (b) is a sectional view taken along line AA of FIG. 6 (a). In the figure, 1 to 4, 6, and 8 are explanations of the prior art, 9a, 9b, 9c, 10, 11 are explanations of the first embodiment, 3a, 3b, 11a are explanations of the third embodiment, 3c Reference numerals 4a and 11b are the same as those described in the fifth embodiment, and reference numeral 16 is a coupling slot provided in the ground conductor plate 4a.
[0047]
Next, the operation of the present embodiment will be described. The cylindrical wave of the radial waveguide 1 induces a current in the strip line 11b by electromagnetic field coupling with the slot element 10, and the current flows through the strip line 11b. At the end of the strip line 11b, the electromagnetic field of the strip line 11b and the electromagnetic field mode of the patch element 6 are coupled via the coupling slot 16, and a current is excited in the patch element 6. The direction of coupling between the slot element 10 and the strip line 11b, the direction of the end of the strip line 11b to the patch element 6, and the electrical length of the strip line 11b so that the Y-axis currents flowing through all the patch elements 6 have the same phase. Is determined, the radiated electric field by the patch element 6 is all directed to the Y-axis direction on the Z-axis. Therefore, the radiated electric field of the array antenna can obtain the directivity of linearly polarized wave directed to the Y-axis direction on the Z-axis. .
[0048]
The present invention has the following effects. Since the excitation to the patch element 21 is performed by an electromagnetic coupling method using the coupling slot 16, the operating frequency band can be widened.
[0049]
Note that the present invention can also be configured as a circularly polarized array antenna. That is, circular polarization directivity can be obtained by using a circular polarization patch element of the electromagnetic coupling type.
[0050]
It is apparent that the present invention can be configured even when the arrangement circle of the slot element and the arrangement circle of the patch element are different.
[0051]
As described above, the strip line is provided between the ground conductor plate of the patch array and the slot array, and the strip line and the patch element are excited by electromagnetic coupling through the coupling slot, so that there is no unnecessary radiation of the strip line, An array antenna device having a wide operating frequency band and not requiring an excitation probe can be realized.
[0052]
Embodiment 7 FIG.
7A and 7B show a seventh embodiment of the present invention. FIG. 7A is a top view, and FIG. 7B is a sectional view taken along the line AA of FIG. 7A. In the figure, 1 to 4, 6 and 8 are explanations of the prior art, 9a, 9b, 9c and 11 are explanations of the first embodiment, are explanations of the second embodiment, and 3a and 3b are the third embodiment. And 4a are the same as those of the fifth embodiment, 10a is a first slot element formed on the surface of the dielectric substrate 3b, and 10b is between the dielectric substrate 3a and the dielectric substrate 3b. This is the second slot element formed in the above.
[0053]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
The cylindrical wave of the radial waveguide 1 induces a current in the strip line 11 by electromagnetic field coupling with the first slot element 10a, and the current flows through the strip line 11. At the end of the strip line 11, the electromagnetic field of the strip line 11 and the electromagnetic field mode of the second slot element 10b are coupled, and an electric field is excited in the second slot element 10b. The direction of coupling between the first slot element 10a and the strip line 11 and the end of the strip line 11 to the second slot element 10b so that the Y-axis direction currents flowing through all the second slot elements 10b have the same phase. , And the electrical length of the strip line 11, the radiated electric field from the second slot element 10b is all directed to the Y-axis direction on the Z-axis. Is obtained.
[0054]
The present invention has the following effects.
In a radial waveguide-fed slot array antenna, spatial synthesis using a pair of slot elements is used to form linearly polarized waves. However, in this configuration, the directivity of the pair elements is different, and the wide-angle radiation characteristics may be degraded. is there. In the present invention, since the patch elements have the same directivity, good radiation characteristics can be obtained over a wide angle.
[0055]
It is also apparent that the present invention can be configured even when the arrangement circle of the first slot element and the arrangement circle of the second slot element are different.
[0056]
As described above, the strip line is provided between the first slot array and the second slot array, and the ends of the strip line are excited by the electromagnetic coupling to the first slot element and the second slot element, respectively. Accordingly, it is possible to realize an array antenna device that has good wide-angle radiation characteristics of linear polarization and does not require an excitation probe.
[0057]
Embodiment 8 FIG.
8A and 8B are diagrams showing Embodiment 8 of the present invention. FIG. 8A is a top view, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 8A. In the figure, 1-4, 6 and 8 are explanations of the prior art, 10 and 11 are explanations of the first embodiment, 14a, 14b, 15a and 15b are explanations of the second embodiment, and 3a and 3b are implementations. The description of Embodiment 3 and 3c, 4a, 11b, and 12a are the same as those of Embodiment 5, 4b and 4c are ground conductors formed by through-hole plating, 6a is a patch element, and 13a and 13b are This is a branch line of the strip line 11b.
[0058]
The patch element 6a has a substantially symmetrical shape with respect to the center of the patch element 6a, and the patch element 6a and the strip line 11b are connected by cylindrical conductors 12 and 12a formed by through-hole plating. Each is provided offset from the center of the patch element 6a in the Y-axis direction and the X-axis direction, and the ground conductors 4b and 4c form coaxial modes together with the cylindrical conductors 12 and 12a, respectively. The difference between the line lengths of the branch lines 13a and 13b is about λg / 4 (λg is the line wavelength of the used frequency).
[0059]
Next, the operation of the present embodiment will be described. The cylindrical wave of the radial waveguide 1 induces a current in the strip line 11b by electromagnetic field coupling with the slot element 10, and the current flowing through the strip line 11b is distributed to the branch lines 13a and 13b with equal amplitude. 13b causes a phase difference of about 90 degrees to excite the patch element 6a via the cylindrical conductors 12 and 12a, respectively. Here, the coupling direction of the slot element 10 and the strip line 11b and the connection direction to the patch element 6a are determined such that the Y-axis direction current and the X-axis direction current flowing in all the patch elements 6a have the same phase. By doing so, the radiated electric field by the patch element 6a becomes a circularly polarized wave that rotates in the same direction on the Z axis, and the radiated electric field of the array antenna has the directivity of a circularly polarized wave that rotates in the same direction on the Z axis. Can be
[0060]
The present invention has the following effects. Since the patch element 6a and the strip line 11b are completely separated from each other with the ground conductor plate 4a as a boundary, the design of the patch element 6a and the strip line 11b can be performed independently, the design is easy, and good radiation is achieved. Directivity is obtained.
[0061]
In the present invention, the phase difference of about 90 degrees is formed by the difference in the line lengths of the branch lines. However, a 90-degree hybrid may be used.
[0062]
It is apparent that the present invention can be configured even when the arrangement circle of the slot element and the arrangement circle of the patch element are the same.
[0063]
As described above, the other end of the strip line has two terminals, and the other terminal has a phase difference of about 90 degrees with respect to one terminal, so that an excitation probe having good circular polarization directivity can be obtained. , An array antenna device that can realize an array antenna device that does not require the above can be obtained.
[0064]
Embodiment 9 FIG.
9 shows a ninth embodiment of the present invention. FIG. 9 (a) is a top view, and FIG. 9 (b) is a cross-sectional view along AA of FIG. 9 (a). In the figure, 1 to 4, 6, and 8 are descriptions of the conventional technology, 10 and 11 are descriptions of the first embodiment, 14a, 14b, 15a, and 15b are descriptions of the second embodiment, and 3a, 3b, and 11a. , 12 are the same as in the description of the third embodiment, 3c, 4a, 11b, and 12a are the same as those in the fifth embodiment, 4d and 4e are ground conductors formed by through-hole plating, and 13c and 13d are branches. It is a track.
[0065]
The cylindrical conductors 12 and 12a are provided offset from the center of the patch element 6 in the negative and positive directions of the Y axis, respectively, and the ground conductors 4d and 4e operate in coaxial mode together with the cylindrical conductors 12 and 12a, respectively. Form. The difference between the line lengths of the branch lines 13c and 13d is about λg / 2 (λg is the line wavelength of the operating frequency).
[0066]
Next, the operation of the present embodiment will be described. The cylindrical wave of the radial waveguide 1 induces a current in the strip line 11 by electromagnetic field coupling with the slot element 10, and the current flowing in the strip line 11 is distributed to the branch lines 13c and 13d with equal amplitude, and the branch line 13c 13d causes a phase difference of about 180 degrees to excite the patch element 6 via the cylindrical conductors 12 and 12a, respectively. Here, the coupling direction of the slot element 10 and the strip line 11 and the connection direction to the patch element 6 are determined so that the Y-axis direction currents flowing through all the patch elements 6 have the same phase. The radiated electric field of the array antenna is directed in the Y-axis direction on the Z-axis. Therefore, the radiated electric field of the array antenna can obtain directivity of linearly polarized waves directed in the Y-axis direction on the Z-axis.
[0067]
The present invention has the following effects. Since the patch element 6 is fed symmetrically with respect to the X-axis with a phase difference of about 180 degrees, the cross-polarization component can be sufficiently suppressed and has good polarization characteristics.
[0068]
In the present invention, the phase difference of about 180 degrees is formed by the difference in the line length of the branch line. However, the phase difference may be formed by using a 180-degree hybrid.
[0069]
It is apparent that the present invention can be configured even when the arrangement circle of the slot element and the arrangement circle of the patch element are the same.
[0070]
As described above, the other end of the strip line has two terminals, and the other terminal has a configuration in which the phase of the other terminal is different from that of the other terminal by about 180 degrees. An array antenna device having characteristics and not requiring an excitation probe can be realized.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the soldering work of the excitation probe is unnecessary, the product cost is low, the extreme variation in the amount of solder, the unevenness in the length of the excitation probe, and the like are eliminated. An array antenna device with stable quality can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a conventional array antenna device.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 radial waveguide, 2 feed port, 3 dielectric substrate, 4 ground conductor plate, 5 excitation probe, 6 patch element, 7 array antenna, 8 metal housing, 9 arrangement circle, 10 slot element, 11 strip line, 12 cylinder -Shaped conductor, 13 branch lines, 14 arrangement circles, 15 arrangement circles, 16
Coupling slot, 19 placement circles.

Claims

In an array antenna device having a radial waveguide,
A plurality of antenna elements, one of which is arranged concentrically on the other surface of the dielectric substrate formed of a ground conductor and emits electromagnetic waves,
A plurality of slot elements arranged concentrically on the ground conductor side of the dielectric substrate and arranged at positions not overlapping with the antenna element,
A strip line for coupling the slot element and the antenna element,
A power supply port for exchanging power with the radial waveguide,
An array antenna device comprising:

2. The strip line according to claim 1, wherein the strip line is provided on the same plane as the antenna element, one end is spatially coupled to the slot element, and the other end is connected to the antenna element. Array antenna device.

The dielectric substrate has a multilayer structure, the strip line is provided on a surface between the slot element and the antenna element, one end is spatially coupled to the slot element, and the other end is the antenna. 2. The array antenna device according to claim 1, wherein the antenna device is spatially coupled to the element or connected via a cylindrical conductor.

The dielectric substrate has a multilayer structure, the strip line is provided between the slot element and the antenna element, one end is spatially coupled to the slot element, and the other end is connected to the antenna element. 2. The array antenna device according to claim 1, wherein the antenna element is connected via a coupling slot provided in a ground conductor plate of the antenna element or connected via a cylindrical conductor.

A radial waveguide fed by the feed port,
A plurality of first slot elements concentrically arranged on a surface facing the power supply port, the ground conductor plate being a radial conductor plate of the radial waveguide;
A second slot element, which is provided on the first slot element and does not overlap the first slot element, has the same number of second slot elements as the first slot elements arranged substantially concentrically.
The first slot element is provided on a surface between the first slot element and the second slot element, and one end is spatially coupled to the first slot element, and the other end is the second slot element. And a strip line spatially coupled to the first and the second slot element surface and a ground conductor plate,
An array antenna device comprising:

6. The array antenna device according to claim 1, wherein said slot element or said first slot element and said second slot element are concentrically arranged at a half wavelength or one wavelength interval. .

7. The array antenna according to claim 1, wherein the other end of the strip line has two terminals, and the other terminal has a phase difference of about 90 degrees or about 180 degrees with respect to one terminal. apparatus.