JP2007053656A - Microstrip array antenna - Google Patents
Microstrip array antenna Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007053656A JP2007053656A JP2005238481A JP2005238481A JP2007053656A JP 2007053656 A JP2007053656 A JP 2007053656A JP 2005238481 A JP2005238481 A JP 2005238481A JP 2005238481 A JP2005238481 A JP 2005238481A JP 2007053656 A JP2007053656 A JP 2007053656A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- line
- antenna
- radiation
- array antenna
- microstrip array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
本発明は、各種電波センサや通信用の送信および受信アンテナに用いることができる誘電体基板を用いたマイクロストリップアレーアンテナに関するものである。 The present invention relates to a microstrip array antenna using a dielectric substrate that can be used for various radio wave sensors and communication transmission and reception antennas.
近年、自動車、道路インフラや住宅用等に、事故防止安全装置や防犯セキュリティ装置としてのK帯(24GHz帯)を用いた電波センサが必要とされており、これに用いるためのアンテナの開発が進められている。各種アンテナのうちマイクロストリップアレーアンテナ(以下、「MSAA」という)は、低コスト、薄型化に有利である。 In recent years, radio sensors using the K band (24 GHz band) as an accident prevention safety device and crime prevention security device have been required for automobiles, road infrastructure, housing, etc., and the development of antennas to be used for this is advancing. It has been. Among various antennas, a microstrip array antenna (hereinafter referred to as “MSAA”) is advantageous in reducing the cost and thickness.
その一方でマイクロストリップ線路は、高い周波数において伝送損失が大きいため、一般的なMSAAを高い周波数帯に適用する場合、給電損失が大きくなり、高利得なアンテナの実現が困難になるという問題があった。そこで、設計が容易なため一般に広く用いられる並列給電に対し、設計は難しいが性能が高い、直列給電方式のマイクロストリップコムラインアレーアンテナが提案されている。 On the other hand, the microstrip line has a large transmission loss at a high frequency. Therefore, when general MSAA is applied to a high frequency band, there is a problem that a feed loss becomes large and it is difficult to realize a high gain antenna. It was. In view of this, a series-feed microstrip comb line array antenna has been proposed that is difficult to design but has high performance as compared to the parallel feed that is widely used because it is easy to design.
直列給電方式のアンテナを用いて要求される指向性を実現するためには、進行波励振であるので各素子からの放射量が1素子ごとに異なる構造となり、1素子ずつ独立に設計する必要がある。マイクロストリップコムラインアレーアンテナの場合には、アンテナの放射素子幅を変化させることで放射量を制御することができる。 In order to achieve the directivity required using a series-feed antenna, the amount of radiation from each element is different for each element because of traveling wave excitation, and it is necessary to design each element independently. is there. In the case of a microstrip comb line array antenna, the amount of radiation can be controlled by changing the radiating element width of the antenna.
ところが、アンテナの放射素子幅だけで放射量を制御する場合、大きい放射を実現するために太い素子を形成すると、交差偏波の放射レベルが上昇してしまうという問題があった。また、小さい放射を実現するために細い素子を形成する場合、細すぎて製造上困難になるという問題があった。
解決しようとする問題点は、所望の指向性を実現するために、放射量の大きいアンテナの放射素子や、放射量の小さいアンテナの放射素子を実現する際、太すぎて交差偏波レベルが上昇したり、細すぎて製造上困難となったりする点である。 The problem to be solved is that when realizing a radiation element with a large radiation amount or a radiation element with a small radiation amount in order to realize a desired directivity, the cross polarization level increases due to being too thick. Or too thin and difficult to manufacture.
第1発明のマイクロストリップアレーアンテナは、背面に導体の接地板が形成された誘電体基板と、その誘電体基板上に形成されたストリップ導体とから形成されたマイクロストリップアレーアンテナにおいて、前記ストリップ導体は、線状に配設された給電ストリップ線路と、前記給電ストリップ線路の両側辺のうち少なくとも一方の側辺に沿って所定間隔で、その側辺から接続配列された複数の矩形状の放射アンテナ素子とから成り、前記各放射アンテナ素子は、長さと幅とが異なる矩形形状であり、その長手方向が給電ストリップ線路と概90度となるように接続され、1本の給電ストリップ線路上に、少なくとも1つ以上の線路幅変換構造により、2つ以上の異なる幅の給電ストリップ線路を有することを特徴とする
第2発明のマイクロストリップアレーアンテナについては、第1発明における異なる幅の給電ストリップ線路での異なる線路幅は、互いに、給電点に近い側の線路幅が、終端に近い側の線路幅よりも太いことを特徴とする。
第3発明のマイクロストリップアレーアンテナは、第1発明の放射アンテナ素子の寸法が、少なくとも2種類以上の異なる寸法を有する放射アンテナ素子からなることを特徴とする第1発明又は第2発明のマイクロストリップアレーアンテナである。
A microstrip array antenna according to a first aspect of the present invention is a microstrip array antenna formed of a dielectric substrate having a conductor ground plate formed on the back surface and a strip conductor formed on the dielectric substrate. Are a plurality of rectangular radiating antennas connected and arranged from a side of the feeding strip line arranged in a line and at least one side of both sides of the feeding strip line at a predetermined interval. Each radiating antenna element is a rectangular shape having a different length and width, and is connected so that its longitudinal direction is approximately 90 degrees with the feeding strip line, on one feeding strip line, The microphone according to the second aspect of the present invention, wherein at least one line width conversion structure has two or more feed strip lines having different widths. As for the strip array antenna, the different line widths of the feed strip lines having different widths in the first invention are characterized in that the line widths on the side close to the feed point are thicker than the line width on the side close to the terminal end. .
A microstrip array antenna according to a third aspect of the invention is characterized in that the size of the radiating antenna element according to the first aspect comprises at least two types of radiating antenna elements having different dimensions. It is an array antenna.
所望の指向性となるように、アンテナの放射素子からの放射量を各素子に適切に割り振っても、放射素子の太さが太すぎて交差偏波レベルが上昇したり、細すぎて製造できなくなったりする問題を避けることができる。
小さい放射量が必要な給電点付近では太い給電ストリップ線路を、大きい放射量が必要な終端付近では細い給電ストリップ線路を用いることにより、アレー全体にわたって均一な放射を実現することができる。
さらに、給電ストリップ線路幅の変化と放射アンテナ素子の寸法の変化を組み合わせることにより、幅広くかつよりいっそうきめの細かい精密な放射量制御が可能となる。
Even if the amount of radiation from the radiating element of the antenna is appropriately allocated to each element so as to achieve the desired directivity, the thickness of the radiating element is too thick and the cross-polarization level increases or it can be manufactured too thin. The problem of disappearing can be avoided.
By using a thick feed strip line near the feed point where a small amount of radiation is required and using a thin feed strip line near the end where a large amount of radiation is needed, uniform radiation can be realized over the entire array.
Further, by combining the change in the feed strip line width and the change in the size of the radiating antenna element, it is possible to control the radiation amount more widely and finely and precisely.
本発明は、線状に配設された給電線路と、それと概90度となるように接続された放射アンテナ素子から構成されたマイクロストリップアレーアンテナにおいて、少なくとも2種類以上の給電ストリップ線路幅を有することで、素子からの放射量の制御範囲を広げ、指向性形成のための自由度を高めている。
本発明のマイクロストリップアレーアンテナは、図1に示すように、背面に導体の接地板5が形成された誘電体基板1と、その誘電体基板上に形成されたストリップ導体からなり、前記ストリップ導体は、線状に配設された給電ストリップ線路2と、前記給電ストリップ線路2の両側辺のうち少なくとも一方の側辺に沿って所定間隔で、その側辺から接続配列された複数の矩形状の放射アンテナ素子3とからなり、前記各放射アンテナ素子3は、長さと幅とが異なる矩形形状であり、その長手方向が給電ストリップ線路2と概90度となるように接続され、1本の給電ストリップ線路上で、少なくとも1箇所以上の線路幅変換構造6を有することにより、2種類以上の給電ストリップ線路幅を有することを特徴とする。残留電力をすべて放射させるため、終端には整合素子4を接続している。
The present invention has at least two types of feed strip line widths in a microstrip array antenna composed of a feed line arranged in a line and a radiating antenna element connected to be approximately 90 degrees with the feed line. As a result, the control range of the radiation amount from the element is expanded, and the degree of freedom for directivity formation is increased.
As shown in FIG. 1, the microstrip array antenna of the present invention comprises a dielectric substrate 1 having a conductor ground plate 5 formed on the back surface, and a strip conductor formed on the dielectric substrate. Is a plurality of rectangular strips connected and arranged from the side of the feeding strip line 2 arranged in a line, and at a predetermined interval along at least one side of both sides of the feeding strip line 2. Each radiating antenna element 3 has a rectangular shape with different lengths and widths, and is connected so that its longitudinal direction is approximately 90 degrees with the feeding strip line 2, so that one feeding By having at least one or more line width conversion structures 6 on the strip line, it has two or more types of feed strip line widths. In order to radiate all the residual power, a matching element 4 is connected to the termination.
図1に、マイクロストリップアレーアンテナの構造を示し、アンテナ素子1つ分の拡大図を図2に示す。各素子への入力電力に対する放射電力の比を放射量と呼び、主線路の長手方向の素子番号に対する放射量分布を図3に示す。給電点に近い側では給電ストリップ線路を伝わる電力が大きいため、素子番号の若い素子には小さい放射量を割り当てる必要がある一方、終端に近づくに従い、放射によって給電ストリップ線路を伝わる電力が小さくなるため、素子番号の大きい素子には大きい放射量を割り当てる必要が生じ、アレーを実現する上で、幅広い放射量制御範囲が要求される。
従来方式により、放射アンテナ素子の幅のみによって、素子からの放射量を制御する場合、非常に細い素子から非常に太い素子まで必要になる。素子幅が細すぎると、基板エッチングで製造できなくなる問題が生じ、素子幅が太すぎて素子の長さと同程度になってしまうと、素子上を流れる電流の方向が、素子の長手方向だけに定まらなくなり、その結果、交差偏波レベルが上昇し、偏波損失が増加してしまうという問題がある。
容易にエッチング可能な線幅である0.5mmから、交差偏波レベルが許容範囲となるように素子幅が素子長以下となる範囲に限定すると、給電ストリップ線路幅を0.9mmと設定した場合、0.6%から30%までに制限され、図3に示す第3素子から第22素子までしか、要求される放射量を実現できなくなってしまう。
そこで、放射量が放射アンテナ素子幅と給電ストリップ線路幅の比によって決まることに着目し、給電ストリップ線路幅をアンテナの途中で変化させる。
図4に、設計した放射アンテナ素子の寸法パラメータを示す。第1素子から第2素子までの給電ストリップ線路の線路幅は1.2mm、第3素子から第10素子までは0.9mm、残りは0.5mmと3段階に給電ストリップ線路幅を変化させている。その結果、放射量の制御範囲が拡大し、図3に示すすべての要求される放射量0.4%から52%までを実現できた。
設計したアンテナの指向性の計算値と測定値を図5に示す。放射量の制御範囲が広がった結果、サイドローブレベル-24.3dBという非常に低いサイドローブのアンテナを実現できた。
FIG. 1 shows the structure of a microstrip array antenna, and FIG. 2 shows an enlarged view of one antenna element. The ratio of the radiated power to the input power to each element is called the radiation amount, and the radiation amount distribution with respect to the element number in the longitudinal direction of the main line is shown in FIG. Since the power transmitted through the feed strip line is large on the side close to the feed point, it is necessary to allocate a small amount of radiation to the element with a lower element number. A large radiation amount needs to be assigned to an element with a large element number, and a wide radiation amount control range is required to realize an array.
When the amount of radiation from an element is controlled only by the width of the radiating antenna element according to the conventional method, a very thin element to a very thick element is required. If the element width is too thin, there will be a problem that it becomes impossible to manufacture by substrate etching, and if the element width is too large to be about the same as the length of the element, the direction of the current flowing on the element is only in the longitudinal direction of the element. As a result, there is a problem that the cross polarization level rises and the polarization loss increases.
If the element width is limited to a range where the element width is equal to or less than the element length so that the cross polarization level is within an allowable range from 0.5 mm which is an easily etchable line width, 0.6 mm when the feed strip line width is set to 0.9 mm, % To 30%, and the required radiation amount can be realized only from the third element to the twenty-second element shown in FIG.
Therefore, paying attention to the fact that the amount of radiation is determined by the ratio of the radiation antenna element width to the feed strip line width, the feed strip line width is changed in the middle of the antenna.
FIG. 4 shows the dimensional parameters of the designed radiating antenna element. The line width of the feed strip line from the first element to the second element is 1.2 mm, the line width from the third element to the 10th element is 0.9 mm, and the rest is 0.5 mm. As a result, the control range of radiation was expanded, and all required radiation from 0.4% to 52% shown in Fig. 3 could be realized.
Figure 5 shows the calculated and measured directivity of the designed antenna. As a result of the expansion of the radiation control range, an antenna with a very low side lobe with a side lobe level of -24.3 dB could be realized.
前記線路幅変換構造6は、図1に示すように、異なる2つの放射アンテナ素子の間に形成されても良いし、図4の下の図にあるように、給電ストリップ線路の途中に段差が生じないように、給電ストリップ線路上の放射アンテナ素子の接続部と一体で形成しても良い。 The line width converting structure 6 may be formed between two different radiating antenna elements as shown in FIG. 1, or a step in the middle of the feed strip line as shown in the lower diagram of FIG. It may be formed integrally with the connection portion of the radiating antenna element on the feeding strip line so as not to occur.
自動車用などの近距離センサやデジタル信号処理による指向性形成(DBF)のサブアレー用等、小型のアレーアンテナが必要な用途に要求される様々な放射特性(低サイドローブ、主放射(メインビーム)方向の制御)を有するアンテナを実現可能である。 Various radiation characteristics (low side lobe, main radiation (main beam)) required for applications that require small array antennas, such as for short-range sensors for automobiles and subarrays for directivity formation (DBF) by digital signal processing An antenna with direction control) can be realized.
1 誘電体基板
2 給電ストリップ線路
3 放射アンテナ素子
4 整合素子
5 接地板
6 線路幅変換構造
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dielectric substrate 2 Feeding strip line 3 Radiation antenna element 4 Matching element 5 Ground plate 6 Line width conversion structure
Claims (3)
前記ストリップ導体は、線状に配設された給電ストリップ線路と、前記給電ストリップ線路の両側辺のうち少なくとも一方の側辺に沿って所定間隔で、その側辺から接続配列された複数の矩形状の放射アンテナ素子とから成り、前記各放射アンテナ素子は、長さと幅とが異なる矩形形状であり、その長手方向が給電ストリップ線路と概90度となるように接続され、1本の給電ストリップ線路上に、少なくとも1つ以上の線路幅変換構造により、2つ以上の異なる幅の給電ストリップ線路を有することを特徴とするマイクロストリップアレーアンテナ。 In a microstrip array antenna formed from a dielectric substrate having a conductor ground plate formed on the back surface and a strip conductor formed on the dielectric substrate,
The strip conductor has a plurality of rectangular shapes arranged in a line from a feeding strip line arranged in a line and a predetermined interval along at least one side of both sides of the feeding strip line. Each radiating antenna element has a rectangular shape with a different length and width, and is connected so that its longitudinal direction is approximately 90 degrees with the feeding strip line. A microstrip array antenna having two or more different widths of feeding strip lines by means of at least one or more line width conversion structures.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005238481A JP2007053656A (en) | 2005-08-19 | 2005-08-19 | Microstrip array antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005238481A JP2007053656A (en) | 2005-08-19 | 2005-08-19 | Microstrip array antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007053656A true JP2007053656A (en) | 2007-03-01 |
Family
ID=37917789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005238481A Pending JP2007053656A (en) | 2005-08-19 | 2005-08-19 | Microstrip array antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007053656A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010041090A (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-18 | Denso Corp | Microstrip array antenna |
DE102012224062B4 (en) * | 2011-12-26 | 2018-01-04 | Fujitsu Ten Limited | Stripline antenna, array antenna and radar device |
WO2021095434A1 (en) * | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 古野電気株式会社 | Antenna device and radar device |
KR20210062574A (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-31 | 한국전자통신연구원 | Capacitive coupled comb-line microstrip array antenna |
-
2005
- 2005-08-19 JP JP2005238481A patent/JP2007053656A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010041090A (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-18 | Denso Corp | Microstrip array antenna |
US8193990B2 (en) | 2008-07-31 | 2012-06-05 | Denso Corporation | Microstrip array antenna |
DE102012224062B4 (en) * | 2011-12-26 | 2018-01-04 | Fujitsu Ten Limited | Stripline antenna, array antenna and radar device |
WO2021095434A1 (en) * | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 古野電気株式会社 | Antenna device and radar device |
KR20210062574A (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-31 | 한국전자통신연구원 | Capacitive coupled comb-line microstrip array antenna |
KR102430247B1 (en) | 2019-11-21 | 2022-08-09 | 한국전자통신연구원 | Capacitive coupled comb-line microstrip array antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100264817B1 (en) | Wideband microstrip dipole antenna array | |
US8193990B2 (en) | Microstrip array antenna | |
US7639183B2 (en) | Circularly polarized antenna and radar device using the same | |
US8624784B2 (en) | Microstrip array antenna | |
CN111615776B (en) | Antenna element and antenna array | |
JP4623105B2 (en) | Broadcast receiving antenna device | |
WO2006030583A1 (en) | Antenna assembly and multibeam antenna assembly | |
JP2010124194A (en) | Antenna device | |
US20090046025A1 (en) | Antenna Arrays | |
JP2007053656A (en) | Microstrip array antenna | |
Wang et al. | A TE₀₁-mode groove-gap-waveguide-based wideband fixed-frequency beam-scanning leaky-wave antenna for millimeter-wave applications | |
JP3782278B2 (en) | Beam width control method of dual-polarized antenna | |
JP2007124346A (en) | Antenna element and array type antenna | |
CN103151617B (en) | High-gain low-sidelobe narrow-beam heart-shaped array antenna | |
JP2011087241A (en) | Antenna, and array antenna | |
JP6052344B2 (en) | 3 frequency antenna | |
JP2009118459A (en) | Partially reflective surface antenna | |
JP2007235682A (en) | Planar antenna | |
US20170373399A1 (en) | Beam-steering system of high-gain antenna using paraelectric material | |
JP4516514B2 (en) | Omnidirectional antenna | |
JP5803741B2 (en) | 3 frequency antenna | |
Hirokawa et al. | 94GHz fabrication of a slotted waveguide array antenna by diffusion bonding of laminated thin plates | |
CN114747084A (en) | Electromagnetic bandgap structure | |
JP2006191331A (en) | Antenna | |
Zhu et al. | A printed conical beam antenna for millimeter-wave applications |