JP2007235682A

JP2007235682A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JP2007235682A
Application number: JP2006056039A
Authority: JP
Inventors: Hisamatsu Nakano; 久松中野; Junji Yamauchi; 潤治山内; Hiroki Osada; 博樹長田; Yoshiichi Wakao; 伊市若生
Original assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】簡単な構成で良好な特性が得られ、且つ安価に製造することができる平面アンテナを提供する。
【解決手段】接地板１１上に所定の間隔を保ってグリッドアレーアンテナ素子１２を配置する。グリッドアレーアンテナ素子１２は、線状導体からなる９本の短辺素子１４と、６本の長辺素子１５を格子状に配置する。この場合、７本の短辺素子１４と６本の長辺素子１５によって４つの長方形素子１６_１〜１６_４を形成し、長方形素子１６_１の左と長方形素子１６_４の右に夫々短辺素子１４を単独で配置する。グリッドアレーアンテナ素子１２は、接地板１１上において略４５°回転させて配置し４５°の偏波とする。グリッドアレーアンテナ素子１２の中心部にある短辺素子１４の左端１７_１又は右端１７_２を給電点とし、この給電点１７_１又は１７_２に給電線１８を接地板１１の下方から給電用の穴１３を介して接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波帯、準ミリ波帯、ミリ波帯等の高い周波数帯で例えばレーダ用アンテナとして使用される平面アンテナに関する。

近年、ミリ波レーダ用アンテナは、自動車衝突防止レーダ等への応用が期待されている。上記ミリ波レーダ用アンテナとしては、従来、例えば給電線路の両側へ交互に放射素子を接続したマイクロストリップコムラインアレーアンテナ（例えば、非特許文献１参照。）や、給電線路の両側にスロットを配置した４５度直線偏波アレーアンテナ（例えば、非特許文献２参照。）等が考えられている。

上記非特許文献１におけるアンテナは、振幅を一定にするために、長手方向に設けた放射素子の間隔を個々に変える方法を取り、終端に整合素子を配置してアンテナの整合を図っている。
また、上記非特許文献２におけるアンテナは、給電点から離れるに従い、スロット間隔を給電線路に近付ける方法で振幅を一定にしている。
樫野祐一、他４名、２００５年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−１−４８、「交互配列ミリ波マイクロストリップアレーアンテナの給電線路垂直面ビームチルト設計」石垣剛広、他３名、２００５年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−１−９８、「給電線路の両側にスロットを配置した４５度直線偏波アレーアンテナ」

上記非特許文献１に記載された発明は、長手方向に設けた放射素子の間隔を個々に変えると共に、終端に整合素子を配置する構成としているので、個々の放射素子の形状が複雑になり、素子数を変えた時に検討し直す等の問題がある。

また、非特許文献２に記載された発明は、アンテナ形状は単純なスロットであるが、給電線路と素子の基板が２枚必要となり、安価に製造することができない。また、波長の短いミリ波帯で２枚の基板を重ねる作業は、寸法精度を高くすることが必要であるので、この点においてもコストが高くなるという問題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で良好な特性が得られ、且つ安価に製造することができる平面アンテナを提供することを目的とする。

第１の発明に係る平面アンテナは、導電体からなる接地板と、前記接地板上に所定の間隔を保って設けられ、線状導体からなる複数本の短辺素子及び長辺素子を格子状に配置して少なくとも２個の長方形素子を形成してなるグリッドアレーアンテナ素子と、前記グリッドアレーアンテナ素子の中央部付近に設けられる給電点とを具備し、前記グリッドアレーアンテナ素子は、前記接地板に対し同一平面内で略４５°回転させて４５°偏波としたことを特徴とする。

第２の発明に係る平面アンテナは、導電体からなる接地板と、前記接地板上に所定の間隔を保って設けられ、線状導体からなる複数本の短辺素子及び長辺素子を格子状に配置した少なくとも２個の長方形素子を基本単位として複数個組み合わせて構成したグリッドアレーアンテナ素子と、前記グリッドアレーアンテナ素子の中央部付近に設けられる給電点とを具備し、前記グリッドアレーアンテナ素子は、前記接地板に対し同一平面内で略４５°回転させて４５°偏波としたことを特徴とする。

本発明によれば、整合素子等を設けることなく簡単な構造で整合させることができ、良好な特性が得られると共にコストの低下を図ることができる。
また、基本構成のグリッドアレーアンテナ素子を複数個組み合わせることによって、水平面指向性を非常にシャープにでき、車載用レーダアンテナとして使用する場合に大きな効果を発揮することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る平面アンテナ１０の基本構成を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

図１において、１１は導電性部材を用いて方形状に形成した接地板で、この接地板１１上にｈの間隔を保ってグリッドアレーアンテナ素子１２を配置している。上記接地板１１は、ｘ方向の幅がＳｘ、ｙ方向の幅がＳｙで、中心部付近に給電用の穴１３を設けている
上記グリッドアレーアンテナ素子１２は、線幅ｗの線状導体により形成した長さＳの９本の短辺素子１４と、長さＬの６本の長辺素子１５を格子（グリッド）状に配置している。この場合、例えば７本の短辺素子１４と６本の長辺素子１５によって４個の長方形素子１６_１〜１６_４を形成し、前部長方形素子１６_１の左と後部長方形素子１６_４の右にそれぞれ短辺素子１４を単独で配置している。また、グリッドアレーアンテナ素子１２は、接地板１１上において、略４５°傾けて、すなわち同一平面内で略４５°回転させて配置し、４５°の偏波となるようにしている。グリッドアレーアンテナ素子１２は、短辺素子１４が半波長ダイポール素子として作用する。

上記グリッドアレーアンテナ素子１２の中心部にある短辺素子１４の左端を１７_１、右端を１７_２とする。このいずれかを給電点とし、例えば同軸ケーブル等の給電線１８を接地板１１の下方から給電用の穴１３を介して接続している。

上記のように構成された平面アンテナ１０は、使用周波数ｆを７６．５ＧＨｚ（波長λ：３．９２ｍｍ）とした場合、各部の寸法を例えば次のように設定する。

ｆ＝７６．５ＧＨｚ（λ：３．９２ｍｍ）
Ｌ＝４．１８ｍｍ＝１．０７λ
Ｓ＝２．０９ｍｍ＝０．５３５λ
ｈ＝０．２８５ｍｍ＝０．０７２７λ
ｗ＝０．１９ｍｍ＝０．０４８５λ
Ｓｘ＝Ｓｙ＝１０．３５５ｍｍ＝２．６４λ
長辺素子Ｌと短辺素子Ｓについては、この数値に限る必要は無い。ただし、導波波長のＬは１波長、Ｓは０．５波長にする事が望ましい。

次に、上記第１実施形態の動作を説明する。
グリッドアレーアンテナ素子１２の中心部にある短辺素子１４の左端１７_１、または右端１７_２のいずれかを給電点とし、９本ある短辺素子１４に全て同位相で給電される。

今、短辺素子１４の励振点Ｐ_１、Ｑ_１、Ｑ_２に注目する。給電点１７_２を基準にした場合、励振点Ｐ_１、Ｑ_１、Ｑ_２までの約半波長の整数倍になっている。従って、短辺素子の電流の向きは全て同じになる。また、他の短辺素子を考えても同様になる。この結果、平面アンテナ１０は、半波長ダイポールアンテナとして動作する９本の短辺素子１４に同位相で給電されるアレーアンテナとして作用する。

また、上記平面アンテナ１０は、グリッドアレーアンテナ素子１２を略４５°回転させて４５°偏波とすることにより、例えば車載用レーダとして使用した時に前方にいる車に対しては反射波が同じ偏波で帰ってくる。一方、対向車からの放射波は直交した偏波であるので、察知されないものとなる。

図２は、上記第１実施形態に係る平面アンテナ１０のＶＳＷＲ特性であり、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、縦軸にＶＳＷＲをとって示した。ＶＳＷＲ２以下の比帯域は２％であり、整合素子等を設けることなく、簡単な構造で整合させることができる。

図３は、上記平面アンテナ１０の利得特性であり、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、縦軸に絶対利得（ｄＢｉ）をとって示した。ＶＳＷＲ２以下の周波数帯で１７ｄＢｉ以上の利得が得られ、非常に効率の良いアンテナであることが分かる。

図４は上記のように４５°偏波とした平面アンテナ１０の水平面（Ｘ−Ｚ）指向性を示し、図５は垂直面（Ｙ−Ｚ）指向性を示している。電力半値幅は共に２２°で、第１サイドローブレベルは共に−１３ｄＢである。

なお、上記第１実施形態では、短辺素子１４及び長辺素子１５によって４個の長方形素子１６_１〜１６_４を形成した場合について示したが、２個の長方形素子１６_２、１６_３を使用して３本の短辺素子１４が平行して位置するように構成することで、基本構成のグリッドアレーアンテナ素子１２を形成することが可能である。

また、上記第１実施形態において、接地板１１上に所定の厚さの絶縁基板を設け、この絶縁基板上に線状導体によりグリッドアレーアンテナ素子１２を形成しても良い。この場合、線状導体は、例えばマイクロストリップ線路等により形成することが可能である。また、線状導体は、短辺素子１４と長辺素子１５とで異なる幅に形成しても良い。
また、グリッドアレーアンテナ素子１２の給電点１７_１または１７_２への給電手段は、同軸ケーブルによる給電手段だけでなく、その他の給電方法を使用しても良い。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。

この第２実施形態は、特に車両に搭載して車の衝突を防止する車載用レーダアンテナとして好適する平面アンテナについて示したものである。車載用レーダアンテナとして使用する場合、水平面指向性をシャープにし、垂直面指向性をブロードにする必要がある。

水平面指向性をシャープにする理由は、例えば２車線の道路で斜め前方に車が走行している時にビームの広いアンテナでは、斜め前方の車を対象物と判断して誤動作する恐れがあるためである。水平面指向性を絞ることにより、衝突の恐れのある前方の障害物のみに反応させることが可能となる。

また、垂直面指向性をブロードにする理由は、例えば大型車、小型車、二輪車等、前方の障害物の大小にかかわらずに危険を察知するためである。

図６は、本発明の第２実施形態に係る平面アンテナ１０Ａの構成を示す平面図である。この第２実施形態に係る平面アンテナ１０Ａは、上記第１実施形態に係る平面アンテナ１０を複数個例えば９個組み合わせたもので、短辺素子１４を５７本、長辺素子１５を３８本使用して３６個の長方形素子１６_１、１６_２、…１６_３６を形成し、グリッドアレーアンテナ素子１２ａを構成している。このグリッドアレーアンテナ素子１２ａは、第１実施形態と同様に中央部付近に給電点１７_１または１７_２を設けている。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

上記第２実施形態に係る平面アンテナ１０Ａは、水平面指向性をシャープ（１４．６６λ）に、垂直面指向性をブロード（２．６４λ）にするために横長の形にしており、使用周波数ｆを７６．５ＧＨｚ（波長λ：３．９２ｍｍ）とした場合、各部の寸法を例えば次のように設定する。

ｆ＝７６．５ＧＨｚ（λ：３．９２ｍｍ）
Ｌ＝４．１８ｍｍ＝１．０７λ
Ｓ＝２．０９ｍｍ＝０．５３５λ
ｈ＝０．２８５ｍｍ＝０．０７２７λ
ｗ＝０．１９ｍｍ＝０．０４８５λ
Ｓｘ＝５７．４７５ｍｍ＝１４．６６λ
Ｓｙ＝１０．３５５ｍｍ＝２．６４λ
長辺素子Ｌと短辺素子Ｓについては、この数値に限る必要は無い。ただし、導波波長のＬは１波長、Ｓは０．５波長にする事が望ましい。

上記平面アンテナ１０Ａは、中心部にある短辺素子１４の左端１７_１、または右端１７_２のいずれかを給電点とし、給電点１７_１または１７_２の±Ｘ軸、±Ｙ軸を見ると、ほぼ対称形になるため、ビームはＺ方向（０°）に放射される。

図７は上記第２実施形態に係る平面アンテナ１０Ａの水平面（Ｘ−Ｚ）指向性を示し、図８は垂直面（Ｙ−Ｚ）指向性を示している。水平面指向性の半値幅は６°であり、第１実施形態における水平面指向性に比較して非常にシャープになっている。垂直面指向性の半値幅は第１実施形態に係る平面アンテナ１０と同じ２２°である。

上記平面アンテナ１０Ａは、給電付近で振幅が強く、放射された電波が端の素子になるにつれて放射が弱まってくるので、図７の水平面指向性に示したように第１サイドローブレベルが下がり、−２０ｄＢ以下になる。

また、第１実施形態に示した基本構成のアンテナと素子数が変わらない垂直面指向性は、第１サイドローブも変わらず、−１３ｄＢである。

図９は、上記平面アンテナ１０Ａの絶対利得を示す図である。この第２実施形態に係る平面アンテナ１０Ａは、第１実施形態の平面アンテナ１０より約５ｄＢ高い２２．７ｄＢｉの利得を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

本発明の第１実施形態に係る平面アンテナの基本構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。同実施形態に係る平面アンテナのＶＳＷＲ特性図である。同実施形態に係る平面アンテナの絶対利得特性図である。同実施形態に係る平面アンテナの水平面指向性を示す図である。同実施形態に係る平面アンテナの垂直面指向性を示す図である。本発明の第２実施形態に係る平面アンテナの構成を示す平面図である。同実施形態に係る平面アンテナの水平面指向性を示す図である。同実施形態に係る平面アンテナの垂直面指向性を示す図である。同実施形態に係る平面アンテナの絶対利得特性図である。

符号の説明

１０…第１実施形態に係る平面アンテナ、１０Ａ…第２実施形態に係る平面アンテナ、１１…接地板、１２、１２ａ…グリッドアレーアンテナ素子、１３…給電用の穴、１４…短辺素子、１５…長辺素子、１６_１、１６_２、…、１６_３６…長方形素子、１７_１、１７_２…給電点、１８…給電線

Claims

導電体からなる接地板と、前記接地板上に所定の間隔を保って設けられ、線状導体からなる複数本の短辺素子及び長辺素子を格子状に配置して少なくとも２個の長方形素子を形成してなるグリッドアレーアンテナ素子と、前記グリッドアレーアンテナ素子の中央部付近に設けられる給電点とを具備し、前記グリッドアレーアンテナ素子は、前記接地板に対し同一平面内で略４５°回転させて４５°偏波としたことを特徴とする平面アンテナ。
導電体からなる接地板と、前記接地板上に所定の間隔を保って設けられ、線状導体からなる複数本の短辺素子及び長辺素子を格子状に配置した少なくとも２個の長方形素子を基本単位として複数個組み合わせて構成したグリッドアレーアンテナ素子と、前記グリッドアレーアンテナ素子の中央部付近に設けられる給電点とを具備し、前記グリッドアレーアンテナ素子は、前記接地板に対し同一平面内で略４５°回転させて４５°偏波としたことを特徴とする平面アンテナ。