JP2009124385A - Microstrip slot antenna - Google Patents

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Yoshiaki Minami
義明 南
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a slot antenna whose structure is simple and flexibility of a mounting position is high. <P>SOLUTION: A microstrip slot antenna 10 is achieved by a printed board where a microstrip line 2 is formed on one side of a dielectric substrate 1 and the other side is covered with a bottom board 6. On the line of the microstrip line 2, eight slots 3 are provided along a center line of the line so as to interrupt current flowing on the line at intervals of λg, thereby the microstrip slot antenna 10 functions as a slot array antenna. An impedance conversion portion 4 is provided between a portion near a feeding portion 5 of the microstrip line 2 and a portion where the slot 3 is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロストリップ線路を用いたスロットアンテナに関する。   The present invention relates to a slot antenna using a microstrip line.

従来、マイクロストリップ線路を用いたスロットアンテナとして、誘電体基板の一方の面に給電ストリップ線路が形成され、他方の面に複数のスロットを有する導体板が形成されたマイクロストリップスロットアレーアンテナがある(特許文献1参照)。   Conventionally, as a slot antenna using a microstrip line, there is a microstrip slot array antenna in which a feeding stripline is formed on one surface of a dielectric substrate and a conductor plate having a plurality of slots is formed on the other surface ( Patent Document 1).

上記の従来のマイクロストリップスロットアレーアンテナでは、導体板にスロットが設けられているために誘電体基板の両面方向に電波が放射されるのであるが、導体板が形成された面に対向する位置に反射板を設けることによって、誘電体基板から見て反射板とは反対の方向に電波を効率良く放射することが可能である。
特許第3002706号公報
In the above-described conventional microstrip slot array antenna, since the conductor plate is provided with the slot, the radio wave is radiated in both directions of the dielectric substrate, but at a position facing the surface on which the conductor plate is formed. By providing the reflector, it is possible to efficiently radiate radio waves in the direction opposite to the reflector as viewed from the dielectric substrate.
Japanese Patent No. 3002706

しかしながら、上記の従来のマイクロストリップスロットアレーアンテナでは、誘電体基板から電波を効率良く放射させるために上記のような反射板が必要となるので、構成部品点数が増加してしまうという問題がある。また、上記のような反射板は、誘電体基板から一定の間隔を空けて配置されなくてはならないので、マイクロストリップスロットアレーアンテナの構造が複雑になり、また高い取り付け精度が要求されるという問題がある。   However, the above-described conventional microstrip slot array antenna has a problem in that the number of components increases because the above-described reflector is required to efficiently radiate radio waves from the dielectric substrate. In addition, since the reflector as described above must be arranged at a certain distance from the dielectric substrate, the structure of the microstrip slot array antenna is complicated, and high mounting accuracy is required. There is.

なお、上記の従来のマイクロストリップスロットアレーアンテナにおいて、反射板を省略した場合には、誘電体基板の両面方向に電波が放射されるために、電波を効率良く放射することができない。さらには、誘電体基板から見て導体板が形成された面の方向に位置する構造物の影響を受けて指向性が乱れてしまうため、マイクロストリップスロットアレーアンテナの搭載位置が制約されるという問題がある。   In the above-described conventional microstrip slot array antenna, when the reflector is omitted, the radio wave is radiated in both directions of the dielectric substrate, so that the radio wave cannot be radiated efficiently. Furthermore, since the directivity is disturbed by the influence of the structure located in the direction of the surface on which the conductor plate is formed when viewed from the dielectric substrate, the mounting position of the microstrip slot array antenna is restricted. There is.

それゆえに本発明は、構造が簡素であり、かつ搭載位置の自由度が高いスロットアンテナを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a slot antenna having a simple structure and a high degree of freedom in mounting position.

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号は、本発明の理解を助けるために図面との対応関係の一例を示したものであって、本発明の範囲を何ら限定するものではない。   In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration. The reference numerals in parentheses show an example of the correspondence with the drawings in order to help understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention.

本発明のマイクロストリップスロットアンテナ(10,20,30)は、誘電体基板(1)の一方の面に前記マイクロストリップ線路(2)が形成され、他方の面が地板(6)で覆われたプリント基板において、上記マイクロストリップ線路上に少なくとも1つのスロット(3)を設けたことを特徴とする。   In the microstrip slot antenna (10, 20, 30) of the present invention, the microstrip line (2) is formed on one surface of a dielectric substrate (1), and the other surface is covered with a ground plane (6). In the printed circuit board, at least one slot (3) is provided on the microstrip line.

上記マイクロストリップ線路(2)上に複数のスロット(3)が設けられていてもよい。   A plurality of slots (3) may be provided on the microstrip line (2).

上記マイクロストリップ線路(2)の線路幅がインピーダンス変換部(4)を介して拡幅されていてもよい。   The line width of the microstrip line (2) may be widened via the impedance converter (4).

本発明によれば、構造が簡素であり、かつ搭載位置の自由度が高いスロットアンテナを実現することができる。   According to the present invention, a slot antenna having a simple structure and a high degree of freedom in mounting position can be realized.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態のマイクロストリップスロットアンテナ10の斜視図である。そして、図2は、マイクロストリップスロットアンテナ10の図1に示されるA−B断面の断面図である。図1または図2において、1は誘電体基板であり、2はマイクロストリップ線路(導体線路)であり、3はスロットであり、4はインピーダンス変換部であり、5は給電部であり、6は地板(接地導体板)である。   FIG. 1 is a perspective view of a microstrip slot antenna 10 according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of the microstrip slot antenna 10 taken along the line A-B shown in FIG. In FIG. 1 or FIG. 2, 1 is a dielectric substrate, 2 is a microstrip line (conductor line), 3 is a slot, 4 is an impedance converter, 5 is a power feeder, 6 is A ground plane (grounding conductor plate).

マイクロストリップスロットアンテナ10は、従来のマイクロストリップ線路をスロットアンテナとして応用したものである。マイクロストリップスロットアンテナ10は、図2に示すように、誘電体基板1の一方の面にマイクロストリップ線路2が形成され、他方の面が地板6で覆われた、プリント基板で実現されている。   The microstrip slot antenna 10 is an application of a conventional microstrip line as a slot antenna. As shown in FIG. 2, the microstrip slot antenna 10 is realized by a printed circuit board in which a microstrip line 2 is formed on one surface of a dielectric substrate 1 and the other surface is covered with a ground plane 6.

以下、図3を参照して、マイクロストリップスロットアンテナ10の構成を詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the microstrip slot antenna 10 will be described in detail with reference to FIG.

マイクロストリップ線路2の線路上には、線路上を流れる電流を遮るように線路の中央線に沿って8つのスロット3がλg(λgは、誘電体による影響を考慮した波長)の間隔を空けて設けられており、これによりマイクロストリップスロットアンテナ10はスロットアレーアンテナとして機能する。特に、本実施形態では、各スロット3の長手方向とマイクロストリップ線路2の幅方向との角度θが45度となるように各スロット3が設けられているので、マイクロストリップスロットアンテナ10は、車載レーダ装置等で使用され得る斜め45度偏波用のスロットアレーアンテナとして機能する(ここでは、マイクロストリップスロットアンテナ10の給電部5のある端部を下にしてマイクロストリップスロットアンテナ10を使用する場合を想定している)。   On the line of the microstrip line 2, eight slots 3 are spaced along the center line of the line so as to block the current flowing on the line with a gap of λg (λg is a wavelength considering the influence of the dielectric). Thus, the microstrip slot antenna 10 functions as a slot array antenna. In particular, in this embodiment, each slot 3 is provided such that the angle θ between the longitudinal direction of each slot 3 and the width direction of the microstrip line 2 is 45 degrees. It functions as a slot array antenna for 45-degree polarized waves that can be used in a radar device or the like (in this case, the microstrip slot antenna 10 is used with the end portion of the power supply unit 5 of the microstrip slot antenna 10 facing down. Is assumed).

なお、上記角度θを変化させることで、所望の角度の偏波用のスロットアレーアンテナを実現することができる。例えば、図4に示すように、各スロット3の長手方向とマイクロストリップ線路2の幅方向との角度θが0度であるようなマイクロストリップスロットアンテナ20は、垂直偏波用のスロットアレーアンテナとして機能する。   Note that a polarization slot array antenna having a desired angle can be realized by changing the angle θ. For example, as shown in FIG. 4, a microstrip slot antenna 20 in which the angle θ between the longitudinal direction of each slot 3 and the width direction of the microstrip line 2 is 0 degree is a vertically polarized slot array antenna. Function.

なお、各スロット3の長さは一様でなくてもよく、例えば図3のように、給電部5から遠ざかるほどスロット3の長さが長くなるようにしてもよい。スロット3の長さを個別に変化させることによって、スロットアレーアンテナ全体の励振分布を変化させて、所望の励振分布とすることができる。   The length of each slot 3 may not be uniform. For example, as shown in FIG. 3, the length of the slot 3 may be increased as the distance from the power feeding unit 5 increases. By changing the length of the slot 3 individually, the excitation distribution of the entire slot array antenna can be changed to obtain a desired excitation distribution.

なお、スロット3の個数は8つに限らず、1つもしくは2つ以上の任意の個数であってもよい。スロット3の間隔はλgであることが望ましいが、λgに厳密に制限されるものではない。   Note that the number of slots 3 is not limited to eight, and may be one or an arbitrary number of two or more. The interval between the slots 3 is preferably λg, but is not strictly limited to λg.

スロット3が設けられる部分のマイクロストリップ線路2の線路幅は、その内側にスロット3を配置できるように、給電部5付近の線路幅と比べて広くなっている(すなわち、マイクロストリップ線路2の線路幅が、マイクロストリップ線路2の幅方向におけるスロット3の長さよりも大きくなるように構成されている)。マイクロストリップ線路2の線路幅が変化すると、図5に示すように、マイクロストリップ線路2の特性インピーダンスが変化する。そこで、インピーダンス整合のために、給電部5付近の部分とスロット3が設けられる部分との間に、インピーダンス変換部4が設けられている。本実施形態では、インピーダンス変換部4として、図6に示すように、給電部5付近の部分とスロット3が設けられる部分との間に1/4波長線路が挿入される。この1/4波長線路の線路幅は、給電部5付近の部分の特性インピーダンスをZ1、スロット3が設けられる部分の特性インピーダンスをZ3としたときに、Z2=√(Z1・Z3)により求まる特性インピーダンスZ2に対応した線路幅となる。例えば、線路幅を2.9mm(この線路部分の特性インピーダンスは50Ω)から12.0mm(この線路部分の特性インピーダンスは18Ω)まで拡幅したい場合には、6.2mm(この線路部分の特性インピーダンスは30Ω)の線路幅の1/4波長線路を挿入すればよい。   The line width of the microstrip line 2 in the portion where the slot 3 is provided is wider than the line width in the vicinity of the power feeding unit 5 so that the slot 3 can be disposed inside (that is, the line of the microstrip line 2). The width is configured to be larger than the length of the slot 3 in the width direction of the microstrip line 2). When the line width of the microstrip line 2 changes, the characteristic impedance of the microstrip line 2 changes as shown in FIG. Therefore, for impedance matching, the impedance converter 4 is provided between the portion near the power feeder 5 and the portion where the slot 3 is provided. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a quarter wavelength line is inserted between the portion near the power feeding portion 5 and the portion where the slot 3 is provided as the impedance conversion portion 4. The line width of this ¼ wavelength line is a characteristic obtained by Z2 = √ (Z1 · Z3), where Z1 is the characteristic impedance in the vicinity of the power feeding portion 5 and Z3 is the characteristic impedance in the portion where the slot 3 is provided. The line width corresponds to the impedance Z2. For example, when it is desired to widen the line width from 2.9 mm (characteristic impedance of this line portion is 50Ω) to 12.0 mm (characteristic impedance of this line portion is 18Ω), 6.2 mm (characteristic impedance of this line portion is It is only necessary to insert a quarter wavelength line having a line width of 30Ω.

なお、本実施形態ではインピーダンス変換部4として1/4波長線路を用いているが、他の任意の手段を用いてインピーダンス変換部4を実現してもよい。   In the present embodiment, a quarter wavelength line is used as the impedance conversion unit 4, but the impedance conversion unit 4 may be realized using any other means.

マイクロストリップ線路2の端部(給電部5とは反対側の端部)は、好ましくは、この端部に最も近いスロット3からλg/4だけ離れた位置で開放されている。他の好ましい例として、図7に示すマイクロストリップスロットアンテナ30のように、マイクロストリップ線路2の端部(給電部5とは反対側の端部)が、この端部に最も近いスロット3からλg/2だけ離れた位置で短絡されていてもよい。   The end of the microstrip line 2 (the end opposite to the power feeding unit 5) is preferably opened at a position away from the slot 3 closest to this end by λg / 4. As another preferred example, like the microstrip slot antenna 30 shown in FIG. 7, the end of the microstrip line 2 (the end opposite to the feeding unit 5) is λg from the slot 3 closest to this end. It may be short-circuited at a position separated by / 2.

図8および図9は、マイクロストリップスロットアンテナ10の指向特性を示している。これらの図から明らかなように、本実施形態のマイクロストリップスロットアンテナ10によれば、地板6にはスロットが設けられないため、後方(地板6側)への電波の放射が抑えられ、前方(マイクロストリップ線路2側)に効率良く電波が放射される。   8 and 9 show the directivity characteristics of the microstrip slot antenna 10. As is apparent from these drawings, according to the microstrip slot antenna 10 of the present embodiment, since the base plate 6 is not provided with a slot, the emission of radio waves to the rear (base plate 6 side) is suppressed, and the front ( Radio waves are efficiently radiated to the microstrip line 2 side).

以上のように、本実施形態のマイクロストリップスロットアンテナ10によれば、前述した従来のマイクロストリップスロットアレーアンテナのように反射板を設けることなく、電波を前方(マイクロストリップ線路2側)に効率良く放射させることができる。また、誘電体基板1のマイクロストリップ線路2が形成された面とは反対側の面が地板6で覆われているため、誘電体基板1から見て地板6が形成された面の方向に位置する構造物の影響を受けて指向性が乱れてしまうことがなく、マイクロストリップスロットアンテナ10の搭載位置が制約されることがない。また、本実施形態のマイクロストリップスロットアンテナ10はプリント基板で実現できるため、製造が容易である。   As described above, according to the microstrip slot antenna 10 of the present embodiment, radio waves can be efficiently transmitted forward (on the microstrip line 2 side) without providing a reflector unlike the conventional microstrip slot array antenna described above. Can be radiated. In addition, since the surface of the dielectric substrate 1 opposite to the surface on which the microstrip line 2 is formed is covered with the ground plane 6, it is positioned in the direction of the surface on which the ground plane 6 is formed when viewed from the dielectric substrate 1. The directivity is not disturbed by the influence of the structure to be performed, and the mounting position of the microstrip slot antenna 10 is not restricted. Further, since the microstrip slot antenna 10 of the present embodiment can be realized with a printed circuit board, it is easy to manufacture.

本発明のマイクロストリップスロットアンテナは、構造が簡素であり、かつ搭載位置の自由度が高いので、例えば車載機器用のアンテナ装置など、任意の通信システムのアンテナ装置として有用である。   Since the microstrip slot antenna of the present invention has a simple structure and a high degree of freedom in mounting position, it is useful as an antenna device for an arbitrary communication system such as an antenna device for in-vehicle equipment.

本発明の一実施形態のマイクロストリップスロットアンテナの斜視図The perspective view of the microstrip slot antenna of one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態のマイクロストリップスロットアンテナの断面図Sectional drawing of the microstrip slot antenna of one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態のマイクロストリップスロットアンテナの正面図The front view of the microstrip slot antenna of one Embodiment of this invention マイクロストリップスロットアンテナの変形例の正面図Front view of a modified microstrip slot antenna マイクロストリップ線路の線路幅と特性インピーダンスの関係を示す図Diagram showing the relationship between line width and characteristic impedance of microstrip line インピーダンス変換部の詳細を示す図Diagram showing details of impedance converter マイクロストリップスロットアンテナの変形例の正面図Front view of a modified microstrip slot antenna 本発明の一実施形態のマイクロストリップスロットアンテナの指向性を示す図The figure which shows the directivity of the microstrip slot antenna of one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態のマイクロストリップスロットアンテナの指向性を示す他の図The other figure which shows the directivity of the microstrip slot antenna of one Embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 誘電体基板
2 マイクロストリップ線路
3 スロット
4 インピーダンス変換部
5 給電部
6 地板
10,20,30 マイクロストリップスロットアンテナ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dielectric substrate 2 Microstrip line 3 Slot 4 Impedance conversion part 5 Feeding part 6 Ground plane 10, 20, 30 Microstrip slot antenna

Claims (3)

誘電体基板の一方の面にマイクロストリップ線路が形成され、他方の面が地板で覆われたプリント基板において、前記マイクロストリップ線路上に少なくとも1つのスロットを設けたことを特徴とする、マイクロストリップスロットアンテナ。   A microstrip slot, wherein a microstrip line is formed on one surface of a dielectric substrate and the other surface is covered with a ground plate, and at least one slot is provided on the microstrip line. antenna. 前記マイクロストリップ線路上に複数のスロットが設けられていることを特徴とする、請求項1に記載のマイクロストリップスロットアンテナ。   The microstrip slot antenna according to claim 1, wherein a plurality of slots are provided on the microstrip line. 前記マイクロストリップ線路の線路幅がインピーダンス変換部を介して拡幅されていることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のマイクロストリップスロットアンテナ。   The microstrip slot antenna according to claim 1 or 2, wherein a line width of the microstrip line is widened through an impedance converter.
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