JP2009200719A - Plane microwave antenna, one-dimensional microwave antenna and two-dimensional microwave antenna array - Google Patents

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好夫 長山
Soichiro Yamaguchi
聡一朗 山口
Atsushi Mase
淳 間瀬
Yuichiro Chikaki
祐一郎 近木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a plane microwave antenna which has high directivity, is capable of coping with a high frequency as well and is excellent in a broadband property; a one-dimensional microwave antenna; and a two-dimensional microwave antenna array. <P>SOLUTION: As for the plane microwave antenna An, on both surfaces of a substrate 20 comprising a dielectric, dipoles 21 and 22 and microstrip lines 23 and 24 for feeding power to the dipoles 21 and 22 are printed. Of both surfaces of the substrate 20, a waveguide device 27 and a reflector 28 separated from the dipole 21 are printed on the first surface, and a plane Yagi-Uda antenna comprises the waveguide device 27, the reflector 28 and the dipoles 21 and 22. On the second surface of the substrate 20, a tapered balun 26 connected to the microstrip line 24 of the second surface and a ground conductor 25 connected to the tapered balun 26 are printed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、平面マイクロ波アンテナ、一次元マイクロ波アンテナ及び二次元マイクロ波アンテナアレイに関する。   The present invention relates to a planar microwave antenna, a one-dimensional microwave antenna, and a two-dimensional microwave antenna array.

二次元マイクロ波アンテナアレイとして、テーパースロットアンテナを用いた二次元ミリ波撮像素子が実用化されている（非特許文献１）。一方、平面八木宇田アンテナも二次元配列可能な素子として注目されている（非特許文献２）。   As a two-dimensional microwave antenna array, a two-dimensional millimeter-wave imaging device using a tapered slot antenna has been put into practical use (Non-Patent Document 1). On the other hand, planar Yagi-Uda antennas are also attracting attention as elements that can be two-dimensionally arranged (Non-Patent Document 2).

前記テーパースロットアンテナは広帯域であるが、大きいため多数並べて撮像素子にしたとき空間分解能が悪い。実用例では、テーパースロットアンテナは波長の短いミリ波の撮像素子として用いられている。一方、平面八木宇田アンテナは理論的には半波長まで近接できるので空間分解能がよく、撮像素子を小型化できる可能性がある。   The tapered slot antenna has a wide band, but its large spatial resolution is poor when a large number of taper slot antennas are arranged side by side to form an image sensor. In a practical example, the tapered slot antenna is used as a millimeter-wave imaging device with a short wavelength. On the other hand, since the planar Yagi-Uda antenna can theoretically be close to half a wavelength, the spatial resolution is good and the image sensor may be downsized.

従来は、平面八木宇田アンテナは、平衡系のアンテナ部分から非平衡系の増幅回路部分を結合するために、図２に示すように、遅延線タイプのバラン１３を用いている。これは非平衡系の心線を２つに分け、一方を半波長遅延させて放射器ダイポール１２の片側半分に結合することで、位相を反転させるものである。なお、図２において、基板１０の表面に導波器１１、及びマイクロストリップライン１４が設けられ、基板１０の裏面には反射器１５が設けられている。
ケイ・シグフリッド・ユングヴェソン（K. Sigfrid Yngvesson）他（et al.）、「ザ テーパード スロット アンテナ − ア ニュー インテグレーテッド エレメント フォー ミリメータ−ウェーブ アプリケーションズ（The Tapered Slot Antenna - A New Integrated Element for Millimeter-wave Applications）」、the IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.37, pp.365-374 (1989) ダヴリュー・アール・デール（W.R.Deal）、他（et al.）、「ア ニュー クウォジ−ヤギ アンテナ フォー プラナー アクティブ アンテナ アレイ（A new quasi-Yagi antenna for planar active antenna array）」、the IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.48, pp.910-918 (2000) Conventionally, a planar Yagi-Uda antenna uses a delay line type balun 13 as shown in FIG. 2 in order to couple a balanced antenna part to an unbalanced amplifier circuit part. This is to invert the phase by dividing the non-equilibrium core into two and delaying one half wavelength and coupling it to one half of the radiator dipole 12. In FIG. 2, the waveguide 11 and the microstrip line 14 are provided on the surface of the substrate 10, and the reflector 15 is provided on the back surface of the substrate 10.
K. Sigfrid Yngvesson et al., “The Tapered Slot Antenna-A New Integrated Element for Millimeter-wave Applications” `` The IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.37, pp.365-374 (1989) WRDeal, et al., “A new quasi-Yagi antenna for planar active antenna array”, the IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.48, pp.910-918 (2000)

ところが、従来の平面八木宇田アンテナは、周波数が高くなると、波長が短くなることから、遅延線タイプのバランの線長が線幅より短くなるなど実現不可能となる。また、マッチング周波数から外れると、放射器ダイポール１２の位相がπからずれるので、放射方向が正面を向かないという欠点を有する。   However, since the wavelength of the conventional planar Yagi-Uda antenna becomes shorter as the frequency becomes higher, the delay line type balun line length becomes shorter than the line width and cannot be realized. Further, if the phase deviates from the matching frequency, the phase of the radiator dipole 12 is deviated from π, so that the radiation direction does not face the front.

本発明の目的は、上記従来の技術の問題点を解消して、高指向性を有し、高周波数にも対応できるとともに広帯域性に優れた平面マイクロ波アンテナ、一次元マイクロ波アンテナ及び二次元マイクロ波アンテナアレイを提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, have a high directivity, can cope with high frequencies, and is excellent in broadband characteristics, a planar microwave antenna, a one-dimensional microwave antenna, and a two-dimensional It is to provide a microwave antenna array.

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、誘電体からなる基板の両面に、ダイポールと該ダイポールに給電する給電線がプリントされ、前記基板の両面のうち、少なくとも一方の面に前記ダイポールと離間する導波器がプリントされ、反射器が前記基板の面あるいは別導体で設置され、前記導波器、反射器及びダイポールにより平面八木宇田アンテナが構成され、前記基板の他方の面には、該他方の面の給電線に接続されるテーパ形バラン及び該テーパ形バランに接続される地導体がプリントされていることを特徴とする平面マイクロ波アンテナを要旨とするものである。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a dipole and a power supply line for supplying power to the dipole are printed on both surfaces of a substrate made of a dielectric, and the at least one surface of the substrate has the above-described surface. A director separated from the dipole is printed, and a reflector is installed on the surface of the substrate or another conductor, and a planar Yagi-Uda antenna is configured by the director, the reflector and the dipole, and on the other surface of the substrate The gist of the planar microwave antenna is characterized in that a tapered balun connected to the feeding line on the other surface and a ground conductor connected to the tapered balun are printed.

請求項２の発明は、請求項１において、前記基板には、前記ダイポールで受信した電磁波を選択処理する処理回路が設けられていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２において、前記処理回路が、前記ダイポールで受信したマイクロ波及び局部発振周波数を有する信号を混合することで中間周波を発生するミクサを含むことを特徴とする。 A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the substrate is provided with a processing circuit for selectively processing the electromagnetic wave received by the dipole.
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the processing circuit includes a mixer that generates an intermediate frequency by mixing the microwave received by the dipole and a signal having a local oscillation frequency.

請求項４の発明は、請求項２において、前記処理回路が、前記ミクサへのバイアス回路を含むことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項３において、前記処理回路が、前記ミクサで得られた中間周波の増幅回路を含むことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect, the processing circuit includes a bias circuit for the mixer.
The invention of claim 5 is characterized in that, in claim 3, the processing circuit includes an amplifying circuit of an intermediate frequency obtained by the mixer.

請求項６の発明は、請求項３において、前記処理回路が、前記ミクサで得られた中間周波の周波数フィルタ回路を含むことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項３において、前記処理回路が、前記ミクサで得られた中間周波のうち所定の中間周波を通過する周波数フィルタ回路と、前記周波数フィルタ回路から出力された中間周波を増幅する中間周波増幅回路を含むことを特徴とする。 The invention of claim 6 is characterized in that, in claim 3, the processing circuit includes a frequency filter circuit of an intermediate frequency obtained by the mixer.
A seventh aspect of the present invention is the method according to the third aspect, wherein the processing circuit includes a frequency filter circuit that passes a predetermined intermediate frequency among the intermediate frequencies obtained by the mixer, and an intermediate frequency output from the frequency filter circuit. An intermediate frequency amplifying circuit for amplifying is included.

請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のうちいずれか１項の平面マイクロ波アンテナが、共通の基板上に複数個並列に配置されていることを特徴とする一次元マイクロ波アンテナを要旨とするものである。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a one-dimensional microwave antenna, wherein a plurality of the planar microwave antennas according to any one of the first to seventh aspects are arranged in parallel on a common substrate. Is a summary.

請求項９の発明は、請求項８の一次元マイクロ波アンテナが、複数個互いに重なるように配置されていることを特徴とする二次元マイクロ波アンテナアレイを要旨とするものである。   The invention according to claim 9 is a gist of a two-dimensional microwave antenna array, wherein a plurality of one-dimensional microwave antennas according to claim 8 are arranged so as to overlap each other.

請求項１の発明によれば、高指向性を有し、高周波数にも対応できるとともに広帯域性に優れた平面マイクロ波アンテナを提供できる。
請求項２の発明によれば、基板にダイポールで受信した電磁波を選択処理する処理回路が設けられていることにより、電磁波を選択処理することができる平面マイクロ波アンテナを提供できる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a planar microwave antenna that has high directivity, can cope with a high frequency, and has excellent broadband characteristics.
According to the second aspect of the present invention, a planar microwave antenna capable of selectively processing electromagnetic waves can be provided by providing the substrate with the processing circuit for selecting and processing the electromagnetic waves received by the dipole.

請求項３の発明によれば、処理回路が、ダイポールで受信したマイクロ波及び局部発振周波数を有する信号をミクサで混合することで中間周波を発生することにより、電磁波を選択処理することができる。   According to the invention of claim 3, the processing circuit can selectively process the electromagnetic wave by generating the intermediate frequency by mixing the microwave and the signal having the local oscillation frequency received by the dipole with the mixer.

請求項４の発明によれば、前記局部発振周波数のパワーが弱い場合でも、処理回路が、前記ミクサでの最適な動作点で前記信号の混合をすることができる。
請求項５の発明によれば、選択処理された中間周波を、処理回路に含まれたＩＦ増幅回路により増幅できる。 According to the invention of claim 4, even when the power of the local oscillation frequency is weak, the processing circuit can mix the signals at the optimum operating point in the mixer.
According to the invention of claim 5, the intermediate frequency subjected to the selection process can be amplified by the IF amplifier circuit included in the processing circuit.

請求項６の発明によれば、処理回路に含まれる周波数フィルタ回路が、ミクサで得られた中間周波のうち所定の中間周波を通過することにより、電磁波を選択処理することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the frequency filter circuit included in the processing circuit can selectively process electromagnetic waves by passing a predetermined intermediate frequency among the intermediate frequencies obtained by the mixer.

請求項７の発明によれば、処理回路が、同ミクサで混合された信号のうち所定の中間周波を通過する周波数フィルタ回路と、同周波数フィルタ回路から出力された中間周波を増幅する中間周波増幅回路を含むことにより、電磁波を選択処理することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, the processing circuit has a frequency filter circuit that passes a predetermined intermediate frequency among signals mixed by the mixer, and an intermediate frequency amplifier that amplifies the intermediate frequency output from the frequency filter circuit. By including a circuit, electromagnetic waves can be selectively processed.

請求項８の発明によれば、高指向性を有し、高周波数にも対応できるとともに広帯域性に優れた一次元マイクロ波アンテナを提供できる。
請求項９の発明によれば、高指向性を有し、高周波数にも対応できるとともに広帯域性に優れた二次元マイクロ波アンテナアレイを提供できる。 According to the invention of claim 8, it is possible to provide a one-dimensional microwave antenna that has high directivity, can cope with a high frequency, and has excellent broadband characteristics.
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to provide a two-dimensional microwave antenna array that has high directivity, can cope with high frequencies, and is excellent in broadband characteristics.

以下、本発明の平面マイクロ波アンテナを具体化した一実施形態を図１，３、４を参照して説明する。
図１に示すように、平面マイクロ波アンテナＡｎは、誘電体からなる基板２０の第１面及び第２面に、ダイポール２１，２２と、ダイポール２１，２２に給電する平行なマイクロストリップライン２３，２４がプリントされている。マイクロストリップライン２３，２４は給電線に相当する。ダイポール２１，２２の合計長さは、受信したい電磁波の波長λの約１／２に設定されている。ここで、第１面と第２面は、基板２０の表裏面に相当する面である。基板２０は、例えば、テフロン（登録商標）、アルミナ、エポキシ等にて構成されている。基板２０の第２面において、長手方向において中央から基端部寄りの領域全面には地導体２５がプリントされている。ダイポール２２の給電点は、地導体２５に対して、マイクロストリップライン２４及び第２面にプリントされて地導体２５から延出されたテーパ形バラン２６を介して電気的に接続されている。前記テーパ形バラン２６は、図１に示すように、直線状に延びるマイクロストリップライン２３を基準として線対称状に形成されている。 Hereinafter, an embodiment embodying the planar microwave antenna of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the planar microwave antenna An includes dipoles 21 and 22 and parallel microstrip lines 23 that feed power to the dipoles 21 and 22 on the first and second surfaces of a substrate 20 made of a dielectric. 24 is printed. The microstrip lines 23 and 24 correspond to feeder lines. The total length of the dipoles 21 and 22 is set to about ½ of the wavelength λ of the electromagnetic wave desired to be received. Here, the first surface and the second surface are surfaces corresponding to the front and back surfaces of the substrate 20. The substrate 20 is made of, for example, Teflon (registered trademark), alumina, epoxy, or the like. On the second surface of the substrate 20, the ground conductor 25 is printed on the entire region near the base end from the center in the longitudinal direction. The feeding point of the dipole 22 is electrically connected to the ground conductor 25 via a microstrip line 24 and a tapered balun 26 that is printed on the second surface and extends from the ground conductor 25. As shown in FIG. 1, the tapered balun 26 is formed symmetrically with respect to a microstrip line 23 that extends linearly.

基板２０の第１面及び第２面には、ダイポール２１と離間して、基板２０の先端には導波器２７がプリントされている。又、基板２０の第１面及び第２面において、ダイポール２１よりも基板２０の基端側には一対の反射器２８が、それぞれプリントされている。なお、説明の便宜上、図１では片方の面、すなわち、第１面側の導波器２７と反射器２８のみが図示されている。導波器２７は、ダイポール２１，２２の合計長さ（すなわち、λ／２）よりも若干短く設定されている。一方、一対の反射器２８は、マイクロストリップライン２３とは離間して配置され、その合計長さは、ダイポール２１，２２の合計長さ（すなわち、λ／２）より長くなるように設定されている。又、導波器２７とダイポール２１の離間距離、及び反射器２８とダイポール２１の離間距離は、共に約λ／４に設定されている。上記のように構成された平面マイクロ波アンテナＡｎの地導体２５は、図示しない同軸ケーブルの網線に接続され、マイクロストリップライン２３は該同軸ケーブルの芯線に接続される。基板２０に設けられたダイポール２１、導波器２７、及び反射器２８とにより、平面八木宇田アンテナが構成されている。   A waveguide 27 is printed on the front end of the substrate 20 on the first surface and the second surface of the substrate 20 so as to be separated from the dipole 21. Further, on the first surface and the second surface of the substrate 20, a pair of reflectors 28 are printed on the base end side of the substrate 20 with respect to the dipole 21. For convenience of explanation, FIG. 1 shows only the waveguide 27 and the reflector 28 on one surface, that is, the first surface side. The director 27 is set slightly shorter than the total length of the dipoles 21 and 22 (that is, λ / 2). On the other hand, the pair of reflectors 28 are arranged away from the microstrip line 23, and the total length thereof is set to be longer than the total length of the dipoles 21 and 22 (that is, λ / 2). Yes. The distance between the director 27 and the dipole 21 and the distance between the reflector 28 and the dipole 21 are both set to about λ / 4. The ground conductor 25 of the planar microwave antenna An configured as described above is connected to a mesh line of a coaxial cable (not shown), and the microstrip line 23 is connected to a core line of the coaxial cable. The dipole 21, the director 27, and the reflector 28 provided on the substrate 20 constitute a planar Yagi-Uda antenna.

なお、反射器を基板２０に直接設ける代わりに、基板２０外の別の導体（すなわち、別導体）で立体的な反射鏡を構成し、基板に近接して図１に示す反射器２８の位置に設置して反射器としても良い。   Instead of providing the reflector directly on the substrate 20, a three-dimensional reflecting mirror is formed by another conductor (ie, another conductor) outside the substrate 20, and the position of the reflector 28 shown in FIG. It can also be installed as a reflector.

ここで、本発明の平面マイクロ波アンテナと、従来型平面マイクロ波アンテナ（非特許文献２）との放射特性の比較を図３、図４に示す。すなわち、図３、図４は、マイクロウェーブ オフィス（ＡＷＲ（Applied Wave Research）社製）でシミュレーションした結果であり、チューニングがずれた場合の放射特性を表わしている。シミュレーションの条件は下記の通りである。   Here, comparison of radiation characteristics between the planar microwave antenna of the present invention and a conventional planar microwave antenna (Non-Patent Document 2) is shown in FIGS. That is, FIGS. 3 and 4 are simulation results of a microwave office (manufactured by AWR (Applied Wave Research)), and show radiation characteristics when tuning is shifted. The simulation conditions are as follows.

なお、シミュレーションした平面マイクロ波アンテナＡｎ１は、図に示すように、導波器２７が３個設けられた平面マイクロ波アンテナであって、導波器２７が３個設けられている以外の構成は、図１の平面マイクロ波アンテナＡｎと同様に構成されている。   As shown in the figure, the simulated planar microwave antenna An1 is a planar microwave antenna provided with three waveguides 27, and the configuration other than that provided with three waveguides 27 is as follows. The configuration is the same as that of the planar microwave antenna An shown in FIG.

図５には、シミュレーションで使用した本発明の平面マイクロ波アンテナＡｎ１の寸法が示されており、同図において、Ａ〜Ｍは、下記の長さを有している。
Ａ；35.5mm、Ｂ；10.0mm、Ｃ；7.0mm、Ｄ；7.4mm、Ｅ；1.0mm、Ｆ；6.5mm、Ｇ；5.3mm、Ｈ；3.7mm、Ｉ；0.4mm、Ｊ；5.3mm、Ｋ；2.9mm、Ｌ；2.6mm、Ｍ；0.8mm
又、図６には、シミュレーションで使用した従来型平面マイクロ波アンテナにおいて、ａ〜ｕは下記の長さを有している。 FIG. 5 shows the dimensions of the planar microwave antenna An1 of the present invention used in the simulation. In FIG. 5, A to M have the following lengths.
A: 35.5 mm, B: 10.0 mm, C: 7.0 mm, D: 7.4 mm, E: 1.0 mm, F: 6.5 mm, G: 5.3 mm, H: 3.7 mm, I: 0.4 mm, J: 5.3 mm, K: 2.9 mm, L: 2.6 mm, M: 0.8 mm
Further, in FIG. 6, in the conventional planar microwave antenna used in the simulation, a to u have the following lengths.

ａ；2.3mm、ｂ；3.3mm、ｃ；0.8mm、ｄ；0.4mm、ｅ；0.3mm、ｆ；4.2mm、ｇ；0.8mm、ｈ；3.5mm、ｉ；1.1mm、ｊ；0.8mm、ｋ；0.8mm、ｌ；1.0mm、ｍ；0.8mm、ｎ；0.85mm、ｏ；4.5mm、ｐ；1.1mm、ｑ；2.9mm、ｒ；2.1mm、ｓ；0.8mm、ｔ；1.1mm、ｕ；1.6mm
上記のシミュレーションの結果から、遅延線タイプのバランを有する平面八木宇田アンテナは、チューニング（線幅や線長）が正しい値からわずかにずれた場合、放射方向が図４に示すように正面方向から外れるのに対して、本発明の具体的な実施例では広帯域にわたって正面方向を向くという素直な放射特性をもつ（図３参照）。 2.3 mm, b; 3.3 mm, c; 0.8 mm, d; 0.4 mm, e; 0.3 mm, f; 4.2 mm, g; 0.8 mm, h; 3.5 mm, i; 1.1 mm, j; k: 0.8 mm, l: 1.0 mm, m: 0.8 mm, n: 0.85 mm, o: 4.5 mm, p: 1.1 mm, q: 2.9 mm, r: 2.1 mm, s: 0.8 mm, t: 1.1 mm, u; 1.6mm
From the results of the above simulation, the planar Yagi-Uda antenna with a delay line type balun has a radiation direction from the front as shown in FIG. 4 when the tuning (line width and line length) is slightly deviated from the correct values. On the other hand, the specific embodiment of the present invention has a straight radiation characteristic of facing the front direction over a wide band (see FIG. 3).

本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１） 本実施形態の平面マイクロ波アンテナＡｎは、誘電体からなる基板２０の両面に、ダイポール２１，２２と該ダイポール２１，２２に給電するマイクロストリップライン２３，２４（給電線）がプリントされている。又、基板２０の両面のうち、第１の面に前記ダイポール２１と離間する導波器２７及び反射器２８がプリントされて、導波器２７、反射器２８及びダイポール２１，２２により平面八木宇田アンテナが構成されている。そして、基板２０の第２の面には、第２の面のマイクロストリップライン２４（給電線）に接続されるテーパ形バラン２６及びテーパ形バラン２６に接続される地導体２５がプリントされている。この結果、高指向性を有し、高周波数にも対応できるとともに広帯域性に優れた平面マイクロ波アンテナとすることができる。 The effects exhibited by this embodiment will be described below.
(1) In the planar microwave antenna An of the present embodiment, dipoles 21 and 22 and microstrip lines 23 and 24 (feed lines) for feeding the dipoles 21 and 22 are printed on both surfaces of the substrate 20 made of a dielectric. ing. In addition, a waveguide 27 and a reflector 28 that are separated from the dipole 21 are printed on the first surface of both surfaces of the substrate 20, and a plane Yagi Uda is formed by the director 27, the reflector 28, and the dipoles 21 and 22. An antenna is configured. The second surface of the substrate 20 is printed with a tapered balun 26 connected to the microstrip line 24 (feed line) on the second surface and a ground conductor 25 connected to the tapered balun 26. . As a result, it is possible to obtain a planar microwave antenna having high directivity, capable of dealing with a high frequency and having excellent broadband characteristics.

（平面マイクロ波アンテナＡｎの他の実施形態）
次に、平面マイクロ波アンテナＡｎの他の実施形態について説明する。
平面マイクロ波アンテナＡｎを受信機とする場合、図７に示すようにマイクロストリップライン２３に対し、電磁波（マイクロ波）を受信して特定の電磁波（マイクロ波）を選択処理するための処理回路３０が接続される。処理回路３０は、マイクロストリップライン２３に接続されたミクサ３２と、ミクサ３２にバイアスを付与するバイアス回路３２ａと、ミクサ３２に接続された周波数フィルタ回路としてのＩＦ選択回路３４と、ＩＦ選択回路３４に接続されたＩＦ増幅回路３６を含む。図７の説明では、説明の便宜上、マイクロストリップライン２３上に設けた構成では図示されていないが、この処理回路３０は、半導体やフィルタ、コンデンサ、インダクタ、抵抗器などで構成して、マイクロストリップライン２３上（すなわち、基板２０上）に設けられる。 (Other Embodiment of Planar Microwave Antenna An)
Next, another embodiment of the planar microwave antenna An will be described.
When the planar microwave antenna An is used as a receiver, as shown in FIG. 7, a processing circuit 30 for receiving an electromagnetic wave (microwave) and selectively processing a specific electromagnetic wave (microwave) with respect to the microstrip line 23. Is connected. The processing circuit 30 includes a mixer 32 connected to the microstrip line 23, a bias circuit 32 a that applies a bias to the mixer 32, an IF selection circuit 34 as a frequency filter circuit connected to the mixer 32, and an IF selection circuit 34. IF amplifier circuit 36 connected to the. In the description of FIG. 7, for convenience of explanation, the processing circuit 30 is not illustrated in the configuration provided on the microstrip line 23, but the processing circuit 30 is configured by a semiconductor, a filter, a capacitor, an inductor, a resistor, and the like. It is provided on the line 23 (that is, on the substrate 20).

上記のように構成された平面マイクロ波アンテナＡｎは、図示しない局部発振器が発信した局部発振周波数の信号と電磁波（マイクロ波）を、ともに平面マイクロ波アンテナＡｎにより受信し、ミクサ３２にて混合して周波数変換する。バイアス回路３２ａは、ミクサ３２にバイアスを付与することにより、局部発振周波数のパワーが弱い場合でも、ミクサ３２での最適な動作点で前記信号の混合をする。ＩＦ選択回路３４は、周波数変換された信号のうち、必要な中間周波（すなわち、所定の中間周波）を選択（濾は）する。ＩＦ選択回路３４は、バンドパスフィルタ、ローパスフィルタ、或いはハイパスフィルタのうちいずれかあるいはそれらの組み合わせで構成される。   The planar microwave antenna An configured as described above receives both a local oscillation frequency signal and an electromagnetic wave (microwave) transmitted from a local oscillator (not shown) by the planar microwave antenna An and mixes them by the mixer 32. Frequency conversion. The bias circuit 32 a applies a bias to the mixer 32 to mix the signals at an optimum operating point in the mixer 32 even when the power of the local oscillation frequency is weak. The IF selection circuit 34 selects (filters) a necessary intermediate frequency (that is, a predetermined intermediate frequency) from the frequency-converted signal. The IF selection circuit 34 is configured by any one of a band-pass filter, a low-pass filter, a high-pass filter, or a combination thereof.

ＩＦ増幅回路３６は、得られた中間周波を増幅して図示しない同軸ケーブルの芯線を介して出力する。
さて、上記のように構成された実施形態では、下記の効果を奏する。 The IF amplifier circuit 36 amplifies the obtained intermediate frequency and outputs it through a core wire of a coaxial cable (not shown).
Now, the embodiment configured as described above has the following effects.

（１） 本実施形態の平面マイクロ波アンテナＡｎの基板２０に、ダイポール２１，２２で受信した電磁波（マイクロ波）を選択処理する処理回路３０が設けられていることにより、電磁波（マイクロ波）を選択処理することができる平面マイクロ波アンテナＡｎを提供できる。 （２） 本実施形態の平面マイクロ波アンテナＡｎの処理回路３０は、ダイポールで受信したマイクロ波及び局部発振周波数を有する信号をミクサ３２で混合することで中間周波を発生することにより、電磁波を選択処理することができる。   (1) The substrate 20 of the planar microwave antenna An of the present embodiment is provided with the processing circuit 30 for selecting and processing the electromagnetic waves (microwaves) received by the dipoles 21 and 22, so that the electromagnetic waves (microwaves) are transmitted. A planar microwave antenna An that can be selectively processed can be provided. (2) The processing circuit 30 of the planar microwave antenna An of this embodiment selects an electromagnetic wave by generating an intermediate frequency by mixing a microwave and a signal having a local oscillation frequency received by a dipole with a mixer 32. Can be processed.

（３） 本実施形態の平面マイクロ波アンテナＡｎの処理回路３０は、ミクサ３２へのバイアスを付与するバイアス回路により局部発振周波数のパワーが弱い場合でも、処理回路が、前記ミクサでの最適な動作点で前記信号の混合をすることができる。   (3) The processing circuit 30 of the planar microwave antenna An of the present embodiment is configured so that the processing circuit operates optimally in the mixer even when the power of the local oscillation frequency is weak due to the bias circuit that applies a bias to the mixer 32. The signal can be mixed at a point.

（４） 本実施形態の平面マイクロ波アンテナＡｎの処理回路３０では、選択処理された中間周波を、処理回路３０に含まれたＩＦ増幅回路３６により増幅できる。
（５） 本実施形態の平面マイクロ波アンテナＡｎの処理回路３０に含まれるＩＦ選択回路３４が、ミクサ３２で得られた中間周波のうち所定の中間周波を通過することにより、電磁波を選択処理することができる。 (4) In the processing circuit 30 of the planar microwave antenna An of the present embodiment, the intermediate frequency subjected to the selection processing can be amplified by the IF amplification circuit 36 included in the processing circuit 30.
(5) The IF selection circuit 34 included in the processing circuit 30 of the planar microwave antenna An of the present embodiment selects an electromagnetic wave by passing a predetermined intermediate frequency among the intermediate frequencies obtained by the mixer 32. be able to.

（６） 本実施形態では、処理回路３０がダイポール２１，２２で受信したマイクロ波及び局部発振周波数を有する信号を混合するミクサ３２、混合された信号のうち所定の中間周波を通過するＩＦ選択回路３４と、前記中間周波を増幅するＩＦ増幅回路３６（中間周波増幅回路）を含むことにより、マイクロ波を選択処理することができる。   (6) In this embodiment, the mixer 32 which mixes the signal which the processing circuit 30 received with the dipoles 21 and 22 and the signal which has a local oscillation frequency, and IF selection circuit which passes a predetermined intermediate frequency among the mixed signals 34 and an IF amplifier circuit 36 (intermediate frequency amplifier circuit) for amplifying the intermediate frequency, the microwave can be selectively processed.

（他の実施形態）
次に複数の平面マイクロ波アンテナＡｎを使用して一次元マイクロ波アンテナＢｎ及び二次元マイクロ波アンテナアレイＣｎに構成した実施形態を図８を参照して説明する。なお、前記各実施形態で説明した各構成に相当する構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。 (Other embodiments)
Next, an embodiment in which a plurality of planar microwave antennas An is used to form a one-dimensional microwave antenna Bn and a two-dimensional microwave antenna array Cn will be described with reference to FIG. In addition, about the structure corresponded to each structure demonstrated in each said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

一次元マイクロ波アンテナＢｎは、共通の基板２０に複数の平面マイクロ波アンテナＡｎが並列に配置されることにより構成されている。互いに隣接する平面マイクロ波アンテナＡｎの地導体２５同士は接続されている。又、互いに隣接する平面マイクロ波アンテナＡｎの反射器２８（図８において符号２９も付されている）の長さは、受信したい電磁波の波長λよりも若干長くされ、基板１０の幅方向（図８において、上下方向）の両側部に位置する反射器２８は、受信したい電磁波の波長λの１／２よりも長く設定されている。   The one-dimensional microwave antenna Bn is configured by arranging a plurality of planar microwave antennas An in parallel on a common substrate 20. The ground conductors 25 of the planar microwave antennas An adjacent to each other are connected to each other. In addition, the length of the reflectors 28 (also denoted by reference numeral 29 in FIG. 8) of the planar microwave antennas An adjacent to each other is slightly longer than the wavelength λ of the electromagnetic wave desired to be received, and the width direction of the substrate 10 (FIG. In FIG. 8, the reflectors 28 positioned on both sides in the vertical direction are set longer than ½ of the wavelength λ of the electromagnetic wave desired to be received.

又、図８に示すように上記のように構成された一次元マイクロ波アンテナＢｎが複数個互いに所定のスペースを空けて重なり合うように、すなわち、平面マイクロ波アンテナＡｎが並列にして配置された方向（並列方向）とは直交する方向に配置されることにより、二次元マイクロ波アンテナアレイＣｎが構成されている。   Further, as shown in FIG. 8, a plurality of one-dimensional microwave antennas Bn configured as described above overlap each other with a predetermined space therebetween, that is, a direction in which the planar microwave antennas An are arranged in parallel. The two-dimensional microwave antenna array Cn is configured by being arranged in a direction orthogonal to (parallel direction).

二次元マイクロ波アンテナアレイＣｎの前方には、レンズ４０などの結像光学手段が配置することが好ましい。前記レンズ４０としては、例えば、テフロン（登録商標）レンズを挙げることができる。   In front of the two-dimensional microwave antenna array Cn, imaging optical means such as a lens 40 is preferably disposed. Examples of the lens 40 include a Teflon (registered trademark) lens.

このことにより、物体からの電磁波（マイクロ波）ＲＦを結像光学手段により、二次元マイクロ波アンテナアレイＣｎ上に結像される。
又、結像光学手段の前方には、ハーフミラー５０が配置されることが好ましい。ハーフミラー５０は、電磁波（マイクロ波）ＲＦを透過させて結像光学手段に向かわさせるとともに、局部発振器が発信した局部発振周波数の信号LOを反射させて、光学的に局部発振周波数の信号LOと電磁波（マイクロ波）ＲＦとが混合されて前記結像光学手段に指向させる。このように構成することにより、二次元マイクロ波アンテナアレイＣｎに結像された電磁波（マイクロ波）ＲＦと局部発振周波数の信号LOは、二次元マイクロ波アンテナアレイＣｎを構成する各平面マイクロ波アンテナＡｎに受信されて、処理回路３０により処理することができる。 Thereby, an electromagnetic wave (microwave) RF from the object is imaged on the two-dimensional microwave antenna array Cn by the imaging optical means.
A half mirror 50 is preferably arranged in front of the imaging optical means. The half mirror 50 transmits electromagnetic waves (microwaves) RF to be directed to the imaging optical means, and reflects the local oscillation frequency signal LO transmitted from the local oscillator, so that the local oscillation frequency signal LO is optically reflected. An electromagnetic wave (microwave) RF is mixed and directed to the imaging optical means. With this configuration, the electromagnetic wave (microwave) RF imaged on the two-dimensional microwave antenna array Cn and the local oscillation frequency signal LO are converted into the respective planar microwave antennas constituting the two-dimensional microwave antenna array Cn. It is received by An and can be processed by the processing circuit 30.

あるいは、局部発振周波数の信号LOをマイクロストリップラインを用いて基板上でミクサに供給しても良い。
このように、二次元マイクロ波アンテナアレイＣｎとすることにより、マイクロ波イメージングが可能となる。マイクロ波イメージングは、非破壊検査、医療診断、定温に感度のある温度イメージングなど幅広い分野があり、この二次元マイクロ波アンテナアレイＣｎの適用が可能である。 Alternatively, the local oscillation frequency signal LO may be supplied to the mixer on the substrate using a microstrip line.
Thus, microwave imaging becomes possible by using the two-dimensional microwave antenna array Cn. Microwave imaging has a wide range of fields such as non-destructive inspection, medical diagnosis, and temperature imaging sensitive to constant temperature, and the application of this two-dimensional microwave antenna array Cn is possible.

（測定結果）
以下には、二次元マイクロ波アンテナアレイによりマイクロ波を測定した結果を説明する。ここでの二次元マイクロ波アンテナアレイは、図８で示す二次元マイクロ波アンテナアレイＣｎの構成中、各平面マイクロ波アンテナＡｎの導波器２７を３素子にして、アンテナゲインを上げた構成とした。又、受信機としての処理回路３０は、２０GHzのマイクロ波受信ができる構成とした。この二次元マイクロ波アンテナアレイで、TPE-RXプラズマによって反射されたマイクロ波、すなわち、反射マイクロ波信号波形を測定した。 (Measurement result)
Below, the result of having measured the microwave with the two-dimensional microwave antenna array will be described. The two-dimensional microwave antenna array here has a configuration in which, in the configuration of the two-dimensional microwave antenna array Cn shown in FIG. did. Further, the processing circuit 30 as a receiver is configured to be able to receive a microwave at 20 GHz. With this two-dimensional microwave antenna array, the microwave reflected by the TPE-RX plasma, that is, the reflected microwave signal waveform was measured.

図９は前記二次元マイクロ波アンテナアレイで測定した産業技術総合研究所のRFP装置TPE-RXプラズマからの反射マイクロ波信号波形が示されている。同図によれば、２つの異なったチャンネルでの反射マイクロ波信号は、小刻みな波形（短い波長の波形）と大きな波形（長い波長を有する波形）が測定されており、大きな波形についてほぼ同位相であることが分かる。   FIG. 9 shows a reflected microwave signal waveform from the RFP device TPE-RX plasma of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, measured with the two-dimensional microwave antenna array. According to the figure, the reflected microwave signals in two different channels are measured with small waveforms (short wavelength waveform) and large waveforms (long wavelength waveform), and the large waveforms are almost in phase. It turns out that it is.

なお、RFP装置は、コンデンサに充電した電気を瞬時に放電して生成するので、大変に電磁雑音が多いが、図９で示す同位相のきれいな信号はこのような電磁雑音の多い環境であっても、具体化した二次元マイクロ波アンテナアレイが使用可能であることが示されている。   Note that the RFP device generates electricity by instantly discharging the electricity charged in the capacitor, so there is a lot of electromagnetic noise, but the clean signal of the same phase shown in FIG. 9 is such an environment with a lot of electromagnetic noise. Also, it has been shown that a embodied two-dimensional microwave antenna array can be used.

なお、前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
○ 処理回路３０は、前記実施形態では、マイクロストリップライン２３に接続されたミクサ３２と、ミクサ３２に接続されたバイアス回路３２ａ及びＩＦ選択回路３４と、ＩＦ選択回路３４に接続されたＩＦ増幅回路３６を含むようにした。この構成に、さらに、検波器やビデオアンプを組み込みしてＤＣ出力する処理回路とするようにしてもよい。 In addition, the said embodiment can also be changed and comprised as follows.
In the embodiment, the processing circuit 30 includes a mixer 32 connected to the microstrip line 23, a bias circuit 32a and an IF selection circuit 34 connected to the mixer 32, and an IF amplifier circuit connected to the IF selection circuit 34. 36 is included. In this configuration, a detector or a video amplifier may be further incorporated to form a processing circuit that outputs DC.

○ 前記実施形態では、導波器が基板２０の両面（すなわち、第１面と第２面）に設けられていたが、導波器を基板２０の第１面又は第２面のうち一方の面に導波器が設けられていても良い。   In the embodiment, the director is provided on both surfaces (that is, the first surface and the second surface) of the substrate 20, but the director is provided on one of the first surface and the second surface of the substrate 20. A director may be provided on the surface.

○ 前記実施形態では、平面マイクロ波アンテナＡｎの導波器２７の数は限定されるものではなく、適宜複数個設けても良い。このように導波器２７を複数個設けると、アンテナゲイン（受信感度）を上げることができる。   In the embodiment, the number of the waveguides 27 of the planar microwave antenna An is not limited, and a plurality may be provided as appropriate. By providing a plurality of directors 27 in this way, the antenna gain (reception sensitivity) can be increased.

○ 前記実施形態では、反射器２８は基板２０の面上に設けられていたが、基板２０を並列に配置するための金属スペーサーで代用しても良い。この場合、前記金属スペーサーのダイポール２１側の面を整形することで感度向上を図ることができる。   In the above embodiment, the reflector 28 is provided on the surface of the substrate 20, but a metal spacer for arranging the substrate 20 in parallel may be substituted. In this case, the sensitivity can be improved by shaping the surface of the metal spacer on the dipole 21 side.

本発明を具体化した一実施形態の平面マイクロ波アンテナＡｎの概略図。1 is a schematic diagram of a planar microwave antenna An according to an embodiment of the present invention. 従来型の平面八木宇田アンテナの概略図。Schematic of a conventional planar Yagi-Uda antenna. 本実施形態の具体例の平面八木宇田アンテナにおいて、チューニングがずれた場合の放射特性図。In the planar Yagi-Uda antenna of the specific example of this embodiment, the radiation characteristic figure when tuning shifts. 従来型の平面八木宇田アンテナにおいて、チューニングがずれた場合の放射特性図。The radiation characteristic figure when tuning is shifted in the conventional planar Yagi-Uda antenna. シミュレートのための具体例の平面八木宇田アンテナの概略図。Schematic of a planar Yagi-Uda antenna of a specific example for simulation. シミュレートのための従来例の平面八木宇田アンテナの概略図。The schematic of the planar Yagi-Uda antenna of the prior art example for simulation. 平面マイクロ波アンテナＡｎの処理回路の電気ブロック図。The electric block diagram of the processing circuit of planar microwave antenna An. 二次元マイクロ波アンテナアレイＣｎの概略図。Schematic of the two-dimensional microwave antenna array Cn. 本発明を具体化した二次元マイクロ波アンテナアレイＣｎで測定した、TRE-RXプラズマからの反射マイクロ波信号波形図。The wave form diagram of the reflected microwave signal from the TRE-RX plasma measured with the two-dimensional microwave antenna array Cn embodying the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

２０…基板、２１，２２…ダイポール、
２３，２４…マイクロストリップライン（給電線）、２５…地導体、
２６…テーパ形バラン、２７…導波器、２８…反射器、３０…処理回路、
３２…ミクサ、３２ａ…バイアス回路、
３４…ＩＦ選択回路（周波数フィルタ回路）、
３６…ＩＦ増幅回路（中間周波増幅回路）、
Ａｎ，Ａｎ１…平面マイクロ波アンテナ、
Ｂｎ…一次元マイクロ波アンテナ、
Ｃｎ…二次元マイクロ波アンテナアレイ。 20 ... Substrate, 21,22 ... Dipole,
23, 24 ... microstrip line (feed line), 25 ... ground conductor,
26 ... tapered balun, 27 ... waveguide, 28 ... reflector, 30 ... processing circuit,
32 ... Mixer, 32a ... Bias circuit,
34 ... IF selection circuit (frequency filter circuit),
36: IF amplifier circuit (intermediate frequency amplifier circuit),
An, An1 ... planar microwave antenna,
Bn ... one-dimensional microwave antenna,
Cn: Two-dimensional microwave antenna array.

Claims (9)

誘電体からなる基板の両面に、ダイポールと該ダイポールに給電する給電線がプリントされ、
前記基板の両面のうち、少なくとも一方の面に前記ダイポールと離間する導波器がプリントされ、反射器が前記基板の面あるいは別導体で設置されて、前記導波器、反射器及びダイポールにより平面八木宇田アンテナが構成され、
前記基板の他方の面には、該他方の面の給電線に接続されるテーパ形バラン及び該テーパ形バランに接続される地導体がプリントされていることを特徴とする平面マイクロ波アンテナ。 On both sides of the substrate made of a dielectric, a dipole and a power supply line for feeding the dipole are printed,
A waveguide that is separated from the dipole is printed on at least one surface of both surfaces of the substrate, and a reflector is installed on the surface of the substrate or another conductor, and is planarized by the waveguide, reflector, and dipole. Yagi-Uda antenna is configured,
2. A planar microwave antenna according to claim 1, wherein a tapered balun connected to a feeding line on the other surface and a ground conductor connected to the tapered balun are printed on the other surface of the substrate. 前記基板には、前記ダイポールで受信した電磁波を選択処理する処理回路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の平面マイクロ波アンテナ。   The planar microwave antenna according to claim 1, wherein the substrate is provided with a processing circuit that selectively processes electromagnetic waves received by the dipole. 前記処理回路が、前記ダイポールで受信したマイクロ波及び局部発振周波数を有する信号を混合することで中間周波を発生するミクサを含むことを特徴とする請求項２に記載の平面マイクロ波アンテナ。   3. The planar microwave antenna according to claim 2, wherein the processing circuit includes a mixer that generates an intermediate frequency by mixing the microwave received by the dipole and a signal having a local oscillation frequency. 前記処理回路が、ミクサのバイアス回路を含むことを特徴とする請求項２に記載の平面マイクロ波アンテナ。   3. The planar microwave antenna according to claim 2, wherein the processing circuit includes a mixer bias circuit. 前記処理回路が、前記ミクサで得られた中間周波の増幅回路を含むことを特徴とする請求項３に記載の平面マイクロ波アンテナ。   4. The planar microwave antenna according to claim 3, wherein the processing circuit includes an intermediate frequency amplification circuit obtained by the mixer. 前記処理回路が、前記ミクサで得られた中間周波の周波数フィルタ回路を含むことを特徴とする請求項３に記載の平面マイクロ波アンテナ。   The planar microwave antenna according to claim 3, wherein the processing circuit includes a frequency filter circuit of an intermediate frequency obtained by the mixer. 前記処理回路が、前記ミクサで混合された中間周波のうち所定の中間周波を通過する周波数フィルタ回路と、前記周波数フィルタ回路から出力された中間周波を増幅する中間周波増幅回路を含むことを特徴とする請求項３に記載の平面マイクロ波アンテナ。   The processing circuit includes a frequency filter circuit that passes a predetermined intermediate frequency among the intermediate frequencies mixed by the mixer, and an intermediate frequency amplifier circuit that amplifies the intermediate frequency output from the frequency filter circuit, The planar microwave antenna according to claim 3. 請求項１乃至請求項７のうちいずれか１項に記載の平面マイクロ波アンテナが、共通の基板上に複数個並列に配置されていることを特徴とする一次元マイクロ波アンテナ。   A one-dimensional microwave antenna, wherein a plurality of planar microwave antennas according to any one of claims 1 to 7 are arranged in parallel on a common substrate. 請求項８の一次元マイクロ波アンテナが、複数個互いに重なるように配置されていることを特徴とする二次元マイクロ波アンテナアレイ。   9. A two-dimensional microwave antenna array, wherein a plurality of one-dimensional microwave antennas are arranged so as to overlap each other.
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