JP2012105072A

JP2012105072A - アンテナ

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Publication number: JP2012105072A
Application number: JP2010251929A
Authority: JP
Inventors: Eisuke Hayakawa; 英佑早川; Go Okunaga; 剛奥長; Takaaki Fujita; 隆彰藤田
Original assignee: Denso Ten Ltd; Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd; Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: US9236664B2; US20120112976A1; JP5660857B2

Abstract

【課題】端面数を少なく、直角の角部の数を減らして高い周波数の送受信に使用しても性能劣化の少ないアンテナを提供する。
【解決手段】下面に導体の地板４が形成された誘電体基板２の上面に導体で形成されたパッチアンテナ部１０とこれに接続する給電回路５とを備えるマイクロストリップパッチアンテナ１１，１２において、給電回路５のパッチアンテナ部１０への接続が、パッチアンテナ部１０の給電回路５が接続される一辺の中心から何れか一方の端部側に、アンテナの伝送損失が所定値以下となる所定距離だけオフセットする。所定距離は、パッチアンテナ部１０の給電回路５が接続される一辺の中心からパッチアンテナ部１０の一方の端部までの距離を１とした場合に、０．２〜０．７とすれば良い。
【選択図】図２

Description

本発明はアンテナに関し、特に、給電回路が接続するアンテナ部の構成が簡素であり、レーダ装置からの電波の送信及び受信用のアンテナに用いることができるアンテナに関する。

近年、自動車等の車両の走行安全性を向上させる技術の１つとして、衝突防止や自動追尾に用いられるレーダ装置がある。車載のレーダ装置では車両の前方に電波を送信し、車両前方に位置する目標物（物標）で反射された電波を受信することによって車両と物標との距離や角度を推定する。このようなレーダ装置では、電波の送受信にマイクロストリップパッチアンテナ、或いはスロットアンテナが使用される。

図１（ａ）は一般的なマイクロストリップアンテナ１の構成を示すものである。マイクロストリップアンテナ１は、誘電体基板２、誘電体基板２の上にエッチングにより形成されたパッチアンテナ部３、及び誘電体基板２の底面に形成されたグランド板４を備える。パッチアンテナ部３とグランド板４とは銅箔で形成される。グランド板は接地板や地板とも呼ばれる。また、パッチアンテナ部３には給電回路が接続される。

図１（ｂ）は、従来のパッチアンテナ部３Ａとこれに接続する給電回路５を備えたマイクロストリップパッチアンテナ９Ａの一例を示すものである。この例のマイクロストリップパッチアンテナ９Ａには、パッチアンテナ部３Ａにインピーダンス整合をとるためのスリット６が形成されており、入力インピーダンスを５０Ωに整合させた給電線路５がパッチアンテナ部３Ａに接続されている。パッチアンテナ部３Ａの偏波方向の長さは、送受信する電波の動作周波数が伝播する波長（以後管内波長という）λｇの概ね半分の長さの整数倍である。

図１（ｃ）は、従来の別の例のパッチアンテナ部３Ｂとこれに接続する給電回路５を備えたマイクロストリップパッチアンテナ９Ｂを示すものである。この例のマイクロストリップパッチアンテナ９Ｂには、パッチアンテナ部３Ｂに高いインピーダンスの端部で接続するために、給電回路５にインピーダンス変成器７が形成されている。インピーダンス変成器７に接続する給電回路５は、入力インピーダンスを５０Ωに整合させてある。パッチアンテナ部３Ｂの偏波方向の長さは、管内波長λｇの概ね半分の整数倍の長さであり、インピーダンス変成器７の長さは管内波長λｇの概ね四分の一の長さの整数倍である。

一方、車両に搭載されるレーダ装置の送受信アンテナとして、マイクロストリップ導体を用いた平面アレーアンテナを使用するものが特許文献１に、接地板（グランド板）にスロット線路を設けてスロット線路の両側にスロット素子を形成したスロットアレーアンテナが特許文献２に開示されている。特許文献１に開示の平面アレーアンテナはマイクロストリップ線路に対して傾斜した方向の偏波を送受信するものであり、特許文献１の図７（ｂ）には、給電ストリップ線路の終端部から有効に電力を放射させるために、本願の図１（ｂ）に示した形状のパッチアンテナ部を備えたマイクロストリップアンテナ素子を設けた実施例が開示されている。同様に、特許文献２に開示のスロットアレーアンテナはスロット線路に対して傾斜した方向の偏波を送受信するものであり、特許文献２の図７（ｂ）には、スロット線路の終端部から有効に電力を放射させるためのスロット素子を設けた実施例が開示されている。

特許第３３０６５９２号公報（図７（b））

特開２００１−１１１３３７号公報（図７（b））

しかしながら、パッチアンテナ部と給電回路とのインピーダンス整合をとるために、本願の図１（ｂ）に示すようにパッチアンテナ部３Ａにスリット６を設けると、アンテナ形状が複雑になり、パッチアンテナ部３Ａのエッチングが困難になる。また、本願の図１（ｃ）に示すようにパッチアンテナ部３Ｂに高インピイーダンスのインピーダンス変成器７を接続すると、インピーダンス変成器７の線路の幅が非常に細くなり、７６．５ＧＨｚ送受信用の場合、線路の幅が２０μｍ程度となって、加工限界の最小線路幅である１００μｍよりも線幅が狭くなってしまい、加工保証できなかった。

そして、マイクロストリップパッチアンテナを高い周波数の送受信に使用する場合、動作周波数の波長が短いために少しの寸法誤差が性能に与える影響が大きい。即ち、本願の図１（ｂ）、（ｃ）に示した従来構造のマイクロストリップパッチアンテナ９Ａ，９Ｂは、端面数が多く、構造が複雑であるため、エッチングなどによるパターン成形時の製造誤差による性能劣化が大きいという問題があった。また、特許文献２に開示のスロットアレーアンテナにおいても、スロットアンテナのスロットパターン加工時の製造誤差による性能劣化というマイクロストリップパッチアンテナと同様の問題点があると共に、特許文献２の図７（ｂ）に開示のように、スロット線路の終端部にスロット素子の角部を接続した時に、終端部に到達した残留電力が有効に放射されないという問題点があった。

本発明は前記従来のマイクロストリップパッチアンテナ及びスロットアンテナにおける問題点を解消し、パッチアンテナ部やスロットアンテナ部の端面数を少なく、直角の角部の数を減らしてアンテナ部の構造を簡素化することによって寸法誤差を低減し、マイクロストリップパッチアンテナ及びスロットアンテナを高い周波数の送受信に使用する場合でも、性能劣化の少ないアンテナを提供することを目的としている。また、マイクロストリップパッチアンテナ及びスロットアンテナのアンテナ部をアレーアンテナの終端部に接続した場合における残留電力を有効に放射させることができるアンテナを提供することを目的としている。

前記目的を達成する本発明のアンテナは、下面に導体のグランド板が形成された誘電体基板の上面に導体で形成された矩形状のアンテナ部とこれに接続する導体で形成された給電回路とを備えるマイクロストリップパッチアンテナ、及び導体で形成されたグランド板に矩形状のスロットによって形成されたアンテナ部とこれに接続するスリットからなる給電回路とを備えるスロットアンテナにおいて、給電回路のアンテナ部への接続を、アンテナ部の給電回路が接続される一辺の中心から何れか一方の端部側に、アンテナの伝送損失が所定値以下となる所定距離だけオフセットしたことを特徴としている。

本発明のアンテナによれば、アンテナ部を矩形状とし、給電回路のアンテナ部への接続を、アンテナ部の給電回路が接続される一辺の中心から何れか一方の端部側に所定距離だけオフセットしたことにより、アンテナ部の端面数を少なく、直角の角部の数を減らしてアンテナ部の構造を簡素化してアンテナ製造時の寸法誤差を低減できる。また、この構成により、マイクロストリップパッチアンテナ及びスロットアンテナを高い周波数の送受信に使用する場合でも性能劣化が少ないという効果がある。更に、給電回路の両辺に放射アンテナ素子を等間隔に接続したアレーアンテナの終端部に本発明のアンテナを接続すれば、給電回路の入力端から供給され給電回路を進行して終端部に達した残留電力をアンテナ部から有効に放射させることができるという効果がある。

（ａ）はマイクロストリップパッチアンテナの一般的な構成を示す断面図、（ｂ）は従来のマイクロストリップパッチアンテナの一例の形状を示す平面図、（ｃ）はマイクロストリップパッチアンテナの他の例の形状を示す平面図である。（ａ）は本発明の第１の実施例のマイクロストリップパッチアンテナのパッチアンテナ部の形状を示す平面図、（ｂ）は本発明の第１の実施例のマイクロストリップパッチアンテナの全体構成を示す斜視図、（ｃ）は本発明の第２の実施例のマイクロストリップパッチアンテナのパッチアンテナ部の形状を示す平面図、（ｄ）は本発明の第２の実施例のマイクロストリップパッチアンテナの全体構成を示す斜視図である。（ａ）は第１の実施例のパッチアンテナ部における給電回路を接続する辺の端部におけるこの辺に直交する方向のインピーダンス変化を示す特性図、（ｂ）は第１の実施例のパッチアンテナ部における給電回路を接続する辺に平行な方向のインピーダンスを測定する３つの部分の場所を示す図、（ｃ）は（ｂ）に示す場所における入力インピーダンスの変化を示す特性図である。（ａ）は長辺を送受信周波数の波長とし、短辺を送受信周波数の半波長とした第１の実施例のパッチアンテナ部の、給電回路側の辺の中心部に給電回路の中心線を合わせて接続した状態を示す図、（ｂ）は給電回路のパッチアンテナ部への接続部を(ａ)に示した位置から一方の端部側に所定距離だけオフセットさせた状態を示す図、（ｃ）は給電回路のパッチアンテナ部への接続部をパッチアンテナ部の一方の端部にした状態を示す図である。（ａ）は給電回路のパッチアンテナ部への接続箇所を図４(ａ)に示す位置から図４(ｃ)に示す位置及びその反対側の端部位置まで次第にオフセットして接続した時のパッチアンテナ部の特性変化を示すマップ図、（ｂ）は(ａ)に示すマップにおける伝送損失と反射係数の連続的な変化を示す特性図である。（ａ）は本発明の第２の実施例のマイクロストリップパッチアンテナを、給電ストリップ線路の終端部に備えたマイクロストリップアレーアンテナの基本構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すマイクロストリップアレーアンテナを複数本並列に並べた構成のアンテナを示す平面図である。図６（ａ）に示したマイクロストリップパッチアレーアンテナを用いて構成したレーダ装置のアンテナの一実施例の構成を示す平面図である。従来構造のパッチアンテナ部と本発明の構造のパッチアンテナ部の共振長が製造誤差によって変化した場合の正面利得の変化を示す特性図である。（ａ）は本発明の第３の実施例のスロットアンテナのスロットアンテナ部の形状を示す平面図、（ｂ）は本発明の第３の実施例のスロットアンテナの全体構成を示す斜視図、（ｃ）は本発明の第４の実施例のスロットアンテナのスロットアンテナ部の形状を示す平面図、（ｄ）は本発明の第４の実施例のスロットアンテナの全体構成を示す斜視図である。

以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、本発明はマイクロストリップパッチアンテナ及びスロットアンテナの両方のアンテナに適用できるものであるが、まず最初に本発明を適用可能な第１の形態であるマイクロストリップパッチアンテナへの適用について説明し、その後に本発明を適用可能な第２の形態であるスロットアンテナを説明する。ここでは、図１において説明した従来のマイクロストリップパッチアンテナ９Ａ，９Ｂと同じ構成部材については、同じ符号を付して説明する。

なお、第１の形態のマイクロストリップパッチアンテナは下面に導体のグランド板が形成された誘電体基板の上面に、導体で形成されたパッチアンテナ部と給電回路とを備えるものであり、第２の形態のスロットアンテナはグランド板に矩形状の開口部を設けたスロットアンテナ部と、これに接続するスリット状の開口部で形成された給電回路とを備えるものであるが、両者を平面視した構成は全く同じに見える。よって、本発明の実施の形態ではマイクロストリップパッチアンテナの構成について詳細に説明し、説明の重複を避けるためにスロットアンテナの構成については基本的な部分及び相違点のみを説明する。

図２（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施例であるマイクロストリップパッチアンテナ１１を示すものである。パッチアンテナ部１０と給電回路５は、グランド板４が裏面に積層された誘電体基板２の上に銅箔で形成される。図２（ｂ）に示されるマイクロストリップパッチアンテナ１１は、例えば厚さ０．１２４ｍｍ、比誘電率２．２の誘電体基板２の両面に、１８μｍの銅箔を設けたものであり、パッチアンテナ部１０と給電回路５のパターンは、銅箔にエッチングを施すことによって形成することができる。

パッチアンテナ部１０は矩形であり、給電回路５はパッチアンテナ部１０の一辺に、この辺の中心点から左右何れかの方向にオフセットした位置にこの辺に直交した状態で接続される。給電回路５のパッチアンテナ部１０の一辺への接続箇所は、パッチアンテナ部１０と給電回路５のインピーダンス整合が得られる場所とする。例えば、給電回路５のインピーダンスが６０Ωの場合、パッチアンテナ部１０の給電回路５を接続する場所の入力インピーダンスは６０Ω近傍とする。給電回路５を接続するこのようなパッチアンテナ部１０の一辺上の場所は、後に詳述するが、この辺の中心点から左右何れかの方向に所定距離だけ離れた位置にある。

図２（ａ）、（ｂ）に示した矩形状のパッチアンテナ部１０の長辺の長さは、概ねマイクロストリップパッチアンテナ１１が受信する電波の動作周波数が伝搬する管内波長λｇの整数倍であり、短辺の長さはマイクロストリップパッチアンテナ１１が受信する電波の動作周波数が伝搬する管内波長λｇの概ね半分の整数倍である。また、図２（ａ）に矢印で示すように、パッチアンテナ部１０の短辺方向がマイクロストリップパッチアンテナ１１が受信する電波の偏波方向となっている。例えば、車載用のレーダ装置では、パッチアンテナ部１０の長辺の長さをマイクロストリップパッチアンテナ１１が受信する電波の管内波長λｇとし、短編の長さを管内波長λｇの半分とすることができる。

図２（ｃ）、（ｄ）は本発明の第２の実施例のマイクロストリップパッチアンテナ１２を示すものである。パッチアンテナ部１０と給電回路５は、第１の実施例のマイクロストリップパッチアンテナ１１と同様の寸法を備えた誘電体基板２の上に、銅箔をエッチングして形成される。第２の実施例のパッチアンテナ部１０の寸法は、第１の実施例のマイクロストリップパッチアンテナ１１のパッチアンテナ部１０の寸法と同じで良い。給電回路５のパッチアンテナ部１０への接続位置は、第１の実施例のマイクロストリップパッチアンテナ１１と同じで良い。即ち、第１の実施例では給電回路５がパッチアンテナ部１０に対して直角に接続されるのに対して、第２の実施例では給電回路５がパッチアンテナ部１０に対してオフセットした側に４５度傾斜した状態で接続される。

したがって、第２の実施例のパッチアンテナ部１０は、偏波方向が図２（ｃ）の左上から右下に４５度傾斜する偏波面を持つ電波（地面に対して斜め４５度方向の直線偏波）を受信する。このように偏波方向を４５度傾ける理由は、車載レーダ装置ではレーダ装置を搭載した対向車からの放射電波と自車からの放射電波の干渉を避けるためである。即ち、自車から放射する電波の偏波方向を図２（ｃ）の左上から右下に４５度傾斜する方向にしておけば、対向車から放射された電波の偏波方向は図２（ｃ）の右上から左下に４５度傾斜する方向になり、自車から放射する電波の偏波方向と直交し、干渉が避けられる。

ここで、給電回路５のパッチアンテナ部１０への接続位置について説明する。図３（ｂ）は第２の実施例のマイクロストリップパッチアンテナ１２を示すものであり、偏波方向がパッチアンテナ部１０の長辺に直交する方向であり、この偏波方向に対して直交する方向を共振方向とする。ここで、パッチアンテナ部１０の給電回路５が接続する長辺の場所をＡ、反対側の長辺の場所をＣ、場所Ａと場所Ｃの中間地点における共振方向の場所をＢとする。また、パッチアンテナ部１０の長辺の長さをλｇ、短辺の長さを二分のλｇとする。

図３（ａ）は、図３（ｂ）に示したパッチアンテナ部１０の端部１０Ｔにおける偏波方向の距離Ｌに対するインピーダンスＺ₀を示すものである。パッチアンテナ部１０の端部１０Ｔにおける偏波方向のインピーダンスＺ₀は、場所Ａと場所Ｃで大きく、場所Ｂにおいて最も小さい。パッチアンテナ部１０の偏波方向のインピーダンスＺ₀は、共振方向のどの場所においても似たような傾向を示し、場所ＢにおけるインピーダンスＺ₀が最も小さい。

また、図３（ｂ）に示す場所Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、端部１０Ｔからの距離（座標）に応じて抵抗値の測定を行うと、端面からの座標に応じた抵抗値（入力インピーダンス）の変化は図３（ｃ）に示すようになる。この図から、場所Ｂでは入力インピーダンスが座標に関わらず最低であり、場所Ｃでは両端部を除いて座標によって入力インピーダンスの値が所定値から変化がない。これに対して、場所Ａにおける入力インピーダンスは、座標に応じて大きく変化している。これは、パッチアンテナ部１０の給電部側端面のインピーダンスは高次モードが発生することで位置によって変化するからである。

図３（ｃ）から分かるように、給電回路５を場所Ａにおけるパッチアンテナ部１０の端部１０Ｔに接続すると入力インピーダンスが高く、パッチアンテナ部１０の場所Ａの座標２．３辺りに接続すると入力インピーダンスが最も低い。そして、給電回路５をパッチアンテナ部１０の高インピーダンスの場所に接続すると給電回路５からパッチアンテナ部１０に入力された進行波の給電回路５への反射量が大きくなり、パッチアンテナ部１０からの放射効率が低下する。よって、この反射量を小さくするためには、給電回路５はパッチアンテナ部１０のインピーダンス整合がとれる位置に設ける必要がある。

ここで、パッチアンテナ部１０に給電回路５を接続する場合のインピーダンス整合について説明する。図４（ａ）はパッチアンテナ部１０の長辺の中心点を通る中心線ＣＬに、給電回路５の中心線ＡＬを合わせて接続した従来のマイクロストリップパッチアンテナ９Ｃを示すものである。給電回路５はパッチアンテナ部１０に直角に接続されている。この状態のマイクロストリップパッチアンテナ９Ｃは、反射係数が０．９以上であり、伝送電力が１８％であり、伝送損失が７ｄＢであるとする。そして、中心線ＣＬの位置を０として、中心線ＣＬからパッチアンテナ部１０の両方の端部までの長さが「１」であるとする。但し、パッチアンテナ部１０の長辺の長さを、例えば送受信周波数λｇとすると、長さ「１」はλｇの半分である。

図４（ａ）の状態から図４（ｂ）に示すように、パッチアンテナ部１０に接続する給電回路５の中心線ＡＬの位置を、パッチアンテナ部１０の長辺の中心点を通る中心線ＣＬから次第に離してゆき、図４（ｃ）に示す端部位置まで「１」に対して「０．０１」単位でオフセットする。図５（ａ）は、パッチアンテナ部１０に接続する給電回路５の中心線ＡＬを、パッチアンテナ部１０の中心線ＣＬから左右に次第にオフセットして行った時の、代表的なオフセット値Ｓに対するパッチアンテナ部１０の特性変化を示すものである。図５（ａ）に示される負の数値は、パッチアンテナ部１０の中心線ＣＬから給電回路５を左側にオフセットした場合の数値であり、正の数値がパッチアンテナ部１０の中心線ＣＬから給電回路５を右側にオフセットした場合の数値である。

図５（ａ）には代表的なオフセット値Ｓに対するパッチアンテナ部１０の抵抗、反射係数、伝送電力及び伝送損失が示してある。但し、パッチアンテナ部１０に接続する給電回路５の抵抗を６０Ωとし、波長λｇは２．８６ｍｍとした場合のシミュレーション値である。また、図５（ｂ）はパッチアンテナ部１０に対する給電回路５の中心線ＡＬのオフセット値Ｓを連続的に変化させた場合の、パッチアンテナ部１０の伝送損失（実線）と反射係数（破線）の変化を示すものである。前述のように、パッチアンテナ部１０の長辺の長さを送受信周波数の波長λｇとすると、長さ「１」は波長λｇの二分の一に対応する。即ち、図５（ｂ）に示す特性は、送受信周波数が変わっても同様の特性を示し、長さ「１」が送受信周波数の波長λｇの二分の一に対応する。

図５（ｂ）に示される特性から分かるように、パッチアンテナ部１０に対する給電回路５の中心線ＡＬのオフセット値Ｓを変化させた場合のパッチアンテナ部１０の伝送損失を１ｄＢ以下に抑える場合は、パッチアンテナ部１０に対する給電回路５の中心線ＡＬのオフセット値Ｓを、パッチアンテナ部１０の中心線ＡＬに対して左右に０．２〜０．７の範囲にすれば良く、最適値は０．５辺りであることが分かる。本発明のマイクロストリップパッチアンテナに好適な給電回路５のオフセット値Ｓは、図２（ａ）〜（ｄ）に示した第１の実施例でも第２の実施例でも同じである。このことから、本発明のマイクロストリップパッチアンテナに好適な給電回路５のオフセット値Ｓは、パッチアンテナ部１０の伝送損失を所定値以下にするように定めれば良い。

以上のことから、パッチアンテナ部１０に対する給電回路５の中心線ＡＬのオフセット値Ｓを変化させた場合のパッチアンテナ部１０の伝送損失を最適にする場合は、パッチアンテナ部１０に対する給電回路５の中心線ＡＬのオフセット値Ｓを、パッチアンテナ部１０の中心線ＡＬに対して、パッチアンテナ部１０が送受信する周波数の波長λｇの四分の一の位置にすれば良いことが分かる。

図６（ａ）は本発明の第２の実施例のマイクロストリップパッチアンテナ１２を、給電ストリップ線路１５の終端部１７に備えたマイクロストリップアレーアンテナＡＡの基本構成を示すものである。また、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す基本構成のマイクロストリップアレーアンテナＡＡを複数本並列に並べ、その入力端１６を連絡回路１８で接続したマイクロストリップアレーアンテナＡＡ０を示すものである。本発明の第２の実施例のマイクロストリップパッチアンテナ１２に接続する給電ストリップ線路１５の両側には、矩形状のマイクロストリップアンテナ素子８が複数個、角部から給電されるように取り付けられている。給電ストリップ線路１５の片方の側のマイクロストリップアンテナ素子８の取付間隔は、例えば管内波長λｄの間隔である。

図６（ａ）または図６（ｂ）のように構成されたマイクロストリップアレーアンテナＡＡまたはマイクロストリップアレーアンテナＡＡ０では、図に対して垂直な方向から到来する電波を送受信することが可能である。また、マイクロストリップアレーアンテナＡＡまたはマイクロストリップアレーアンテナＡＡ０が送受信する電波の偏波面は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す偏波方向である斜め４５度に傾いている。そして、給電ストリップ線路１５の終端１７に第２の実施例のマイクロストリップパッチアンテナ１２を接続することにより、マイクロストリップパッチアンテナ１２の偏波方向がマイクロストリップアレーアンテナＡＡまたはマイクロストリップアレーアンテナＡＡ０の偏波方向に一致し、給電ストリップ線路１５の終端１７に到達する残留電力を、従来のアンテナに比べて有効に放射することができる。

よって、従来は給電線路を曲げなければ偏波方向を傾けることができなかったのに対して、本実施例のマイクロストリップアレーアンテナＡＡまたはＡＡ０では、給電回路を曲げることなく、第２の実施例のマイクロストリップパッチアンテナ１２を使用するだけで偏波方向を一致させることができる。以上から、アンテナを設計する場合、図６（ａ）、（ｂ）の構成とすることで、偏波方向が傾いた効率の良いアンテナを製造することができる。

図７は、図６（ａ）に示したマイクロストリップパッチアンテナＡＡを複数個用いて構成したレーダ装置用の送受信アンテナ２０の具体的な実施例の構成を示すものである。この実施例では、給電端子Ｃ１〜Ｃ６のそれぞれの上下方向に、２つのマイクロストリップパッチアンテナＡＡの入力端１６をそれぞれ接続し、マイクロストリップ線路１５が直線状に配置されるようにしている。この図に示されるレーダ装置用の送受信アンテナ２０は、紙面に対して垂直な方向から到来する偏波面がマイクロストリップ線路１５に対して４５度傾いた電波を受信することができる。

図７に示す具体例では、給電端子Ｃ１には２つのマイクロストリップパッチアンテナＡＡ１、ＡＡ２が点対称に接続されてアンテナＡ１が構成され、以後同様に、給電端子Ｃ２〜Ｃ６に対して２つのマイクロストリップパッチアンテナＡＡ３とＡＡ４、ＡＡ５とＡＡ６，ＡＡ７とＡＡ８，ＡＡ９とＡＡ１０、ＡＡ１１とＡＡ１２が接続されてアンテナＡ２〜Ａ６が構成されている。よって、送受信アンテナ２０には６個のアンテナＡ１〜Ａ６が設けられている。また、送受信アンテナ２０の両端部にはレーダ装置への取付孔１９が設けられている。なお、１つの給電端子に対して更にマイクロストリップパッチアンテナの組を追加接続することも可能である。

図８は従来構造と本発明の構造のマイクロストリップパッチアンテナの共振長が製造誤差によって変化した場合の、アンテナの正面方向からの到来波を受信して得られる正面利得の変化をシミュレーションで確認した結果を示すものである。ここには従来構造におけるアンテナの正面利得の変化を破線で示してあり、本発明の構造におけるアンテナの正面利得の変化を実線で示してある。従来構造では共振長が製造誤差によって０．４８λｇ〜０．５２λｇ変化した場合、利得の低下が−３．５ｄＢであった。これに対して、本願発明の構造では、第１と第２の両方の実施例のアンテナにおいて、共振長を製造誤差に対応する０．４８λｇ〜０．５２λｇだけ変化させた場合、利得の低下は−１．８ｄＢで済んだ。以上のことから、本発明の構造のマイクロストリップパッチアンテナは、従来構造のマイクロストリップパッチアンテナに比べて端面数が少なく構造が簡素であり、エッチングなどによるパターン成形時の製造誤差による性能劣化が小さく、製造誤差に強いことが確認できた。

更に、本願発明の構造はアンテナパターンにおける端面数（辺数）と角Ｒの個数を減らすことができる。例えば、図１（ｂ）と図１（ｃ）に示した従来構造のマイクロストリップパッチアンテナ１０Ａ、１０Ｂの端面数は１１、角Ｒの個数が１０個であるのに対して、本発明の図２（ａ）、（ｃ）に示したマイクロストリップパッチアンテナ１１、１２の端面数は７、角Ｒの個数が６個で済み、端面数では３６％減、角Ｒの個数では４０％減であり、エッチング等によるパターン成形時の製造誤差による性能劣化を小さくできる。この結果、本発明のマイクロストリップパッチアンテナでは、パッチアンテナ部の端面数を少なくし、直角の角部の数を減らしてパッチアンテナ部の構造を簡素化して寸法誤差を低減したので、マイクロストリップパッチアンテナを高い周波数の送受信に使用する場合の性能劣化が少ない。

次に、本発明を適用可能な第２の形態であるスロットアンテナについて説明する。図９（ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実施例のスロットアンテナ４１を示すものである。スロットアンテナ部４０と給電回路４５は、誘電体基板４３の上に設置された金属製のグランド板４４の上にスリット状の開口部で形成される。図９（ｂ）に示される本発明の第３の実施例のスロットアンテナ４１は、例えば厚さ０．１２４ｍｍ、比誘電率２．２の誘電体基板４３の上面に、１８μｍのグランド板４４を設置して構成することができる。なお、誘電体基板４３はない場合もあり、また、誘電体基板４３がグランド板４４の上に設置されることもある。

スロットアンテナ部４０は矩形であり、給電回路４５はスロットアンテナ部４０の一辺に、この辺の中心点から左右何れかの方向にオフセットした位置にこの辺に直行した状態で接続される。給電回路４５のスロットアンテナ部４０への接続箇所は、スロットアンテナ部４０と給電回路４のインピーダンス整合が得られる場所とする。例えば、給電回路４５のインピーダンスが６０Ωの場合、スロットアンテナ部４０の給電回路４５を接続する場所の入力インピーダンスは６０Ω近傍とする。給電回路４５を接続するこのようなスロットアンテナ部４０の一辺上の場所は、前述のパッチアンテナ部１０に給電回路５を接続する位置に器亜後に詳述するが、この辺の中心点から左右何れかの方向に所定距離だけ離れた位置にある。

図９（ｃ）、（ｄ）は本発明の第４の実施例のスロットアンテナ４２を示すものである。スロットアンテナ部４０と給電回路４５は、第３の実施例のスロットアンテナ４１と同様の寸法を備えた誘電体基板４の上に、設置される金属製のグランド板４４にスリット状の開口部で形成される。第４の実施例のスロットアンテナ部４０の寸法は、第３の実施例のスロットアンテナ４１のスロットアンテナ部４０の寸法と同じで良い。給電回路４５のスロットアンテナ部４０への接続位置は、第３の実施例のスロットアンテナ４１と同じで良い。即ち、第３の実施例では給電回路４５がスロットアンテナ部４０に対して直角に接続されるのに対して、第４の実施例では給電回路４５がスロットアンテナ部４０に対してオフセットした側に４５度傾斜した状態で接続される。

したがって、第４の実施例のスロットアンテナ部４０は、偏波方向が図９（ｃ）の左上から右下に４５度傾斜する偏波面を持つ電波（地面に対して斜め４５度方向の直線偏波）を受信する。このように偏波方向を４５度傾ける理由は第１、第２の実施例におけるマイクロストリップパッチアンテナ１１，１２と同じであり、レーダ装置を搭載した対向車からの放射電波と自車からの放射電波の干渉を避けるためである。

第３、第４の実施例のスロットアンテナ４１、４２の構成は、第１、第２の実施例のマイクロストリップパッチアンテナ１１，１２における誘電体基板２の上に銅箔で形成されたパッチアンテナ部１０と給電回路５とが、グランド板４４にスリット状の開口部で形成されたスロットアンテナ部４０と給電回路４５で置き換えられたものである。そして、前述のマイクロストリップパッチアンテナ１１，１２に対して図３から図８を用いて説明した事項は、スロットアンテナ４１、４２及びスロットアンテナ４１、４２を用いて構成したスロットアレーアンテナに対しても全て同様に当てはまる。

即ち、第３、第４の実施例のスロットアンテナ４１、４２を用いて構成したスロットアレーアンテナに対しても、図６（ａ）、（ｂ）のような構成、及び図７に示した構成が可能であり、その効果も図８に示した送受信アンテナ２０における効果と同様である。よって、第３、第４の実施例のスロットアンテナ４１、４２に対するこれ以上の説明、及びスロットアンテナ４１、４２を用いて構成できるスロットアレーアンテナに対する説明は省略する。

１マイクロストリップアンテナ
２、４３誘電体基板
３、１０パッチアンテナ部
４、４４グランド板
５、４５給電回路
８放射アンテナ素子
１１第１の実施例のマイクロストリップアンテナ
１２第２の実施例のマイクロストリップアンテナ
１５マイクロストリップ線路
１６入力端
１７終端
１８連絡回路
２０送受信アンテナ
４０スロットアンテナ部
４１第３の実施例のスロットアンテナ
４２第４の実施例のスロットアンテナ
ＡＡ，ＡＡ０〜ＡＡ１２マイクロストリップアレーアンテナ
Ｃ１〜Ｃ６給電端子

しかしながら、パッチアンテナ部と給電回路とのインピーダンス整合をとるために、本願の図１（ｂ）に示すようにパッチアンテナ部３Ａにスリット６を設けると、アンテナ形状が複雑になり、パッチアンテナ部３Ａのエッチングが困難になる。また、本願の図１（ｃ）に示すようにパッチアンテナ部３Ｂに高インピーダンスのインピーダンス変成器７を接続すると、インピーダンス変成器７の線路の幅が非常に細くなり、７６．５ＧＨｚ送受信用の場合、線路の幅が２０μｍ程度となって、加工限界の最小線路幅である１００μｍよりも線幅が狭くなってしまい、加工保証できなかった。

スロットアンテナ部４０は矩形であり、給電回路４５はスロットアンテナ部４０の一辺に、この辺の中心点から左右何れかの方向にオフセットした位置にこの辺に直行した状態で接続される。給電回路４５のスロットアンテナ部４０への接続箇所は、スロットアンテナ部４０と給電回路４のインピーダンス整合が得られる場所とする。例えば、給電回路４５のインピーダンスが６０Ωの場合、スロットアンテナ部４０の給電回路４５を接続する場所の入力インピーダンスは６０Ω近傍とする。給電回路４５を接続するこのようなスロットアンテナ部４０の一辺上の場所は、前述のパッチアンテナ部１０に給電回路５を接続する位置と同様に、この辺の中心点から左右何れかの方向に所定距離だけ離れた位置にある。

Claims

矩形状のアンテナ部と、前記アンテナ部の一辺に接続して前記アンテナ部に給電を行う給電回路とを備えるアンテナにおいて、
前記給電回路の前記アンテナ部への接続が、前記アンテナ部の前記給電回路が接続される一辺の中心から何れか一方の端部側に、アンテナの伝送損失が所定値以下となる所定距離だけオフセットされていることを特徴とするアンテナ。
前記アンテナが、下面に導体のグランド板が形成された誘電体基板の上面に、導体で形成されたパッチアンテナ部と、これに接続する導体で形成された給電回路とを備えるマイクロストリップパッチアンテナであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記誘電体基板上に前記給電回路が入力端と終端とを備える給電ストリップ線路として構成され、前記給電ストリップ線路の両側部に、所定間隔で矩形状のマイクロストリップアンテナ素子の角部を接続して平行に並べてアレー部が構成され、前記終端に前記パッチアンテナ部が接続されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
前記誘電体基板上に前記給電ストリップ線路が複数個並列に並べられ、その入力端が連絡回路で接続されていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
前記誘電体基板上に１つの給電端子が設けられ、前記給電端子に対して点対称に前記アレー部が接続されていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
前記誘電体基板上に複数の給電端子が隣接して設けられ、前記給電端子の各個に対して点対称に前記アレー部が接続されていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
前記アンテナが、グランド板に矩形状の開口部を設けたスロットアンテナ部と、これに接続するスリット状の開口部で形成された給電回路とを備えるスロットアンテナであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記グランド板の上面側或いは下面側に、前記グランド板の外形と同形状の誘電体基板が取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ。
前記グランド板上に前記給電回路が入力端と終端とを備える給電スロット線路として構成され、前記給電スロット線路の両側部に、所定間隔で矩形状のスロット素子の角部を接続して平行に並べてアレー部が構成され、前記終端に前記スロットアンテナ部が接続されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のアンテナ。
前記グランド板上に前記給電スロット線路が複数個並列に並べられ、その入力端が連絡スロットで接続されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のアンテナ。
前記グランド板上に１つの給電スロットが設けられ、前記給電スロットに対して点対称に前記アレー部が接続されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のアンテナ。
前記グランド板上に複数の給電スロットが隣接して設けられ、前記給電スロットの各個に対して点対称に前記アレー部が接続されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のアンテナ。
前記所定距離は、前記アンテナ部の前記給電回路が接続される一辺の中心から両方の端部までの距離を１とした場合に、０．２〜０．７の範囲内であることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載のアンテナ。
前記アンテナ部の偏波方向に直交する方向の長さは、前記アンテナが受信する電波の動作周波数が伝搬する管内波長の整数倍であり、前記アンテナ部の偏波方向の長さは、前記管内波長の半分の整数倍であることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載のアンテナ。
前記所定距離が前記管内波長の四分の一の整数倍の距離であることを特徴とする請求項１４に記載のアンテナ。
前記アンテナ部の前記給電回路が接続される一辺に対して、前記給電回路が垂直に接続されることを特徴とする請求項１から１５の何れか１項に記載のアンテナ。
前記アンテナ部の前記給電回路が接続される一辺に対して、前記給電回路が左右何れかに４５度傾斜して接続されることを特徴とする請求項１から１５の何れか１項に記載のアンテナ。