JP2020028077A

JP2020028077A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2020028077A
Application number: JP2018153139A
Authority: JP
Inventors: 弘晃吉竹; Hiroaki Yoshitake; 潤三土屋; Junzo Tsuchiya; 徳久西本; Norihisa Nishimoto
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2018-08-16
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2020-02-20
Also published as: US10957981B2; US20200058997A1

Abstract

【課題】アンテナ装置において、損失を抑制しつつ、ビーム幅を細くすることが可能な技術を提供する。【解決手段】基板に導電性パターンとして形成されたアンテナ素子によって電波を送受信するアンテナ装置において、前記アンテナ素子は、給電線路に電気的に接続される第１素子部と、前記給電線路とは異なる接続線路を介して前記第１素子部に電気的に接続される２つの第２素子部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

昨今、基板に導電性パターンとして形成されたアンテナ素子を有する平面アンテナに係る技術が種々提案されている。例えば、特許文献１で提案されたマイクロストリップアンテナは、矩形平板形状のアンテナ電極が励振方向に沿って延びる空隙によって複数の細長矩形状の電極に分割されている。分割された複数の電極のうち、１つは給電電極であり、その他は無給電電極である。この構成により、アンテナ電極のサイズを大型化することなく、アンテナの効率を向上させることができる。

特開２００６−１７３９６３号公報

アンテナ装置の指向性を高めるためには、正面利得を上昇させ、広角利得を低下させる必要があり、複数のアンテナ素子をアレイ化することでビーム幅を細くする設計が広く行われている。しかしながら、特許文献１で提案された技術を含む従来のアンテナ装置においては、数多くのアンテナ素子をアレイ化することで配線が長くなり、また分配回路が多くなることで、損失が増大することが課題であった。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、アンテナ装置において、損失を抑制しつつ、ビーム幅を細くすることが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明は、基板に導電性パターンとして形成されたアンテナ素子によって電波を送受信するアンテナ装置であって、前記アンテナ素子は、給電線路に電気的に接続される第１素子部と、前記給電線路とは異なる接続線路を介して前記第１素子部に電気的に接続される２つの第２素子部と、を備える構成（第１の構成）である。

また、上記第１の構成のアンテナ装置において、前記第１素子部及び前記第２素子部はともに、前記電波の電界の方向における長さが前記電界と直交する方向における長さよりも長い矩形状であり、且つ前記電界の方向における長さが互いに等しい構成（第２の構成）であっても良い。

また、上記第１または第２の構成のアンテナ装置において、２つの前記第２素子部それぞれは、前記電波の電界の方向と直交する方向において、前記第１素子部の両側の、前記第１素子部に関して対称となる位置に個別に配置される構成（第３の構成）であっても良い。

また、上記第１から第３の構成のアンテナ装置において、前記第１素子部は、前記給電線路との接続箇所に隣接して配置された切り込み部を有する構成（第４の構成）であっても良い。

また、上記第１から第４の構成のアンテナ装置において、複数の前記アンテナ素子を、前記電波の電界の方向と直交する方向に並べて配置した構成（第５の構成）であっても良い。

本発明の構成によれば、所望のビーム幅を得るために必要なアレイ化に係るアンテナ素子の素子数を、従来よりも少なくすることができる。これにより、配線が長くなること、また分配回路が多くなることを抑制することができる。したがって、アンテナ装置において、損失を抑制しつつ、ビーム幅を細くすることが可能になる。

実施形態のアンテナ装置の一例を示す平面図変形例１のアンテナ装置の平面図変形例２のアンテナ装置の平面図変形例３のアンテナ装置の平面図実施形態のアンテナ装置の指向性を示す図変形例４のアンテナ装置の平面図変形例５のアンテナ装置の平面図変形例６のアンテナ装置の平面図変形例７のアンテナ装置の平面図変形例８のアンテナ装置の平面図変形例９のアンテナ装置の平面図実施形態のアンテナ装置の反射特性を示す図変形例１０のアンテナ装置（アレイ）の平面図変形例１１のアンテナ装置（アレイ）の平面図変形例１２のアンテナ装置（アレイ）の平面図比較例のアンテナ装置（アレイ）の平面図実施形態のアンテナ装置（アレイ）の指向性を示す図

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下の内容に限定されるものではない。

＜１．アンテナ装置の構成＞
図１は、実施形態のアンテナ装置１の一例を示す平面図である。本実施形態のアンテナ装置１はアンテナ素子１０及び接続線路２０を備える。アンテナ素子１０及び接続線路２０は、ともに基板（不図示）の表面に導電性パターンとして形成される。

アンテナ装置１は基板に導電性パターンとして形成されたアンテナ素子１０によって電波を送受信する。基板は高周波基板であって、例えばフッ素樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂材料の誘電体基材層を含み、板状に構成される。アンテナ素子１０は、例えば基板の表面に形成された給電線路１０１に電気的に接続される。アンテナ素子１０は１つの第１素子部１１及び２つの第２素子部１２を備える。

第１素子部１１はアンテナ素子１０の中央部に配置される。第１素子部１１は平面視矩形状であって、第２素子部１２よりも大きい。第１素子部１１は給電線路１０１に電気的に接続される。

第１素子部１１は２組の対辺のうち、一方の組が他方の組よりも長い。すなわち、第１素子部１１は、例えば図１において、縦方向の長さＬ１が横方向の長さＷ１よりも長い矩形である。第１素子部１１の縦方向（長さＬ１の方向）はアンテナ素子１０によって送受信される電波の電界の方向、すなわち偏波の方向と一致する。

２つの第２素子部１２はそれぞれ異なる場所に、第１素子部１１に対して隙間を隔てて近接して配置される。２つの第２素子部１２は同じ形状、同じ大きさの平面視矩形状であって、第１素子部１１よりも小さい。２つの第２素子部１２はそれぞれ個別に、給電線路１０１とは異なる接続線路２０を介して第１素子部１１に電気的に接続される。

第２素子部１２は２組の対辺のうち、一方の組が他方の組よりも長い。すなわち、第２素子部１２は、例えば図１において、縦方向の長さＬ２が横方向の長さＷ２よりも長い矩形である。第２素子部１２の縦方向（長さＬ２の方向）はアンテナ素子１０によって送受信される電波の電界の方向、すなわち偏波の方向と一致する。

＜２．アンテナ装置の指向性＞
アンテナ素子１０の、電波の電界の方向と直交する方向（図１の横方向）における開口長さＷ０、及び電波の電界の方向（図１の縦方向）における開口長さＬ０は任意に定めることができる。アンテナ素子１０の横方向の開口長さＷ０は接続線路２０を延伸することで調節することができる。アンテナ素子１０の縦方向の開口長さＬ０は第２素子部１２の位置を変更することで調節することができる。

図２は、変形例１のアンテナ装置１の平面図である。変形例１のアンテナ素子１０の、電波の電界の方向と直交する方向（図２の横方向）における開口長さＷ０は、例えば第１素子部１１の当該横方向の長さＷ１の２．０倍（Ｗ０＝２．０×Ｗ１）である。

図３は、変形例２のアンテナ装置１の平面図である。変形例２のアンテナ素子１０の、電波の電界の方向と直交する方向（図３の横方向）における開口長さＷ０は、例えば第１素子部１１の当該横方向の長さＷ１の２．５倍（Ｗ０＝２．５×Ｗ１）である。

図４は、変形例３のアンテナ装置１の平面図である。変形例３のアンテナ素子１０の、電波の電界の方向と直交する方向（図４の横方向）における開口長さＷ０は、例えば第１素子部１１の当該横方向の長さＷ１の３．０倍（Ｗ０＝３．０×Ｗ１）である。

図５は、実施形態のアンテナ装置１の指向性を示す図である。図５によって、アンテナ素子１０の、電波の電界の方向と直交する方向（図２、図３及び図４の横方向）における開口長さＷ０が異なる場合の、電波の指向性を比較することができる。図５に示すグラフは、横軸がアンテナ装置の、電波の電界の方向と直交する方向における電波の広がり角度であり、縦軸が電波の放射レベルである。なお、比較例のアンテナ装置は単一の矩形の導電性パターンのみをアンテナ素子として備える。

図５によれば、電波の電界の方向と直交する方向において、図２、図３及び図４に示した本実施例のアンテナ装置１は、比較例のアンテナ装置に対して、ビーム幅（３ｄＢビーム幅）を細くすることができる。そして、アンテナ素子１０の、電波の電界の方向と直交する方向（横方向）における開口長さＷ０をより長くすると、当該横方向におけるビーム幅をさらに細くすることが可能になる。

図６は、変形例４のアンテナ装置１の平面図である。変形例４のアンテナ素子１０の、電波の電界の方向（図６の縦方向）における開口長さＬ０は、例えば第１素子部１１の当該縦方向の長さＬ１の１．２倍（Ｌ０＝１．２×Ｌ１）である。

図７は、変形例５のアンテナ装置１の平面図である。変形例５のアンテナ素子１０の、電波の電界の方向（図７の縦方向）における開口長さＬ０は、例えば第１素子部１１の当該縦方向の長さＬ１の１．５倍（Ｌ０＝１．５×Ｌ１）である。

図８は、変形例６のアンテナ装置１の平面図である。変形例６のアンテナ素子１０の、電波の電界の方向（図８の縦方向）における開口長さＬ０は、例えば第１素子部１１の当該縦方向の長さＬ１の１．８倍（Ｌ０＝１．８×Ｌ１）である。

電波の電界の方向においても同様に、図６、図７、図８に示した本実施例のアンテナ装置１は、比較例のアンテナ装置に対してビーム幅（３ｄＢビーム幅）を細くすることができる。そして、アンテナ素子１０の、電波の電界の方向（縦方向）における開口長さＬ０をより長くすると、当該縦方向におけるビーム幅をさらに細くすることが可能になる。

上記のように、本実施形態のアンテナ装置１は、アンテナ素子１０が、給電線路１０１に電気的に接続される第１素子部１１と、給電線路１０１とは異なる接続線路２０を介して第１素子部１１に電気的に接続される２つの第２素子部１２と、を備える。この構成によれば、アンテナ装置１は、アンテナ素子１０の、電波の電界の方向（図１の縦方向）の開口長さＬ０、及び当該電界の方向と直交する方向（図１の横方向）の開口長さＷ０を長くして、ビーム幅を細くすることができる。すなわち、所望のビーム幅を得るために必要なアレイ化に係るアンテナ素子１０の素子数を、従来よりも少なくすることができる。これにより、アンテナ装置１ではアンテナ素子１０が増加せず、配線の延長及び分配回路の増加を抑制することができる。したがって、アンテナ装置１において、損失を抑制しつつ、ビーム幅を細くすることが可能になる。

図１に戻って、第１素子部１１の電波の電界の方向（図１の縦方向）の長さＬ１は、例えばアンテナ素子１０を伝送される電波の１／２管内波長と同じ長さである。第２素子部１２の電波の電界の方向（図１の縦方向）の長さＬ２は、例えばアンテナ素子１０を伝送される電波の１／２管内波長と同じ長さである。すなわち、第１素子部１１及び第２素子部１２はともに、電波の電界の方向における長さＬ１、Ｌ２が当該電界と直交する方向における長さＷ１、Ｗ２よりも長い矩形状であり、且つ当該電界の方向における長さＬ１、Ｌ２が互いに等しい（Ｌ１＝Ｌ２）。

この構成によれば、第１素子部１１と、第２素子部１２とにおいて、アンテナ素子１０によって送受信される電波の電界の方向、すなわち偏波の方向を揃えることができる。したがって、アンテナ装置１において、損失を抑制しつつ、ビーム幅を細くすることができ、且つ所望の向きの偏波にすることが可能になる。

２つの第２素子部１２はそれぞれ、電波の電界の方向と直交する方向（図１の横方向）において、第１素子部１１の両側に配置される。より詳細に言えば、２つの第２素子部１２はそれぞれ、第１素子部１１の横方向の両側の、第１素子部１１に関して対称となる位置に個別に配置される。２つの第２素子部１２はそれぞれ、第１素子部１１の横方向の両側に、同じ間隔の隙間を空けて配置される。すなわち、２つの接続線路２０それぞれの延伸方向の長さは同じである。

この構成によれば、アンテナ素子１０を、電波の電界の方向と直交する方向（横方向）において、左右対称な構造にすることができる。したがって、アンテナ装置１において、ビーム幅を細くすることができ、且つ左右対称な放射レベルとなるビームを形成することが可能になる。

＜３．アンテナ装置の反射特性＞
図９は、変形例７のアンテナ装置１の平面図である。変形例７のアンテナ装置１は、アンテナ素子１０の第１素子部１１に切り込み部３１を有する。切り込み部３１は第１素子部１１の給電線路１０１との接続箇所に隣接して配置される。切り込み部３１は、例えば平面視矩形状であり、給電線路１０１の延伸方向に沿って、第１素子部１１の外縁部から第１素子部１１の内側に向かって延びる。

図１０は、変形例８のアンテナ装置１の平面図である。変形例８のアンテナ装置１は、給電線路１０１にスタブ部３２を有する。スタブ部３２は給電線路１０１の幅が細くなっている。

図１１は、変形例９のアンテナ装置１の平面図である。変形例９のアンテナ装置１は、給電線路１０１にスタブ部３３を有する。スタブ部３３は給電線路１０１の幅が太くなっている。

図１２は、実施形態のアンテナ装置１の反射特性を示す図である。図１２に示すグラフは、横軸がアンテナ装置１によって送受信される電波の周波数であり、縦軸がアンテナ装置１における電波の反射損失である。なお、図１２における実施例は図９、図１０及び図１１に示した変形例のアンテナ装置１であり、比較例は上記切り込み部及び上記スタブ部を有さないアンテナ装置である。

図１２によれば、図９、図１０及び図１１に示した本実施例のアンテナ装置１は、比較例のアンテナ装置に対して、所望の周波数である７９ＧＨｚ付近において反射損失を低減させることができる。すなわち、アンテナ素子１０と、給電線路１０１との間で、好適なインピーダンス整合を実現することが可能になる。したがって、アンテナ素子１０と、給電線路１０１との間で、電波を効率良く伝送することができる。

＜４．アンテナ素子のアレイ化＞
図１３は、変形例１０のアンテナ装置１（アレイ）の平面図である。変形例１０のアンテナ装置１はアンテナ素子１０のアレイ１０Ｘを備える。アンテナ装置１は複数のアンテナ素子１０が電波の電界の方向と直交する方向（図１３の横方向）に並べて配置される。このアンテナ装置１では、複数のアンテナ素子１０が給電線路１０１に直列配置される。複数のアンテナ素子１０を給電線路１０１に直列配置すると、アンテナ素子１０のアレイ化に係る配線をできるだけ短くすることができる。

図１４は、変形例１１のアンテナ装置１（アレイ）の平面図である。変形例１１のアンテナ装置１はアンテナ素子１０のアレイ１０Ｙを備える。アンテナ装置１は複数のアンテナ素子１０が電波の電界の方向と直交する方向（図１４の横方向）に並べて配置される。このアンテナ装置１では、複数のアンテナ素子１０が給電線路１０１に並列配置される。複数のアンテナ素子１０を給電線路１０１に並列配置すると、給電線路１０１の長さが同じになる。これにより、電波の電界の方向と直交する方向（図１４の横方向）において、電波を安定させることが可能になる。

図１５は、変形例１２のアンテナ装置１（アレイ）の平面図である。変形例１２のアンテナ装置１はアンテナ素子１０のアレイ１０Ａを備える。アンテナ装置１は、例えば３つのアンテナ素子１０が電波の電界の方向と直交する方向（図１５の横方向）に並べて配置される。このアンテナ装置１では３つのアンテナ素子１０が給電線路１０１に直列配置される。アンテナ装置１は電波の電界の方向と直交する方向（図１５の横方向）において、アレイ１０Ａ全体として所定の開口長さＷＡを有する。

図１６は、比較例のアンテナ装置２０１（アレイ）の平面図である。図１６は、図１５の変形例１２（実施例）のアンテナ装置１に対する比較例のアンテナ装置２０１を示す。比較例のアンテナ装置２０１はアンテナ素子２１０のアレイ２１０Ａを備える。比較例のアンテナ装置２０１は、例えば６つのアンテナ素子１０が電波の電界の方向と直交する方向（図１６の横方向）に並べて配置される。比較例のアンテナ装置２０１では６つのアンテナ素子２１０が給電線路１０１に直列配置される。比較例のアンテナ装置２０１は電波の電界の方向と直交する方向（図１６の横方向）において、アレイ２１０Ａ全体として所定の開口長さＵＡを有する。

アンテナ素子１０がアレイ化された実施例（変形例１２）のアンテナ装置１の開口長さＷＡ（図１５参照）は、アンテナ素子２１０がアレイ化された比較例のアンテナ装置２０１の開口長さＵＡ（図１６参照）と同じである。

図１７は、実施形態のアンテナ装置１（アレイ）の指向性を示す図である。図１７に示すグラフは、横軸がアンテナ装置の、電波の電界の方向と直交する方向における電波の広がり角度であり、縦軸が電波の放射レベルである。なお、図１７における実施例は図１５に示した変形例１２のアンテナ装置１であり、比較例は図１６に示した比較例のアンテナ装置２０１である。図１７に示すように、アンテナ素子をアレイ化することで、ビーム幅（３ｄＢビーム幅）をより一層細くすることができる。

そして、図１７によれば、電波の電界の方向と直交する方向において、図１５に示した本実施例のアンテナ装置１は、図１６に示した比較例のアンテナ装置２０１と、電波の広がり及びレベルが概ね同程度であることが分かる。すなわち、３つのアンテナ素子１０を備える本実施例のアンテナ装置１は、６つのアンテナ素子２１０を備える比較例のアンテナ装置２０１と略同じ特性の電波を送受信することができる。言い換えれば、本実施例のアンテナ装置１は比較例のアンテナ装置２０１よりも少ないアンテナ素子１０によって、比較例のアンテナ装置２０１と同等の特性の電波を送受信することができる。

比較例のアンテナ装置２０１においても、隣り合うアンテナ素子２１０同士の間隔を広げることで、少ないアンテナ素子２１０でより細いビーム幅を実現することが可能である。しかしながら、隣り合うアンテナ素子２１０同士の間隔が広いことで、グレーティングローブが発生する虞がある。本実施形態のアンテナ装置１はアンテナ素子１０自体の開口長さ広いため、少ないアンテナ素子１０であってもグレーティングローブを発生することなく、より細いビーム幅を実現することが可能になる。

＜５．その他＞
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。また、上記の複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で組み合わせて実施しても良い。

１アンテナ装置
１０アンテナ素子
１１第１素子部
１２第２素子部
２０接続線路
３１切り込み部
１０１給電線路

Claims

基板に導電性パターンとして形成されたアンテナ素子によって電波を送受信するアンテナ装置であって、
前記アンテナ素子は、
給電線路に電気的に接続される第１素子部と、
前記給電線路とは異なる接続線路を介して前記第１素子部に電気的に接続される２つの第２素子部と、
を備えるアンテナ装置。
前記第１素子部及び前記第２素子部はともに、
前記電波の電界の方向における長さが前記電界と直交する方向における長さよりも長い矩形状であり、
且つ前記電界の方向における長さが互いに等しい請求項１に記載のアンテナ装置。
２つの前記第２素子部それぞれは、前記電波の電界の方向と直交する方向において、前記第１素子部の両側の、前記第１素子部に関して対称となる位置に個別に配置される請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
前記第１素子部は、前記給電線路との接続箇所に隣接して配置された切り込み部を有する請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
複数の前記アンテナ素子を、前記電波の電界の方向と直交する方向に並べて配置した請求項１から請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置。