JP2021093711A - Antenna module and radar device - Google Patents

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JP2021093711A
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末松 英治
Eiji Suematsu
英治 末松
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Sharp Takaya Electronic Industry Co Ltd
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Abstract

To provide an antenna module equipped with a planar antenna with a wide band of over 7 GHz and excellent radiation characteristics in the millimeter wave band, and a radar device using the module.SOLUTION: In an antenna module 5b, a patch antenna element includes a main patch element 11a formed in a substantially rectangular shape with a metal pattern on the surface of a dielectric substrate 100, and a pair of sub-patch elements 11c formed in a substantially rectangular shape with a metal pattern on both sides of the main patch element 11a, and the main patch element 11a and the sub patch element 11c are arranged in parallel by being separated from each other by a slit-shaped gap 12. The slit-shaped gap 12 is λg/100 to λg/10 when the operating wavelength on the dielectric substrate 100 is λg, and when the direction in which the main patch element 11a and the sub patch element 11c are arranged on the dielectric substrate 100 is the element width direction, and the orthogonal direction thereof is the element length direction, and a power supply line 20 is provided on the element length direction side of the main patch element 11a.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、通信装置及びレーダー装置で用いられるアンテナモジュール及びレーダー装置に関する。 The present invention relates to an antenna module and a radar device used in a communication device and a radar device.

背景技術としては、特許文献1に記載された、平面アンテナを用いたアンテナモジュールを例示する。 As a background technique, an antenna module using a planar antenna described in Patent Document 1 will be exemplified.

本発明について、図42(a)記載の平面図及び図42(b)記載の断面図を用いて概略を説明する。 The present invention will be outlined with reference to the plan view shown in FIG. 42 (a) and the cross-sectional view shown in FIG. 42 (b).

このアンテナモジュールは、誘電体基板1110の表面に形成される金属平面パターンで構成されるパッチアンテナ共振器1120と、パッチアンテナ共振器1120と離隔されて配置された金属平面パターンの表面波放射共振器1130とで構成され、本表面波放射共振器1130は、パッチアンテナ共振器1120を取り囲むような配置構成となっている。パッチアンテナアンテナ共振器1120と表面波放射共振器1130の間は一定のリング状の隙間1125のギャップで構成される。 This antenna module includes a patch antenna resonator 1120 composed of a metal plane pattern formed on the surface of a dielectric substrate 1110 and a surface wave radiation resonator having a metal plane pattern arranged apart from the patch antenna resonator 1120. The surface wave radiating resonator 1130 is configured to surround the patch antenna resonator 1120. A gap of a constant ring-shaped gap 1125 is formed between the patch antenna antenna resonator 1120 and the surface wave radiation resonator 1130.

本表面波放射共振器1130によって、パッチアンテナ共振器1120から誘電体基板1110の表面に沿って流れる信号を放射させることができる。 The surface wave resonator 1130 can radiate a signal flowing along the surface of the dielectric substrate 1110 from the patch antenna resonator 1120.

本構成によって、パッチアンテナ共振器1120と表面波放射共振器1130の2つの共振器を備えることによって、動作する周波数帯域幅とアンテナ利得を高くすることができるようにしている。 With this configuration, the operating frequency bandwidth and antenna gain can be increased by providing two resonators, a patch antenna resonator 1120 and a surface wave emission resonator 1130.

特開2012−19503号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-19503

ところが、背景技術のアンテナモジュールでは、パッチアンテナアンテナ共振器1120の直径よりも表面波放射共振器1130の直径が大きくなるため、共振周波数が低くなってしまい、それぞれの共振器の共振周波数を制御することは困難である。 However, in the antenna module of the background technology, since the diameter of the surface wave radiation resonator 1130 is larger than the diameter of the patch antenna antenna resonator 1120, the resonance frequency becomes low, and the resonance frequency of each resonator is controlled. That is difficult.

つまり、パッチアンテナアンテナ共振器1120と表面波放射共振器1130は、それぞれ共振器として固有の大きさを有し、それぞれ円形の形状であり、共振周波数は直径で決定され、例えば後述する本願の実施形態のように、誘電率が9.2の場合、基板上での波長(λg)は、60GHz帯(57GHz〜64GHz)では、2mm前後となり、半波長の共振波長は1mm程度となる。 That is, the patch antenna antenna resonator 1120 and the surface wave emission resonator 1130 each have a unique size as a resonator and each have a circular shape, and the resonance frequency is determined by the diameter. When the dielectric constant is 9.2 as in the embodiment, the wavelength (λg) on the substrate is about 2 mm in the 60 GHz band (57 GHz to 64 GHz), and the half-wave resonance wavelength is about 1 mm.

当該リング状のギャップ1125は、基板製作のプロセス上、通常50μm以上の有限の隙間で、両側で少なくとも50μm以上必要であり、前記のように共振波長が直径で決定されるような構成では、パッチアンテナ共振器1120の半波長共振波長1mm程度の大きさに対しては、両側のギャップ併せて、少なくとも大きさ100μm以上必要であり、表面波放射共振器1130の共振周波数は、パッチアンテナ共振器1120に比較して大きく低下してしまう。表面波放射共振器1130の共振周波数を、パッチアンテナ共振器1120の共振周波数と、独立に細かく調整し、所望とする動作帯域幅を確保するのは困難である。 The ring-shaped gap 1125 is usually a finite gap of 50 μm or more in the process of manufacturing the substrate, and at least 50 μm or more is required on both sides. For the size of the half-wavelength resonance wavelength of the antenna resonator 1120 to be about 1 mm, the total size of the gaps on both sides must be at least 100 μm or more, and the resonance frequency of the surface wave radiation resonator 1130 is the patch antenna resonator 1120. It will be greatly reduced compared to. It is difficult to finely adjust the resonance frequency of the surface wave radiating resonator 1130 independently of the resonance frequency of the patch antenna resonator 1120 to secure a desired operating bandwidth.

また、低域側で共振する表面波共振器1130は、リング状のギャップ1125のリング共振も生じ、入力インピーダンス(リターンロス)の共振帯域幅がトータルで広くなっても、アンテナの放射パターンは、広帯域の動作帯域では、周波数により放射パターンが変わったり、放射ビームが複数に割れたり、サイドローブ成分が異常に大きくなったりしてしまう。そのため、本来の必要としている、広帯域で一様な同一の放射パターンは得ることができない。 Further, in the surface wave resonator 1130 that resonates on the low frequency side, ring resonance of the ring-shaped gap 1125 also occurs, and even if the resonance bandwidth of the input impedance (return loss) is widened in total, the radiation pattern of the antenna is changed. In the wide band operating band, the radiation pattern changes depending on the frequency, the radiation beam splits into multiple pieces, and the side lobe component becomes abnormally large. Therefore, it is not possible to obtain the same radiation pattern that is uniform over a wide band, which is originally required.

さらに、給電線線路1121と表面波放射共振器1130の間はスロット1135の隙間で構成されるため、アンテナの入力インピーダンスと帯域幅に影響を与えることから、最適設計には困難を有している。しかも、本表面波放射共振器1130は、パッチアンテナ共振器1120を取り囲むような配置構成となっていることから、本パッチアンテナ共振器1130を、(図面の配置で)縦に、くし刺し状の給電線路で、パッチ共振器1120を複数連結したアンテナを構成することができなくビーム幅を絞ることが難しい構成となっている。 Further, since the feeder line 1121 and the surface wave radiating resonator 1130 are formed by the gap of the slot 1135, the input impedance and the bandwidth of the antenna are affected, which makes the optimum design difficult. .. Moreover, since the surface wave radiating resonator 1130 is arranged so as to surround the patch antenna resonator 1120, the patch antenna resonator 1130 is vertically stabbed (in the arrangement shown in the drawing). In the feeding line, it is not possible to form an antenna in which a plurality of patch resonators 1120 are connected, and it is difficult to narrow the beam width.

前記課題を解決するために、第1の発明のアンテナモジュールは、
誘電体基板の表面に金属パターンで略長方形に形成された主パッチ素子と、該主パッチ素子の両側に、それぞれ金属パターンで略長方形に形成された少なくとも1個の副パッチ素子とにより、パッチアンテナ素子が構成され、
前記主パッチ素子及び前記少なくとも1個の副パッチ素子は、一方向に沿って列設されるとともに、互いにスリット状の隙間で隔離されることにより平行に配設されており、
前記スリット状の隙間は、誘電体基板上での動作波長をλgとすると、λg/100〜λg/10であり、
前記誘電体基板上における前記一方向を素子幅方向とし、その直交方向を素子長方向とすると、前記主パッチ素子の該素子長方向側に給電線路が設けられている。
In order to solve the above problems, the antenna module of the first invention
A patch antenna is composed of a main patch element formed in a substantially rectangular shape with a metal pattern on the surface of a dielectric substrate, and at least one sub-patch element formed in a substantially rectangular shape with a metal pattern on both sides of the main patch element. The element is configured,
The main patch element and the at least one sub patch element are arranged in a row along one direction and are arranged in parallel by being separated from each other by a slit-shaped gap.
The slit-shaped gap is λg / 100 to λg / 10, assuming that the operating wavelength on the dielectric substrate is λg.
When the one direction on the dielectric substrate is the element width direction and the orthogonal direction thereof is the element length direction, a feeding line is provided on the element length direction side of the main patch element.

前記動作波長λgは次の式1で表される。
λg=λair/√er (式1)
ここで、erは比誘電率、λairは空気中での波長である。なお、特に限定されないが、一般的にアンテナ基板のerは2〜4とされることが多い。
The operating wavelength λg is represented by the following equation 1.
λg = λair / √er (Equation 1)
Here, er is the relative permittivity and λair is the wavelength in the air. Although not particularly limited, in general, the er of the antenna substrate is often 2 to 4.

なお、以下において、前記主パッチ素子の両側に、それぞれ複数個の前記副パッチ素子が形成されている場合に、その動作や機能の説明において、該複数個の前記副パッチ素子のことを、単に副パッチ素子と説明することがある。 In the following, when a plurality of the sub-patch elements are formed on both sides of the main patch element, the plurality of the sub-patch elements are simply referred to in the description of their operation and functions. It may be described as a sub patch element.

この構成によれば、共振周波数は、僅かに長方形のパッチ面積にも依存してくることから、本スリット状の隙間で、主パッチ素子と、(主パッチ素子の)両側にそれぞれ形成された少なくとも1個の副パッチ素子に複数に分割することにより、前記主パッチ素子と、前記副パッチ素子の面積を変えることができ、微小に共振周波数を調整ができ、広帯域化することができる。
また、単一パッチアンテナ素子の場合は、給電(電界)方向の辺の長さが素子長であり、本素子長の半波長共振で、共振周波数は概ね決まり、前記列設方向であるパッチの幅(磁界)方向は、主に放射に寄与する。しかしながら、一つのパッチの幅が大きくなると、幅方向にも電流成分が発生し、利得は上昇するが、徐々に飽和し、共振周波数の変化と、放射パターンが崩れてくる。本発明では、本スリット状の隙間によってパッチ素子を分割することによって、放射パターンの崩れを防ぎ、高い利得のまま維持し、より広帯域で、より均一の放射パターンを得ることができる。
以下、説明においては、スリット状の隙間を「スリット」といい、同隙間の大きさを「スリット幅」ともいう。
さらに、本スリットは、誘電体基板上での動作波長をλgとすると、λg/100〜λg/10に設定することにより、分割された主パッチ素子と、副パッチ素子間の結合を安定して保つことができ、この隙間での結合損失を防止することができる。
以上のように、広帯域で、放射効率の高いパッチアンテナを構成することができるのみならず、かつ平面アンテナが大型化することも防ぐことができ、後述するアンテナを複数横に並列させることによって、MIMO(Multiple Input Multiple Output)構成としたアンテナ制御が可能となる。このMIMO構成のマイクロ波レーダー装置は、2次元及び3次元空間のターゲット検出を、高精度におこなうことが可能となる。
ここで、前記隙間がλg/100より小さい場合は、30GHz以上のマイクロ波帯では、50μm以下(er=4のとき)となり、通常の基板プロセスでは製造困難なスペース幅となってしまう。その一方、前記隙間がλg/10を超えるとスペース500μm以上となり、副パッチと主パッチの結合損失が周波数の端部では3dBを超えてしまい、アンテナの利得を落としてしまうのみならず、逆に帯域幅は狭帯域化してしまう。加えて、一つのパッチアンテナの幅はλg(例えば、er=4の場合、前記式1より、λg=λair/2)に近くなって大型化してしまい、後述するλair/2間隔で並列配置することが困難となる。
According to this configuration, since the resonance frequency also depends on the patch area of a slightly rectangular shape, at least the main patch element and at least both sides (of the main patch element) are formed in this slit-shaped gap. By dividing into one sub-patch element, the areas of the main patch element and the sub-patch element can be changed, the resonance frequency can be finely adjusted, and the bandwidth can be widened.
Further, in the case of a single patch antenna element, the length of the side in the feeding (electric field) direction is the element length, and the resonance frequency is roughly determined by the half-wavelength resonance of the element length, and the patch in the rowing direction. The width (magnetic field) direction mainly contributes to radiation. However, when the width of one patch is increased, a current component is also generated in the width direction, and the gain is increased, but gradually saturated, the resonance frequency changes, and the radiation pattern collapses. In the present invention, by dividing the patch element by the slit-shaped gap, it is possible to prevent the radiation pattern from collapsing, maintain a high gain, and obtain a wider band and a more uniform radiation pattern.
Hereinafter, in the description, the slit-shaped gap is referred to as a “slit”, and the size of the gap is also referred to as a “slit width”.
Further, assuming that the operating wavelength on the dielectric substrate is λg, this slit is set to λg / 100 to λg / 10 to stabilize the coupling between the divided main patch element and the sub patch element. It can be maintained and the coupling loss in this gap can be prevented.
As described above, not only can a patch antenna having a wide band and high radiation efficiency be configured, but also it is possible to prevent the planar antenna from becoming large. By arranging a plurality of antennas described later in parallel, the antennas described later can be arranged side by side. Antenna control with a MIMO (Multiple Input Multiple Output) configuration is possible. This MIMO-configured microwave radar device can detect targets in two-dimensional and three-dimensional spaces with high accuracy.
Here, when the gap is smaller than λg / 100, it becomes 50 μm or less (when er = 4) in the microwave band of 30 GHz or more, and the space width becomes difficult to manufacture by a normal substrate process. On the other hand, if the gap exceeds λg / 10, the space becomes 500 μm or more, and the coupling loss between the sub patch and the main patch exceeds 3 dB at the end of the frequency, which not only reduces the gain of the antenna but also conversely. The bandwidth is narrowed. In addition, the width of one patch antenna becomes closer to λg (for example, in the case of er = 4, λg = λair / 2 from the above equation 1) and becomes larger, and they are arranged in parallel at λair / 2 intervals, which will be described later. Becomes difficult.

第2の発明のアンテナモジュールとしては、前記第1の発明において、
前記主パッチ素子及び前記少なくとも1個の副パッチ素子は、前記素子長方向の長さである素子長が互いに相違している態様を例示する。
The antenna module of the second invention is described in the first invention.
The main patch element and the at least one sub-patch element exemplify an embodiment in which element lengths, which are lengths in the element length direction, are different from each other.

この構成によれば、前記少なくとも1個の副パッチ素子は、それぞれの給電(電界)方向の素子長で、概ね、共振波長が決まるため、前記主パッチ素子及び前記少なくとも1個の副パッチ素子のそれぞれの素子長を、互いに相違した長さとすることにより、主パッチ素子と副パッチ素子の共振波長を独立に変化させることができ、広帯域にわたって安定した放射パターンを得ることが可能となる。
前記パッチアンテナ素子は、前記主パッチ素子で、動作帯域の周波数低域側〜中域で共振させ、動作帯域の周波数中域〜高域側は、前記副パッチ素子で共振させたほうが、中央の該主パッチ素子は、共振器及び伝送線路として動作させることが必要なため、該主パッチ素子から外に向かって素子長を徐々に小さくし共振周波数は高くすることで、それぞれスリットで分割された前記パッチ素子間の結合損失は小さくなり、広帯域にわたって放射効率の高いアンテナ素子を構成することができる。
According to this configuration, since the resonance wavelength of the at least one sub-patch element is generally determined by the element length in each feeding (electric field) direction, the main patch element and the at least one sub-patch element By setting the lengths of the respective elements to be different from each other, the resonance wavelengths of the main patch element and the sub patch element can be changed independently, and a stable radiation pattern can be obtained over a wide band.
It is better to resonate the patch antenna element with the main patch element in the low frequency range to the middle frequency range of the operating band, and to resonate the middle frequency range to the high frequency side of the operating band with the sub patch element in the center. Since the main patch element needs to be operated as a resonator and a transmission line, each of the main patch elements is divided by a slit by gradually reducing the element length and increasing the resonance frequency from the main patch element to the outside. The coupling loss between the patch elements is reduced, and an antenna element having high radiation efficiency can be configured over a wide band.

第3の発明のアンテナモジュールとしては、前記第1又は2の発明において、
複数の前記パッチアンテナ素子が、一列に配列されるとともに、前記パッチアンテナ素子における主パッチ素子同士が給電線路によって互いに連結されている態様を例示する。
As the antenna module of the third invention, in the first or second invention,
An embodiment in which a plurality of the patch antenna elements are arranged in a row and the main patch elements in the patch antenna elements are connected to each other by a feeding line is illustrated.

この構成によれば、複数の前記パッチアンテナ素子を、一列に配列するとともに給電線路で連結することにより、放射パターンはアンテナ素子を複数配列した方向に絞り込まれ、複数のパッチアンテナ素子の中間部周辺にビーム集中させることができ、狭ビームで利得の高いアンテナ放射パターンを、広い周波数帯域で得ることができる。その結果、レーダーシステムへの応用においては、高精度の測距レーダーシステムが可能となる。 According to this configuration, by arranging the plurality of the patch antenna elements in a row and connecting them with a feeding line, the radiation pattern is narrowed down in the direction in which the plurality of antenna elements are arranged, and the periphery of the intermediate portion of the plurality of patch antenna elements. The beam can be concentrated on the antenna, and an antenna emission pattern with a narrow beam and high gain can be obtained in a wide frequency band. As a result, in the application to the radar system, a high-precision range-finding radar system becomes possible.

第4の発明のアンテナモジュールとしては、前記第1〜3のいずれかの発明において、
前記主パッチ素子の両側に、それぞれ1個の前記副パッチ素子を備えている態様を例示する。
As the antenna module of the fourth invention, in any one of the first to third inventions,
An embodiment in which one sub-patch element is provided on each side of the main patch element will be illustrated.

この構成によっても、前記第1〜3の発明と同様の作用効果を得ることができる。 With this configuration as well, the same effects as those of the first to third inventions can be obtained.

第5の発明のアンテナモジュールとしては、前記第1〜3のいずれかの発明において、
前記主パッチ素子の両側に、それぞれ複数個の前記副パッチ素子を備えている態様を例示する。
As the antenna module of the fifth invention, in any one of the first to third inventions.
An embodiment in which a plurality of the sub-patch elements are provided on both sides of the main patch element will be illustrated.

以下、このように複数のスリットで構成される構造のパッチアンテナ素子を「多重スリット構造のパッチアンテナ素子」といい、同じく2個のスリットで構成されるものを「2重スリット構造のパッチアンテナ素子」という。 Hereinafter, a patch antenna element having a structure composed of a plurality of slits is referred to as a "patch antenna element having a multiple slit structure", and an element having a structure composed of two slits is referred to as a "patch antenna element having a double slit structure". ".

この構成によれば、共振周波数は、長方形のパッチ面積にも依存してくることから、前記主パッチ素子と複数個の前記副パッチ素子で分割することにより、前記主パッチ素子と複数個の前記副パッチ素子の面積を変えることができ、共振周波数をより広く調整することができ、さらに広帯域化することができ、その結果、本アンテナの入力反射係数(後述のS11)で表される反射損失(リターンロス、負の値)を、広帯域にわたって、より小さくすることができ、アンテナへ信号を効率良く給電することできる。加えて、放射パターンの崩れを防ぎ、高い利得のまま維持し、より広帯域で、より均一の放射パターンを得ることができる。
さらに、前記主パッチ素子と前記副パッチ素子の間のスリットや、前記副パッチ素子同士の間のスリットのスリット幅は、誘電体基板上での動作波長をλgとすると、λg/100〜λg/10に設定することにより、分割された前記主パッチ素子と、複数の前記副パッチ素子間の結合を安定して保つことができ、この隙間での結合損失を防止することができる。
According to this configuration, since the resonance frequency also depends on the rectangular patch area, the main patch element and the plurality of the main patch elements are divided by the main patch element and the plurality of the sub patch elements. The area of the sub-patch element can be changed, the resonance frequency can be adjusted more widely, and the bandwidth can be further widened. As a result, the reflection loss represented by the input reflection coefficient (S11 described later) of this antenna can be changed. (Return loss, negative value) can be made smaller over a wide band, and the signal can be efficiently supplied to the antenna. In addition, it is possible to prevent the radiation pattern from collapsing, maintain a high gain, and obtain a wider band and more uniform radiation pattern.
Further, the slit widths of the slit between the main patch element and the sub patch element and the slit width between the sub patch elements are λg / 100 to λg / when the operating wavelength on the dielectric substrate is λg. By setting it to 10, the coupling between the divided main patch element and the plurality of sub-patch elements can be stably maintained, and the coupling loss in this gap can be prevented.

第6の発明のアンテナモジュールとしては、前記第5の発明において、
前記主パッチ素子と前記副パッチ素子との間のスリット状の隙間の間隔と、前記副パッチ素子同士のスリット状の隙間の間隔とが、互いに異なっている態様を例示する。
The antenna module of the sixth invention is the antenna module of the sixth invention in the fifth invention.
An embodiment in which the slit-shaped gaps between the main patch element and the sub-patch element and the slit-shaped gaps between the sub-patch elements are different from each other is illustrated.

この構成によれば、前記二つのスリット幅を変えることにより、給電線路からみた入力インピーダンスがより低くなる方向にシフトするため、50Ωへのインピーダンス調整が容易になり、2個の前記副パッチ素子と前記主パッチ素子から構成される前記パッチアンテナ素子は、本アンテナ自体で整合が取れやすくなる。そのため、本アンテナ素子の給電線路入力部の整合線路部に電界集中を緩和することができ、電界集中部からの不要放射を低減でき、動作周波数帯域でより一定した放射パターンを得ることができる。
加えて、これらのスリット幅で、前記主パッチ素子と前記副パッチ素子や、前記副パッチ素子同士の結合度を制御することができ、主パッチ素子の中央部での強い放射に対して、これらのスリット幅を調整し、前記主パッチ素子から離れた前記副パッチ素子になるほど、該副パッチ素子で放射状態を徐々に弱くすることができ、広帯域にサイドローブを低減することが可能となる。
According to this configuration, by changing the widths of the two slits, the input impedance seen from the feeding line shifts in the direction of becoming lower, so that the impedance can be easily adjusted to 50Ω, and the two sub-patch elements can be used. The patch antenna element composed of the main patch element can be easily matched by the present antenna itself. Therefore, the electric field concentration can be relaxed in the matching line portion of the feeding line input portion of the antenna element, unnecessary radiation from the electric field concentration portion can be reduced, and a more constant radiation pattern can be obtained in the operating frequency band.
In addition, these slit widths can be used to control the degree of coupling between the main patch element and the sub-patch element, or between the sub-patch elements, and these are used against strong radiation in the central portion of the main patch element. The more the sub-patch element is moved away from the main patch element by adjusting the slit width of the sub-patch element, the weaker the radiation state can be gradually weakened by the sub-patch element, and the side lobe can be reduced in a wide band.

第7の発明のアンテナモジュールとしては、前記第3の発明において、
前記配列における給電線路に接続される初段の前記パッチアンテナ素子は、前記主パッチ素子の両側に、それぞれ2個の前記副パッチ素子を備えている態様を例示する。
The antenna module of the seventh invention is described in the third invention.
The first-stage patch antenna element connected to the feeding line in the arrangement exemplifies an embodiment in which two sub-patch elements are provided on both sides of the main patch element.

この構成によれば、複数個の前記パッチアンテナ素子が配列された初段部を、前記二重スリット構造にすることによって、本アンテナ素子の給電線路からみた入力インピーダンスを低くするとともに、50Ωの入力インピーダンスに近づけることができる。その結果、アンテナに接続される送受信MMICと反射の少ない接続ができ、広帯域で安定した動作特性をもつマイクロ波アンテナモジュールを得ることができる。 According to this configuration, the first stage portion in which the plurality of the patch antenna elements are arranged has the double slit structure, so that the input impedance seen from the feeding line of the present antenna element is lowered and the input impedance of 50Ω is obtained. Can be approached to. As a result, it is possible to connect the transmission / reception MMIC connected to the antenna with less reflection, and to obtain a microwave antenna module having stable operating characteristics in a wide band.

第8の発明のアンテナモジュールとしては、前記第3の発明において、
3個以上の前記パッチアンテナ素子が配列されたものであって、
該配列における中間部の前記パッチアンテナ素子の素子幅が、該配列における端部の前記パッチアンテナ素子の素子幅よりも広くなっている態様を例示する。
The antenna module of the eighth invention is the antenna module of the third invention.
It is an array of three or more of the patch antenna elements.
An embodiment in which the element width of the patch antenna element at the intermediate portion in the array is wider than the element width of the patch antenna element at the end portion in the array is illustrated.

ここで、本書において、配列における中間部とは、該配列における中間に位置する部分であればよく、例えば、該配列における端部以外のすべての部分であってもよく、また、該配列における中央部だけであってもよい。 Here, in this document, the intermediate part in the sequence may be any part located in the middle of the sequence, for example, all parts other than the end part in the sequence, or the center in the sequence. It may be only a part.

この構成によれば、パッチアンテナ素子をN個配列したパッチアンテナに関し、狭ビームの放射パターン形成において、複数のパッチアンテナ素子の放射が互いに強め合い、パッチアンテナ素子の配列方向にビーム幅の狭い放射パターンを形成するが、(主・副パッチ素子からなる)中間部のパッチアンテナ素子幅を大きくし、中間部から強い放射させ、徐々にパッチの端部方向で、パッチ素子の幅を小さくし、徐々に弱い放射させることで、N個配列したパッチアンテナ素子からの放射パターンは、メインビームがより強調された、サイドローブの小さい放射パターンを得ることができる。その結果、レーダーシステムへの応用においては、アンテナのサイドローブは、ゴーストになり誤検知の原因となるため、サイドローブ特性を低減することにより、誤検知の少ないレーダー装置を構成することができる。 According to this configuration, with respect to a patch antenna in which N patch antenna elements are arranged, in the formation of a narrow beam radiation pattern, the radiation of a plurality of patch antenna elements strengthens each other, and the beam width is narrow in the arrangement direction of the patch antenna elements. A pattern is formed, but the width of the patch antenna element in the middle part (consisting of the main and sub patch elements) is increased, strong radiation is emitted from the middle part, and the width of the patch element is gradually reduced in the direction of the end of the patch. By gradually weakening the radiation, the radiation pattern from the N-arranged patch antenna elements can obtain a radiation pattern with a small side lobe in which the main beam is more emphasized. As a result, in application to a radar system, the side lobe of the antenna becomes a ghost and causes erroneous detection. Therefore, by reducing the side lobe characteristic, it is possible to configure a radar device with less erroneous detection.

第9の発明のアンテナモジュールとしては、前記第3又は8の発明において、
3個以上の前記パッチアンテナ素子が配列されたものであって、
該配列における中間部の前記パッチアンテナ素子の前記主パッチ素子の素子幅は、該配列における端部側の前記パッチアンテナ素子の前記主パッチ素子の素子幅より広くなっており、
該配列におけるすべての前記パッチアンテナ素子の主パッチ素子から最も外側の前記副パッチ素子の素子幅は一定となっている態様を例示する。
The antenna module of the ninth invention is the antenna module of the third or eighth invention.
It is an array of three or more of the patch antenna elements.
The element width of the main patch element of the patch antenna element in the intermediate portion in the array is wider than the element width of the main patch element of the patch antenna element on the end side in the array.
An embodiment in which the element width of the sub-patch element outermost from the main patch element of all the patch antenna elements in the arrangement is constant is illustrated.

この構成によれば、前記と同様に、パッチアンテナ素子を3個以上配列したパッチアンテナに関し、前述のように中間部のパッチアンテナ素子幅を大きくして該中間部から強い放射させ、徐々にパッチアンテナの端部方向で、パッチアンテナ素子の幅を小さくし、徐々に弱い放射とさせることで、3個以上配列したパッチアンテナ素子からの放射パターンは、メインビームがより強調され、サイドローブの小さい放射パターンを得ることができる。
しかしながら、複数個のパッチアンテナ素子が配列された中間部パッチアンテナ素子から、端部側に向かって、副パッチ素子幅と主パッチ素子幅、両方とも素子幅を小さくしてゆくと、副パッチ素子と主パッチ素子ともに、放射が急に小さくなってしまい、動作周波数帯域の端部では、安定した放射パターンを確保することが困難になり、広帯域にアンテナ放射パターンを得ることができない場合がでてくる。
本発明によれば、主パッチ素子幅は配列の中間部から端部側に向かって、主パッチ素子幅を小さくしても、パッチ素子を形成するメタルパターンと基板との境界にある副パッチ素子の素子幅、つまり、主パッチ素子から最も外側の前記副パッチ素子の素子幅を一定の幅とすることで、複数個の副パッチ素子からより一定した放射とすることで周波数の高域側でも放射パターンが崩れにくく広帯域にわたって安定した放射パターンを得ることができる。
According to this configuration, similarly to the patch antenna in which three or more patch antenna elements are arranged, the width of the patch antenna element in the intermediate portion is increased as described above, strong radiation is emitted from the intermediate portion, and the patch is gradually patched. By reducing the width of the patch antenna element toward the end of the antenna and gradually weakening the radiation, the radiation pattern from the patch antenna elements arranged in three or more emphasizes the main beam more and has a smaller side lobe. A radiation pattern can be obtained.
However, if the width of the sub-patch element and the width of the main patch element are reduced from the intermediate patch antenna element in which a plurality of patch antenna elements are arranged toward the end side, the sub-patch element is reduced. In both the main patch element and the main patch element, the radiation suddenly becomes small, it becomes difficult to secure a stable radiation pattern at the end of the operating frequency band, and it may not be possible to obtain an antenna radiation pattern in a wide band. come.
According to the present invention, the width of the main patch element is from the middle part of the array toward the end side, and even if the width of the main patch element is reduced, the sub-patch element at the boundary between the metal pattern forming the patch element and the substrate. The element width of, that is, the element width of the sub-patch element outermost from the main patch element is set to a constant width, so that the radiation is more constant from a plurality of sub-patch elements, so that even on the high frequency side of the frequency. The radiation pattern does not easily collapse, and a stable radiation pattern can be obtained over a wide band.

第10の発明のアンテナモジュールとしては、前記第3、8又は9のいずれかの発明において、
3個以上の前記パッチアンテナ素子が配列されたものであって、
該配列におけるすべての前記パッチアンテナ素子の前記主パッチ素子の素子幅は一定となっている態様を例示する。
As the antenna module of the tenth invention, in any one of the third, eight or nine inventions.
It is an array of three or more of the patch antenna elements.
An embodiment in which the element width of the main patch element of all the patch antenna elements in the arrangement is constant is illustrated.

この構成によれば、複数配列されたパッチアンテナ素子の主パッチ素子の素子幅は、副パッチアンテナ素子と合わせて3分割されるため、複数個の主パッチ素子の幅は、狭くなり、30Ω〜60Ω程度の伝送線路の幅程度になる。複数個の主パッチ素子を、同一幅とすることによって、本アンテナ素子の入力インピーダンスを低くするとともに、50Ωの入力インピーダンスに近づけることができる。その結果、アンテナに接続される送受信MMICと反射の少ない接続ができ、広帯域で安定した動作特性をもつマイクロ波アンテナモジュールを得ることができる。 According to this configuration, the element width of the main patch element of the plurality of arranged patch antenna elements is divided into three together with the sub-patch antenna element, so that the width of the plurality of main patch elements is narrowed to 30Ω to 30Ω. The width of the transmission line is about 60Ω. By making the plurality of main patch elements have the same width, the input impedance of the antenna element can be lowered and the input impedance can be approached to 50Ω. As a result, it is possible to connect the transmission / reception MMIC connected to the antenna with less reflection, and to obtain a microwave antenna module having stable operating characteristics in a wide band.

第11の発明のアンテナモジュールとしては、前記第3、7〜10のいずれかの発明において、
前記複数のパッチアンテナ素子は、前記素子長方向へ一列に配列されており、
該配列における隣接するパッチアンテナ素子における主パッチ素子同士は、それぞれの素子幅方向の中央部が素子長方向に延びる給電線路によって連結されている
態様を例示する。
As the antenna module of the eleventh invention, in any one of the third and seventh to tenth inventions.
The plurality of patch antenna elements are arranged in a row in the element length direction.
The main patch elements of the adjacent patch antenna elements in the array are connected to each other by a feeding line extending in the element length direction at the center of each element in the width direction.

この構成によれば、主パッチ素子の素子幅方向の中央部を、素子長方向に給電線路でつなげていく構成のため、主パッチ素子は伝送線路でもあり、給電線路の入力インピーダンスは、本スリットで分離された副パッチ素子からの電流の影響も小さくなり、電流経路つまり伝送線路としての主パッチ素子を最短経路で給電する構成となるため給電線路が短くなり、安定した給電と高利得化が可能となる。その結果、広帯域で高利得の放射特性を得ることができる。 According to this configuration, since the central portion of the main patch element in the element width direction is connected by a feeding line in the element length direction, the main patch element is also a transmission line, and the input impedance of the feeding line is the main slit. The influence of the current from the sub-patch element separated by is also small, and the power supply line is shortened because the current path, that is, the main patch element as the transmission line is fed by the shortest path, and stable power supply and high gain are achieved. It will be possible. As a result, high gain radiation characteristics can be obtained over a wide band.

第12の発明のアンテナモジュールとしては、前記第3、7〜10のいずれかの発明において、
前記複数のパッチアンテナ素子は、前記素子幅方向へ一列に配列されており、
該配列における各パッチアンテナ素子の主パッチ素子は、それぞれの素子幅方向の中央部に、素子長方向に延びる引き出し線路部が連結され、該各引き出し線路部は前記素子幅方向に延びる給電線路に連結されている態様を例示する。
As the antenna module of the twelfth invention, in any one of the third and seventh to tenth inventions.
The plurality of patch antenna elements are arranged in a row in the element width direction.
In the main patch element of each patch antenna element in the arrangement, a lead-out line portion extending in the element length direction is connected to the central portion in the element width direction, and each lead-out line portion is connected to a feeding line extending in the element width direction. An embodiment in which they are connected is illustrated.

この構成によれば、複数個のパッチ素子を束ねる給電線路の方向を前記素子幅方向とし、各パッチアンテナ素子の給電部は素子長方向となり、この方向が主に周波数を決める方向となり、一方、各複数個のパッチ素子の素子間隔は、前記素子幅方向であり、その方向に一定間隔で、引き出し線路部を有した複数個のパッチアンテナ素子を束ねる構成としている。つまり、前記アンテナ共振周波数を決める素子長方向に対し、位相合成によるアンテナ利得を決める素子間隔はその直交方向になり、互いに90°異なり独立した方向となっている。そのため、アンテナ素子の共振周波数と、アンテナ利得は独立に決めることができ、広帯域化することが可能となる。
加えて、本構成においては、当該アンテナモジュール基板の製作プロセスにおいても、共振周波数を決める素子長と、位相合成により放射ビームを決める素子間隔が90度異なり、独立しているため、共振周波数とビーム合成が同時に変わることがなく放射特性のバランスを崩すことがない。そのため、基板製作プロセスのエッチング等によるパターンの細りによるばらつきの影響を軽減でき、繰り返し製造する量産プロセスにおいても、周波数ずれが小さい安定した放射パターンと利得特性を得ることができる。
According to this configuration, the direction of the feeding line for bundling a plurality of patch elements is the element width direction, the feeding portion of each patch antenna element is the element length direction, and this direction mainly determines the frequency, while The element spacing of each of the plurality of patch elements is in the element width direction, and the plurality of patch antenna elements having the lead-out line portion are bundled at regular intervals in that direction. That is, the element spacing for determining the antenna gain by phase synthesis is orthogonal to the element length direction for determining the antenna resonance frequency, which is 90 ° different from each other and is an independent direction. Therefore, the resonance frequency of the antenna element and the antenna gain can be determined independently, and the bandwidth can be widened.
In addition, in this configuration, even in the manufacturing process of the antenna module substrate, the element length that determines the resonance frequency and the element spacing that determines the radiation beam by phase synthesis are different by 90 degrees and are independent, so that the resonance frequency and the beam are independent. The composition does not change at the same time and the balance of radiation characteristics is not disturbed. Therefore, the influence of variation due to pattern thinning due to etching or the like in the substrate manufacturing process can be reduced, and a stable radiation pattern and gain characteristics with a small frequency deviation can be obtained even in a mass production process of repeated manufacturing.

また、第13の発明のレーダー装置は、
前記第1〜12のいずれかの発明のアンテナモジュールを含む送信側アンテナアレイと、前記第1〜12のいずれかの発明のアンテナモジュールを含む受信側アンテナアレイとを誘電体基板上に備え、
前記送信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが複数並列して配置されることにより構成されており、
前記受信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが複数並列して配置されることにより構成されている。
Further, the radar device of the thirteenth invention is
A transmitting side antenna array including the antenna module of any one of the first to twelfth inventions and a receiving side antenna array including the antenna module of any one of the first to twelfth inventions are provided on a dielectric substrate.
The transmitting side antenna array is configured by arranging a plurality of the antenna modules in parallel.
The receiving side antenna array is configured by arranging a plurality of the antenna modules in parallel.

前記送信側アンテナアレイを構成する前記アンテナモジュールの数と、前記受信側アンテナアレイを構成する前記アンテナモジュールの数は、同一でもよいし、異なっていてもよい。また、前記送信側アンテナアレイを構成する前記アンテナモジュールに含まれる前記パッチアンテナ素子の数と、前記受信側アンテナアレイを構成する前記アンテナモジュールに含まれる前記パッチアンテナ素子の数は、同一でもよいし、異なっていてもよい。 The number of the antenna modules constituting the transmitting side antenna array and the number of the antenna modules constituting the receiving side antenna array may be the same or different. Further, the number of the patch antenna elements included in the antenna module constituting the transmitting side antenna array and the number of the patch antenna elements included in the antenna module constituting the receiving side antenna array may be the same. , May be different.

この構成のレーダー装置は、複数個の送信側直列アンテナ一列と、複数個の受信側直列アンテナ一列を、それぞれ、同一の基板上に、列方向(水平方向)に適当な間隔でそれぞれ複数配列させて、MIMO(Multiple Input Multiple Output)レーダー装置を構成した場合、それぞれ1列の送信側直列アンテナと、受信側直列アンテナは、広帯域に送信・受信列方向は広い指向性を有することができ、送信側、受信側でビームフォーミング等の技術で、電気的にアンテナビームを振る(指向角変える)ことが可能となり、例えば2次元方向で、距離分解能に優れ、かつ高速でのターゲットの検出が可能となる。 In the radar device having this configuration, a plurality of a row of a plurality of transmitting side series antennas and a plurality of rows of a plurality of receiving side series antennas are arranged on the same substrate at appropriate intervals in the row direction (horizontal direction). When a MIMO (Multiple Input Multiple Output) radar device is configured, the transmitting side series antenna and the receiving side series antenna, respectively, can have wide directivity in the transmission / reception row direction over a wide band, and transmit. It is possible to electrically swing the antenna beam (change the directivity angle) on the side and the receiving side by using techniques such as beam forming. For example, it is possible to detect a target at high speed with excellent distance resolution in the two-dimensional direction. Become.

また、第14の発明のレーダー装置は、
前記第1又は2の発明のアンテナモジュールを含む送信側アンテナアレイと、前記第1〜12のいずれかの発明のアンテナモジュールを含む受信側アンテナアレイとを誘電体基板上に備え、
前記送信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが互いに異なる2方向へ複数並列して配置されることにより構成されており、
前記受信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが前記2方向のうちのいずれか1方向へ複数並列して配置されることにより構成されている。
Further, the radar device of the fourteenth invention is
A transmitting side antenna array including the antenna module of the first or second invention and a receiving side antenna array including the antenna module of any one of the first to twelfth inventions are provided on a dielectric substrate.
The transmitting side antenna array is configured by arranging a plurality of the antenna modules in parallel in two different directions.
The receiving side antenna array is configured by arranging a plurality of the antenna modules in parallel in any one of the two directions.

この構成のレーダー装置は、第1又は2の発明のアンテナモジュールは、前記送信側アンテナアレイを単素子アンテナとして構成し、小型基板上で、前記2方向(例えば、互いに直交する縦方向及び横方向)へ同時に配列することが可能である。そして、前記受信側のアンテナアレイと合わせて、例えば前記横方向のビームフォーミング処理や、前記縦方向のビームフォーミング処理することにより、縦・横・高さの三次元方向でのターゲット検出が可能となる。 In the radar device having this configuration, in the antenna module of the first or second invention, the transmitting side antenna array is configured as a single element antenna, and the two directions (for example, the vertical direction and the horizontal direction orthogonal to each other) are formed on a small substrate. ) Can be arranged at the same time. Then, in combination with the antenna array on the receiving side, for example, by performing the beamforming process in the horizontal direction or the beamforming process in the vertical direction, it is possible to detect the target in the three-dimensional directions of vertical, horizontal, and height. Become.

第15の発明のレーダー装置は、
前記第1、2、12のいずれかの発明のアンテナモジュールを含む送信側アンテナアレイと、前記第1、2、12のいずれかの発明のアンテナモジュールを含む受信側アンテナアレイとを誘電体基板上に備え、
前記送信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが誘電体基板上に水平方向へ複数並列して配置されることにより構成されており、
前記受信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが誘電体基板上に水平方向へ複数並列して配置されることにより構成されている。
The radar device of the fifteenth invention is
The transmitting side antenna array including the antenna module of any one of the first, second, and twelve inventions and the receiving side antenna array including the antenna module of any one of the first, second, and twelve inventions are mounted on a dielectric substrate. In preparation for
The transmitting side antenna array is configured by arranging a plurality of the antenna modules in parallel in the horizontal direction on a dielectric substrate.
The receiving side antenna array is configured by arranging a plurality of the antenna modules in parallel in the horizontal direction on a dielectric substrate.

この構成によれば、本装置を送信・受信アレイ(列)方向を、方位角(水平)方向に設置した場合、それぞれ一列の送信側直列アンテナアレイと、それぞれ一列の受信側アンテナアレイは、方位角方向に指向性の広い放射パターンを有し、水平偏波で動作させることができ、方位角方向のターゲットに対しては、当該受信アンテナアレイへの給電部の入力反射係数は小さく、かつ方位角方向の入射に対して入力反射係数がゼロになる、ブリュースター角をも有し、良好な受信特性を有する。 According to this configuration, when the present device is installed in the azimuth (horizontal) direction of the transmitting / receiving array (row) direction, the transmitting side series antenna array in one row and the receiving side antenna array in each row are oriented. It has a radiation pattern with wide angular direction and can be operated with horizontal polarization, and for a target in the azimuth direction, the input reflectance coefficient of the feeding part to the receiving antenna array is small and the azimuth It also has a Brewster angle at which the input reflectance coefficient becomes zero with respect to incident in the angular direction, and has good reception characteristics.

第16の発明のレーダー装置としては、前記第13〜15のいずれかの発明において、
前記送信側アンテナアレイを構成する前記アンテナモジュールに含まれる前記パッチアンテナ素子の数は、前記受信側アンテナアレイを構成する前記アンテナモジュールに含まれる前記パッチアンテナ素子の数以下となっている態様を例示する。
As the radar device of the sixteenth invention, in any one of the thirteenth to fifteenth inventions.
An embodiment in which the number of the patch antenna elements included in the antenna module constituting the transmitting side antenna array is equal to or less than the number of the patch antenna elements included in the antenna module constituting the receiving side antenna array is exemplified. To do.

この構成によれば、本装置を送信・受信アレイ(列)方向を、方位角方向に設置した場合、垂直成分方向においては、送信側は素子数が小さいため広い指向性を有し、受信側アンテナは、素子数が多いため狭い指向性ビームを有することから、例えば、室内において、送信側においては広い範囲に電波が照射され、ターゲットとして人に照射された場合、広い範囲に電波は反射散乱されるが、狭いビームの受信アンテナで受信検出する構成とすることにより、ターゲットからの反射散乱された電波を、ターゲット方向のみの電波を受信することによって、大地反射、床反射や天井反射の不要波成分(クラッタ成分)を抑圧することができ、良好な検出特性を得ることができる。 According to this configuration, when the present device is installed in the transmission / reception array (row) direction in the azimuth angle direction, the transmission side has a wide directivity in the vertical component direction because the number of elements is small, and the reception side has a wide directivity. Since the antenna has a narrow directional beam due to the large number of elements, for example, in a room, radio waves are irradiated over a wide range on the transmitting side, and when a person is irradiated as a target, the radio waves are reflected and scattered over a wide range. However, by configuring the reception and detection with a narrow beam receiving antenna, the radio waves reflected and scattered from the target are received only in the direction of the target, so that ground reflection, floor reflection, and ceiling reflection are unnecessary. The wave component (clutter component) can be suppressed, and good detection characteristics can be obtained.

本発明によれば、マイクロ波ミリ波帯において、広帯域で放射ビームが一様で一定した放射パターンを有するとともに、放射効率の高い平面アンテナを構成することができるのみならず、アンテナ素子が大型化することを防ぎ、本アンテナを複数並列させることによって、MIMO(Multiple Input Multiple Output)方式に適した高精度のレーダー装置を構成することができるという優れた効果を奏する。 According to the present invention, in the microwave milliwave band, not only can a planar antenna having a uniform and constant radiation pattern in a wide band and having high radiation efficiency be constructed, but also the antenna element becomes large. By preventing this from happening and arranging a plurality of the antennas in parallel, it is possible to construct a high-precision radar device suitable for the MIMO (Multiple Input Multiple Output) method, which has an excellent effect.

本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 1st Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic of the 1st Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の周波数57GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 57GHz of the 1st Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz of the 1st Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の周波数64GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 64GHz of the 1st Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の周波数57GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 57GHz of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の周波数64GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 64GHz of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 3rd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例で、Ls=1.36mm、Lu=1.32mmの場合の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic at the time of Ls = 1.36 mm, Lu = 1.32 mm in the 3rd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例で、Ls=1.36mm、Lu=1.32mmの場合の周波数57GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 57GHz in the case of Ls = 1.36mm, Lu = 1.32mm in the 3rd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例で、Ls=1.36mm、Lu=1.32mmの場合の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz in the case of Ls = 1.36mm, Lu = 1.32mm in the 3rd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例で、Ls=1.36mm、Lu=1.32mmの場合の周波数64GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 64GHz in the case of Ls = 1.36mm, Lu = 1.32mm in the 3rd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例で、Ls=Lu=1.36mmの場合の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic at the time of Ls = Lu = 1.36 mm in the 3rd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例で、Ls=1.36mm、Lu=1.32mmの場合の周波数57GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 57GHz in the case of Ls = 1.36mm, Lu = 1.32mm in the 3rd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例で、Ls=1.36mm、Lu=1.32mmの場合の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz in the case of Ls = 1.36mm, Lu = 1.32mm in the 3rd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例で、Ls=1.36mm、Lu=1.32mmの場合の周波数64GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 64GHz in the case of Ls = 1.36mm, Lu = 1.32mm in the 3rd Example of the antenna module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 1st Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 2nd Example of the antenna module which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 3rd Example of the antenna module which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic of the 1st Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の周波数57GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 57GHz of the 1st Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz of the 1st Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の周波数64GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 64GHz of the 1st Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の周波数57GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 57GHz of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の周波数64GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 64GHz of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic of the 3rd Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例の周波数57GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 57GHz of the 3rd Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz of the 3rd Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第3の実施例の周波数62GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 62GHz of the 3rd Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第4の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 4th Example of the antenna module which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第5の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 5th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第5の実施例の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the 5th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第5の実施例の他の構成で、アンテナを配列し、アレイ化した構成を示す図である。It is a figure which shows the other configuration of the 5th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention, in which antennas are arranged and made into an array. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第4の実施例の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic of the 4th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第4の実施例の周波数58GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 58GHz of the 4th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第4の実施例の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz of the 4th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第4の実施例の周波数64GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 64GHz of the 4th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第5の実施例の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic of the 5th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第5の実施例の周波数58GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 58GHz of the 5th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第5の実施例の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz of the 5th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第5の実施例の周波数64GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 64GHz of the 5th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第5の実施例の他の実施例の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic of another Example of 5th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第5の実施例の他の実施例の周波数58GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 58GHz of another Example of the 5th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第5の実施例の他の実施例の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz of another Example of the 5th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアンテナモジュールの第5の実施例の他の実施例の周波数64GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 64GHz of another Example of the 5th Example of the antenna module which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 1st Example of the antenna module which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic of the 1st Example of the antenna module which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の周波数57GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 57GHz of the 1st Example of the antenna module which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz of the 1st Example of the antenna module which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るアンテナモジュールの第1の実施例の周波数64GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 64GHz of the 1st Example of the antenna module which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の入力リターンロス特性を示す図である。It is a figure which shows the input return loss characteristic of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の周波数57GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 57GHz of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の周波数60GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 60GHz of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るアンテナモジュールの第2の実施例の周波数64GHzの放射パターン特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern characteristic of the frequency 64GHz of the 2nd Example of the antenna module which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るレーダー装置の第1の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 1st Example of the radar apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るレーダー装置の室内での検出事例を示す(a)側面図及び(b)上面図である。It is (a) side view and (b) top view which shows the detection example in the room of the radar apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るレーダー装置の第2の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 2nd Example of the radar apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るレーダー装置の第3の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 3rd Example of the radar apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. MIMOアンテナの仮想アンテナの配置を示す図であり、(a)は2.5次元検出、(b)は2次元検出、(c)は3次元検出の仮想アンテナ配置を示す。It is a figure which shows the arrangement of the virtual antenna of the MIMO antenna, (a) shows 2.5D detection, (b) shows 2D detection, (c) shows the virtual antenna arrangement of 3D detection. 背景技術の構成を示す(a)平面図と(b)断面図である。It is (a) plan view and (b) sectional view which show the structure of the background technique.

[第1の実施形態]
以下、本発明の第1の実施形態の第1の実施例と第2の実施例について図面を参照しつつ説明する。
以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment and the second embodiment of the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following description, the same parts are designated by the same reference numerals. Their names and functions are the same. Therefore, the detailed description of them will not be repeated.

(第1の実施例)
図1は、本実施形態の第1の実施例に係るアンテナモジュール5aの構成を示す平面図と、同平面図のAA’線の断面図である。
誘電体基板100は、比誘電率3.0、基板厚dは0.13mm、基板裏面はグランドメタル111であり、アンテナ面(基板表面)101上には、給電線路及び入力整合回路部20とパッチアンテナ素子11から構成されるマイクロストリップパッチアンテナが構成されてなる。
加えて、本実施形態では誘電体基板100はアンテナ面101のメタルパターンと基板裏面のグランドメタル111のメタルパターンの2層の基板で説明しているが、異種基板も含めた多層構造の基板であっても構わない。
(First Example)
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the antenna module 5a according to the first embodiment of the present embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line AA'of the plan view.
The dielectric substrate 100 has a specific dielectric constant of 3.0, a substrate thickness d of 0.13 mm, a ground metal 111 on the back surface of the substrate, and a feeding line and an input matching circuit unit 20 on the antenna surface (board surface) 101. A microstrip patch antenna composed of the patch antenna element 11 is configured.
In addition, in the present embodiment, the dielectric substrate 100 is described as a two-layer substrate having a metal pattern on the antenna surface 101 and a metal pattern on the ground metal 111 on the back surface of the substrate. It doesn't matter if there is one.

具体的には、本アンテナ面101においては、銅メタルで、給電線路及び入力整合回路部20及び、パッチアンテナ素子11が構成され、パッチアンテナ素子11は、長方形に形成された主パッチ素子11aと、主パッチ素子の両側に、スリット12が設けられ、隙間12を隔てて、長方形に形成された副パッチ素子11bが構成される。主パッチ素子11aと副パッチ素子11bは互いに平行に配設されている。主パッチ素子幅Lm及び副パッチ素子幅Lsは同一(Lm=Ls)であり、誘電体基板上での動作波長をλgとしたときに、約λg/2である。誘電体基板上における主パッチ素子11a及び副パッチ素子11bの列設方向を素子幅方向とし、その直交方向を素子長方向とすると、主パッチ素子11aの該素子長方向側に給電線路及び入力整合回路部20が設けられている Specifically, on the antenna surface 101, the feeding line, the input matching circuit unit 20, and the patch antenna element 11 are made of copper metal, and the patch antenna element 11 is a rectangular main patch element 11a. , Slits 12 are provided on both sides of the main patch element, and a rectangular sub-patch element 11b is formed with a gap 12 in between. The main patch element 11a and the sub patch element 11b are arranged in parallel with each other. The width Lm of the main patch element and the width Ls of the sub patch element are the same (Lm = Ls), and are about λg / 2 when the operating wavelength on the dielectric substrate is λg. When the rowing direction of the main patch element 11a and the sub patch element 11b on the dielectric substrate is the element width direction and the orthogonal direction thereof is the element length direction, the power supply line and the input matching are on the element length direction side of the main patch element 11a. The circuit unit 20 is provided.

具体的には、60GHzでは、比誘電率が3.0の場合、基板上での動作波長(λg)の大きさは、60GHz帯(57GHz〜64GHz)では、2.9mm前後となる(前記式1参照)。本実施例ではLm=1.36mm程度に設定した。また使用した基板厚dは0.13mm、基板裏面は、グランドメタル111である Specifically, at 60 GHz, when the relative permittivity is 3.0, the magnitude of the operating wavelength (λg) on the substrate is around 2.9 mm in the 60 GHz band (57 GHz to 64 GHz) (the above formula). 1). In this embodiment, Lm = 1.36 mm was set. The substrate thickness d used is 0.13 mm, and the back surface of the substrate is ground metal 111.

一方、本スリット12の幅Sはλg/100〜λg/10、具体的には、60GHz帯で30μm〜300μmの大きさであり、この大きさは、基板上でのλg/2の波長の共振長1.45mmと比較して、十分に短く、本スリット12で分割された主パッチ素子11aと、副パッチ素子11b間の結合が安定して保つことができる。本実施例ではS=0.14mmとした。
ここで、幅Sが30μmより小さい場合は、基板上の製造が困難となること、一方、幅Sが300μm以上大きい場合は、主パッチ素子アンテナ11aと、副パッチ素子アンテナ11bの結合損失が大きくなり、アンテナ利得の低下を招いてしまうだけでなく、主パッチ素子・副パッチ素子で構成されるパッチアンテナ素子11の幅が大型化してしまい小型化の障害になってしまう。
さらには、例えばλair/2(60GHz帯では2.5mm)間隔で、本パッチアンテナを横に並べてパッチアンテナアレイを構成する場合、1つのパッチ素子の幅が2.5mmに近くなり、大きくなりすぎて、隣接するアンテナと接触または結合してしまい、アレイ化することができなくってしまう。
On the other hand, the width S of the slit 12 is λg / 100 to λg / 10, specifically, a size of 30 μm to 300 μm in the 60 GHz band, and this size is the resonance of the wavelength of λg / 2 on the substrate. Compared with the length of 1.45 mm, it is sufficiently short, and the coupling between the main patch element 11a and the sub patch element 11b divided by the main slit 12 can be stably maintained. In this example, S = 0.14 mm.
Here, if the width S is smaller than 30 μm, it becomes difficult to manufacture on the substrate, while if the width S is larger than 300 μm, the coupling loss between the main patch element antenna 11a and the sub patch element antenna 11b is large. As a result, not only the antenna gain is lowered, but also the width of the patch antenna element 11 composed of the main patch element and the sub patch element becomes large, which hinders the miniaturization.
Furthermore, for example, when the patch antennas are arranged side by side at λair / 2 (2.5 mm in the 60 GHz band) to form a patch antenna array, the width of one patch element becomes close to 2.5 mm and becomes too large. As a result, it comes into contact with or couples with adjacent antennas, making it impossible to array them.

主パッチ素子11a及び副パッチアンテナ11b素子とも、給電(電界)方向の辺の長さLmで、半波長共振周波数は、概ね決まり、パッチの幅(磁界)方向は、主に放射に寄与する。
共振周波数は、僅かに長方形のパッチ面積にも依存してくることから、本スリット12で、主パッチ素子と、(主パッチ素子の)両側の副パッチ素子に3分割することにより、主パッチ素子幅と、副パッチ素子幅の面積を変えることができ、主パッチ素子11aと、副パッチ素子11bとで、微小に共振周波数を調整ができ、広帯域化することができる。
In both the main patch element 11a and the sub patch antenna 11b element, the half-wave resonance frequency is roughly determined by the length Lm of the side in the feeding (electric field) direction, and the patch width (magnetic field) direction mainly contributes to radiation.
Since the resonance frequency is slightly dependent on the rectangular patch area, the main patch element is divided into three parts by the main patch element and the sub-patch elements on both sides (of the main patch element) by the slit 12. The width and the area of the width of the sub patch element can be changed, and the resonance frequency can be finely adjusted by the main patch element 11a and the sub patch element 11b, and the bandwidth can be widened.

図2及び図3a〜図3cに示す、具体的に評価した性能特性について説明する。
図2は入力リターンロス特性(S11dB)を示している。
57.0GHz〜64.0GHzにわたり、−5dB以下の特性を示し、この帯域にわたって、アンテナ自体に効率よく信号が入力されていることを示す。
図3a〜図3cはアンテナの放射特性を示し、具体的には図3bは動作帯域の中心付近の周波数60.0GHzの特性であり、図3aは動作帯域の低域側57GHz、図3cは動作帯域の高域側64GHz放射パターン特性を、Theta(θ)方位角方向に関し、Phi(θ)=0°及び90°の場合について示している。いずれも正面方向は6dBi〜5dBiのアンテナ利得特性を示し、57GHz〜64GHzの帯域幅7GHzの広帯域にわたって、一様で同等な放射パターン特性を有している。その結果、レーダーシステムへの応用においては、高精度の測距レーダーシステムが可能となり、例えば、60GHz帯で帯域7GHzのFMCWレーダー装置を構成すれば、基本分解能2.5cmの測距レーダー装置が可能となる。
The specifically evaluated performance characteristics shown in FIGS. 2 and 3a to 3c will be described.
FIG. 2 shows an input return loss characteristic (S11 dB).
It shows a characteristic of -5 dB or less over 57.0 GHz to 64.0 GHz, indicating that a signal is efficiently input to the antenna itself over this band.
3a to 3c show the radiation characteristics of the antenna. Specifically, FIG. 3b shows the characteristics of a frequency of 60.0 GHz near the center of the operating band, FIG. 3a shows the low frequency side of the operating band of 57 GHz, and FIG. 3c shows the operation. The 64 GHz radiation pattern characteristic on the high frequency side of the band is shown for the case of Pi (θ) = 0 ° and 90 ° with respect to the Theta (θ) azimuth direction. Both show antenna gain characteristics of 6 dBi to 5 dBi in the front direction, and have uniform and equivalent radiation pattern characteristics over a wide band with a bandwidth of 57 GHz to 64 GHz and 7 GHz. As a result, in application to a radar system, a high-precision range-finding radar system becomes possible. For example, if an FMCW radar device having a band of 7 GHz in the 60 GHz band is configured, a range-finding radar device having a basic resolution of 2.5 cm is possible. It becomes.

(第2の実施例)
図4は、本実施形態の第2の実施例に係るアンテナモジュール5bの構成を示す平面図と、平面図のBB’線の断面図である。
前記第1の実施例と相違するところは、副パッチ素子11cの素子長Lsが、主パッチ素子11bの素子長Lmと異なっている。すなわち、本実施例では、主パッチ素子11a及び副パッチ素子11cは、素子幅方向の長さである素子幅が互いに相違し、かつ、素子長方向の長さである素子長が互いに相違している。パッチ素子の共振周波数の差異が明確に異なり、主パッチアンテナ共振長Lmよりも、副パッチ素子の共振長Lsが小さく(Lm>Ls)なっており、副パッチ素子の共振周波数が高くなっている。
副パッチ素子長Lsの取り方は任意であるが、主パッチ素子の素子長の中央部(BB’線)を基準にして長さLsを決めてもよいし、主パッチ素子幅の上辺CC’線を基準にして長さLsを決めてもよい、或いは、主パッチ素子幅の下辺DD’線を基準にして長さLsを決めてもよい、三者の場合の長さの決め方で、概ね同等な特性が得られる。以下、副パッチの長さLs(本実施形態の実施例3で述べる第1の副パッチ素子Ls、第2の副パッチ素子Lu)の決め方は、他の実施形態でも同様である。
(Second Example)
FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the antenna module 5b according to the second embodiment of the present embodiment, and a cross-sectional view taken along the line BB'in the plan view.
The difference from the first embodiment is that the element length Ls of the sub patch element 11c is different from the element length Lm of the main patch element 11b. That is, in this embodiment, the main patch element 11a and the sub patch element 11c have different element widths, which are the lengths in the element width direction, and different element lengths, which are the lengths in the element length direction. There is. The difference in the resonance frequency of the patch element is clearly different, the resonance length Ls of the sub patch element is smaller (Lm> Ls) than the resonance length Lm of the main patch antenna, and the resonance frequency of the sub patch element is higher. ..
The method of taking the sub-patch element length Ls is arbitrary, but the length Ls may be determined based on the central portion (BB'line) of the element length of the main patch element, or the upper side CC'of the main patch element width. The length Ls may be determined based on the line, or the length Ls may be determined based on the lower side DD'line of the main patch element width. Equivalent characteristics can be obtained. Hereinafter, the method of determining the length Ls of the sub-patch (the first sub-patch element Ls and the second sub-patch element Lu described in the third embodiment of the present embodiment) is the same in the other embodiments.

主パッチ素子、副パッチ素子で3分割、パッチアンテナ素子は、給電線路が主パッチ素子の中央に配置され、主パッチ素子で、動作帯域の周波数低域側〜中域で共振させ、動作帯域の周波数中域〜高域側は、副パッチ素子で共振させたほうが、中央の主パッチ素子は、共振器及び伝送線路として動作させることが必要なため、主パッチ素子から外に向かって素子長を徐々に小さくし共振周波数は高くすることで、両側スリットで分割されたパッチ素子間の結合損失は小さくなり、広帯域にわたって放射効率の高いアンテナ素子を構成することができる。
一方、逆に、副パッチ素子長は、主パッチ素子長よりも、わずかに大きくする[Ls>Lm]ことによって、低域側特性を伸ばす構成としてもかまわない。
The main patch element and the sub patch element are divided into three parts. In the patch antenna element, the feeding line is arranged in the center of the main patch element, and the main patch element resonates in the low frequency side to the middle range of the operating band to obtain the operating band. It is better to resonate the mid-to-high frequency side with the sub-patch element, because the main patch element in the center needs to operate as a resonator and transmission line, so the element length is increased outward from the main patch element. By gradually reducing the value and increasing the resonance frequency, the coupling loss between the patch elements divided by the slits on both sides becomes small, and an antenna element having high radiation efficiency over a wide band can be constructed.
On the other hand, conversely, the sub-patch element length may be slightly larger than the main patch element length [Ls> Lm] to extend the low-frequency side characteristics.

図5及び図6a〜図6cに示す、評価した性能特性について説明する。評価はパッチアンテナ素子11関し、主パッチ素子Lmより、副パッチ素子アンテナ素子Lsが小さい[Lm>Ls]の場合について行った。
本実施例では、Lm=1.36mm、Ls=1.32mmであり、その他は第1の実施例と同様である。
The evaluated performance characteristics shown in FIGS. 5 and 6a to 6c will be described. The evaluation was performed on the patch antenna element 11 in the case where the sub-patch element antenna element Ls is smaller than the main patch element Lm [Lm> Ls].
In this embodiment, Lm = 1.36 mm and Ls = 1.32 mm, and the others are the same as those in the first embodiment.

図5はSパラメータの入力リターンロス特性(S11dB)を示している。
57.0GHz〜65.6GHzにわたり、−5dB以下の特性を示し、この帯域にわたって、アンテナ自体に効率よく信号が入力されていることを示す。
図6a〜図6cはアンテナの放射特性を示し、具体的には図6bは動作帯域の中心付近の周波数60.0GHzの特性であり、図6aは動作帯域の低域側57GHz、図6cは動作帯域の高域側66GHz放射パターン特性を、Theta(θ)方位角方向に関し、Phi(θ)=0°及び90°の場合について示している。いずれも正面方向は6dBi〜5dBiのアンテナ利得特性を示し、57GHz〜66GHzの帯域幅9GHzの広帯域にわたって、一様で同等な放射パターン特性を有している。これは60GHz帯で7GHzの広帯域のレーダーモジュールや装置に高域側では、伝送損失が大きくなり、高域側は性能が劣化しやすい特性を示すことが多く、その影響を低減することができる。さらに、9GHz帯域の超広帯域レーダー装置も構成することが可能となる。
FIG. 5 shows the input return loss characteristic (S11dB) of the S parameter.
It shows a characteristic of -5 dB or less over 57.0 GHz to 65.6 GHz, indicating that a signal is efficiently input to the antenna itself over this band.
6a to 6c show the radiation characteristics of the antenna. Specifically, FIG. 6b shows the characteristics of the frequency 60.0 GHz near the center of the operating band, FIG. 6a shows the low frequency side 57 GHz of the operating band, and FIG. 6c shows the operation. The 66 GHz radiation pattern characteristic on the high frequency side of the band is shown for the case of Pi (θ) = 0 ° and 90 ° with respect to the Theta (θ) azimuth direction. Both show antenna gain characteristics of 6 dBi to 5 dBi in the front direction, and have uniform and equivalent radiation pattern characteristics over a wide band with a bandwidth of 57 GHz to 66 GHz and a bandwidth of 9 GHz. This is because the transmission loss becomes large on the high frequency side and the performance tends to deteriorate on the high frequency side in the radar module or device having a wide band of 7 GHz in the 60 GHz band, and the influence thereof can be reduced. Further, it is possible to configure an ultra-wideband radar device in the 9 GHz band.

(第3の実施例)
図7は、本実施形態の第3の実施例に係るアンテナモジュール5cの構成を示す平面図と、平面図のBB’線の断面図である。
前記第2の実施例と相違するところは、主パッチ素子11a、その両側に第1の副パッチ素子11dを備え、その両側に第2の副パッチ素子11eを備える。主パッチ素子11aと第1の副パッチ素子11dの間は第1のスリットS1を備え、第1の副パッチ素子11dと第2の副パッチ素子11eの間には、スリットS2を備えた、二重スリット構成である。
主パッチ素子11aと第1の副パッチ素子11d、第2の副パッチ素子11eは互いに平行に配設されている。
(Third Example)
FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the antenna module 5c according to the third embodiment of the present embodiment, and a cross-sectional view taken along the line BB'in the plan view.
The difference from the second embodiment is that the main patch element 11a is provided, the first sub-patch element 11d is provided on both sides thereof, and the second sub-patch element 11e is provided on both sides thereof. A first slit S1 is provided between the main patch element 11a and the first sub-patch element 11d, and a slit S2 is provided between the first sub-patch element 11d and the second sub-patch element 11e. It has a heavy slit configuration.
The main patch element 11a, the first sub-patch element 11d, and the second sub-patch element 11e are arranged in parallel with each other.

ここで第1のスリットS1と第2のスリットS2は、実施例1及び2の、本スリット12の幅Sの大きさであるλg/100〜λg/10であり、具体的には、60GHz帯で30μm〜300μmの大きさに設定される。
本実施例においては、S1≧S2が望ましく、より広帯域設計が可能となる。具体的には、S1=180μm、S2=140μmを用いている。
一方、主パッチ素子の素子長はLm、第1の副パッチ素子の素子長Ls、第2の副パッチ素子の素子長Luの関係は、Lm≧Ls≧Luの関係が望ましく、主パッチ素子を低域側共振、第1及び第2の副パッチ素子を高域側共振とすることによって、広帯域設計となる。本実施例ではLm=1.4mmとしている。
Here, the first slit S1 and the second slit S2 are λg / 100 to λg / 10, which is the size of the width S of the main slit 12 in Examples 1 and 2, and specifically, the 60 GHz band. The size is set to 30 μm to 300 μm.
In this embodiment, S1 ≧ S2 is desirable, and a wider band design becomes possible. Specifically, S1 = 180 μm and S2 = 140 μm are used.
On the other hand, the element length of the main patch element is Lm, the element length Ls of the first sub-patch element, and the element length Lu of the second sub-patch element are preferably Lm ≧ Ls ≧ Lu. Wideband design is achieved by using low-frequency resonance and the first and second sub-patch elements as high-frequency resonance. In this embodiment, Lm = 1.4 mm.

第1の副パッチ素子長Ls、第2の副パッチ素子長Luの取り方は任意であるが、主パッチ素子の素子長の中央部(BB’線)を基準にして長さLsを決めてもよいし、主パッチ素子幅の上辺CC’線を基準にして長さLsを決めてもよい、或いは、主パッチ素子幅の下辺DD’線を基準にして長さLsを決めてもよい、三者の場合の長さの決め方で、概ね同等な特性が得られる。以下、第1の副パッチ素子Ls、第2の副パッチ素子Luの決め方は、他の実施形態でも同様である。 The method of taking the first sub-patch element length Ls and the second sub-patch element length Lu is arbitrary, but the length Ls is determined with reference to the central portion (BB'line) of the element length of the main patch element. Alternatively, the length Ls may be determined based on the upper CC'line of the main patch element width, or the length Ls may be determined based on the lower DD' line of the main patch element width. By the method of determining the length in the case of the three, almost the same characteristics can be obtained. Hereinafter, the method of determining the first sub-patch element Ls and the second sub-patch element Lu is the same in other embodiments.

一方、素子幅の関係については、パッチの幅(磁界)方向は、主に放射に寄与するため、主パッチ素子の素子幅Lwa、第1及び第2副パッチ素子幅Lwb、Lwcとし、素子幅Hは以下の関係がある。
H=Lwa+2・Lwb+2・Lwc+2・S1+2・S2
On the other hand, regarding the relationship of the element width, since the patch width (magnetic field) direction mainly contributes to radiation, the element width Lwa of the main patch element and the element widths Lwb and Lwc of the first and second sub patch elements are used. H has the following relationship.
H = Lwa + 2, Lwb + 2, Lwc + 2, S1 + 2, S2

本構成では、H=λair/2程度まで、素子幅を広げても、アンテナ利得は8dBi前後の良好な利得特性を得ることが可能である。
但し、本パッチアンテナを、横に並べてパッチアンテナアレイを構成する場合、1つのパッチ素子の幅がλair/2に近くなって大きくなりすぎると、隣接するアンテナと接触または結合してしまい、アレイ化することができなくってしまう。
In this configuration, even if the element width is widened to about H = λair / 2, it is possible to obtain a good gain characteristic with an antenna gain of about 8 dBi.
However, when the patch antennas are arranged side by side to form a patch antenna array, if the width of one patch element becomes too close to λair / 2 and becomes too large, it will come into contact with or couple with adjacent antennas, resulting in an array. You will not be able to do it.

本発明では、逆に、素子幅Hを極力小さくし、本アンテナを横並びにアレイ化した際、互いのアンテナ同士で干渉・結合度をより小さくすることができる。
一例として、Lwb、Lwcを、素子長Lmに比較して小さくして、短冊状の長方形状とし、前述した第1のスリットS1と第2のスリットS2の関係とすることにより広帯域で良好な放射特性のみならず、素子幅Hを、素子長Lmの正方形パッチの形状に近づけることができ、前述のようにアレイ化した際、パッチアンテナ同士の干渉・結合度を小さくすることができる。つまり、アレイ化に適した小型のパッチアンテナ素子を構成することが可能となる。本パッチアンテナ同士の干渉を小さくするためには、素子幅Hの小サイズ化のみならず、第1のスリットS1と第2のスリットS2を備えているため、隣接するアレイアンテナのパッチアンテナ同士の干渉・結合度を、より小さくすることができる効果が含まれている(実施形態2の実施例4参照)。
In the present invention, conversely, when the element width H is made as small as possible and the antennas are arranged side by side, the degree of interference / coupling between the antennas can be made smaller.
As an example, Lwb and Lwc are made smaller than the element length Lm to form a strip-shaped rectangular shape, and the relationship between the first slit S1 and the second slit S2 described above is used to provide good radiation over a wide band. Not only the characteristics but also the element width H can be made close to the shape of a square patch having an element length Lm, and when arrayed as described above, the degree of interference / coupling between the patch antennas can be reduced. That is, it is possible to construct a small patch antenna element suitable for arraying. In order to reduce the interference between the patch antennas, not only the element width H is reduced, but also the first slit S1 and the second slit S2 are provided. The effect of reducing the degree of interference / coupling is included (see Example 4 of the second embodiment).

本アンテナ5cの特性について説明する。
図8は、素子長Lm=1.4mm、Ls=1.36mm、Lu=1.32mmとしたときの、入力リターンロス特性(S11dB)を示している。58.0GHz〜65.3GHzにわたり、−5dB以下の特性を示し、この帯域にわたって、アンテナ自体に効率よく信号が入力されていることを示す。
実施例1、2の場合と比較して、本二重スリット構成においては、本入力リターンロス特性(負値)は、より小さくなり深い共振が得られている。
The characteristics of the antenna 5c will be described.
FIG. 8 shows an input return loss characteristic (S11 dB) when the element lengths are Lm = 1.4 mm, Ls = 1.36 mm, and Lu = 1.32 mm. It exhibits a characteristic of -5 dB or less over 58.0 GHz to 65.3 GHz, indicating that a signal is efficiently input to the antenna itself over this band.
Compared with the cases of Examples 1 and 2, in this double slit configuration, the present input return loss characteristic (negative value) becomes smaller and deep resonance is obtained.

図9(a)(b)(c)は、アンテナ5cの放射特性を示す。
具体的には図9(b)は動作帯域の中心付近の周波数60.0GHzの特性であり、図9(a)は動作帯域の低域側57GHz、図9(c)は動作帯域の高域側65GHz放射パターン特性を、Theta(θ)方位角方向に関し、Phi(θ)=0°及び90°の場合について示している。いずれも正面方向は5dBi±1dBiのアンテナ利得特性を示し、57GHz〜64GHzの帯域幅7GHzの広帯域にわたって、一様で同等な放射パターン特性を有している。
9 (a), (b) and (c) show the radiation characteristics of the antenna 5c.
Specifically, FIG. 9 (b) shows the characteristics of a frequency of 60.0 GHz near the center of the operating band, FIG. 9 (a) shows 57 GHz on the low frequency side of the operating band, and FIG. 9 (c) shows the high frequency of the operating band. The side 65 GHz emission pattern characteristic is shown for the case of Ph (θ) = 0 ° and 90 ° with respect to the Theta (θ) azimuth direction. Both show antenna gain characteristics of 5 dBi ± 1 dBi in the front direction, and have uniform and equivalent radiation pattern characteristics over a wide band with a bandwidth of 57 GHz to 64 GHz and 7 GHz.

さらに、本アンテナ5cに関し、図10は、素子長Lm=1.4mm、Ls=Lu=1.32mmとしたときの、入力リターンロス特性(S11dB)を示している。57.9GHz〜64.6GHzにわたり、−5dB以下の特性を示し、この帯域にわたって、深い共振が得られ、アンテナ自体に効率よく信号が入力されていることを示す。
図11(a)(b)(c)はアンテナ5cの放射特性を示し、具体的には図11(b)は動作帯域の中心付近の周波数60.0GHzの特性であり、図11(a)は動作帯域の低域側57GHz、図11(c)は動作帯域の高域側64GHz放射パターン特性を、Theta(θ)方位角方向に関し、Phi(θ)=0°及び90°の場合について示している。いずれも正面方向は5dBi±1dBiのアンテナ利得特性を示し、57GHz〜64GHzの帯域幅7GHzの広帯域にわたって、一様で同等な放射パターン特性を有している。
Further, with respect to the present antenna 5c, FIG. 10 shows an input return loss characteristic (S11 dB) when the element length is Lm = 1.4 mm and Ls = Lu = 1.32 mm. It shows a characteristic of -5 dB or less from 57.9 GHz to 64.6 GHz, and shows that deep resonance is obtained over this band and a signal is efficiently input to the antenna itself.
11 (a), (b) and (c) show the radiation characteristics of the antenna 5c. Specifically, FIG. 11 (b) shows the characteristics of a frequency of 60.0 GHz near the center of the operating band, and FIG. 11 (a) shows the characteristics. Shows the low frequency side 57 GHz of the operating band, and FIG. 11 (c) shows the high frequency side 64 GHz radiation pattern characteristics of the operating band in the case of Phi (θ) = 0 ° and 90 ° with respect to the Theta (θ) azimuth direction. ing. Both show antenna gain characteristics of 5 dBi ± 1 dBi in the front direction, and have uniform and equivalent radiation pattern characteristics over a wide band with a bandwidth of 57 GHz to 64 GHz and 7 GHz.

[第2の実施形態]
以下、本発明の第2の実施形態について、第1の実施形態と相違するところについて説明する。
第1の実施形態では、スリット12により隔てられた主パッチ素子及び副パッチ素子から構成されるパッチアンテナ素子が1素子の場合であったが、本実施形態では、第1の実施形態(第1の実施例1又は第2の実施例)の本パッチアンテナ素子をN(N:自然数)個、すなわち複数個を一列に配列し、パッチアンテナ素子における主パッチ素子同士を給電線路によって互いに連結したパッチアンテナの構成に関する。また、本実施形態では、複数個のパッチアンテナ素子は、素子長方向へ一列に配列されており、該配列における隣接するパッチアンテナ素子における主パッチ素子同士は、それぞれの素子幅方向の中央部が素子長方向に延びる給電線路によって連結されているパッチアンテナの構成に関する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described where it differs from the first embodiment.
In the first embodiment, the patch antenna element composed of the main patch element and the sub patch element separated by the slit 12 is one element, but in the present embodiment, the first embodiment (first embodiment). A patch in which N (N: natural number) elements, that is, a plurality of the present patch antenna elements of Example 1 or 2) are arranged in a row, and the main patch elements in the patch antenna element are connected to each other by a feeding line. Regarding the configuration of the antenna. Further, in the present embodiment, the plurality of patch antenna elements are arranged in a row in the element length direction, and the main patch elements in the adjacent patch antenna elements in the arrangement have the central portion in the element width direction of each. The present invention relates to a configuration of a patch antenna connected by a feeding line extending in the element length direction.

本実施形態において、第1〜第3の実施例に対する構成図を、それぞれ図12、図13、図14に示す。基板の材質や、厚さ、断面形状は、第1の実施形態と同様である。N=4の4素子のパッチアンテナ素子を、給電線路で、素子長方向(本図面で縦方向)に串刺し状にした場合で説明する。
図12〜図14において、基板方向に関し、横方向を水平方向(H)、縦方向を垂直方向(V)として定義して説明する。
In this embodiment, the configuration diagrams for the first to third embodiments are shown in FIGS. 12, 13, and 14, respectively. The material, thickness, and cross-sectional shape of the substrate are the same as those in the first embodiment. A case where the four-element patch antenna element of N = 4 is skewered in the element length direction (vertical direction in this drawing) on the feeding line will be described.
In FIGS. 12 to 14, the horizontal direction is defined as the horizontal direction (H) and the vertical direction is defined as the vertical direction (V) with respect to the substrate direction.

(第1の実施例)
本アンテナモジュール6aは、(第1の実施形態・第2の実施例のパッチアンテナ素子を)、主パッチ素子31a、32a、33a、34aと、それぞれの主パッチ素子の両側にスリット12を介して、副パッチ素子31b、32b、33b、34bで構成され、給電回路部21と給電線路22、23、24は前記主パッチ素子31a、32a、33a、34aの中央部を、素子長方向に串刺し状に構成される。
給電線路22、23、24は、素子間隔も決定し、λg/2〜λair/2で適宜調整される。結果的に、共振周波数決める素子長の方向と、各パッチアンテナ素子のビームを位相合成するための素子間隔の方向は同方向となる。
(First Example)
The antenna module 6a includes the main patch elements 31a, 32a, 33a, and 34a (using the patch antenna elements of the first embodiment and the second embodiment), and the main patch elements via slits 12 on both sides of each main patch element. , Sub-patch elements 31b, 32b, 33b, 34b, and the power supply circuit unit 21 and the power supply lines 22, 23, 24 skewer the central portions of the main patch elements 31a, 32a, 33a, 34a in the element length direction. It is composed of.
The element spacing of the power supply lines 22, 23, and 24 is also determined, and is appropriately adjusted by λg / 2 to λair / 2. As a result, the direction of the element length that determines the resonance frequency and the direction of the element spacing for phase-synthesizing the beam of each patch antenna element are the same direction.

各主パッチ素子の31a、32a、33a、34aの素子長はLmであり、副パッチ素子31b、32b、33b、34bの素子長はLsであり、具体的には、Lmは1.36mm、Lsは1.32mmに、スリット12は幅S=0.14mmに設定している。 The element lengths of the main patch elements 31a, 32a, 33a, and 34a are Lm, and the element lengths of the sub patch elements 31b, 32b, 33b, and 34b are Ls. Specifically, Lm is 1.36 mm and Ls. Is set to 1.32 mm, and the slit 12 is set to a width S = 0.14 mm.

ここで、第1の実施例については、N=4であり、主パッチ素子31a、32a、33a、34a、の幅は、それぞれWm1、Wm2、Wm3、Wm4であり、副パッチ素子31b、32b、33b、34bの幅は、それぞれWs1、Ws2、Ws3、Ws4であり、1パッチ素子の幅Lkは、Lk=Wmk+Wsk+2S、(k=1,2,3,4)、N=4となるが、Wmk、Wskともども、端部(k=1、k=N)よりも、中間部(k=N/2、kが少数点の場合は少数点で四捨五入)で、主パッチ素子幅、副パッチ素子幅が大きくなるような関係となっている(Nは偶数、奇数の場合も含む)。すなわち、本実施例では、3個以上のパッチアンテナ素子が配列されたものであって、該配列における中間部のパッチアンテナ素子の素子幅が、該配列における端部のパッチアンテナ素子の素子幅よりも広くなっている。 Here, in the first embodiment, N = 4, and the widths of the main patch elements 31a, 32a, 33a, 34a are Wm1, Wm2, Wm3, and Wm4, respectively, and the sub patch elements 31b, 32b, The widths of 33b and 34b are Ws1, Ws2, Ws3, and Ws4, respectively, and the width Lk of one patch element is Lk = Wmk + Wsk + 2S, (k = 1, 2, 3, 4), N = 4, but Wmk. , Wsk, the main patch element width and the sub patch element width at the middle part (k = N / 2, rounded to the minority point if k is a minority point) rather than the end part (k = 1, k = N). Is large (N includes even and odd numbers). That is, in this embodiment, three or more patch antenna elements are arranged, and the element width of the patch antenna element in the middle portion in the arrangement is larger than the element width of the patch antenna element at the end portion in the arrangement. Is also widening.

本実施例では、一例として、中間部Wm2=Wm3=0.86mm、Ws2=Ws3=0.4mm、一方、端部Wm1=Wm4=Ws1=Ws4=0.3mmとしているが、上記の関係さえ満たせば、適宜、所望とする必要な特性によって、変更することができる。 In this embodiment, as an example, the intermediate portion Wm2 = Wm3 = 0.86 mm and Ws2 = Ws3 = 0.4 mm, while the end portion Wm1 = Wm4 = Ws1 = Ws4 = 0.3 mm, but even the above relationship can be satisfied. For example, it can be changed as appropriate according to the desired desired characteristics.

また、k=1の主パッチ素子31aへの給電回路部21は、特性インピーダンス50Ωの線路部を含んだ入力整合部を備える。
ここで、入力リターンロス(入力インピーダンス)特性は、主パッチ素子31a、32a、33a、34a、の素子長Lmと、それぞれの素子幅Wm1、Wm2、Wm3、Wm4で概ね決定され、副パッチ素子31b、32b、33b、34bの素子長Lsと素子幅Ws1、Ws2、Ws3、Ws4の依存性は小さい。
Further, the power feeding circuit unit 21 to the main patch element 31a with k = 1 includes an input matching unit including a line unit having a characteristic impedance of 50Ω.
Here, the input return loss (input impedance) characteristic is roughly determined by the element length Lm of the main patch elements 31a, 32a, 33a, 34a and the element widths Wm1, Wm2, Wm3, and Wm4, respectively, and the sub patch element 31b. , 32b, 33b, 34b have a small dependence on the element length Ls and the element widths Ws1, Ws2, Ws3, Ws4.

また、各k=2〜k=4への主パッチ素子32a、33a、34aへの給電線路22、23、24の長さは、基板上での中心周波数の波長λg/2〜λair/2の長さとし、所望とする利得、サイドローブ特性により、この範囲で適宜調整される。なお、第1の実施形態と同様に、誘電体基板上での動作帯域の中心周波数での波長、本実施例ではλg=1.45mm(前記式1参照)である。 Further, the lengths of the feeding lines 22, 23, and 24 to the main patch elements 32a, 33a, and 34a for each k = 2 to k = 4 are the wavelengths of the center frequencies λg / 2 to λair / 2 on the substrate. The length is appropriately adjusted within this range according to the desired gain and side lobe characteristics. Similar to the first embodiment, the wavelength at the center frequency of the operating band on the dielectric substrate, λg = 1.45 mm in this embodiment (see the above formula 1).

(第2の実施例)
本アンテナモジュール6bは、前記第1の実施例のアンテナモジュール6aと基本構成は同様である、相違するところは、副パッチ素子41b、42b、43b、44bの素子幅が、Ws1=Ws2=Ws3=Ws4の関係を有する。
(Second Example)
The basic configuration of the antenna module 6b is the same as that of the antenna module 6a of the first embodiment. The difference is that the element widths of the sub-patch elements 41b, 42b, 43b, 44b are Ws1 = Ws2 = Ws3 =. It has a Ws4 relationship.

具体的には、パッチアンテナ素子の配列数N=4の場合として、主パッチ素子41a、42a、43a、44aと、それぞれの主パッチ素子の両側にスリット12を介して、副パッチ素子41b、42b、43b、44bが構成される。 Specifically, in the case where the number of arrangements of the patch antenna elements N = 4, the main patch elements 41a, 42a, 43a, 44a and the sub-patch elements 41b, 42b via slits 12 on both sides of each main patch element. , 43b, 44b are configured.

給電線路21、22、23、24が、前記主パッチ素子41a、42a、43a、44aの中央部を、素子長方向(本図面で垂直方向)に串刺し状に構成されるのは同様である。各主パッチ素子の41a、42a、43a、44aの素子長はLmであり、副パッチ素子41b、42b、43b、44bの素子長はLsであり、具体的には、Lmは1.36mmに、Lsは1.32mに、スリット12は幅S=0.14mmに設定しているのも同様である。加えて、入力整合回路部21と給電線路22、23、24も同様である。 It is the same that the feeding lines 21, 22, 23, 24 are formed in a skewered shape in the element length direction (vertical direction in this drawing) at the central portion of the main patch elements 41a, 42a, 43a, 44a. The element lengths of 41a, 42a, 43a, and 44a of each main patch element are Lm, and the element lengths of the sub patch elements 41b, 42b, 43b, and 44b are Ls. Specifically, Lm is 1.36 mm. Similarly, Ls is set to 1.32 m, and the slit 12 is set to a width S = 0.14 mm. In addition, the same applies to the input matching circuit unit 21 and the feeding lines 22, 23, 24.

ここで、第2の実施例については、N=4であり、主パッチ素子41a、42a、43a、44aの幅は、それぞれWm1、Wm2、Wm3、Wm4であり、副パッチ素子41b、42b、43b、44bの幅は、それぞれWs1、Ws2、Ws3、Ws4であり、1パッチ素子の幅Lkは、Lk=Wmk+Wsk+2S (k=1,2,3,4)、N=4となり、第2の実施形態・第1の実施例と基本構成は同様であるが、相違するところは、副パッチ素子41b、42b、43b、44bの素子幅が、Ws1=Ws2=Ws3=Ws4の関係を有する。すなわち、本実施例では、3個以上のパッチアンテナ素子が配列されたものであって、該配列における中間部のパッチアンテナ素子の主パッチ素子の素子幅は、該配列における端部側のパッチアンテナ素子の主パッチ素子の素子幅より広くなっており、該配列におけるすべてのパッチアンテナ素子の副パッチ素子の素子幅は一定となっている。 Here, in the second embodiment, N = 4, and the widths of the main patch elements 41a, 42a, 43a, and 44a are Wm1, Wm2, Wm3, and Wm4, respectively, and the sub patch elements 41b, 42b, and 43b. , 44b have widths of Ws1, Ws2, Ws3, and Ws4, respectively, and the width Lk of one patch element is Lk = Wmk + Wsk + 2S (k = 1, 2, 3, 4), N = 4, and the second embodiment. The basic configuration is the same as that of the first embodiment, except that the element widths of the sub-patch elements 41b, 42b, 43b, and 44b have a relationship of Ws1 = Ws2 = Ws3 = Ws4. That is, in this embodiment, three or more patch antenna elements are arranged, and the element width of the main patch element of the intermediate patch antenna element in the arrangement is the end side patch antenna in the arrangement. It is wider than the element width of the main patch element of the element, and the element width of the sub-patch element of all the patch antenna elements in the arrangement is constant.

第1の実施例と同様に、望ましくはアンテナ放射パターン特性のサイドローブ特性を低減するために、Wmkは、端部(k=1、k=N)よりも、中間部(k=N/2)で、主パッチ素子幅が大きくなるような関係となっている(Nは偶数、奇数の場合も含む)。 Similar to the first embodiment, Wmk is preferably an intermediate portion (k = N / 2) rather than an end portion (k = 1, k = N) in order to reduce the sidelobe characteristic of the antenna radiation pattern characteristic. ), The main patch element width is increased (N includes even and odd numbers).

本実施例では、一例としてWs1=Ws2=Ws3=Ws4=0.4mm(=一定)であり、中央部Wm2=Wm3=0.86mm、端部はWm1=Wm4=0.3mmとしているが、上記の関係さえ満たせば、適宜、所望とする必要な特性によって、変更することができる。 In this embodiment, as an example, Ws1 = Ws2 = Ws3 = Ws4 = 0.4 mm (= constant), the central portion Wm2 = Wm3 = 0.86 mm, and the end portion is Wm1 = Wm4 = 0.3 mm. As long as the above relationship is satisfied, it can be appropriately changed according to the desired desired characteristics.

(第3の実施例)
本アンテナモジュール6cは、前記第2の実施例のアンテナモジュール6bと基本構成は同様である、相違するところは、主パッチ素子51a、52a、53a、54aの素子幅が、Wm1=Wm2=Wm3=Wm4の関係を有する。
(Third Example)
The basic configuration of the antenna module 6c is the same as that of the antenna module 6b of the second embodiment. The difference is that the element widths of the main patch elements 51a, 52a, 53a, 54a are Wm1 = Wm2 = Wm3 =. It has a Wm4 relationship.

具体的には、パッチアンテナ素子の配列数N=4の場合として、主パッチ素子51a、52a、53a、54aと、それぞれの主パッチ素子の両側にスリット12を介して、副パッチ素子51b、52b、53b、54bが構成される。 Specifically, in the case where the number of arrangements of the patch antenna elements N = 4, the main patch elements 51a, 52a, 53a, 54a and the sub-patch elements 51b, 52b via slits 12 on both sides of each main patch element. , 53b, 54b are configured.

給電線路21、22、23、24が、前記主パッチ素子51a、52a、53a、54aの中央部を、素子長方向(本図面で垂直方向)に串刺し状に構成されるのは同様である。
各主パッチ素子の51a、52a、53a、54aの素子長はLmであり、副パッチ素子51b、52b、53b、54bの素子長はLsであり、具体的には、Lmは1.36mmに、Lsは1.32mに、スリット12は幅S=0.14mmに設定しているのも同様である。また、入力整合回路部21と給電線路22・23・24も同様である。
It is the same that the feeding lines 21, 22, 23, 24 are formed in a skewered shape in the element length direction (vertical direction in this drawing) at the central portion of the main patch elements 51a, 52a, 53a, 54a.
The element lengths of 51a, 52a, 53a, and 54a of each main patch element are Lm, and the element lengths of the sub patch elements 51b, 52b, 53b, and 54b are Ls. Specifically, Lm is 1.36 mm. Similarly, Ls is set to 1.32 m, and the slit 12 is set to a width S = 0.14 mm. The same applies to the input matching circuit unit 21 and the power supply lines 22, 23, and 24.

ここで、第3の実施例については、N=4であり、主パッチ素子51a、52a、53a、54a、の幅は、それぞれWm1、Wm2、Wm3、Wm4であり、副パッチ素子51b、52b、53b、54bの幅は、それぞれWs1、Ws2、Ws3、Ws4であり、1パッチ素子の幅Lkは、Lk=Wmk+Wsk+2S (k=1,2,3,4)、N=4となり、第2の実施形態・第1の実施例と基本構成は同様であるが、相違するところは、主パッチ素子51a、52a、53a、54aの素子幅が、Wm1=Wm2=Wm3=Wm4の関係を有する。すなわち、本実施例では、3個以上のパッチアンテナ素子が配列されたものであって、該配列における中間部のパッチアンテナ素子の副パッチ素子の素子幅は、該配列における端部側のパッチアンテナ素子の副パッチ素子の素子幅より広くなっており、該配列におけるすべてのパッチアンテナ素子の主パッチ素子の素子幅は一定となっている。 Here, in the third embodiment, N = 4, and the widths of the main patch elements 51a, 52a, 53a, 54a are Wm1, Wm2, Wm3, and Wm4, respectively, and the sub patch elements 51b, 52b, respectively. The widths of 53b and 54b are Ws1, Ws2, Ws3, and Ws4, respectively, and the width Lk of one patch element is Lk = Wmk + Wsk + 2S (k = 1, 2, 3, 4), N = 4, and the second implementation. The basic configuration is the same as that of the first embodiment, except that the element widths of the main patch elements 51a, 52a, 53a, and 54a have a relationship of Wm1 = Wm2 = Wm3 = Wm4. That is, in this embodiment, three or more patch antenna elements are arranged, and the element width of the sub-patch element of the patch antenna element in the middle portion in the arrangement is the patch antenna on the end side in the arrangement. It is wider than the element width of the sub-patch element of the element, and the element width of the main patch element of all the patch antenna elements in the arrangement is constant.

第1の実施例と同様に、アンテナ放射パターン特性のサイドローブ特性を低減するために、Wskは、端部(K=1、K=N)よりも、中間部(k=N/2)で、副パッチ素子幅が大きくなるような関係となっている(Nは偶数、奇数の場合も含む)。
本実施例では、一例としてWm1=Wm2=Wm3=Wm4=0.58mmであり、中間部Ws2=Ws3=0.5mm、端部はWs1=Ws4=0.2mmとしているが、上記の関係さえ満たせば、適宜、所望とする必要な特性によって、変更することができる。
Similar to the first embodiment, in order to reduce the sidelobe characteristic of the antenna radiation pattern characteristic, the Wsk is set at the intermediate portion (k = N / 2) rather than at the end portion (K = 1, K = N). , The sub-patch element width is increased (N includes even and odd numbers).
In this embodiment, as an example, Wm1 = Wm2 = Wm3 = Wm4 = 0.58 mm, the middle portion Ws2 = Ws3 = 0.5 mm, and the end portion is Ws1 = Ws4 = 0.2 mm, but even the above relationship can be satisfied. For example, it can be changed as appropriate according to the desired desired characteristics.

(実施例1〜3のリターンロス及び放射パターン特性)
本実施例1〜3の場合の、リターンロス及び放射パターンの評価特性について述べる。
実施例1の場合を図15、図16a〜図16cに、実施例2の場合を図17、図18a〜図18cに、第3の実施例の場合を図19、図20a〜図20cに示す。
図15、図17及び図19のリターンロス特性に関し、第1の実施例及び第2の実施例においては、57.0GHz〜65.0GHzの帯域において、概ねリターンロス‐5dB以下の広帯域特性を示し、第3の実施例においては、57.3GHz〜66.8GHzにおいて、リターンロス‐5dB以下の特性の広帯域特性を有している。
(Return loss and radiation pattern characteristics of Examples 1 to 3)
The evaluation characteristics of the return loss and the radiation pattern in the cases of Examples 1 to 3 will be described.
The case of the first embodiment is shown in FIGS. 15 and 16a to 16c, the case of the second embodiment is shown in FIGS. 17 and 18a to 18c, and the case of the third embodiment is shown in FIGS. 19 and 20a to 20c. ..
Regarding the return loss characteristics of FIGS. 15, 17, and 19, in the first embodiment and the second embodiment, a wide band characteristic of approximately return loss of -5 dB or less is shown in the band of 57.0 GHz to 65.0 GHz. In the third embodiment, it has a wide band characteristic of a return loss of -5 dB or less at 57.3 GHz to 66.8 GHz.

一方、図16a〜図16c、図18a〜図18c、図20a〜図20cの放射パターン特性は、低域の周波数と中心周波数、高域の周波数での放射パターンを示している。具体的には、図16a、図18a、図20aの挿入図に示すように、Phi=90°方向で、ビームが絞られた放射パターンを示し、Phi=0°で、ビーム幅の広い放射パターンを示し、周波数の低域(図16a、図18a、図20a)〜高域(図16c、図18c、図20c)にわたって、一様で同等な放射パターンを有している。 On the other hand, the radiation pattern characteristics of FIGS. 16a to 16c, FIGS. 18a to 18c, and FIGS. 20a to 20c show the radiation pattern at the low frequency, the center frequency, and the high frequency. Specifically, as shown in the insets of FIGS. 16a, 18a, and 20a, a radiation pattern in which the beam is focused is shown in the direction of Phi = 90 °, and a radiation pattern having a wide beam width in Phi = 0 °. It has a uniform and equivalent radiation pattern from the low frequency range (FIG. 16a, FIG. 18a, FIG. 20a) to the high frequency range (FIG. 16c, FIG. 18c, FIG. 20c).

第1の実施例及び第2の実施例においては、それぞれアンテナGainは7dBi〜10dBiで、57GHz〜64GHzの3dB帯域幅は7GHzで、広帯域にわたって、一様で同等な放射パターンを有している。
一方、第3の実施例においては、第1の実施例及び第2の実施例に比べて、帯域幅は少し狭くなるが、アンテナGainは、7dBi〜10dBiの値を示し、57GHz〜62GHzの3dB帯域幅5GHzで、広帯域にわたって、一様で同等な放射パターンを有している。
In the first embodiment and the second embodiment, the antenna Gain is 7 dBi to 10 dBi, the 3 dB bandwidth of 57 GHz to 64 GHz is 7 GHz, and the radiation pattern is uniform and equivalent over a wide band.
On the other hand, in the third embodiment, the bandwidth is slightly narrower than that of the first embodiment and the second embodiment, but the antenna Gain shows a value of 7 dBi to 10 dBi, and 3 dB of 57 GHz to 62 GHz. It has a bandwidth of 5 GHz and has a uniform and equivalent radiation pattern over a wide band.

スリット12により3分割された一組のパッチアンテナ素子(31〜34、41〜44、51〜54)を、N個(本実施例ではN=4)、給電線路21〜24で連結し、複数配列することにより、放射ビームはパッチアンテナ素子が、複数配列した方向(Phi=90°方向、垂直方向V)に絞り込まれ、複数のアンテナ素子の中央部周辺に放射ビームを集中させることができ、狭ビームの利得の高いアンテナ放射パターンを、広い周波数帯域で得ることができる。 A set of patch antenna elements (31 to 34, 41 to 44, 51 to 54) divided into three by the slit 12 is connected by N (N = 4 in this embodiment) and power supply lines 21 to 24, and a plurality of them are connected. By arranging the radiation beam, the patch antenna elements are narrowed down in the direction in which the patch antenna elements are arranged (Phi = 90 ° direction, vertical direction V), and the radiation beam can be concentrated around the central portion of the plurality of antenna elements. An antenna emission pattern with a high gain of a narrow beam can be obtained in a wide frequency band.

つまり、本実施形態の発明においては、前記複数配列された第1から第N=4個のパッチアンテナ素子が、一列に配列した直列のアンテナ構成で、前記配列方向を垂直方向Vとしたときに、各4個の主パッチ素子中央部に給電線路が垂直方向に串刺し状に構成されるため、主パッチ素子(31a,32a,33a,34a、41a,42a,43a,44a、51a,52a,53a,54a)の中央部を、縦上に給電線路(22,23,24)で接続していく構成であり、前記、本スリット12で分離された副パッチ素子からの電流の影響は小さく、本給電線路(21,22,23,24)は、最短電流経路で主パッチ素子に給電され、主パッチ素子から副パッチ素子の間はスリット12により電磁結合で励振される。その結果、広帯域で高利得のアンテナ放射特性を得ることができる。これは、前述した共振周波数決める素子長の方向(縦方向:垂直方向V)と、各パッチアンテナ素子のビームを位相合成するための素子間隔の方向(縦方向:垂直方向V)は同方向となることにより、本質的に給電線路22・23・24が短いことが本実施形態の基本構成であるが、加えて、上記の主パッチ素子幅が小さく、かつ副パッチ素子は電磁結合による主パッチ素子からの励振となり電流経路は必要としない。
結果的に、本実施形態においては、第1の実施形態の効果に加えて、各パッチアンテナ素子への給電が最短電流経路となることが、利得向上と帯域幅拡大の加算された効果である。
That is, in the invention of the present embodiment, when the plurality of arranged first to N = 4 patch antenna elements are arranged in a row in a series antenna configuration and the arrangement direction is the vertical direction V. , Since the feeding line is vertically skewered in the center of each of the four main patch elements, the main patch elements (31a, 32a, 33a, 34a, 41a, 42a, 43a, 44a, 51a, 52a, 53a). , 54a) is configured to be vertically connected by power supply lines (22, 23, 24), and the influence of the current from the sub-patch element separated by the main slit 12 is small. The feeding lines (21, 22, 23, 24) are fed to the main patch element by the shortest current path, and are excited by electromagnetic coupling between the main patch element and the sub patch element by the slit 12. As a result, a wide band and high gain antenna radiation characteristic can be obtained. This is because the direction of the element length that determines the resonance frequency (vertical direction: vertical direction V) and the direction of the element spacing for phase-synthesizing the beams of each patch antenna element (vertical direction: vertical direction V) are the same. Therefore, the basic configuration of the present embodiment is that the power supply lines 22, 23, and 24 are essentially short, but in addition, the width of the main patch element is small and the sub patch element is the main patch by electromagnetic coupling. It is excited from the element and does not require a current path.
As a result, in the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the feeding to each patch antenna element becomes the shortest current path, which is an added effect of gain improvement and bandwidth expansion. ..

以上の本実施形態における実施例をまとめると、第1の実施例においては、前記主パッチ素子幅(Wm1、Wm2、Wm3、Wm4)と、スリット12と、副パッチ素子幅(Ws1,Ws2,Ws3,Ws4)で構成されたパッチアンテナ素子において、k個(k:自然数)配列された第1から第4個のパッチアンテナ素子は、中間部の主パッチ素子幅Wm2(k=N/2)が、端部の主パッチ素子幅Wm1、Wm4よりも、広くし(Wm2>Wm1,Wm4)、かつ、中間部の副パッチ素子幅Ws2が、端部の副パッチ素子幅Ws1、Ws4よりも広くする(Ws2>Ws1,Ws4)ことにより、複数配列した主パッチ素子(31a,32a,33a,34a)及び副パッチ素子(31b,32b,33b,34b)からなるパッチアンテナ素子に関し、放射パターン形成において、前記4個のパッチアンテナ素子の放射が互いに強め合い、素子の配列方向(図16aの挿入図に示すPhi=90°方向)にビーム幅の狭い放射パターンを形成するが、中間部の主・副パッチ素子幅を大きくし、中間部から強い放射させ、徐々にパッチの端部方向へ、主・副パッチ素子の幅を小さくし、徐々に弱い放射とすることで、複数配列したパッチアンテナからの放射パターンは、メインビームがより強調され、サイドローブの小さい放射パターンを得ることができる。
その結果、レーダーシステムへの応用においては、アンテナのサイドローブは、ゴーストになり誤検知の原因となるため、本発明においてはサイドローブ特性を低減することにより、誤検知の少ないレーダー装置を構成することができる。
Summarizing the above embodiments in the present embodiment, in the first embodiment, the main patch element widths (Wm1, Wm2, Wm3, Wm4), the slit 12, and the sub patch element widths (Ws1, Ws2, Ws3) are summarized. , Ws4), the first to fourth patch antenna elements arranged in k (k: natural numbers) have a main patch element width Wm2 (k = N / 2) in the middle portion. , Wider than the main patch element widths Wm1 and Wm4 at the end (Wm2> Wm1, Wm4), and the sub-patch element width Ws2 at the middle part is wider than the sub-patch element widths Ws1 and Ws4 at the end. By (Ws2> Ws1, Ws4), in the radiation pattern formation, the patch antenna element composed of the main patch elements (31a, 32a, 33a, 34a) and the sub patch elements (31b, 32b, 33b, 34b) arranged in plurality is used. The radiation of the four patch antenna elements strengthens each other to form a radiation pattern with a narrow beam width in the element arrangement direction (Phi = 90 ° direction shown in the inset of FIG. 16a), but the main and sub parts of the intermediate portion are formed. By increasing the width of the patch element, radiating strongly from the middle part, gradually reducing the width of the main and sub patch elements toward the end of the patch, and gradually reducing the radiation, from multiple patch antennas arranged. As for the radiation pattern, the main beam is more emphasized, and a radiation pattern with a small side lobe can be obtained.
As a result, in application to a radar system, the side lobe of the antenna becomes a ghost and causes false detection. Therefore, in the present invention, a radar device with less false detection is configured by reducing the side lobe characteristic. be able to.

第2の実施例においては、第1の実施例のように、前記主パッチ素子(41a,42a,43a,44a)と、スリット12と、副パッチ素子(41b,42b,43b,44b)で構成されたパッチアンテナ素子において、中間部の主パッチ素子幅Wm2を大きくし、中間部から強い放射させ、徐々にパッチの端部方向で、主パッチ素子の幅を小さくし、徐々に弱い放射とすることで、複数配列したパッチアンテナからの放射パターンは、メインビームがより強調され、サイドローブの小さい放射パターンを得ることができる。しかしながら、例えば、複数のN=4個の素子が配列された中間部から、端部側に向かって、副パッチ素子幅と、主パッチ素子幅の両方とも素子幅を小さくすると、副パッチ素子と主パッチ素子ともに、放射が急に小さくなってしまい、とりわけ動作周波数帯域の端部では、安定した放射パターンを確保することが困難になり、WmkとWskの値の取り方によっては、広帯域で同一のアンテナ放射パターンを得ることができないことも生じてくるため、第2の実施例では、主パッチ素子幅は配列の中間部から端部側に向かって、主パッチ素子幅を徐々に小さくする(Wm2>Wm1、Wm4)とともに、副パッチ素子幅は一定の幅(Ws1=Ws2=Ws3=Ws4)とすることで、周波数の高域側でも放射パターンが崩れにくく、広帯域にわたって、よりアンテナ利得が安定し、一様で同等な放射パターンを得ることができる。 In the second embodiment, as in the first embodiment, the main patch elements (41a, 42a, 43a, 44a), the slit 12, and the sub patch elements (41b, 42b, 43b, 44b) are configured. In the patch antenna element, the width Wm2 of the main patch element in the middle part is increased and strong radiation is emitted from the middle part, and the width of the main patch element is gradually reduced in the direction of the end of the patch to gradually weaken the radiation. Therefore, in the radiation pattern from the plurality of arranged patch antennas, the main beam is more emphasized, and a radiation pattern with a small side lobe can be obtained. However, for example, if the element widths of both the sub-patch element width and the main patch element width are reduced from the intermediate portion in which a plurality of N = 4 elements are arranged toward the end side, the sub-patch element and the sub-patch element are formed. In both main patch elements, the radiation suddenly becomes small, and it becomes difficult to secure a stable radiation pattern, especially at the end of the operating frequency band. In the second embodiment, the width of the main patch element is gradually reduced from the middle part to the end side of the array because it may not be possible to obtain the antenna radiation pattern of (1). By setting the sub patch element width to a constant width (Ws1 = Ws2 = Ws3 = Ws4) together with Wm2> Wm1 and Wm4), the radiation pattern is less likely to collapse even on the high frequency side, and the antenna gain is more stable over a wide band. However, a uniform and equivalent radiation pattern can be obtained.

第3の実施例においては、主パッチ素子は伝送線路としても動作する必要があり、伝送線路としての動作に着目し工夫を加えている。つまり、前記複数配列された第1から第4個(N=4)のパッチ素子の主パッチ素子(51a,52a,53a,54a)の幅を同一の幅(Wm1=Wm2=wm3=Wm4)とするとともに、第1から第4個の副パッチ素子の幅が、端部の副パッチ素子の幅より、中間部の副パッチ素子の幅をより広くする(Ws2>Ws1,Ws4)ことによって、複数配列された第1から第4のパッチアンテナ素子(51,52,53,54)のトータル幅は、主パッチ素子と副パッチ素子で、3分割される。そのため、主パッチ素子の幅(Wm1,Wm2,Wm3,Wm4)は、狭くなり、基板100厚d=100μm〜200μmでは、30Ω〜60Ω程度のマイクロストリップ伝送線路の幅と同程度の大きさとなる。
第3の実施例では、N=4個の主パッチ素子を、同一幅(Wm1=Wm2=Wm3=Wm4)とすることによって、本アンテナ素子の入力インピーダンス50Ωに近づけることができる。
その結果、アンテナに接続される送受信MMIC(Microwave Monolithic IC)との接続が良好で、広帯域で、不要反射が少なく安定した動作特性をもつアンテナモジュールを得ることができる。
In the third embodiment, the main patch element needs to operate as a transmission line as well, and the operation as a transmission line is focused on and devised. That is, the widths of the main patch elements (51a, 52a, 53a, 54a) of the first to fourth (N = 4) patch elements arranged in a plurality of arrangements are set to the same width (Wm1 = Wm2 = wm3 = Wm4). At the same time, the widths of the first to fourth sub-patch elements are made wider than the width of the sub-patch elements at the ends by making the width of the sub-patch elements in the middle portion wider (Ws2> Ws1, Ws4). The total width of the arranged first to fourth patch antenna elements (51, 52, 53, 54) is divided into three by the main patch element and the sub patch element. Therefore, the width of the main patch element (Wm1, Wm2, Wm3, Wm4) is narrowed, and when the substrate 100 thickness d = 100 μm to 200 μm, the width is about the same as the width of the microstrip transmission line of about 30 Ω to 60 Ω.
In the third embodiment, the input impedance of the antenna element can be approached to 50Ω by setting N = 4 main patch elements to have the same width (Wm1 = Wm2 = Wm3 = Wm4).
As a result, it is possible to obtain an antenna module having a good connection with a transmission / reception MMIC (Microwave Monolithic IC) connected to the antenna, a wide band, less unnecessary reflection, and stable operating characteristics.

(第4の実施例)
本アンテナモジュール6dの構成が、前記第2の実施例のアンテナモジュール6aと、相違するところを示して説明する。
図21に示すように、給電線路21に接続される初段の前記パッチアンテナ素子91が、主パッチ素子91aと、前記第1スリットS1と第1の副パッチ素子91b、および前記第2のスリットS2と第2副パッチ素子91cの二重スリット構造を備えた構成である。2段目パッチアンテナ素子32a・32b、3段目パッチアンテナ素子33a・33b、4段目パッチアンテナ素子34a・34bは第1の実施例と同等である。
本構成によって、複数個のパッチアンテナ素子が垂直(V)方向、つまり素子長方向に複数個、連結される構成の初段部を、二重スリット構造のパッチアンテナ素子とした構成である。このように、前記初段部を、二重スリット構造のパッチアンテナ素子91とすることにより、本アンテナ素子の給電線路21からみた入力インピーダンスを、低くするとともに、50Ωの入力インピーダンスに近づけることができる。その結果、アンテナに接続される送受信MMICと反射の少ない接続ができ、広帯域で安定した動作特性をもつアンテナモジュールを得ることができる。
(Fourth Example)
The configuration of the antenna module 6d will be described by showing the difference from the antenna module 6a of the second embodiment.
As shown in FIG. 21, the patch antenna element 91 of the first stage connected to the power feeding line 21 includes the main patch element 91a, the first slit S1, the first sub-patch element 91b, and the second slit S2. The configuration is provided with a double slit structure of the second sub patch element 91c. The second-stage patch antenna elements 32a and 32b, the third-stage patch antenna elements 33a and 33b, and the fourth-stage patch antenna elements 34a and 34b are the same as those in the first embodiment.
With this configuration, the first stage portion of the configuration in which a plurality of patch antenna elements are connected in the vertical (V) direction, that is, in the element length direction is a patch antenna element having a double slit structure. In this way, by forming the first stage portion as the patch antenna element 91 having a double slit structure, the input impedance seen from the feeding line 21 of the present antenna element can be lowered and approached to the input impedance of 50Ω. As a result, a transmission / reception MMIC connected to the antenna can be connected with less reflection, and an antenna module having a wide band and stable operating characteristics can be obtained.

(第5の実施例) WSLの垂直偏波連結 全段
本アンテナモジュール6eが、前記第4の実施例のアンテナモジュール6dと、相違するところは、図22に示すように、素子長方向(V方向)に、複数個連結されるパッチアンテナ素子が、第1から第4の段の(全段)で、パッチアンテナ素子91、92、93、94、とも、二重スリット構造のパッチアンテナ素子を備えた構成である。
(Fifth Example) Vertically Polarized Connection All Stages of WSL The difference between this antenna module 6e and the antenna module 6d of the fourth embodiment is that, as shown in FIG. 22, the element length direction (V) In the direction), a plurality of patch antenna elements connected are the first to fourth stages (all stages), and the patch antenna elements 91, 92, 93, 94 are all patch antenna elements having a double slit structure. It is a prepared configuration.

本構成とすることによって、各パッチアンテナ素子91、92、93、94が広帯域にわたって安定した放射パターン特性を示すために、前記パッチアンテナ素子を連結した構成でも、広帯域にわたって崩れにくい放射パターン特性が得られるとともに、入力整合の取りやすく、50Ωの入力インピーダンスに近づけることができる。その結果、アンテナに接続される送受信MMICと反射の少ない接続ができ、広帯域で安定した動作特性をもつマイクロ波アンテナモジュールを得ることができる。 With this configuration, since each of the patch antenna elements 91, 92, 93, 94 exhibits stable radiation pattern characteristics over a wide band, even with the configuration in which the patch antenna elements are connected, radiation pattern characteristics that do not easily collapse over a wide band can be obtained. At the same time, it is easy to match the input, and the input impedance of 50Ω can be approached. As a result, it is possible to connect the transmission / reception MMIC connected to the antenna with less reflection, and to obtain a microwave antenna module having stable operating characteristics in a wide band.

加えて、本実施例の図22においては、第2の副パッチ素子幅91c、92c、93c、94cを等しく、Wu1=Wu2=Wu3=Wu4とすることによって、放射パターン特性を、帯域内で、より一様なパターンになるようにすることができる。 In addition, in FIG. 22 of this embodiment, the second subpatch element widths 91c, 92c, 93c, 94c are equalized, and Wu1 = Wu2 = Wu3 = Wu4, so that the radiation pattern characteristic is set in the band. The pattern can be made more uniform.

また、図23に示すように、本実施例の他の実施例のアンテナモジュール6fにおいて、全段の主パッチ素子幅91a、92a、93a、94aは等しく、つまりWm1=Wm2=Wm3=Wm4の関係を満たしながら、さらに、第2の副パッチ素子幅91c、92c、93c、94cを等しく、Wu1=Wu2=Wu3=Wu4満たすことができる。つまり、本二重スリット構造にすることによって、前記実施例2で示した副パッチ素子幅を一定にしながら、かつ、実施例3で示した主パッチ素子幅を一定とすることができるため、両方の効果である、入力リターンロス特性を確保しながら、帯域内で、放射パターン特性をより一様な放射パターンとすることができることに加え、サイドローブ特性は、第1の副パッチ素子の幅Ws1、Ws2、Ws3、Ws4を調整し、素子長(V)方向において、端部を狭くし、中央部を広くすることもできるため、当該スリットS1、S2もつパッチアンテナ素子の広帯域特性を確保しながら、サイドローブ特性も低減することができ良好な放射特性を得ることができる。 Further, as shown in FIG. 23, in the antenna module 6f of another embodiment of this embodiment, the main patch element widths 91a, 92a, 93a, 94a of all stages are equal, that is, the relationship of Wm1 = Wm2 = Wm3 = Wm4. Further, the widths of the second subpatch elements 91c, 92c, 93c, and 94c can be equalized, and Wu1 = Wu2 = Wu3 = Wu4 can be satisfied. That is, by adopting this double slit structure, the width of the sub-patch element shown in the second embodiment can be made constant, and the width of the main patch element shown in the third embodiment can be made constant. In addition to being able to make the radiation pattern characteristics more uniform in the band while ensuring the input return loss characteristics, which is the effect of, the side lobe characteristics are the width Ws1 of the first subpatch element. , Ws2, Ws3, Ws4 can be adjusted to narrow the end and widen the center in the element length (V) direction, so that the wideband characteristics of the patch antenna element having the slits S1 and S2 can be ensured. , Side lobe characteristics can also be reduced and good radiation characteristics can be obtained.

ここで、実施例4では、初段のみ、実施例5では、全段を、主パッチ素子と第1と第2の副パッチからパッチアンテナ素子としたが、適宜、初段と2〜4段目等を組み合わせることも可能である。 Here, in Example 4, only the first stage is used, and in Example 5, all stages are set as patch antenna elements from the main patch element and the first and second sub-patches, but the first stage and the second to fourth stages are appropriately used. It is also possible to combine.

さらに、前記本実施例のもつアンテナモジュール6e・6fの有するもう一つの特徴について説明する。図24に示すように、本構成では、素子幅は、例えば、4つのパッチアンテナ素子で最も素子幅Hの大きい2段目(i=2)の主パッチ素子の幅Hにおいて、素子幅Wm、第1及び第2副パッチ素子幅Ws、Wuとすると、素子幅Hには以下の関係がある。
H=Wmi+2・Wsi+2・Wui+2・S1+2・S2 (i=2)
Further, another feature of the antenna modules 6e and 6f of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 24, in this configuration, the element width is, for example, the element width Wm in the width H of the second stage (i = 2) main patch element having the largest element width H among the four patch antenna elements. Assuming that the first and second sub-patch element widths Ws and Wu, the element width H has the following relationship.
H = Wmi + 2, Wsi + 2, Wii + 2, S1 + 2, S2 (i = 2)

本構成で、パッチ素子の幅Hがλair/2に近くなって大きくなりすぎると、隣接するアンテナと接触または結合してしまい、λair/2間隔で配列する必要のあるアレイ化に対応することができなくってしまう。
本発明では、素子幅Hを極力小さくし、本アンテナを横並び(水平H方向)にλair/2の間隔でアレイ化した際、互いのアンテナ同士で干渉・結合度をより小さくすることができる。
各パッチ素子幅Wmi、Wsi、Wuiを、素子長Lmに比較して小さくした短冊状の長方形状とし、下記の関係(H:パッチ素子幅、D:パッチ素子間の間隔)に設定する。
H≦(λair/2−D)
D≧λg/4
In this configuration, if the width H of the patch element becomes too close to λair / 2 and becomes too large, it will come into contact with or couple with adjacent antennas, and it is possible to support arraying that needs to be arranged at λair / 2 intervals. I can't do it.
In the present invention, when the element width H is made as small as possible and the antennas are arranged side by side (horizontally H direction) at intervals of λair / 2, the degree of interference / coupling between the antennas can be further reduced.
Each patch element width Wmi, Wsi, and Wii is formed into a strip-shaped rectangle that is smaller than the element length Lm, and is set to the following relationship (H: patch element width, D: spacing between patch elements).
H ≤ (λair / 2-D)
D ≧ λg / 4

本実施例の場合、λair/2=2.5mm、λg/4=0.78mmであり、一例として、素子幅Hは、H≦1.72mmとすることにより、図24に示すように、λair/2間隔でアレイ化した際、互いのアンテナ同士の結合度を小さくすることが可能である。ここで、パッチ素子間の間隔Dは、基板上の波長でλg/4以上離間することにより、配列したアンテナ間の干渉・結合度を小さくすることができる。
この際、パッチアンテナ素子の素子幅Hは小さくする必要があるが、単純に従来型のスリットをもたない(単一金属面の)パッチアンテナにおいては、素子幅Hを小さくすると、入力整合が取り難くかつ帯域特性は狭帯域の特性となってしまっていた。
In the case of this embodiment, λair / 2 = 2.5 mm and λg / 4 = 0.78 mm, and as an example, by setting the element width H to H ≦ 1.72 mm, as shown in FIG. 24, λair / 2 When arrayed at intervals, it is possible to reduce the degree of coupling between the antennas. Here, the distance D between the patch elements is λg / 4 or more at the wavelength on the substrate, so that the degree of interference / coupling between the arranged antennas can be reduced.
At this time, it is necessary to reduce the element width H of the patch antenna element, but in the case of a patch antenna (with a single metal surface) that simply does not have a conventional slit, if the element width H is reduced, input matching is achieved. It was difficult to take and the band characteristics had become narrow band characteristics.

本構成では、二重スリット構成のパッチアンテナ素子とすることにより、適宜、第1及び第2のスリットS1・S2を設けて、主パッチ素子、第1及び第2の副パッチ素子を長短冊状に小さくしていっても、入力整合が取りやすく、広帯域特性が確保でき、かつ、横(水平VV方向)に配列してアレイ化しても、互いのアンテナ間の干渉を小さくし、個々のアンテナのもつ本来の特性を発揮することが可能となる。
ここで、本パッチアンテナ同士の干渉を小さくするためには、素子幅Hを小さくするのみならず、第1のスリットS1と第2のスリットS2を備えるため、例えば、単一金属面のパッチアンテナと比較して、隣接するアレイアンテナのパッチアンテナ間同士の干渉・結合度をより小さくすることができる効果が含まれている。
In this configuration, by using a patch antenna element having a double slit configuration, the first and second slits S1 and S2 are appropriately provided, and the main patch element and the first and second sub-patch elements are in the shape of a strip. Even if it is made small, input matching is easy, wideband characteristics can be secured, and even if it is arranged horizontally (horizontal VV direction) and arrayed, interference between antennas is reduced and individual antennas are made. It is possible to demonstrate the original characteristics of the antenna.
Here, in order to reduce the interference between the patch antennas, not only the element width H is reduced, but also the first slit S1 and the second slit S2 are provided. Therefore, for example, a patch antenna having a single metal surface. This includes the effect of reducing the degree of interference / coupling between patch antennas of adjacent array antennas.

(実施例4及び5のリターンロス及び放射パターン特性)
本実施例4及び5の場合の、リターンロス及び放射パターンの評価特性について述べる。
実施例4の場合において、図25、図26a〜図26cに示し、実施例5においては、各段の第2のパッチ素子幅が等しいWu1=Wu2=Wu3=Wu4場合を、図27、図28a〜図28cに示し、実施例5の他の実施例として、各段の主パッチ素子幅が等しいWm1=Wm2=Wm3=Wm4、かつ、各段の第2の副パッチ素子幅が等しいWu1=Wu2=Wu3=Wu4の場合について、図29、図30a〜図30cに示す。
(Return loss and radiation pattern characteristics of Examples 4 and 5)
The evaluation characteristics of the return loss and the radiation pattern in the cases of Examples 4 and 5 will be described.
In the case of the fourth embodiment, FIGS. 25 and 26a to 26c are shown, and in the fifth embodiment, the cases where the second patch element widths of the respective stages are the same, Wu1 = Wu2 = Wu3 = Wu4, are shown in FIGS. 27 and 28a. As shown in FIG. 28c, as another embodiment of Example 5, Wm1 = Wm2 = Wm3 = Wm4 having the same main patch element width in each stage, and Wu1 = Wu2 having the same second sub patch element width in each stage. The case of = Wu3 = Wu4 is shown in FIGS. 29 and 30a to 30c.

実施例4においては初段のパッチアンアンテナ素子91が二重スリット構造を持つ場合であり、いずれの場合リターンロス特性は、58.2GHz〜64.9GHzの広帯域にわたって−5dB以下の特性を示し、本帯域内で安定した入力リターンロスを示している。また、放射パターン特性については、58GHz〜64GHzにわたって、アンテナ利得は、9dB9±1.5dBで、放射パターンが崩れ難い一様な放射パターン特性を示している。 In the fourth embodiment, the patch unantenna element 91 of the first stage has a double slit structure, and in any case, the return loss characteristic shows a characteristic of -5 dB or less over a wide band of 58.2 GHz to 64.9 GHz. It shows a stable input return loss in the band. Regarding the radiation pattern characteristics, the antenna gain is 9 dB9 ± 1.5 dB over 58 GHz to 64 GHz, showing a uniform radiation pattern characteristics in which the radiation pattern does not easily collapse.

実施例5においては、4つのすべてのパッチアンテナ素子が二重スリット構造を持つ場合で、各段の第2のパッチ素子幅が等しいWu1=Wu2=Wu3=Wu4場合であり、パッチ素子幅92・93ではHmax=1.94mmである。58.0GHz〜64.7GHzの広帯域にわたって、−5dB以下の特性を示し、帯域の中央部でも、−7dB以下の良好な特性を示している。また、放射パターン特性については、57.8GHz〜64.4GHzにわたって、アンテナ利得は10dB±1.5dBで、放射パターンが崩れ難い一様な放射パターン特性を示し、特に低域側で良好な特性を示している。 In the fifth embodiment, all four patch antenna elements have a double slit structure, and the width of the second patch element in each stage is the same as Wu1 = Wu2 = Wu3 = Wu4, and the patch element width 92. In 93, Hmax = 1.94 mm. It shows a characteristic of -5 dB or less over a wide band of 58.0 GHz to 64.7 GHz, and also shows a good characteristic of -7 dB or less even in the central part of the band. Regarding the radiation pattern characteristics, the antenna gain is 10 dB ± 1.5 dB over 57.8 GHz to 64.4 GHz, showing uniform radiation pattern characteristics in which the radiation pattern does not easily collapse, and particularly good characteristics on the low frequency side. Shown.

実施例5の他の実施例において、4つのすべてのパッチアンテナ素子が二重スリット構造を持つ場合で、各段の第2のパッチ素子幅が等しいWu1=Wu2=Wu3=Wu4、かつ主パッチ素子の幅が等しいWm1=Wm2=Wm3=Wm4場合において、リターンロス特性は、58.0GHz〜64.8GHzの広帯域にわたって−5dB以下の特性を示し、低域側で、深い入力リターンロスを示している。また、放射パターン特性については、58GHz〜64GHzにわたって、アンテナ利得は、パッチアンテナ素子幅(1.7mmと)小さいにも関わらず、10dB±1.5dBであり、放射パターン自体は、帯域内で崩れ難い一様な放射パターン特性を有している。 In another embodiment of the fifth embodiment, when all four patch antenna elements have a double slit structure, the widths of the second patch elements in each stage are the same, Wu1 = Wu2 = Wu3 = Wu4, and the main patch element. In the case of Wm1 = Wm2 = Wm3 = Wm4 having the same width, the return loss characteristic shows a characteristic of -5 dB or less over a wide band of 58.0 GHz to 64.8 GHz, and shows a deep input return loss on the low frequency side. .. Regarding the radiation pattern characteristics, the antenna gain is 10 dB ± 1.5 dB over 58 GHz to 64 GHz, despite the small patch antenna element width (1.7 mm), and the radiation pattern itself collapses within the band. It has a difficult and uniform radiation pattern characteristic.

[第3の実施形態] 水平偏波
以下、本発明の第3の実施形態について、第1の実施形態と第2の実施形態と相違するところについて説明する。本形態の第1及び第2の実施例の構成について、それぞれ図31及び図32を用いて説明する。
本図において、基板方向に関し、横方向を水平方向(H)、縦方向を垂直方向(V)として定義する。
本実施例では、複数のパッチアンテナ素子は、素子幅方向へ一列に配列されており、該配列における各パッチアンテナ素子の主パッチ素子は、それぞれの素子幅方向の中央部に、素子長方向に延びる引き出し線路部が連結され、該各引き出し線路部は素子幅方向に延びる給電線路に連結されているパッチアンテナの構成に関する。
[Third Embodiment] Horizontally polarized wave Hereinafter, the third embodiment of the present invention will be described where it differs from the first embodiment and the second embodiment. The configurations of the first and second embodiments of this embodiment will be described with reference to FIGS. 31 and 32, respectively.
In this figure, the horizontal direction is defined as the horizontal direction (H) and the vertical direction is defined as the vertical direction (V) with respect to the substrate direction.
In this embodiment, a plurality of patch antenna elements are arranged in a row in the element width direction, and the main patch element of each patch antenna element in the arrangement is located at the center of each element width direction in the element length direction. The present invention relates to a configuration of a patch antenna in which extending lead-out line portions are connected and each lead-out line portion is connected to a feeding line extending in the element width direction.

(第1の実施例)
第2の実施形態のアンテナモジュール6a、6b、6cでは、スリット12により隔てられた主パッチ素子及び副パッチ素子からパッチアンテナ素子を給電線路で、主パッチ素子の中央部を、素子長(垂直V)方向に串刺し状に構成し、素子長方向と、給電線路の素子間隔の方向も、縦方向:垂直方向Vで、同一方向であったが、本構成では、素子長方向が水平方向Hであり、素子間隔方向が垂直方向Vとなることが相違する。
(First Example)
In the antenna modules 6a, 6b, 6c of the second embodiment, the patch antenna element is fed from the main patch element and the sub-patch element separated by the slit 12, and the central portion of the main patch element is set to the element length (vertical V). ) Direction is skewered, and the element length direction and the direction of the element spacing of the feeding line are also the same direction in the vertical direction: vertical direction V, but in this configuration, the element length direction is horizontal direction H. The difference is that the element spacing direction is the vertical direction V.

本実施形態のアンテナモジュール7a、7bは、N=4個のパッチ素子を束ねる給電線路の方向を、垂直方向(V)とした場合、スリット12を介して、主パッチ素子(61a・62a・63a・64a)と、副パッチ素子(61b・62b・63b・64b)から構成される各パッチアンテナ素子の給電部は水平方向(H)の引き出し線路部122・123・124・125を備える。
主に周波数を決める素子長Lm・Lsは、水平方向Hであり、各N=4個のパッチアンテナ素子の間隔は、引き出し線路部(122と123、123と124、124と125)の間隔であり、垂直方向Vに、一定間隔のλair/2〜λgの範囲で、適宜調整される。
In the antenna modules 7a and 7b of the present embodiment, when the direction of the feeding line for bundling N = 4 patch elements is the vertical direction (V), the main patch elements (61a, 62a, 63a) pass through the slit 12. The feeding portion of each patch antenna element composed of the 64a) and the sub-patch elements (61b, 62b, 63b, 64b) includes a horizontal (H) lead-out line portion 122, 123, 124, 125.
The element lengths Lm · Ls that mainly determine the frequency are H in the horizontal direction, and the distance between each N = 4 patch antenna elements is the distance between the lead-out line portions (122 and 123, 123 and 124, 124 and 125). Yes, it is adjusted appropriately in the vertical direction V in the range of λair / 2 to λg at regular intervals.

本発明によれば、N個のパッチ素子を束ねる給電線路の方向を、縦方向としたした場合、各パッチアンテナ素子の給電部は横方向(水平方向H)となり、主に周波数を決める素子長は横(水平H)方向であり、一方、各N個の素子間隔は、縦(垂直V)方向に一定間隔で、引き出し線路部を有したN個のパッチアンテナ素子を束ねる構成である。
つまり、前記、アンテナ共振周波数を決める素子長は横(水平H)方向、と、アンテナ利得を決める素子間隔は縦(垂直V)方向となり、90°異なり、独立した方向となっている。そのため、アンテナ素子の共振周波数と、アンテナ利得は独立に決めることができ、広帯域化することが可能となる。
つまり、アンテナ素子の共振周波数は横方向(水平方向H)で概ね決まり、素子間隔に依存するアンテナ利得は、縦方向(垂直方向V)で決まり、それぞれ、独立に決めることができる点で、第2の実施形態とは相違する。従って、後述するアンテナ特性において当該アンテナへの入力リターンロス特性と、各周波数のピークのアンテナ利得の3dB帯域幅で決める周波数帯域幅は、さらなる広帯域化が可能となる。
According to the present invention, when the direction of the feeding line for bundling N patch elements is the vertical direction, the feeding portion of each patch antenna element is in the horizontal direction (horizontal direction H), and the element length mainly determines the frequency. Is in the horizontal (horizontal H) direction, while the intervals between the N elements are fixed in the vertical (vertical V) direction, and N patch antenna elements having a lead-out line portion are bundled together.
That is, the element length that determines the antenna resonance frequency is in the horizontal (horizontal H) direction, and the element spacing that determines the antenna gain is in the vertical (vertical V) direction, which differ by 90 ° and are independent directions. Therefore, the resonance frequency of the antenna element and the antenna gain can be determined independently, and the bandwidth can be widened.
That is, the resonance frequency of the antenna element is generally determined in the horizontal direction (horizontal direction H), and the antenna gain depending on the element spacing is determined in the vertical direction (vertical direction V), and each can be determined independently. It is different from the second embodiment. Therefore, in the antenna characteristics described later, the frequency bandwidth determined by the input return loss characteristics to the antenna and the 3 dB bandwidth of the antenna gain of the peak of each frequency can be further widened.

本実施例のアンテナモジュール7aは、主パッチ素子(61a,62a,63a,64a)と、スリット12と、副パッチ素子(61b,62b,63b,64b)で構成されたパッチアンテナ素子において、複数配列された第1から第4のパッチアンテナ素子は、中間部のパッチ素子幅Wm2+2・Ws2が、端部のパッチ素子幅Wm1+2・Ws1、Wm4+2・Ws4よりも広くなり、加えて、副パッチ素子幅は一定(Ws1=Ws2=Ws3=Ws4)となっている。 The antenna module 7a of this embodiment has a plurality of arrangements in the patch antenna element composed of the main patch element (61a, 62a, 63a, 64a), the slit 12, and the sub patch element (61b, 62b, 63b, 64b). In the first to fourth patch antenna elements, the patch element width Wm2 + 2 · Ws2 in the middle portion is wider than the patch element widths Wm1 + 2 · Ws1 and Wm4 + 2 · Ws4 at the end portion, and in addition, the sub patch element width is It is constant (Ws1 = Ws2 = Ws3 = Ws4).

N=4において、主パッチ素子61a、62a、63a、64a、の幅は、それぞれWm1、Wm2、Wm3、Wm4であり、副パッチ素子61b、62b、63b、64bの幅は、それぞれWs1、Ws2、Ws3、Ws4であり、1パッチ素子の幅Lkは、Lk=Wmk+2・Wsk+2S (k=1,2,3,4)、N=4の関係を有する。
アンテナ放射パターン特性のサイドローブ特性を低減するために、Wskは、端部(k=1、k=N)よりも、中間部(k=N/2、kが少数点の場合は少数点で四捨五入)で、パッチアンテナ素子幅Lkが大きくなるような関係となっていてもよい(Nは偶数、奇数の場合も含む)。
At N = 4, the widths of the main patch elements 61a, 62a, 63a, 64a are Wm1, Wm2, Wm3, and Wm4, respectively, and the widths of the sub patch elements 61b, 62b, 63b, and 64b are Ws1, Ws2, respectively. Ws3 and Ws4, and the width Lk of one patch element has a relationship of Lk = Wmk + 2, Wsk + 2S (k = 1, 2, 3, 4), and N = 4.
In order to reduce the sidelobe characteristics of the antenna radiation pattern characteristics, Wsk is set to a minority point when the intermediate portion (k = N / 2, k is a minority point) rather than the end portion (k = 1, k = N). (Rounding off) may be such that the patch antenna element width Lk becomes large (N includes even and odd numbers).

一例として、Lm=1.36mm、Ls=1.32m、S=0.14mm、Ws1=Ws2=Ws3=Ws4=0.22mm、Wm2=0.7mm、Wm3=0.74mm、Wm1=0.46mm、Wm4=0.58mm、Ws1=Ws2=Ws3=Ws4=一定であり、Wm1+Ws1<Wm2+Ws2の関係さえ満たせば、適宜、所望とする必要な特性によって、変更することができる。 As an example, Lm = 1.36 mm, Ls = 1.32 m, S = 0.14 mm, Ws1 = Ws2 = Ws3 = Ws4 = 0.22 mm, Wm2 = 0.7 mm, Wm3 = 0.74 mm, Wm1 = 0.46 mm. , Wm4 = 0.58 mm, Ws1 = Ws2 = Ws3 = Ws4 = constant, and can be appropriately changed according to desired and necessary characteristics as long as the relationship of Wm1 + Ws1 <Wm2 + Ws2 is satisfied.

ここでは、副パッチ素子幅Ws1=Ws2=Ws3=Ws4=一定としたのは、第2の実施形態の第2の実施例と同様の理由であり、複数のN=4個の素子が配列された中間部から、端部側に向かって、副パッチ素子幅と、主パッチ素子幅の両方とも素子幅を小さくすると、副パッチ素子と主パッチ素子ともに、放射が急に小さくなってしまい、とりわけ動作周波数帯域の端部では、安定した放射パターンを確保することが困難になり、WmkとWsk(k:1,2,3,4)の値の取り方によっては、広帯域で同一のアンテナ放射パターンを得ることができないことも生じてくるため、本実施例では、主パッチ素子幅は配列の中間部から端部側に向かって、主パッチ素子幅を徐々に小さくする(Wm2>Wm1、Wm4)とともに、副パッチ素子幅は一定の幅(Ws1=Ws2=Ws3=Ws4)とすることで、周波数の高域側でも放射パターンが崩れにくく、広帯域にわたって、よりアンテナ利得が一定した、安定した放射パターンを得ることができる。 Here, the reason why the sub-patch element width Ws1 = Ws2 = Ws3 = Ws4 = constant is the same reason as in the second embodiment of the second embodiment, and a plurality of N = 4 elements are arranged. If the element widths of both the sub-patch element width and the main patch element width are reduced from the middle portion toward the end side, the radiation of both the sub-patch element and the main patch element suddenly decreases, and in particular, At the end of the operating frequency band, it becomes difficult to secure a stable radiation pattern, and depending on how the Wmk and Wsk (k: 1, 2, 3, 4) values are taken, the same antenna radiation pattern over a wide band In this embodiment, the width of the main patch element is gradually reduced from the middle portion to the end side of the arrangement (Wm2> Wm1, Wm4). At the same time, by setting the width of the sub patch element to a constant width (Ws1 = Ws2 = Ws3 = Ws4), the radiation pattern does not easily collapse even on the high frequency side, and the antenna gain is more constant over a wide band, and a stable radiation pattern. Can be obtained.

本構成においては、アンテナ共振周波数を決める素子長は横(水平H)方向、と、アンテナ利得を決める素子間隔は縦(垂直V)方向となり、90°異なり独立した方向となっている。そのため、アンテナ素子の共振周波数と、アンテナ利得は独立に決めることができ(素子長と素子間隔が互いに影響し合うことがなく)、さらなる広帯域化することが可能となる。また、本構成においては、当該アンテナモジュール基板の製作プロセスにおいても、共振周波数を決める素子長と、位相合成により放射ビームを決める素子間隔が90度異なった独立した方向となるため、共振周波数とビーム合成が同時に変わることによる放射パターンを崩すことがない。加えて、この独立した方向が、基板製作プロセスのエッチング等によるばらつきで、素子長と素子間隔が同時に変わる影響を軽減することができ、繰り返し製造する量産プロセスにおいても、周波数ずれが小さいく安定した放射パターンと利得特性を得ることができる。 In this configuration, the element length that determines the antenna resonance frequency is in the horizontal (horizontal H) direction, and the element spacing that determines the antenna gain is in the vertical (vertical V) direction, which differ by 90 ° and are independent directions. Therefore, the resonance frequency of the antenna element and the antenna gain can be determined independently (the element length and the element spacing do not affect each other), and the band can be further widened. Further, in this configuration, even in the manufacturing process of the antenna module substrate, the element length that determines the resonance frequency and the element interval that determines the radiation beam by phase synthesis are in independent directions different by 90 degrees, so that the resonance frequency and the beam are different. It does not disrupt the radiation pattern due to simultaneous changes in composition. In addition, this independent direction can reduce the effect of simultaneous changes in element length and element spacing due to variations due to etching in the substrate manufacturing process, and is stable with small frequency deviation even in mass production processes that are repeatedly manufactured. The radiation pattern and gain characteristics can be obtained.

(第2の実施例)
第2の実施例の構成について、図32を用いて説明する。
本実施例のアンテナモジュール7bでは、主パッチ素子(71a,72a,73a,74a)と、スリット12と、副パッチ素子(71b,72b,73b,74b)で構成されたパッチアンテナ素子において、複数配列された第1から第4のパッチアンテナ素子は、中間部のパッチ素子幅Wm2+2・Ws2が、端部のパッチ素子幅Wm1+2・Ws1、Wm4+2・Ws4よりも広くなり、加えて、主パッチ素子幅は一定(Wm1=Wm2=Wm3=Wm4)となっている。
(Second Example)
The configuration of the second embodiment will be described with reference to FIG.
In the antenna module 7b of this embodiment, a plurality of patches are arranged in the patch antenna element composed of the main patch element (71a, 72a, 73a, 74a), the slit 12, and the sub patch element (71b, 72b, 73b, 74b). In the first to fourth patch antenna elements, the patch element width Wm2 + 2 · Ws2 in the middle portion is wider than the patch element widths Wm1 + 2 · Ws1 and Wm4 + 2 · Ws4 at the end portion, and in addition, the main patch element width is It is constant (Wm1 = Wm2 = Wm3 = Wm4).

N=4において、主パッチ素子71a、72a、73a、74a、の幅は、それぞれWm1、Wm2、Wm3、Wm4であり、副パッチ素子71b、72b、73b、74bの幅は、それぞれWs1、Ws2、Ws3、Ws4であり、1パッチ素子の幅Lkは、
Lk=Wmk+2・Wsk+2S (k=1,2,3,4)、N=4の関係を有する。
アンテナ放射パターン特性のサイドローブ特性を低減するために、Wskは、端部(k=1、k=N)よりも、中間部(k=N/2)で、パッチアンテナ素子幅Lkが大きくなるような関係となっていてもよい(Nは偶数、奇数の場合も含む)。
At N = 4, the widths of the main patch elements 71a, 72a, 73a, 74a are Wm1, Wm2, Wm3, and Wm4, respectively, and the widths of the sub patch elements 71b, 72b, 73b, and 74b are Ws1, Ws2, respectively. Ws3 and Ws4, and the width Lk of one patch element is
It has a relationship of Lk = Wmk + 2, Wsk + 2S (k = 1, 2, 3, 4), and N = 4.
In order to reduce the sidelobe characteristic of the antenna radiation pattern characteristic, the patch antenna element width Lk of Wsk is larger at the intermediate portion (k = N / 2) than at the end portion (k = 1, k = N). The relationship may be as follows (N includes even and odd numbers).

一例として、Lm=1.40mm、Ls=1.36m、S=0.14mm、Wm1=Wm2=Wm3=Wm4=0.58mm、Ws1=0.18mm、Ws2=0.3mm、Ws3=0.32mm、Ws4=0.24mm、Wm1=Wm2=Wm3=Wm4=一定であり、Wm1+Ws1<Wm2+Ws2の関係さえ満たせば、適宜、所望とする必要な特性によって、変更することができる。 As an example, Lm = 1.40 mm, Ls = 1.36 m, S = 0.14 mm, Wm1 = Wm2 = Wm3 = Wm4 = 0.58 mm, Ws1 = 0.18 mm, Ws2 = 0.3 mm, Ws3 = 0.32 mm. , Ws4 = 0.24 mm, Wm1 = Wm2 = Wm3 = Wm4 = constant, and can be appropriately changed according to desired and necessary characteristics as long as the relationship of Wm1 + Ws1 <Wm2 + Ws2 is satisfied.

ここでは、副パッチ素子幅Wm1=Wm2=Wm3=Wm4=一定としたのは、第2の実施形態の第3の実施例と同様の理由であり、前記複数配列された第1から第4個(N=4)のパッチ素子の主パッチ素子(71a,72a,73a,74a)の幅を同一の幅(Wm1=Wm2=wm3=Wm4)とするとともに、第1から第4個の副パッチ素子の幅が、端部の副パッチ素子の幅より、中間部の副パッチ素子の幅をより広くする(Ws2>Ws1,Ws4)することによって、複数配列された第1から第4のパッチアンテナ素子(71,72,73,74)のトータル幅Lkは、主パッチ素子と副パッチ素子で、3分割されるため、主パッチ素子の幅(Wm1,Wm2,Wm3,Wm4)は、狭くなり、基板厚d=100μm〜200μmでは、30Ω〜60Ω程度の伝送線路の幅と同程度の大きさとなる。
本実施例では、N=4個の主パッチ素子を、同一幅(Wm1=Wm2=Wm3=Wm4)とすることによって、本アンテナ素子の入力インピーダンス50Ωに近づけることができる。
その結果、アンテナに接続される送受信MMIC(Microwave Monolithic IC)との接続が良好で、広帯域で、不要反射が少なく安定した動作特性をもつアンテナモジュールを得ることができる。
Here, the reason why the sub-patch element width Wm1 = Wm2 = Wm3 = Wm4 = constant is the same reason as in the third embodiment of the second embodiment, and the plurality of arranged first to fourth elements are used. The widths of the main patch elements (71a, 72a, 73a, 74a) of the patch element (N = 4) are the same width (Wm1 = Wm2 = wm3 = Wm4), and the first to fourth sub-patch elements are used. By making the width of the sub-patch element in the middle portion wider than the width of the sub-patch element at the end (Ws2> Ws1, Ws4), a plurality of arranged first to fourth patch antenna elements Since the total width Lk of (71, 72, 73, 74) is divided into three by the main patch element and the sub patch element, the width of the main patch element (Wm1, Wm2, Wm3, Wm4) becomes narrow and the substrate. When the thickness d = 100 μm to 200 μm, the size is about the same as the width of the transmission line of about 30 Ω to 60 Ω.
In this embodiment, the input impedance of the antenna element can be approached to 50Ω by setting N = 4 main patch elements to have the same width (Wm1 = Wm2 = Wm3 = Wm4).
As a result, it is possible to obtain an antenna module having a good connection with a transmission / reception MMIC (Microwave Monolithic IC) connected to the antenna, a wide band, less unnecessary reflection, and stable operating characteristics.

(第1の実施例及び第2の実施例のリターンロス及び放射パターン特性)
第1の実施例及び第2の実施例の場合のリターンロス及び放射パターンの評価特性について述べる。
第1の実施例の場合を図33及び図34a〜図34cに、第2の実施例の場合を図35及び図36a〜図36cに示す。
(Return loss and radiation pattern characteristics of the first embodiment and the second embodiment)
The evaluation characteristics of the return loss and the radiation pattern in the case of the first embodiment and the second embodiment will be described.
The case of the first embodiment is shown in FIGS. 33 and 34a to 34c, and the case of the second embodiment is shown in FIGS. 35 and 36a to 36c.

図33及び図35のリターンロス特性に関し、第1の実施例においては、57.0GHz〜66.0GHzの帯域において、概ねリターンロス−5dB以下の広帯域特性を示し、第2の実施例においては、57.0GHz〜66.8GHzにおいて、リターンロス−5dB以下の特性の広帯域特性を有している。 Regarding the return loss characteristics of FIGS. 33 and 35, in the first embodiment, a wide band characteristic of approximately return loss of -5 dB or less is exhibited in the band of 57.0 GHz to 66.0 GHz, and in the second embodiment, the return loss characteristics are shown. It has a wide band characteristic with a return loss of -5 dB or less at 57.0 GHz to 66.8 GHz.

一方、図34a〜図34c、図36a〜図36cの放射パターン特性は、低域の周波数と中心周波数、高域の周波数での放射パターンを示している。具体的には、本図(図34a、図36a)の挿入図に示すように、Phi=90°方向で、ビームが絞られた放射パターンを示し、Phi=0°で、ビーム幅の広い放射パターンを示し、周波数の低域(図34a、図36a)〜高域(図34c、図36c)で、一様で同等の放射パターンを示している。
具体的には、第1の実施例の図34a〜図34cの、それぞれアンテナGainは、57GHz〜64GHzで3dB帯域幅7GHzにおいて、いずれの場合もアンテナ利得7dBi〜10dBiであり、7GHz帯域の広帯域にわたって、一様な同一の放射パターン特性を有している。一方、第2の実施例においては、図36a〜図36cにおいて、アンテナ利得6〜9dBiであり、57GHz〜64GHzで3dB帯域幅7GHz帯域において、一様な同一の放射パターン特性を有している。なお、第3の実施形態の上記のアンテナ特性に関し、第1の実施例及び第2の実施例のアンテナモジュールを用いたレーダー装置構成した場合、広帯域特性に加え、さらに格別な効果を有している。本効果については、第4の実施形態で記述する。
On the other hand, the radiation pattern characteristics of FIGS. 34a to 34c and 36a to 36c show the radiation pattern at the low frequency, the center frequency, and the high frequency. Specifically, as shown in the inset of this figure (FIGS. 34a and 36a), a radiation pattern in which the beam is focused is shown in the direction of Phi = 90 °, and radiation with a wide beam width at Phi = 0 °. The pattern is shown, and a uniform and equivalent radiation pattern is shown in the low frequency range (FIG. 34a, FIG. 36a) to the high frequency range (FIG. 34c, FIG. 36c).
Specifically, the antenna Gains of FIGS. 34a to 34c of the first embodiment are 57 GHz to 64 GHz, a 3 dB bandwidth of 7 GHz, and an antenna gain of 7 dBi to 10 dBi in each case over a wide band of the 7 GHz band. Has the same uniform radiation pattern characteristics. On the other hand, in the second embodiment, in FIGS. 36a to 36c, the antenna gain is 6 to 9 dBi, and the antenna gain is 57 GHz to 64 GHz and has the same uniform radiation pattern characteristics in the 3 dB bandwidth 7 GHz band. Regarding the above antenna characteristics of the third embodiment, when a radar device using the antenna modules of the first embodiment and the second embodiment is configured, it has a special effect in addition to the wideband characteristics. There is. This effect will be described in the fourth embodiment.

[第4の実施形態]
以下、本発明の第4の実施形態について、第1の実施形態〜第3の実施形態までのアンテナモジュールを用いたレーダー装置8a、8b、8cについて、それぞれ第1の実施例〜第3の実施例について説明する。
本実施例では、前記アンテナモジュールを含む送信側アンテナアレイ及び受信側アンテナアレイを誘電体基板上に備え、送信側アンテナアレイは、アンテナモジュールが複数並列して配置されることにより構成されており、受信側アンテナアレイは、アンテナモジュールが複数並列して配置されることにより構成されているレーダー装置の構成に関する。
また、本実施例では、前記送信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが誘電体基板上に水平方向へ複数並列して配置されることにより構成されており、前記受信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが誘電体基板上に水平方向へ複数並列して配置されることにより構成されているレーダー装置に関するものでもある。
さらに、本実施例では、前記送信側アンテナアレイを構成する前記アンテナモジュールに含まれる前記パッチアンテナ素子の数は、前記受信側アンテナアレイを構成する前記アンテナモジュールに含まれる前記パッチアンテナ素子の数以下となっているレーダー装置に関するものでもある。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, regarding the fourth embodiment of the present invention, the first embodiment to the third embodiment of the radar devices 8a, 8b, and 8c using the antenna modules from the first embodiment to the third embodiment, respectively. An example will be described.
In this embodiment, the transmitting side antenna array including the antenna module and the receiving side antenna array are provided on the dielectric substrate, and the transmitting side antenna array is configured by arranging a plurality of antenna modules in parallel. The receiving side antenna array relates to the configuration of a radar device configured by arranging a plurality of antenna modules in parallel.
Further, in the present embodiment, the transmitting side antenna array is configured by arranging a plurality of the antenna modules in parallel in the horizontal direction on the dielectric substrate, and the receiving side antenna array is the antenna module. It also relates to a radar device configured by arranging a plurality of antennas in parallel on a dielectric substrate in the horizontal direction.
Further, in this embodiment, the number of the patch antenna elements included in the antenna module constituting the transmitting side antenna array is equal to or less than the number of the patch antenna elements included in the antenna module constituting the receiving side antenna array. It is also related to the radar device that has become.

(第1の実施例)
本形態の第1の実施例のレーダー装置8bの構成について、図37を用いて説明する。
本形態のレーダー装置8aは、レーダー装置の基板のアンテナ面301に構成され、アンテナモジュール部の基板の材質や、基板厚さd、断面形状や、グランド導体層が構成されるのは、第1の実施形態〜第3の実施形態と同様である。
本実施形態では、レーダー装置の基板300として、中間にグランド導体層を含み、異種基板も含めた多層構造の基板であり、本アンテナ基板のアンテナ面301の反対側には、本パッチアンテナが接続されるMMIC(Microwave Monolithic IC)や、その他の回路部品が搭載される(図示略)。
(First Example)
The configuration of the radar device 8b according to the first embodiment of the present embodiment will be described with reference to FIG. 37.
The radar device 8a of the present embodiment is configured on the antenna surface 301 of the substrate of the radar device, and the material of the substrate of the antenna module portion, the substrate thickness d, the cross-sectional shape, and the ground conductor layer are composed of the first. The same applies to the third and third embodiments.
In the present embodiment, the substrate 300 of the radar device is a substrate having a multi-layer structure including a ground conductor layer in the middle and different types of substrates, and the patch antenna is connected to the opposite side of the antenna surface 301 of the antenna substrate. MMIC (Microwave Monolithic IC) and other circuit components are mounted (not shown).

また、基板方向に関し、図37に示す本装置の基板300に対して、横方向を水平方向(H)、縦方向を垂直方向(V)として定義する。 Further, regarding the substrate direction, the horizontal direction is defined as the horizontal direction (H) and the vertical direction is defined as the vertical direction (V) with respect to the substrate 300 of the present device shown in FIG. 37.

当該装置8aのレーダー装置の基板300のアンテナ面301には、送信アンテナ151〜153、受信アンテナ160〜164が構成され、当該基板300のアンテナ面301と反対面の回路側と、VIAホールとVIAを受ける導体で接続構成される。VIA受け導体及びVIAホールのメタルは、Cu(銅)メタルであり、Cuメタルの表面にはAuメッキされていても構わない。ここでは、VIAホールは、信号を伝送する信号VIAホール211と、VIA周囲のVIA受けメタル210と、グランドVIA221と、グランドVIA周囲のグランド受けメタル220で構成される。信号を伝送する信号VIAホール211は、本基板のアンテナ面301の送信アンテナ151〜153、受信アンテナ161〜164は、本基板300の裏面の送信側・受信側の個々の回路側の信号接続端子と接続される。また、グランドVIAホール221は、本基板のアンテナ面301の送信アンテナ151〜153、受信アンテナ161〜164のグランド部と、本基板300中間のグランド層と、本基板300裏面の送信側・受信側の個々の回路側のグランド端子と接続される(図示略)。 A transmitting antenna 151 to 153 and a receiving antenna 160 to 164 are configured on the antenna surface 301 of the substrate 300 of the radar device of the apparatus 8a, and the circuit side opposite to the antenna surface 301 of the substrate 300, the VIA hole, and the VIA. It is composed of conductors that receive. The metal of the VIA receiving conductor and the VIA hole is Cu (copper) metal, and the surface of the Cu metal may be Au-plated. Here, the VIA hole is composed of a signal VIA hole 211 for transmitting a signal, a VIA receiving metal 210 around the VIA, a ground VIA221, and a ground receiving metal 220 around the ground VIA. The signal VIA hall 211 for transmitting signals is the transmitting antenna 151 to 153 on the antenna surface 301 of the main board, and the receiving antennas 161 to 164 are the signal connection terminals on the transmitting side and the receiving side of the back surface of the board 300. Is connected with. Further, the ground VIA hole 221 includes a transmission antenna 151 to 153 on the antenna surface 301 of the main board, a ground portion of the reception antennas 161 to 164, a ground layer in the middle of the main board 300, and a transmission side / reception side on the back surface of the main board 300. It is connected to the ground terminal on the individual circuit side of (not shown).

本実施例では、送信アンテナ151〜153の3本と、受信アンテナ161〜164の4本で構成されるが、送信アンテナ・受信アンテナの数は、本実施例の3本、4本に限らなく、一般的に受信側M1(M1:自然数)、送信側M2(M2:自然数)であっても構わない。 In this embodiment, it is composed of three transmitting antennas 151 to 153 and four receiving antennas 161 to 164, but the number of transmitting antennas and receiving antennas is not limited to three and four in this embodiment. Generally, the receiving side M1 (M1: natural number) and the transmitting side M2 (M2: natural number) may be used.

なお、受信アンテナ160の2本は、受信アンテナ161〜164の両側に構成され、グランドに接続されたダミーアンテナであり、本受信アンテナ160で挟まれた受信アンテナ161〜164の個々のアンテナ放射パターンを均一にすることができ、より良好な受信特性を得ることが可能となる。 The two receiving antennas 160 are dummy antennas configured on both sides of the receiving antennas 161 to 164 and connected to the ground, and the individual antenna radiation patterns of the receiving antennas 161 to 164 sandwiched between the receiving antennas 160. Can be made uniform, and better reception characteristics can be obtained.

本実施例において、送信アンテナ151〜153は、前記第1の実施形態のパッチアンテナであり、受信アンテナ160〜164は、前記第2の実施形態のパッチアンテナで、素子数はN=4のアンテナである。
各受信アンテナ160〜164は、λair/2の間隔で配列される。具体的に、60GHz帯(57GHz〜64GHz)を用いる場合は、λair=5mmとなる。
個々の受信アンテナ160〜164の形状中心点201(×)は、同一線上のDD’ライン上に配列される。ここで本アンテナの形状中心点201(×)は、4素子パッチアンテナの接続されたアンテナの形状中心(入力給電回路や整合回路は含まず)であり、Nが偶数の場合は、各素子を接続する給電線路の中心に位置し、Nが奇数の場合は中央のパッチアンテナ素子の中心に位置する。
In this embodiment, the transmitting antennas 151 to 153 are the patch antennas of the first embodiment, the receiving antennas 160 to 164 are the patch antennas of the second embodiment, and the number of elements is N = 4. Is.
Each receiving antenna 160 to 164 is arranged at an interval of λair / 2. Specifically, when the 60 GHz band (57 GHz to 64 GHz) is used, λair = 5 mm.
The shape center points 201 (x) of the individual receiving antennas 160 to 164 are arranged on the DD'line on the same line. Here, the shape center point 201 (x) of this antenna is the shape center of the antenna to which the 4-element patch antenna is connected (excluding the input feeding circuit and the matching circuit), and when N is an even number, each element is used. It is located at the center of the power supply line to be connected, and when N is an odd number, it is located at the center of the central patch antenna element.

一方、送信アンテナ151〜153、3本の配列は水平方向λair間隔で配置され、送信アンテナ151と153のそれぞれのアンテナの中心点(×)は、受信アンテナ160〜164の中心点(×)と同様、DD’線上にある。一方、送信アンテナ152の中心点(×)は、本アンテナの外側に位置する送信アンテナ151と153に比較し、λair/2だけ、垂直方向にずらして配置される。
図41(a)に、本構成の送信アンテナ3本で、受信アンテナ4本で構成される、計12個から成る仮想アンテナの配置構成を示す。アンテナ間隔は、垂直(V)方向に2行、水平(H)方向に8列並ぶ構成となる。水平(H)方向にアンテナビームフォーミング処理等をすることにより、電子的にアンテナの指向性を電波の到来方向に向けることができる。加えて垂直方向には、縦方向のアンテナ位相差から、大まかな垂直(V)方向のターゲット検出することができる。
On the other hand, the three transmitting antennas 151 to 153 are arranged at horizontal λair intervals, and the center points (x) of the transmitting antennas 151 and 153 are the center points (x) of the receiving antennas 160 to 164. Similarly, it is on the DD'line. On the other hand, the center point (x) of the transmitting antenna 152 is arranged so as to be shifted in the vertical direction by λair / 2 as compared with the transmitting antennas 151 and 153 located outside the present antenna.
FIG. 41 (a) shows an arrangement configuration of a total of 12 virtual antennas composed of 3 transmitting antennas and 4 receiving antennas having this configuration. The antenna spacing is 2 rows in the vertical (V) direction and 8 columns in the horizontal (H) direction. By performing antenna beamforming processing in the horizontal (H) direction, the directivity of the antenna can be electronically directed in the direction of arrival of radio waves. In addition, in the vertical direction, a rough target in the vertical (V) direction can be detected from the antenna phase difference in the vertical direction.

これは、本マイクロ波FMCWレーダー装置8aにおいては、水平面方向、垂直方向そのままとし、ある高さに設置した場合、上記の仮想アンテナ図41(a)の構成により、例えば、±90度の水平(H)方向の静止物や動体物(人含む)のターゲットの検出のみならず、垂直(V)方向のターゲットの検出も可能となり、例えば、室内で椅子に着座している人や、立位姿勢の人を区別して検出することができる。 In the present microwave FMCW radar device 8a, the horizontal direction and the vertical direction are left as they are, and when installed at a certain height, the configuration of the above virtual antenna FIG. 41 (a) makes it horizontal (for example, ± 90 degrees). It is possible to detect not only targets of stationary objects and moving objects (including people) in the H) direction, but also targets in the vertical (V) direction. For example, a person sitting in a chair indoors or a standing posture. Can be detected separately.

また、本構成において、送信アンテナ151から153の素子数N1とし、受信アンテナ素子数N2とした場合、N1≦N2とすることが望ましく、本実施例では、送信アンテナ151、152、153は、1素子のアンテナ(N1=1)であり、受信アンテナ160〜164は、4素子アンテナ(N2=4)である。 Further, in the present configuration, when the number of elements of the transmitting antennas 151 to 153 is N1 and the number of receiving antenna elements is N2, it is desirable that N1 ≦ N2. The element antenna (N1 = 1), and the receiving antennas 160 to 164 are 4-element antennas (N2 = 4).

以上のような構成の図41に示される本レーダー装置8aの検出事例を図38(a)(b)に示す。図38(a)は室内270の側面図であり、本レーダー装置8aを室内の高所に図中のHVの方向で、少し斜め下方向にオフセットさせて取り付けた際、送信アンテナ151〜153から、屋内への電波の広がり(送信アンテナの放射パターン250参照)を示すとともに、人260に電波が照射された場合、人からの反射散乱波251a〜251dの方向を示す。本装置8aの送信アンテナ151〜153のパッチアンテナ素子数1個としているため、垂直方向Vには、室内270の広い方向に照射(送信アンテナの放射パターン250参照)される、電波のブラインド領域を低減することができる。 A detection example of the radar device 8a shown in FIG. 41 having the above configuration is shown in FIGS. 38 (a) and 38 (b). FIG. 38 (a) is a side view of the room 270, and when the radar device 8a is mounted at a high place in the room with a slight oblique downward offset in the direction of the HV in the drawing, from the transmitting antennas 151 to 153. In addition to showing the spread of radio waves indoors (see the radiation pattern 250 of the transmitting antenna), when the radio waves are applied to the person 260, the directions of the reflected scattered waves 251a to 251d from the person are shown. Since the number of patch antenna elements of the transmitting antennas 151 to 153 of the apparatus 8a is one, the vertical direction V includes a blind region of radio waves that is irradiated in a wide direction of the room 270 (see the radiation pattern 250 of the transmitting antenna). Can be reduced.

加えて、本装置8aの受信アンテナ160〜164の垂直方向(V)方向に4素子配列したアンテナとすることで、垂直方向の電波ビーム幅(半値角)は±15度程度にまで絞ることによって、本受信アンテナ160〜164は、人がターゲットになる場合、人とレーダー装置8aを結ぶ方向の電波成分(反射散乱波251b)のみを受信検出することができる。一方、人から反射散乱された電波成分(反射散乱波251a,251c,251d)は、天井や床や壁等で反射された不要反射波(クラッタ成分)となり、この不要反射成分の受信を抑圧することができ、良好な検出特性を得ることができる。 In addition, by using an antenna in which four elements are arranged in the vertical direction (V) of the receiving antennas 160 to 164 of the present device 8a, the radio wave beam width (half-value angle) in the vertical direction is narrowed down to about ± 15 degrees. When a person is the target, the receiving antennas 160 to 164 can receive and detect only the radio wave component (reflected scattered wave 251b) in the direction connecting the person and the radar device 8a. On the other hand, the radio wave components (reflected scattered waves 251a, 251c, 251d) reflected and scattered from humans become unnecessary reflected waves (clutter components) reflected by the ceiling, floor, wall, etc., and suppress the reception of these unnecessary reflected components. And good detection characteristics can be obtained.

なお、室内だけでなく、例えば、自動車の車室内での2列目、3列目の乗車員の検出にも適しており、車内の天井の中央部周辺にあるルームランプ付近に、図38の室内と同様に少し下方向にオフセットして、本基板300の水平方向(H)を、2列目・3列目のシートと平行になるように配置することにより、2列目、3列目の乗車員の位置や体動や呼吸等の微細な動きを、精度よく検出ができるのみならず、垂直成分の判定もできるため、子供がシートにうずくまっているのかどうかも高精度に判定することができる。
また、本実施例では、送信アンテナ3本、受信アンテナ4本用いたが、基本性能としては、高さ(V)方向にλair/2シフトさせた送信アンテナ151及び152の2本と、受信アンテナも水平(H)方向の161及び162の2本の計4本であっても構わないが、適宜4本以上から増やすことによって検知特性と検出解像度を向上させることができる。
It should be noted that it is suitable for detecting occupants in the second and third rows not only indoors but also in the passenger compartment of an automobile, and is located near the room lamp near the center of the ceiling in the vehicle, as shown in FIG. 38. By arranging the board 300 in the horizontal direction (H) so as to be parallel to the seats in the second and third rows by slightly offsetting it downward as in the room, the second and third rows Not only can it accurately detect the position of the occupants and minute movements such as body movements and breathing, but it can also determine the vertical component, so it is possible to determine with high accuracy whether or not the child is crouching in the seat. Can be done.
Further, in this embodiment, three transmitting antennas and four receiving antennas are used, but as basic performance, two transmitting antennas 151 and 152 shifted by λair / 2 in the height (V) direction and a receiving antenna are used. There may be a total of four antennas, 161 and 162 in the horizontal (H) direction, but the detection characteristics and the detection resolution can be improved by appropriately increasing the number from four or more.

本実施例では、送信アンテナ(151〜153)と、受信アンテナ(160〜164)の形状中心点を合わせることにより、アンテナのビームの基線を合わせることで、送信アンテナだけでなく、受信側のN素子アンテナでも、MIMOレーダーとして、送信・受信アンテナ位置を座標点として扱うことができ、良好なアンテナビーム制御が可能となる。 In this embodiment, by aligning the shape center points of the transmitting antenna (151 to 153) and the receiving antenna (160 to 164), the baseline of the beam of the antenna is aligned, so that not only the transmitting antenna but also the receiving side N Even with an element antenna, as a MIMO radar, the position of the transmitting / receiving antenna can be treated as a coordinate point, and good antenna beam control becomes possible.

(第2の実施例)
本形態の第2の実施例のレーダー装置8bの構成について、図39を用いて説明する。
本形態の第1の実施例のレーダー装置8aとの相違点について説明する。相違する部分は、本基板のアンテナ面302の送信アンテナ171・172・173及び、受信アンテナ180〜184のアンテナ部の構成が異なる。具体的には、本実施例では、送信側、受信側とも、前記第3の実施形態のアンテナモジュールの構成を用い、個々のアンテナの素子長方向(給電方向)は水平方向Hとなる。
受信アンテナ180〜184においては、8素子(N=8)のアンテナをλair/2間隔で、6本、アンテナの形状中心点201が、DD’線上になるように配列される。一方、送信アンテナ171、172、173においては、4素子(N=4)アンテナを2・λair間隔での配置となる(具体的には、60GHz帯の57GHz〜64GHzを用いる場合は、中心周波数60GHzとしλair=5mmとした。)。
ここで本アンテナの形状中心点201(×)は、8素子パッチアンテナの接続されたアンテナの形状中心の定義は前記第1の実施例と同様である。
(Second Example)
The configuration of the radar device 8b of the second embodiment of the present embodiment will be described with reference to FIG. 39.
The difference from the radar device 8a of the first embodiment of this embodiment will be described. The difference is that the configurations of the transmitting antennas 171, 172, 173 on the antenna surface 302 of the present board and the antenna portions of the receiving antennas 180 to 184 are different. Specifically, in this embodiment, both the transmitting side and the receiving side use the configuration of the antenna module of the third embodiment, and the element length direction (feeding direction) of each antenna is the horizontal direction H.
In the receiving antennas 180 to 184, six antennas of eight elements (N = 8) are arranged at λair / 2 intervals so that the shape center points 201 of the antennas are on the DD'line. On the other hand, in the transmitting antennas 171 and 172, 173, the four element (N = 4) antennas are arranged at intervals of 2.λair (specifically, when 57 GHz to 64 GHz in the 60 GHz band is used, the center frequency is 60 GHz. Λair = 5 mm.)
Here, the shape center point 201 (x) of the present antenna has the same definition as the first embodiment in the definition of the shape center of the antenna to which the 8-element patch antenna is connected.

送信アンテナ171〜173は、3本の配列は水平方向2λair間隔で配置され、3本の送信アンテナ171、172、173の前記形状中心点(×)は、V方向に対して、同様の位置であり、受信アンテナ180〜184の中心点(×)もV方向に対して、同様の位置であり、本実施例においては、送信アンテナ171〜173、受信アンテナ180〜184も、DD’線上に並べることによって、送信側と受信側のアンテナ放射ビームの位置を揃える構成である。つまり、第1の実施例と同様に、本実施例では、送信アンテナ(171〜173)と、受信アンテナ(180〜184)の形状中心点を合わせることにより、アンテナのビームの基線を合わせることで、送信N1素子アンテナ、受信側のN2素子アンテナでも、MIMOレーダーとして、送信・受信アンテナ位置を座標点として扱うことができ、良好なアンテナビーム制御が可能となり、送信3本、受信4本から構成される12本(送信3×受信4)の仮想アンテナとして良好な動作をさせることが可能となる。 The three transmitting antennas 171 to 173 are arranged at intervals of 2λair in the horizontal direction, and the shape center points (x) of the three transmitting antennas 171, 172, and 173 are located at the same positions with respect to the V direction. Yes, the center points (x) of the receiving antennas 180 to 184 are also at the same positions with respect to the V direction. In this embodiment, the transmitting antennas 171 to 173 and the receiving antennas 180 to 184 are also arranged on the DD'line. As a result, the positions of the antenna radiation beams on the transmitting side and the receiving side are aligned. That is, as in the first embodiment, in this embodiment, by aligning the shape center points of the transmitting antenna (171 to 173) and the receiving antenna (180 to 184), the baseline of the beam of the antenna is aligned. , The transmitting N1 element antenna and the receiving side N2 element antenna can also handle the transmitting / receiving antenna position as a coordinate point as a MIMO radar, enabling good antenna beam control, and consists of 3 transmitting and 4 receiving. It is possible to perform good operation as 12 virtual antennas (transmission 3 × reception 4).

図41(b)に、前記本送信アンテナ3本で、受信アンテナ4本で構成される、計12個から成る仮想アンテナの配置構成を示す。仮想アンテナは、水平(H)方向に12列並ぶ構成となる。水平(H)方向にアンテナビームフォーミング処理等をすることにより、電子的にアンテナの指向性を電波の到来方向に向けることができ、アンテナ数が多いほどより鋭く到来方向に向けることができ角度分解能は向上する。 FIG. 41B shows an arrangement configuration of a total of 12 virtual antennas, which are composed of the three transmitting antennas and four receiving antennas. The virtual antennas are arranged in 12 rows in the horizontal (H) direction. By performing antenna beamforming processing in the horizontal (H) direction, the directivity of the antenna can be electronically directed in the direction of arrival of radio waves, and the larger the number of antennas, the sharper the direction of arrival can be. Will improve.

図38(a)のように本レーダー装置8bの基板の方向(H、V)は第1の実施例と同様に、ある高さに設置し、例えば、マイクロ波FMCWレーダー装置8bを構成した場合、水平方向(H)成分259の静止物や動体物(人含む)のターゲットの検出において、仮想アンテナ12本のアンテナとしてH方向のアレイアンテナとして動作させることができ、つまり12本のアンテナをビームフォーミング等のアンテナ信号処理により仮想アンテナの指向性を鋭くすることができ、水平方向のH方向でより高い分解能を得ることができる。 As shown in FIG. 38 (a), the directions (H, V) of the substrate of the radar device 8b are installed at a certain height as in the first embodiment, and for example, when the microwave FMCW radar device 8b is configured. In the detection of a stationary object or a moving object (including a person) with a horizontal (H) component 259, it can be operated as an H-direction array antenna as 12 virtual antennas, that is, 12 antennas are beamed. The directivity of the virtual antenna can be sharpened by antenna signal processing such as forming, and higher resolution can be obtained in the horizontal H direction.

また、本構成において、送信アンテナ171から173の素子数は、4素子のアンテナ(N1=4)である、受信アンテナ180〜184は、8素子アンテナ(N2=8)であり、屋内等の数mのエリアにおいて、送信側のV方向の指向性を広くすることにより検出エリアを広くすることが可能となる。
本実施例のように4素子のアンテナを送信側に用いる場合、V方向で半値角±15°で、一見狭いように見えるが、10m先の地点では、電波の広がりは、約5.4m(10m×2×tan15°)となり、人の身長から見れば、垂直方向でも十分広がりをもった電波となる。
Further, in this configuration, the number of elements of the transmitting antennas 171 to 173 is a 4-element antenna (N1 = 4), and the number of receiving antennas 180 to 184 is an 8-element antenna (N2 = 8), which is the number of indoors and the like. In the area of m, the detection area can be widened by widening the directivity in the V direction on the transmitting side.
When a 4-element antenna is used on the transmitting side as in this embodiment, the half-value angle is ± 15 ° in the V direction, and it looks narrow at first glance, but at a point 10 m away, the spread of radio waves is about 5.4 m ( (10m x 2 x tan 15 °), which means that the radio wave has a sufficient spread even in the vertical direction when viewed from the height of a person.

本実施例においては、屋内の10mを超える広いエリアや屋外等においては、送信側は、受信側と同様に8素子アンテナ(N1=8)を用いて、V方向の指向性を絞ることによって、アンテナ利得が大きくなり、より長距離に対応することが可能となり、かつ、不要反射等の影響も低減することが可能となる。 In this embodiment, in a wide area exceeding 10 m indoors, outdoors, etc., the transmitting side uses an 8-element antenna (N1 = 8) like the receiving side to narrow down the directivity in the V direction. The antenna gain becomes large, it becomes possible to cope with a longer distance, and it becomes possible to reduce the influence of unnecessary reflection and the like.

一方、5m程度の比較的狭い室内では、第1の実施例のように送信側1素子(N1=1)、受信側4素子(N2=4)であっても構わず、広さに応じて決めることが望ましい。
ここで、車室内等の数m以内の比較的狭い室内では、第1の実施例のように送信側1素子、受信側3素子または1素子であっても構わず、素子数N1、N2がN1≦N2の関係を満たしつつ、広さに応じて適宜決めることが望ましい。
On the other hand, in a relatively small room of about 5 m, one element on the transmitting side (N1 = 1) and four elements on the receiving side (N2 = 4) may be used as in the first embodiment, depending on the size. It is desirable to decide.
Here, in a relatively narrow room such as a vehicle interior within a few meters, the number of elements N1 and N2 may be one element on the transmitting side, three elements on the receiving side, or one element as in the first embodiment. It is desirable to appropriately determine the size according to the size while satisfying the relationship of N1 ≦ N2.

さらに、加えて、本レーダー装置を、図38(a)のように設置した場合、送信・受信アンテナ素子の給電方向が、概ね水平方向となり、人からの水平方向成分の反射散乱波は、図38(b)に示すように、送信アンテナ171〜173から放射された電波は、ターゲット(人)に当たり反射散乱された電波251bは、本レーダー装置8bの受信アンテナ180〜184を用いて、MIMO技術のビームフォーミングにより、受信ビームとして、電波の到来方向成分251rxを受信することができる。室内の人の動きが、室内で水平方向に移動した場合、送信側から送信された水平偏波成分の電波は、受信アンテナでは水平偏波成分の電波として受信されるが、水平方向の人の動きからの電波に対しては、受信アンテナ181〜184に入射される水平偏波の電波は、(第1の実施例のような)垂直偏波の電波に比較して、水平方向のより広い方位角で受信アンテナからの出力反射係数が小さくなり良好な感度特性を有する。加えて、人のいる位置の方位角度によっては、受信アンテナからの出力反射係数がゼロとなるブリュースター角(Brewster angle)も存在し、水平方向に広い放射パターンと良好な感度特性を有し、より良好な検出特性を得ることができる。 Furthermore, when this radar device is installed as shown in FIG. 38 (a), the feeding direction of the transmitting / receiving antenna element is substantially horizontal, and the reflected scattered wave of the horizontal component from a person is shown in FIG. As shown in 38 (b), the radio waves radiated from the transmitting antennas 171 to 173 hit the target (person), and the radio waves 251b reflected and scattered are the MIMO technology using the receiving antennas 180 to 184 of the radar device 8b. By the beamforming of, it is possible to receive the arrival direction component 251rx of the radio wave as the receiving beam. When the movement of a person in the room moves horizontally in the room, the radio wave of the horizontally polarized component transmitted from the transmitting side is received as the radio wave of the horizontally polarized component by the receiving antenna, but the radio wave of the person in the horizontal direction For radio waves from motion, the horizontally polarized radio waves incident on the receiving antennas 181 to 184 are wider in the horizontal direction than the vertically polarized radio waves (as in the first embodiment). The output reflection coefficient from the receiving antenna becomes smaller at the azimuth angle, and it has good sensitivity characteristics. In addition, depending on the azimuth angle of the position where the person is, there is also a Brewster angle at which the output reflectance coefficient from the receiving antenna becomes zero, and it has a wide radiation pattern in the horizontal direction and good sensitivity characteristics. Better detection characteristics can be obtained.

(第3の実施例)
本形態の第3の実施例のレーダー装置8cの構成について、図40を用いて説明する。
本形態の第1の実施例のレーダー装置8aとの相違点について説明する。
実施例1のレーダー装置8aでは、本基板のアンテナ面301に送信アンテナ151〜153・受信アンテナ160〜164を配置し、回路側を本基板のアンテナ面301の反対面299にMMICやその他回路部品を搭載される構成であったが、本実施例のレーダー装置8cにおいては、MMICを含む回路面299に、送信アンテナ240〜243、受信アンテナ190〜194が構成され、送信側給電線路230〜232、受信側給電線路271〜274を介し、マイクロ波の信号を、同じ面に実装されているMMIC(図示なし)に直接接続される構成である。
本実施例では本基板299のEE’線部以降で示すアンテナ部の構成について、図40に示す。ここで、両側の受信アンテナ190と、両側の送信アンテナ240は、グランドに接続された無給電のダミーアンテナである。本ダミーアンテナ190・240は、送信アンテナ241、242、243、受信アンテナ191〜194の放射パターンを、より一定に保つための無給電アンテナである。本無給電アンテナは、本実施例では、グランドに接続しているが、接続なしのオープン端子であっても、または50Ωの純抵抗が接続された無反射終端接続であっても構わない。
(Third Example)
The configuration of the radar device 8c according to the third embodiment of the present embodiment will be described with reference to FIG. 40.
The difference from the radar device 8a of the first embodiment of this embodiment will be described.
In the radar device 8a of the first embodiment, the transmitting antennas 151 to 153 and the receiving antennas 160 to 164 are arranged on the antenna surface 301 of the board, and the circuit side is MMIC and other circuit components on the opposite surface 299 of the antenna surface 301 of the board. However, in the radar device 8c of the present embodiment, the transmitting antennas 240 to 243 and the receiving antennas 190 to 194 are configured on the circuit surface 299 including the MMIC, and the transmitting side feeding lines 230 to 232 are installed. , The microwave signal is directly connected to the MMIC (not shown) mounted on the same surface via the receiving side feeding lines 271-274.
In this embodiment, FIG. 40 shows the configuration of the antenna portion shown after the EE'line portion of the substrate 299. Here, the receiving antenna 190 on both sides and the transmitting antenna 240 on both sides are non-feeding dummy antennas connected to the ground. The dummy antennas 190 and 240 are non-feeding antennas for keeping the radiation patterns of the transmitting antennas 241 and 242, 243 and the receiving antennas 191 to 194 more constant. Although the present non-feeding antenna is connected to the ground in this embodiment, it may be an open terminal without a connection or a non-reflective terminal connection to which a pure resistor of 50Ω is connected.

本図40において、MMICからの送信出力は、送信側給電部230、231、232に接続され、グランドコプレーナ線路(GCPW線路)279で接続される。本GCPW線路は、信号線路211と、両側グランド220とVIAホール221で構成され、信号線路幅WgとグランドとのギャップGsは、当該基板299と合わせて、特性インピーダンスを決定する。 In FIG. 40, the transmission output from the MMIC is connected to the transmission side feeding unit 230, 231 and 232, and is connected by the ground coplanar line (GCPW line) 279. The GCPW line is composed of a signal line 211, grounds 220 on both sides, and VIA hole 221. The gap Gs between the signal line width Wg and the ground determines the characteristic impedance together with the substrate 299.

受信アンテナ側も同様に、MMICの4つの受信入力端子は、受信側給電部271、272、273、274に接続され、給電線路の一部はグランドコプレーナ線路(GCPW線路)279で接続される。
前記EE’面以下のMMICの入出力端子に至る各送信側給電線路230、231、232、受信側給電線路部271、272、273、274も、前述の、グランドコプレーナ線路(GCPW線路)で接続されるのが望ましい。本GCPW線路はグランド220が回路表面299にあり、MMICと同じ面に299にあることにより、信号の閉じ込め効果を高めることによって、MMICから送信側給電線路230〜232、受信側給電線路271〜274からの不要放射を小さくすることができ、送信アンテナ241、242、243、受信アンテナ191、192、193、194、のもつ放射パターンに与える影響を小さくでき、アンテナ本来の放射パターン特性に近づけることができる。
Similarly, on the receiving antenna side, the four receiving input terminals of the MMIC are connected to the receiving side feeding units 271, 272, 273, 274, and a part of the feeding line is connected by the ground coplanar line (GCPW line) 279.
Each transmitting side feeding line 230, 231 and 232 and receiving side feeding line section 271, 272, 273, 274 leading to the input / output terminal of the MMIC below the EE'plane are also connected by the above-mentioned ground coplanar line (GCPW line). It is desirable to be done. In this GCPW line, the ground 220 is located on the circuit surface 299 and is located on the same surface as the MMIC at 299, thereby enhancing the signal confinement effect. Unnecessary radiation from the antenna can be reduced, and the influence of the transmitting antennas 241 and 242, 243 and the receiving antennas 191, 192, 193, and 194 on the radiation pattern can be reduced, and the characteristics of the antenna can be brought closer to the original radiation pattern. it can.

ここで、送信側アンテナ240〜243及び、受信側アンテナ190〜194は、夫々λair/2間隔で配置され、個々の1素子パッチアンテナは、実施形態1の第3の実施例の二重スリット型のパッチアンテナで構成される。とりわけ、送信側では、本パッチアンテナアンテナが垂直(V)方向に配列される構成のため、パッチ素子の幅Hは、下記の関係を満たすことが好ましい。
H≦ λair/2‐λg/4
Here, the transmitting side antennas 240 to 243 and the receiving side antennas 190 to 194 are arranged at λair / 2 intervals, respectively, and the individual 1-element patch antennas are of the double slit type according to the third embodiment of the first embodiment. It consists of a patch antenna. In particular, on the transmitting side, since the patch antennas are arranged in the vertical (V) direction, the width H of the patch elements preferably satisfies the following relationship.
H ≤ λair / 2-λg / 4

本アンテナに二重スリット型のパッチアンテナを用いることによって、本関係を満たし、広帯域特性を実現することができる。上記、送信側パッチアンテナ242、242、243、間の互いの干渉・結合度を小さくでき、1素子アンテナのもつ理想的な特性により近づけることができる。 By using a double-slit type patch antenna for this antenna, this relationship can be satisfied and wideband characteristics can be realized. The degree of mutual interference / coupling between the transmitting side patch antennas 242, 242, and 243 can be reduced, and the ideal characteristics of the one-element antenna can be brought closer.

ここで、送信アンテナ241〜243及び受信アンテナ191〜194において、単素子アンテナであるため、アンテナの形状中心点(×)は、一つのパッチアンテナの中心点であり、図40に示すように送信側のいずれかのパッチアンテナの形状中心点(×)と、受信側でパッチアンテナアレイの形状中心点(×)の位置が一致しているのが望ましく、送受の形状中心点(×)を合わせることにより、アンテナのビームの基線を合わせることで、MIMOレーダーとして、送信・受信アンテナ位置を座標点として扱うことができ、良好なアンテナビーム制御が可能となり、送信3本、受信4本から構成される12本(送信3×受信4)の仮想アンテナとして良好な動作をさせることが可能となる。 Here, since the transmitting antennas 241 to 243 and the receiving antennas 191 to 194 are single-element antennas, the shape center point (x) of the antenna is the center point of one patch antenna, and transmission is performed as shown in FIG. 40. It is desirable that the shape center point (x) of one of the patch antennas on the side coincides with the shape center point (x) of the patch antenna array on the receiving side, and the shape center points (x) of transmission and reception are aligned. As a result, by aligning the base lines of the antenna beams, the transmitting / receiving antenna position can be treated as a coordinate point as a MIMO radar, and good antenna beam control becomes possible, and it is composed of 3 transmissions and 4 receptions. It is possible to operate as a virtual antenna of 12 antennas (transmission 3 × reception 4).

図41(c)に、前記本送信アンテナ3本で、受信アンテナ4本で構成される、計12個から成る仮想アンテナの配置構成を示す。アンテナ間隔は、垂直(V)方向に3行、水平(H)方向4列並ぶ構成となる。水平(H)方向と垂直(V)方向に、夫々アンテナビームフォーミング処理等をすることにより、電子的にアンテナの指向性を3次元的に電波の到来方向に向けることができる。つまり、FMCWレーダー装置の電波の進行方向(奥行)方向のターゲット検出と併せて、3次元方向での測距・測角が可能となり、ターゲットの検出が可能となる。
これは、図38(a)のように本レーダー装置8cの基板の方向(H、V)は第1の実施例と同様に、ある高さに設置し、例えば、マイクロ波FMCWレーダー装置8cを構成した場合、水平方向(H)成分259の静止物や動体物(人含む)のターゲットの検出において、仮想アンテナはH方向に4本、V方向に3本の計12本のアレイアンテナとして動作させることができ、HV方向のビームフォーミング等のアンテナ信号処理により、水平方向のみならず、垂直方向にも測角することが可能となり、精度の高いターゲット検出することが可能となる。例えば、屋内で、人が立つたり座ったりする動作も、実施例1の場合よりも、さらに精度よく検出することが可能となる。
FIG. 41 (c) shows an arrangement configuration of a total of 12 virtual antennas, which are composed of the three transmitting antennas and four receiving antennas. The antenna spacing is 3 rows in the vertical (V) direction and 4 columns in the horizontal (H) direction. By performing antenna beamforming processing or the like in the horizontal (H) direction and the vertical (V) direction, respectively, the directivity of the antenna can be electronically directed to the direction of arrival of radio waves in three dimensions. That is, in addition to the target detection in the traveling direction (depth) direction of the radio wave of the FMCW radar device, the distance measurement and the angle measurement in the three-dimensional direction become possible, and the target can be detected.
As shown in FIG. 38A, the direction (H, V) of the substrate of the radar device 8c is set to a certain height as in the first embodiment, and for example, the microwave FMCW radar device 8c is installed. When configured, the virtual antenna operates as a total of 12 array antennas, 4 in the H direction and 3 in the V direction, when detecting targets of stationary objects and moving objects (including humans) with the horizontal (H) component 259. By antenna signal processing such as beam forming in the HV direction, it is possible to measure the angle not only in the horizontal direction but also in the vertical direction, and it is possible to detect a target with high accuracy. For example, the movement of a person standing or sitting indoors can be detected more accurately than in the case of the first embodiment.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, new technical features can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.

本発明は、マイクロ波およびミリ波等のアンテナ備えたモジュールおよびレーダー装置等に利用することができる。特に、移動体検知用センサ、生体センサ及び測距センサに有用である。 The present invention can be used for modules and radar devices provided with antennas such as microwaves and millimeter waves. In particular, it is useful for a moving object detection sensor, a biological sensor, and a distance measuring sensor.

5a、5b、5c、6b、6c、6d、6e、6f、7a、7b アンテナモジュール
8a、8b、8c レーダー装置
11、31、32、33、34、41、42、43、44、51、52、53、54、61、62、63、64、71、72、73、74、91、92、93、94 パッチアンテナ素子
11a、31a、32a、33a、34a、41a、42a、43a、44a、51a、52a、53a、54a、61a、62a、63a、64a、71a、72a、73a、74a、91a、92a、93a、94a 主パッチ素子
11b、31b、32b、33b、34b、41b、42b、43b、44b、51b、52b、53b、54b、61b、62b、63b、64b、71b、72b、73b、74b 副パッチ素子
11d、91b、92b、93b、94b 第1の副パッチ素子
11e、91c、92c、93c、94c 第2の副パッチ素子
12 スリット状の隙間
20、21、121 給電線路及び入力整合回路部
22、23、24、231、232、233、272、272、273、274 給電線路
100 誘電体基板
101 誘電体基板のアンテナ面
111 グランドメタル
122、123、124、125 引き出し線路部
151、152、153、171、172、173、240、241、242、243、244 送信アンテナ
160、161、162、163、164、180、181、182、183、184、190、191、192、193、194 受信アンテナ
200a、200b、200c 送信アンテナの形状中心点
201 受信アンテナの形状中心点
250 送信アンテナ放射パターン
253 受信アンテナの水平方向の入射パターン
251a、251b、251c、251d 反射散乱波
251rx 受信アンテナへの入射電波
252 受信アンテナの垂直方向の放射パターン
260 人
270 室内
279 グランドコプレーナ線路(GCPWG)
299 レーダー装置の基板の回路面
300 レーダー装置の基板
301、302 レーダー装置の基板のアンテナ面
330 仮想アンテナ
5a, 5b, 5c, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 7a, 7b Antenna modules 8a, 8b, 8c Radar devices 11, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44, 51, 52, 53, 54, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74, 91, 92, 93, 94 Patch antenna elements 11a, 31a, 32a, 33a, 34a, 41a, 42a, 43a, 44a, 51a, 52a, 53a, 54a, 61a, 62a, 63a, 64a, 71a, 72a, 73a, 74a, 91a, 92a, 93a, 94a Main patch elements 11b, 31b, 32b, 33b, 34b, 41b, 42b, 43b, 44b, 51b, 52b, 53b, 54b, 61b, 62b, 63b, 64b, 71b, 72b, 73b, 74b Sub-patch elements 11d, 91b, 92b, 93b, 94b First sub-patch elements 11e, 91c, 92c, 93c, 94c Second sub-patch element 12 Slit-shaped gaps 20, 21, 121 Feed line and input matching circuit unit 22, 23, 24, 231, 232, 233, 272, 272, 273, 274 Feed line 100 Dielectric substrate 101 Dielectric Antenna surface of body board 111 Ground metal 122, 123, 124, 125 Lead-out line part 151, 152, 153, 171, 172, 173, 240, 241, 242, 243, 244 Transmitting antenna 160, 161, 162, 163, 164 , 180, 181, 182, 183, 184, 190, 191, 192, 193, 194 Receiving antenna 200a, 200b, 200c Transmission antenna shape Center point 201 Receiving antenna shape Center point 250 Transmission antenna Radiation pattern 253 Receiving antenna horizontal Directional incident pattern 251a, 251b, 251c, 251d Reflected scattered wave 251rx Incident radio wave to receiving antenna 252 Vertical radiation pattern of receiving antenna 260 people 270 Indoor 279 Grand coplanar line (GCPWG)
299 Radar device board circuit surface 300 Radar device board 301, 302 Radar device board antenna surface 330 Virtual antenna

Claims (16)

誘電体基板の表面に金属パターンで略長方形に形成された主パッチ素子と、該主パッチ素子の両側に、それぞれ金属パターンで略長方形に形成された少なくとも1個の副パッチ素子とにより、パッチアンテナ素子が構成され、
前記主パッチ素子及び前記少なくとも1個の副パッチ素子は、一方向に沿って列設されるとともに、互いにスリット状の隙間で隔離されることにより平行に配設されており、
前記スリット状の隙間は、誘電体基板上での動作波長をλgとすると、λg/100〜λg/10であり、
前記誘電体基板上における前記一方向を素子幅方向とし、その直交方向を素子長方向とすると、前記主パッチ素子の該素子長方向側に給電線路が設けられているアンテナモジュール。
A patch antenna is composed of a main patch element formed in a substantially rectangular shape with a metal pattern on the surface of a dielectric substrate, and at least one sub-patch element formed in a substantially rectangular shape with a metal pattern on both sides of the main patch element. The element is configured,
The main patch element and the at least one sub patch element are arranged in a row along one direction and are arranged in parallel by being separated from each other by a slit-shaped gap.
The slit-shaped gap is λg / 100 to λg / 10, assuming that the operating wavelength on the dielectric substrate is λg.
When the one direction on the dielectric substrate is the element width direction and the orthogonal direction thereof is the element length direction, an antenna module in which a feeding line is provided on the element length direction side of the main patch element.
前記主パッチ素子及び前記少なくとも1個の副パッチ素子は、前記素子長方向の長さである素子長が互いに相違している請求項1記載のアンテナモジュール。 The antenna module according to claim 1, wherein the main patch element and at least one sub-patch element have different element lengths in the element length direction. 複数の前記パッチアンテナ素子が、一列に配列されるとともに、前記パッチアンテナ素子における主パッチ素子同士が給電線路によって互いに連結されている請求項1又は2に記載のアンテナモジュール。 The antenna module according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the patch antenna elements are arranged in a row, and the main patch elements in the patch antenna element are connected to each other by a feeding line. 前記主パッチ素子の両側に、それぞれ1個の前記副パッチ素子を備えている請求項1〜3のいずれか一項に記載のアンテナモジュール。 The antenna module according to any one of claims 1 to 3, further comprising one sub-patch element on each side of the main patch element. 前記主パッチ素子の両側に、それぞれ複数個の前記副パッチ素子を備えている請求項1〜3のいずれか一項に記載のアンテナモジュール。 The antenna module according to any one of claims 1 to 3, further comprising a plurality of the sub-patch elements on both sides of the main patch element. 前記主パッチ素子と前記副パッチ素子との間のスリット状の隙間の間隔と、前記副パッチ素子同士のスリット状の隙間の間隔とが、互いに異なっている請求項5記載のアンテナモジュール。 The antenna module according to claim 5, wherein the slit-shaped gap between the main patch element and the sub-patch element and the slit-shaped gap between the sub-patch elements are different from each other. 前記配列における給電線路に接続される初段の前記パッチアンテナ素子は、前記主パッチ素子の両側に、それぞれ2個の前記副パッチ素子を備えている請求項3記載のアンテナモジュール。 The antenna module according to claim 3, wherein the first-stage patch antenna element connected to the feeding line in the arrangement includes two sub-patch elements on both sides of the main patch element. 3個以上の前記パッチアンテナ素子が配列されたものであって、
該配列における中間部の前記パッチアンテナ素子の素子幅が、該配列における端部の前記パッチアンテナ素子の素子幅よりも広くなっている請求項3記載のアンテナモジュール。
It is an array of three or more of the patch antenna elements.
The antenna module according to claim 3, wherein the element width of the patch antenna element at the intermediate portion in the arrangement is wider than the element width of the patch antenna element at the end portion in the arrangement.
3個以上の前記パッチアンテナ素子が配列されたものであって、
該配列における中間部の前記パッチアンテナ素子の前記主パッチ素子の素子幅は、該配列における端部側の前記パッチアンテナ素子の前記主パッチ素子の素子幅より広くなっており、
該配列における主パッチ素子から最も外側の前記副パッチ素子の素子幅は一定となっている請求項3又は8記載のアンテナモジュール。
It is an array of three or more of the patch antenna elements.
The element width of the main patch element of the patch antenna element in the intermediate portion in the arrangement is wider than the element width of the main patch element of the patch antenna element on the end side in the arrangement.
The antenna module according to claim 3 or 8, wherein the element width of the sub-patch element outermost from the main patch element in the arrangement is constant.
3個以上の前記パッチアンテナ素子が配列されたものであって、
該配列におけるすべての前記パッチアンテナ素子の前記主パッチ素子の素子幅は一定となっている請求項3、8又は9のいずれか一項に記載のアンテナモジュール。
It is an array of three or more of the patch antenna elements.
The antenna module according to any one of claims 3, 8 or 9, wherein the element width of the main patch element of all the patch antenna elements in the array is constant.
前記複数のパッチアンテナ素子は、前記素子長方向へ一列に配列されており、
該配列における隣接するパッチアンテナ素子における主パッチ素子同士は、それぞれの素子幅方向の中央部が素子長方向に延びる給電線路によって連結されている請求項3、7〜10のいずれか一項に記載のアンテナモジュール。
The plurality of patch antenna elements are arranged in a row in the element length direction.
The invention according to any one of claims 3 and 7 to 10, wherein the main patch elements of the adjacent patch antenna elements in the arrangement are connected to each other by a feeding line whose central portion in the element width direction extends in the element length direction. Antenna module.
前記複数のパッチアンテナ素子は、前記素子幅方向へ一列に配列されており、
該配列における各パッチアンテナ素子の主パッチ素子は、それぞれの素子幅方向の中央部に、素子長方向に延びる引き出し線路部が連結され、該各引き出し線路部は前記素子幅方向に延びる給電線路に連結されている請求項3、7〜10のいずれか一項に記載のアンテナモジュール。
The plurality of patch antenna elements are arranged in a row in the element width direction.
In the main patch element of each patch antenna element in the arrangement, a lead-out line portion extending in the element length direction is connected to the central portion in the element width direction, and each lead-out line portion is connected to a feeding line extending in the element width direction. The antenna module according to any one of claims 3 and 7 to 10, which is connected.
請求項1〜12のいずれか一項に記載のアンテナモジュールを含む送信側アンテナアレイと、請求項1〜12のいずれか一項に記載のアンテナモジュールを含む受信側アンテナアレイとを誘電体基板上に備え、
前記送信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが複数並列して配置されることにより構成されており、
前記受信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが複数並列して配置されることにより構成されているレーダー装置。
A transmitting side antenna array including the antenna module according to any one of claims 1 to 12 and a receiving side antenna array including the antenna module according to any one of claims 1 to 12 are mounted on a dielectric substrate. In preparation for
The transmitting side antenna array is configured by arranging a plurality of the antenna modules in parallel.
The receiving side antenna array is a radar device configured by arranging a plurality of the antenna modules in parallel.
請求項1又は2に記載のアンテナモジュールを含む送信側アンテナアレイと、請求項1〜12のいずれか一項に記載のアンテナモジュールを含む受信側アンテナアレイとを誘電体基板上に備え、
前記送信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが互いに異なる2方向へ複数並列して配置されることにより構成されており、
前記受信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが前記2方向のうちのいずれか1方向へ複数並列して配置されることにより構成されているレーダー装置。
A transmitting side antenna array including the antenna module according to claim 1 or 2 and a receiving side antenna array including the antenna module according to any one of claims 1 to 12 are provided on a dielectric substrate.
The transmitting side antenna array is configured by arranging a plurality of the antenna modules in parallel in two different directions.
The receiving side antenna array is a radar device in which a plurality of the antenna modules are arranged in parallel in any one of the two directions.
請求項1、2、12のいずれか一項に記載のアンテナモジュールを含む送信側アンテナアレイと、請求項1、2、12のいずれか一項に記載のアンテナモジュールを含む受信側アンテナアレイとを誘電体基板上に備え、
前記送信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが誘電体基板上に水平方向へ複数並列して配置されることにより構成されており、
前記受信側アンテナアレイは、前記アンテナモジュールが誘電体基板上に水平方向へ複数並列して配置されることにより構成されているレーダー装置。
A transmitting side antenna array including the antenna module according to any one of claims 1, 2 and 12 and a receiving side antenna array including the antenna module according to any one of claims 1, 2 and 12. Prepared on a dielectric substrate
The transmitting side antenna array is configured by arranging a plurality of the antenna modules in parallel in the horizontal direction on a dielectric substrate.
The receiving side antenna array is a radar device in which a plurality of the antenna modules are arranged in parallel in the horizontal direction on a dielectric substrate.
前記送信側アンテナアレイを構成する前記アンテナモジュールに含まれる前記パッチアンテナ素子の数は、前記受信側アンテナアレイを構成する前記アンテナモジュールに含まれる前記パッチアンテナ素子の数以下となっている請求項13〜15のいずれか一項に記載のレーダー装置。 13. Claim 13 that the number of the patch antenna elements included in the antenna module constituting the transmitting side antenna array is equal to or less than the number of the patch antenna elements included in the antenna module constituting the receiving side antenna array. The radar device according to any one of 1 to 15.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022138551A1 (en) * 2020-12-21 2022-06-30 株式会社デンソー Antenna device
CN116315647A (en) * 2023-04-28 2023-06-23 天津七六四通信导航技术有限公司 Microstrip antenna and electronic equipment
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