JP2024006723A - antenna device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna device capable of increasing gain.
SOLUTION: An antenna device having an EBG (Electromagnetic Band Gap) structure includes: a reflector with a reflection plate; a partial reflection plate provided so as to be opposed to the reflection plate of the reflector; and a primary radiator that emits an electric wave into a space between the reflection plate and the partial reflection plate. The reflector further has an inclination part arranged on at least a part of an end part of the reflection plate so as to be extended toward the partial reflection plate while being inclined with respect to the reflection plate. A height of an upper end of the inclination part to the reflection plate is equal to or more than half of a height of the partial reflection plate with respect to the reflection plate.
SELECTED DRAWING: Figure 3
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本開示は、アンテナ装置に関する。 The present disclosure relates to an antenna device.

従来より、マイクロ波を放射するための主反射器と、この主反射器の開口部に配置され、複数の金属小体からなる副反射パターンが形成された支持基板と、を設け、上記副反射パターンは、磁界方向の中央部の金属小体同士を所定の第1間隙で配置し、この中央部の金属小体の外側の金属小体同士を上記第1間隙よりも小さい第2間隙で配置するようにしたマイクロ波用アンテナがある。主反射器の底面と内側面との間には、傾斜部が設けられている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a main reflector for radiating microwaves and a support substrate disposed in the opening of the main reflector and on which a sub-reflection pattern made of a plurality of metal objects are formed are provided, and the sub-reflector is The pattern is such that the metal objects in the center in the direction of the magnetic field are arranged with a predetermined first gap, and the metal objects outside the center metal objects are arranged with a second gap smaller than the first gap. There is a microwave antenna designed to do this. An inclined portion is provided between the bottom surface and the inner surface of the main reflector (see, for example, Patent Document 1).

特開2012-147158号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-147158

ところで、主反射器の底面と内側面との間(主反射器の縁端の底部)には、傾斜部が設けられているが、傾斜部の高さについて特段の記載はない。傾斜部の高さが十分に高くないと、支持基板の複数の副反射パターンの間に向けて反射する反射波が十分に得られず、マイクロ波用アンテナの利得が十分に得られない。 Incidentally, although an inclined portion is provided between the bottom surface and the inner surface of the main reflector (the bottom of the edge of the main reflector), there is no particular description regarding the height of the inclined portion. If the height of the inclined portion is not sufficiently high, a sufficient amount of reflected waves will not be obtained between the plurality of sub-reflection patterns of the support substrate, and a sufficient gain of the microwave antenna will not be obtained.

そこで、利得を増大可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide an antenna device that can increase the gain.

本開示の実施形態のアンテナ装置は、反射板を有する反射器と、前記反射器の前記反射板と対向して設けられる部分反射板と、前記反射板と前記部分反射板との間の空間に電波を放射する一次放射器とを含むEBG(Electromagnetic Band Gap:電磁バンドギャップ)構造のアンテナ装置であって、前記反射器は、前記反射板の端部のうちの少なくとも一部に配置され、前記反射板に対して傾斜して前記部分反射板に向かって延在する傾斜部をさらに有し、前記傾斜部の上端の前記反射板に対する高さは、前記反射板に対する前記部分反射板の高さの半分以上の高さである。 An antenna device according to an embodiment of the present disclosure includes a reflector having a reflector, a partial reflector provided opposite to the reflector of the reflector, and a space between the reflector and the partial reflector. An antenna device having an EBG (Electromagnetic Band Gap) structure including a primary radiator that radiates radio waves, wherein the reflector is disposed at at least a part of an end of the reflector, It further includes an inclined part that is inclined with respect to the reflecting plate and extends toward the partial reflecting plate, and the height of the upper end of the inclined part with respect to the reflecting plate is equal to the height of the partial reflecting plate with respect to the reflecting plate. It is more than half the height of

利得を増大可能なアンテナ装置を提供できる。 An antenna device that can increase gain can be provided.

実施形態のアンテナ装置の構成の一例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of an antenna device according to an embodiment. アンテナ装置の構成の一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of the configuration of an antenna device. 図1及び図2におけるA-A矢視断面の構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a cross section taken along the line AA in FIGS. 1 and 2. FIG. 部分反射板の構成の一例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of the configuration of a partial reflection plate. 部分反射板の下面側の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the lower surface side of a partial reflection plate. EBGモードと伝搬モードの一例を示す図である。It is a figure showing an example of EBG mode and propagation mode. 傾斜面の位置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the position of an inclined surface. アンテナ装置の最大利得の周波数特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of simulation results of maximum gain frequency characteristics of the antenna device. アンテナ装置の指向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the directivity of an antenna apparatus. アンテナ装置の指向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the directivity of an antenna apparatus. 比較用のアンテナ装置の最大利得の周波数特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of simulation results of maximum gain frequency characteristics of an antenna device for comparison. 比較用のアンテナ装置の指向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the directivity of the antenna device for comparison. 比較用のアンテナ装置の指向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the directivity of the antenna device for comparison. 実施形態の第1変形例のアンテナ装置の断面構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional structure of the antenna device of the 1st modification of embodiment. 実施形態の第2変形例のアンテナ装置の断面構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional structure of the antenna device of the 2nd modification of embodiment. 実施形態の第3変形例のアンテナ装置の平面構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the planar structure of the antenna device of the 3rd modification of embodiment. 実施形態の第4変形例のアンテナ装置の平面構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the planar structure of the antenna device of the 4th modification of embodiment. 図15におけるB-B矢視断面の構成の一例を示す図である。16 is a diagram showing an example of the configuration of a cross section taken along the line BB in FIG. 15. FIG. EBGモードの電波及び伝搬モードの電波の電界分布の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of electric field distribution of EBG mode radio waves and propagation mode radio waves. 実施形態の第4変形例のアンテナ装置の最大利得の周波数特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the frequency characteristic of the maximum gain of the antenna apparatus of the 4th modification of embodiment. 実施形態の第4変形例のアンテナ装置の指向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the directivity of the antenna apparatus of the 4th modification of embodiment. 実施形態の第4変形例のアンテナ装置の指向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the directivity of the antenna apparatus of the 4th modification of embodiment. 実施形態の第5変形例のアンテナ装置の平面構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the planar structure of the antenna device of the 5th modification of embodiment. 図20におけるC-C矢視断面の構成の一例を示す図である。21 is a diagram showing an example of the configuration of a cross section taken along line CC in FIG. 20. FIG. セルの一例を示す図である。It is a figure showing an example of a cell. セルの一例を示す図である。It is a figure showing an example of a cell.

以下、本開示のアンテナ装置を適用した実施形態について説明する。以下では、同一の要素に同一の号を付して、重複する説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments to which the antenna device of the present disclosure is applied will be described. Hereinafter, the same elements may be denoted by the same numbers, and redundant explanations may be omitted.

以下では、XYZ座標系を定義して説明する。X軸に平行な方向(X方向)、Y軸に平行な方向(Y方向)、Z軸に平行な方向(Z方向)は、互いに直交する。また、以下では、説明の便宜上、-Z方向側を下側又は下、+Z方向側を上側又は上と称す場合がある。また、平面視とはXY面視することをいう。また、以下では構成が分かりやすくなるように各部の長さ、太さ、厚さ等を誇張して示す場合がある。また、平行、直角、直交、水平、垂直、上下等の文言は、実施形態の効果を損なわない程度のずれを許容するものとする。 In the following, the XYZ coordinate system will be defined and explained. A direction parallel to the X axis (X direction), a direction parallel to the Y axis (Y direction), and a direction parallel to the Z axis (Z direction) are orthogonal to each other. Furthermore, hereinafter, for convenience of explanation, the −Z direction side may be referred to as the lower side or lower side, and the +Z direction side may be referred to as the upper side or upper side. In addition, "planar view" refers to viewing in the XY plane. Further, in the following, the length, thickness, thickness, etc. of each part may be exaggerated to make the configuration easier to understand. In addition, words such as parallel, right angle, orthogonal, horizontal, perpendicular, up and down, and the like allow deviations to the extent that the effects of the embodiments are not impaired.

また、以下の説明で、「電波」とは電磁波の一種であり、一般的に、3THz以下の電磁波は電波と呼ばれている。以下では、屋外の基地局又は中継局から放射された電磁波を「電波」と呼び、電磁波一般について言及するときは「電磁波」と呼ぶ。また、以下では、「ミリ波」又は「ミリ波帯」というときは、30GHz~300GHzの周波数帯域に加えて、24GHz~30GHzの準ミリ波帯も含むものとする。 Furthermore, in the following explanation, "radio wave" is a type of electromagnetic wave, and generally, electromagnetic waves of 3 THz or less are called radio waves. Hereinafter, electromagnetic waves emitted from outdoor base stations or relay stations will be referred to as "radio waves," and when referring to electromagnetic waves in general, they will be referred to as "electromagnetic waves." Further, in the following, the term "millimeter wave" or "millimeter wave band" includes not only the frequency band of 30 GHz to 300 GHz, but also the quasi-millimeter wave band of 24 GHz to 30 GHz.

実施形態のアンテナ装置は、一例として基地局として屋外の構造物等に固定的に取り付けられ、電波の透過量の調整を行うことで、所定の周波数の電波を透過させて出力する装置である。 The antenna device of the embodiment is, for example, a device that is fixedly attached to an outdoor structure or the like as a base station, and transmits and outputs radio waves of a predetermined frequency by adjusting the amount of radio wave transmission.

実施形態のアンテナ装置が放射する電波は、第五世代移動通信システム(5G)等のミリ波帯や、Sub-6を含む1GHz~40GHzの周波数帯域の電波であると好適である。また、実施形態のアンテナ装置が放射する電波は、LTE(Long Term Evolution)、LTE-A(LTE-Advanced)、又はUMB(Ultra Mobile Broadband)であってもよい。また、実施形態のアンテナ装置が放射する電波は、IEEE802.11(Wi-Fi(登録商標))、IEEE802.16(WiMAX(登録商標))、IEEE802.20、UWB(Ultra-Wideband)、Bluetooth(登録商標)、又はLPWA(Low Power Wide Area)等であってもよい。電波の周波数が高くなるにつれて、反射や回折による伝搬損失が大きくなり、高い利得のアンテナ装置が求められる。このため、実施形態のアンテナ装置は、比較的高い周波数を扱う通信に、より好適である。以下では、特に断らない限り、一例としてミリ波帯とSub-6の電波を用いて説明する。 The radio waves emitted by the antenna device of the embodiment are preferably radio waves in the millimeter wave band of the fifth generation mobile communication system (5G) or the like, or in the frequency band of 1 GHz to 40 GHz including Sub-6. Further, the radio waves emitted by the antenna device of the embodiment may be LTE (Long Term Evolution), LTE-A (LTE-Advanced), or UMB (Ultra Mobile Broadband). Furthermore, the radio waves emitted by the antenna device of the embodiment include IEEE802.11 (Wi-Fi (registered trademark)), IEEE802.16 (WiMAX (registered trademark)), IEEE802.20, UWB (Ultra-Wideband), Bluetooth ( (registered trademark) or LPWA (Low Power Wide Area). As the frequency of radio waves increases, propagation loss due to reflection and diffraction increases, and an antenna device with high gain is required. Therefore, the antenna device of the embodiment is more suitable for communication that handles relatively high frequencies. In the following, unless otherwise specified, the description will be made using a millimeter wave band and Sub-6 radio waves as an example.

<実施形態>
図1は、実施形態のアンテナ装置100の構成の一例を示す斜視図である。図2は、アンテナ装置100の構成の一例を示す平面図である。図3は、図1及び図2におけるA-A矢視断面の構成の一例を示す図である。
<Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of an antenna device 100 according to an embodiment. FIG. 2 is a plan view showing an example of the configuration of the antenna device 100. FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a cross section taken along the line AA in FIGS. 1 and 2.

<アンテナ装置100の構成>
アンテナ装置100は、反射器110、部分反射板120、及びスロットアンテナ130を含む。スロットアンテナ130は、一次放射器の一例である。以下では、図1乃至図3に加えて、図4及び図5を用いて説明する。図4は、部分反射板120の構成の一例を示す斜視図である。図5は、部分反射板120の下面側の構成の一例を示す図である。
<Configuration of antenna device 100>
Antenna device 100 includes a reflector 110, a partial reflector 120, and a slot antenna 130. Slot antenna 130 is an example of a primary radiator. The following description will be made using FIGS. 4 and 5 in addition to FIGS. 1 to 3. FIG. 4 is a perspective view showing an example of the configuration of the partial reflection plate 120. FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the lower surface side of the partial reflection plate 120.

アンテナ装置100は、図3に示す反射器110の反射板111の反射面111Aと、部分反射板120の下面120Aとの間の高さhが、アンテナ装置100が通信に用いる電波の波長λの略1/2に相当する距離に設定されている。このため、反射器110及び部分反射板120は、スロットアンテナ130から放射され、反射板111と部分反射板120との間でZ方向に伝搬する電波に対しては共振器として振る舞う。共振器はカットオフ周波数を有するため、アンテナ装置100は、EBG(Electromagnetic Band Gap:電磁バンドギャップ)構造のアンテナ装置である。なお、高さhについては、アンテナ装置100が通信に用いる電波の波長λの1/2に対して、例えば±5%~±10%程度の誤差は許容される。 In the antenna device 100, the height h between the reflective surface 111A of the reflector 111 of the reflector 110 shown in FIG. The distance is set to approximately 1/2. Therefore, the reflector 110 and the partial reflector 120 act as resonators for the radio waves radiated from the slot antenna 130 and propagated in the Z direction between the reflector 111 and the partial reflector 120. Since the resonator has a cutoff frequency, the antenna device 100 is an antenna device with an EBG (Electromagnetic Band Gap) structure. Regarding the height h, an error of, for example, about ±5% to ±10% is allowed with respect to 1/2 of the wavelength λ of the radio waves used by the antenna device 100 for communication.

また、スロットアンテナ130から放射された電波の一部は、反射器110及び部分反射板120の共振器で共振せずに、反射器110及び部分反射板120の間で±X方向に伝搬することがシミュレーション結果で分かっている。アンテナ装置100は、反射器110及び部分反射板120の間で±X方向に伝搬する電波を反射器110の傾斜部112で+Z方向に反射して、部分反射板120を通じて+Z方向に放射する。このようにすることで、アンテナ装置100の利得を向上させる。なお、ここでは、一例として、スロットアンテナ130は、XZ平面内で伝搬する電波を放射する構成である。 Further, a part of the radio waves radiated from the slot antenna 130 propagates in the ±X direction between the reflector 110 and the partial reflector 120 without resonating in the resonators of the reflector 110 and the partial reflector 120. is known from the simulation results. The antenna device 100 reflects radio waves propagating in the ±X direction between the reflector 110 and the partial reflector 120 in the +Z direction at the inclined portion 112 of the reflector 110, and radiates the waves in the +Z direction through the partial reflector 120. By doing so, the gain of the antenna device 100 is improved. Here, as an example, the slot antenna 130 is configured to radiate radio waves propagating within the XZ plane.

<反射器110の構成>
反射器110は、反射板111と、2つの傾斜部112とを有する。反射板111は、平面視における反射器110の中央部に設けられる板状の部分であり、上面が反射面111Aである。反射面111Aは、XY平面に平行な平坦面である。反射板111は、スロットアンテナ130から放射されて、部分反射板120の下面120Aで反射された電波を+Z方向に反射するために設けられている。
<Configuration of reflector 110>
The reflector 110 has a reflecting plate 111 and two inclined parts 112. The reflecting plate 111 is a plate-shaped portion provided at the center of the reflector 110 in a plan view, and its upper surface is a reflecting surface 111A. The reflective surface 111A is a flat surface parallel to the XY plane. The reflector 111 is provided to reflect radio waves emitted from the slot antenna 130 and reflected by the lower surface 120A of the partial reflector 120 in the +Z direction.

2つの傾斜部112は、平面視で矩形状の反射板111の±X方向側の端部に設けられており、傾斜面112Aを有する。すなわち、2つの傾斜部112は、平面視で反射板111の外縁のうちの対向する二辺に設けられている。2つの傾斜部112は、X方向において互いに傾斜面112A同士を向き合わせるように配置されるが、一例として2つの傾斜部112の形状は等しい。 The two inclined portions 112 are provided at the ends of the rectangular reflecting plate 111 on the ±X direction side in plan view, and have inclined surfaces 112A. That is, the two inclined portions 112 are provided on two opposing sides of the outer edge of the reflective plate 111 in plan view. The two inclined parts 112 are arranged so that the inclined surfaces 112A face each other in the X direction, but as an example, the shapes of the two inclined parts 112 are the same.

傾斜面112Aは、傾斜部112の下端側の反射面111Aと同じ高さの位置から上端まで延在しており、電波を反射する反射面として機能する。2つの傾斜部112の傾斜面112Aは、スロットアンテナ130から放射されて、反射板111と部分反射板120との間を+X方向及び-X方向に伝搬する電波を+Z方向に反射するために設けられている。傾斜部112は、XZ断面が三角形状でY方向に延在する柱状の部分である。傾斜部112の上端は、部分反射板120の下面120Aに接しており、部分反射板120を支持している。 The inclined surface 112A extends from a position at the same height as the reflecting surface 111A on the lower end side of the inclined portion 112 to the upper end, and functions as a reflecting surface that reflects radio waves. The sloped surfaces 112A of the two sloped parts 112 are provided to reflect in the +Z direction radio waves radiated from the slot antenna 130 and propagated between the reflection plate 111 and the partial reflection plate 120 in the +X direction and the -X direction. It is being The inclined portion 112 is a columnar portion having a triangular XZ cross section and extending in the Y direction. The upper end of the inclined portion 112 is in contact with the lower surface 120A of the partial reflector 120, and supports the partial reflector 120.

このような傾斜部112は、反射板111の端部のうちの少なくとも一部に配置され、反射板111に対して傾斜して部分反射板120に向かって延在していればよい。反射板111の端部のうちの少なくとも一部に傾斜部112が配置されることで、反射板111と部分反射板120との間を±X方向に伝搬する電波を+Z方向に反射できるからである。なお、反射板111の±Y方向側の端部には開口部が設けられていてもよく、又は、反射板111の±Y方向側の端部の少なくとも一部を覆う壁部が設けられていてもよい。 Such an inclined portion 112 may be disposed on at least a portion of the end portion of the reflecting plate 111 and may extend toward the partial reflecting plate 120 while being inclined with respect to the reflecting plate 111 . By arranging the inclined portion 112 on at least part of the end of the reflector 111, the radio waves propagating in the ±X direction between the reflector 111 and the partial reflector 120 can be reflected in the +Z direction. be. Note that an opening may be provided at the end of the reflection plate 111 on the ±Y direction side, or a wall portion may be provided that covers at least a part of the end of the reflection plate 111 on the ±Y direction side. You can.

ここでは、一例として、反射板111と、2つの傾斜部112とが一体的に形成されている形態について説明する。反射器110は、少なくとも反射面111Aと傾斜面112Aとが金属で形成されていればよいが、ここでは反射器110の全体が金属製である形態について説明する。ただし、反射器110は、樹脂等の絶縁体製であって、反射面111A及び傾斜面112Aに金属箔等が形成されている構成であってもよい。また、反射器110は、板金を折り曲げて反射面111A及び傾斜面112Aを有するように形成された金属板で構成されてもよい。反射器110が金属製である場合には、例えば、アルミニウム、鉄、銅、ステンレス鋼、又は真鍮等を用いることができる。 Here, as an example, a configuration in which the reflecting plate 111 and two inclined parts 112 are integrally formed will be described. The reflector 110 only needs to have at least the reflective surface 111A and the inclined surface 112A made of metal, but here, an embodiment in which the entire reflector 110 is made of metal will be described. However, the reflector 110 may be made of an insulator such as resin, and may have a configuration in which metal foil or the like is formed on the reflective surface 111A and the inclined surface 112A. Further, the reflector 110 may be made of a metal plate formed by bending a sheet metal to have a reflective surface 111A and an inclined surface 112A. When the reflector 110 is made of metal, for example, aluminum, iron, copper, stainless steel, brass, or the like can be used.

また、スロットアンテナ130から放射されて、反射板111と部分反射板120との間を+X方向及び-X方向に伝搬する電波を+Z方向に効率的に反射可能にするために、傾斜部112の上端の反射板111に対する高さは、反射板111に対する部分反射板120の高さhの半分以上の高さであればよい。より具体的には、傾斜部112の上端の反射板111の反射面111Aに対する高さは、反射板111の反射面111Aに対する部分反射板120の下面120Aの高さhの半分以上の高さであればよい。 In addition, in order to make it possible to efficiently reflect radio waves emitted from the slot antenna 130 and propagating between the reflector 111 and the partial reflector 120 in the +X direction and the -X direction in the +Z direction, the inclined portion 112 is The height of the upper end relative to the reflecting plate 111 may be at least half the height h of the partial reflecting plate 120 relative to the reflecting plate 111. More specifically, the height of the upper end of the inclined portion 112 with respect to the reflective surface 111A of the reflective plate 111 is more than half the height h of the lower surface 120A of the partial reflective plate 120 with respect to the reflective surface 111A of the reflective plate 111. Good to have.

傾斜部112の上端の反射板111に対する高さをh/2以上にすることによって、スロットアンテナ130から放射されて反射板111と部分反射板120との間を+X方向及び-X方向に伝搬する電波を傾斜面112Aで+Z方向に効率的に反射することができ、アンテナ装置100の利得を向上させることができる。なお、ここでは傾斜面112Aが傾斜部112の下端側の反射面111Aと同じ高さの位置から部分反射板120の下面120Aまで延在する形態について説明するが、傾斜面112Aの上端は、反射板111に対する部分反射板120の高さhの半分以上の高さまで延在していれば、部分反射板120の下面120Aよりも低くてもよい。この場合に、X方向における傾斜部112よりも外側に、例えばYZ平面に平行な壁部が設けられていてもよい。 By setting the height of the upper end of the inclined portion 112 relative to the reflector 111 to be h/2 or more, the radiation is radiated from the slot antenna 130 and propagates between the reflector 111 and the partial reflector 120 in the +X direction and the -X direction. Radio waves can be efficiently reflected in the +Z direction by the inclined surface 112A, and the gain of the antenna device 100 can be improved. Note that, here, a configuration in which the inclined surface 112A extends from a position at the same height as the reflective surface 111A on the lower end side of the inclined portion 112 to the lower surface 120A of the partial reflector 120 will be described. As long as it extends to a height equal to or more than half of the height h of the partial reflector 120 with respect to the plate 111, it may be lower than the lower surface 120A of the partial reflector 120. In this case, a wall portion parallel to the YZ plane, for example, may be provided outside the inclined portion 112 in the X direction.

傾斜面112Aの傾斜角度αは、一例として45度であるが、30度から60度の範囲内の角度であればよい。傾斜角度αは、XZ平面内において、XY平面に平行な反射面111Aに対する傾斜面112Aの角度である。角度αをこのような範囲内の角度に設定することで、反射板111と部分反射板120との間を+X方向及び-X方向に伝搬する電波を+Z方向に効率的に反射できる。 The inclination angle α of the inclined surface 112A is, for example, 45 degrees, but may be any angle within the range of 30 degrees to 60 degrees. The inclination angle α is the angle of the inclined surface 112A in the XZ plane with respect to the reflective surface 111A parallel to the XY plane. By setting the angle α within such a range, radio waves propagating in the +X direction and −X direction between the reflection plate 111 and the partial reflection plate 120 can be efficiently reflected in the +Z direction.

また、ここでは、傾斜部112の上端で部分反射板120を支持する形態について説明するが、部分反射板120は、傾斜部112とは別に設けられる支柱等によって支持されていてもよい。また、反射板111と、2つの傾斜部112とは、別体として設けられていて、相対位置が固定されている構成であってもよい。 Furthermore, although a mode in which the partial reflector 120 is supported at the upper end of the inclined portion 112 will be described here, the partial reflector 120 may be supported by a support or the like provided separately from the inclined portion 112. Further, the reflecting plate 111 and the two inclined portions 112 may be provided as separate bodies, and their relative positions may be fixed.

<部分反射板120>
部分反射板120は、基板121、及び、FSS(Frequency Selective Surface)構造部122を有する。FSS構造部122は、第1FSS構造部の一例である。
<Partial reflector 120>
The partial reflector 120 includes a substrate 121 and a Frequency Selective Surface (FSS) structure 122 . The FSS structure section 122 is an example of a first FSS structure section.

基板121は、絶縁体製の基板であり、上面にはFSS構造部122が設けられている。基板121は、一例として、可撓性を有しないリジッド基板である。可撓性とは、外観で分かる程度に物体が折れずに曲がる性質である。基板121は、リジッド基板である場合には、例えば、ガラス布にエポキシ樹脂等を含浸させたプリプレグとコア材とを貼り合わせた基板、PTFE(polytetrafluoroethylene)等のフッ素樹脂製の基板、又はガラス板等を用いることができる。基板121の下面は、部分反射板120の下面120Aであり、反射器110の反射板111の反射面111Aに対向する対向面である。下面120Aは、XY平面に平行な平坦面である。 The substrate 121 is a substrate made of an insulator, and an FSS structure portion 122 is provided on the upper surface. The substrate 121 is, for example, a rigid substrate that does not have flexibility. Flexibility is the property of an object to bend without breaking, as can be seen from its appearance. When the substrate 121 is a rigid substrate, for example, a substrate made of a prepreg made of glass cloth impregnated with epoxy resin and a core material bonded together, a substrate made of fluororesin such as PTFE (polytetrafluoroethylene), or a glass plate. etc. can be used. The lower surface of the substrate 121 is a lower surface 120A of the partial reflector 120, and is an opposing surface facing the reflective surface 111A of the reflector 111 of the reflector 110. The lower surface 120A is a flat surface parallel to the XY plane.

FSS構造部122は、基板121の上面に配置される複数の導体部122Aと、基板121の下面に配置される1つの導体部122Bとを有する。FSS構造部122は、平面視で反射板111と重なる位置に配置される。ここでは、一例として、FSS構造部122は、平面視で反射板111と重なるが傾斜部112とは重ならない位置に配置される形態について説明するが、例えば、FSS構造部122の±X方向側の外縁が、傾斜部112と重なる部分を有していてもよい。 The FSS structure section 122 includes a plurality of conductor sections 122A arranged on the upper surface of the substrate 121 and one conductor section 122B arranged on the lower surface of the substrate 121. The FSS structure portion 122 is arranged at a position overlapping the reflection plate 111 in a plan view. Here, as an example, a configuration will be described in which the FSS structure part 122 is arranged at a position that overlaps with the reflection plate 111 in plan view but does not overlap with the inclined part 112. For example, on the ±X direction side of the FSS structure part 122 The outer edge of may have a portion that overlaps with the inclined portion 112.

各導体部122Aは、一例として平面視で矩形状の導体パターンである。導体部122Bは、平面視で複数の導体部122Aと重なる位置に配置され、各導体部122Aと重なる部分に矩形状の開口部が形成された導体パターンである。導体部122A及び122Bは、一例として、銅、ニッケル、又は金等の金属薄膜で形成可能である。 Each conductor portion 122A is, for example, a rectangular conductor pattern when viewed from above. The conductor portion 122B is a conductor pattern that is arranged at a position overlapping with the plurality of conductor portions 122A in a plan view, and has a rectangular opening formed in the portion overlapping with each conductor portion 122A. The conductor parts 122A and 122B can be formed of a metal thin film such as copper, nickel, or gold, for example.

導体部122Bの開口部のX方向及びY方向の長さは、導体部122AのX方向及びY方向の長さよりも長い。このため、平面視で各導体部122Aは、導体部122Aの複数の開口部の内部に位置する。図4に抜き出して拡大して示す1つの導体部122Aに対応する部分(1つの導体部122Aと、導体部122Bのうちの1つの開口部を囲む部分)とは、FSSセルを構成する。FSS構造部122は、複数のFSSセルが周期的に配列された周期構造を有する。 The length of the opening of the conductor portion 122B in the X direction and the Y direction is longer than the length of the conductor portion 122A in the X direction and the Y direction. Therefore, each conductor portion 122A is located inside the plurality of openings of the conductor portion 122A in plan view. A portion corresponding to one conductor portion 122A extracted and enlarged in FIG. 4 (one conductor portion 122A and a portion surrounding one opening of the conductor portion 122B) constitutes an FSS cell. The FSS structure section 122 has a periodic structure in which a plurality of FSS cells are arranged periodically.

導体部122AのX方向の数Nx、及び、Y方向の数Nyは、導体部122Bの開口部のX方向の数、及び、Y方向の数と等しい。ここでは、一例として、Nx=5、Ny=5である。Nx及びNyは、FSS構造部122のX方向及びY方向の長さを0.7λ以上に設定する際に、導体部122A及び122BのX方向及びY方向の長さ及びピッチに応じて、適切な数に設定すればよい。導体部122Aのピッチは、X方向及びY方向で隣り合う導体部122A同士の中心同士の間隔であり、導体部122Aのピッチは、X方向及びY方向で隣り合う導体部122A同士の中心同士の間隔である。λは、アンテナ装置100が通信に用いる電波の波長である。なお、導体部122A及び122BのX方向及びY方向の長さは、λ/2以下であればよく、λ/4以下であることが好ましく、λ/8程度であってもよい。 The number Nx of the conductor sections 122A in the X direction and the number Ny of the conductor sections 122A in the Y direction are equal to the number of openings in the conductor section 122B in the X direction and the number of openings in the Y direction. Here, as an example, Nx=5 and Ny=5. Nx and Ny are determined appropriately according to the lengths and pitches of the conductor parts 122A and 122B in the X and Y directions when setting the lengths of the FSS structure part 122 in the X and Y directions to 0.7λ or more. You can set it to a suitable number. The pitch of the conductor portions 122A is the distance between the centers of the conductor portions 122A adjacent to each other in the X direction and the Y direction, and the pitch of the conductor portions 122A is the distance between the centers of the conductor portions 122A adjacent to each other in the X direction and the Y direction. It is the interval. λ is the wavelength of radio waves used by the antenna device 100 for communication. Note that the lengths of the conductor portions 122A and 122B in the X direction and the Y direction may be λ/2 or less, preferably λ/4 or less, and may be about λ/8.

FSS構造部122は、所定の周波数帯域の電波を透過し、所定の周波数帯域以外の周波数の電波を遮断する性質を有する。所定の周波数帯域は、アンテナ装置100が放射する電波の周波数を含む周波数帯域に設定されており、反射板111と部分反射板120との間の共振器において共振する電波の共振周波数を含む周波数帯域である。FSS構造部122は、+Z方向側に透過する電波の電力が適切な値になり、且つ-Z方向側に反射する電波の反射時の位相が略180度となるように構成されており、反射器110と部分反射板120との間の共振器で共振する電波を少しずつ(部分的に)+Z方向に透過する。反射時の位相が略180度になるとは、一例として、反射時の位相が180度±30度になることをいう。また、EBG構造は高さhが半波長であるため帯域が狭いが、FSS構造部122を用いることで、共振させながら帯域を広げることができる。スロットアンテナ130が放射する電波の周波数が5GHzであるのに対して、FSS構造部122が部分反射器によって共振する周波数帯は、一例として、5GHz付近で500MHzの帯域である。また、部分反射板の透過量は+Z方向に透過する量が小さいほど利得が大きなアンテナとなり、一例では5GHz付近で-1.3dBから-2dBの透過量である。なお、給電部は、一例として、スロットアンテナ130の長手方向に沿った縁の近傍に設ければよい。 The FSS structure portion 122 has a property of transmitting radio waves in a predetermined frequency band and blocking radio waves having frequencies other than the predetermined frequency band. The predetermined frequency band is set to a frequency band that includes the frequency of radio waves radiated by the antenna device 100, and is a frequency band that includes the resonant frequency of radio waves that resonate in the resonator between the reflector 111 and the partial reflector 120. It is. The FSS structure section 122 is configured so that the power of the radio waves transmitted in the +Z direction is an appropriate value, and the phase of the radio waves reflected in the -Z direction is approximately 180 degrees. The radio waves resonating in the resonator between the reflector 110 and the partial reflector 120 are transmitted little by little (partially) in the +Z direction. The expression that the phase upon reflection is approximately 180 degrees means, for example, that the phase upon reflection is 180 degrees ±30 degrees. Further, since the height h of the EBG structure is half a wavelength, the band is narrow, but by using the FSS structure section 122, the band can be widened while causing resonance. While the frequency of the radio waves radiated by the slot antenna 130 is 5 GHz, the frequency band in which the FSS structure section 122 resonates with the partial reflector is, for example, a 500 MHz band around 5 GHz. Furthermore, the smaller the amount of transmission through the partial reflector in the +Z direction, the higher the gain of the antenna, and in one example, the amount of transmission is from -1.3 dB to -2 dB near 5 GHz. Note that the power feeding section may be provided near the edge of the slot antenna 130 along the longitudinal direction, for example.

なお、一例として、X方向において隣り合う導体部122A同士のピッチPxは、一例として、8mmである。ピッチPxは、X方向において隣り合う導体部122Aの中心同士の間隔である。また、Y方向において隣り合う導体部122A同士のピッチPyは、一例として、8mmである。ピッチPyは、Y方向において隣り合う導体部122Aの中心同士の間隔である。導体部122AのX方向及びY方向の長さは、一例として、ともに7.3mmである。なお、ピッチPxとピッチPyは異なっていてもよい。また、導体部122AのX方向及びY方向の長さは、異なっていてもよい。 In addition, as an example, the pitch Px between the conductor parts 122A adjacent to each other in the X direction is 8 mm. The pitch Px is the distance between the centers of adjacent conductor portions 122A in the X direction. Further, the pitch Py between the conductor portions 122A adjacent to each other in the Y direction is, for example, 8 mm. The pitch Py is the distance between the centers of adjacent conductor portions 122A in the Y direction. The lengths of the conductor portion 122A in the X direction and the Y direction are both 7.3 mm, for example. Note that the pitch Px and the pitch Py may be different. Further, the lengths of the conductor portion 122A in the X direction and the Y direction may be different.

また、導体部122Bの開口部のX方向及びY方向の長さは、一例として、ともに6.5mmである。また、一例として、基板121の厚さは1.6mmであり、比誘電率は3であり、誘電損失tanδは0.01である。導体部122A及び122Bとして用いる金属は一例として銅であり、厚さは35μmである。 Further, the lengths of the opening of the conductor portion 122B in the X direction and the Y direction are both 6.5 mm, for example. Further, as an example, the thickness of the substrate 121 is 1.6 mm, the dielectric constant is 3, and the dielectric loss tan δ is 0.01. The metal used for the conductor parts 122A and 122B is copper, for example, and the thickness is 35 μm.

このような構成のFSS構造部122は、アンテナ装置100が出力する電波の自由空間における波長をλとすると、平面視で一辺が0.7λ以上の矩形形状を有する構成であればよい。ここでは、一例として、複数の導体部122Aが基板121の上面に設けられる領域のX方向及びY方向の長さよりも、基板121の下面(部分反射板120の下面120A)に導体部122BのX方向及びY方向の長さの方が長いため、導体部122BのX方向及びY方向の長さが0.7λ以上であればよい。FSS構造部122のX方向及びY方向の長さを0.7λ以上に設定することで、FSS構造部122を含まないアンテナ装置に比べて、最大利得を3dB以上増大させることができる。 The FSS structure section 122 having such a configuration may have a rectangular shape with one side of 0.7λ or more in plan view, where λ is the wavelength in free space of the radio wave output by the antenna device 100. Here, as an example, the length of the conductor portion 122B on the lower surface of the substrate 121 (lower surface 120A of the partial reflector 120) is longer than the length in the X and Y directions of the region where the plurality of conductor portions 122A are provided on the upper surface of the substrate 121. Since the lengths in the X and Y directions are longer, the lengths of the conductor portion 122B in the X and Y directions need only be 0.7λ or more. By setting the lengths of the FSS structure section 122 in the X and Y directions to 0.7λ or more, the maximum gain can be increased by 3 dB or more compared to an antenna device that does not include the FSS structure section 122.

<スロットアンテナ130>
スロットアンテナ130は、一例として、反射板111の平面視における中央部に設けられるスロット(細長い開口部)によって実現される。一例として、スロットアンテナ130の長手方向は、Y方向であり、短手方向(平面視で長手方向と垂直な方向)は、X方向である。
<Slot antenna 130>
The slot antenna 130 is realized, for example, by a slot (elongated opening) provided in the center of the reflector 111 in a plan view. As an example, the longitudinal direction of the slot antenna 130 is the Y direction, and the lateral direction (direction perpendicular to the longitudinal direction in plan view) is the X direction.

スロットアンテナ130は、図示を省略する給電点に電力が供給されることによって電磁界を励振し、偏波方向がX方向の電波を+Z方向に放射する。このときに、電波はスロットアンテナ130を含むXZ平面内で広がるように伝搬するため、反射器110と部分反射板120との間で共振するモード(以下、EBGモードと称す)の成分と、反射器110と部分反射板120との間で±X方向に伝搬するモード(以下、伝搬モードと称す)の成分とが生じる。スロットアンテナ130は、±X方向に伝搬する伝搬モードの成分が生じやすい。スロットアンテナ130から放射されて共振する電波の周波数は、一例として、5GHzである。 The slot antenna 130 excites an electromagnetic field when power is supplied to a feed point (not shown), and radiates radio waves whose polarization direction is in the X direction in the +Z direction. At this time, since the radio waves propagate to spread within the XZ plane including the slot antenna 130, the components of the mode (hereinafter referred to as EBG mode) that resonates between the reflector 110 and the partial reflector 120 and the reflected A mode component (hereinafter referred to as a propagation mode) that propagates in the ±X direction is generated between the reflector 110 and the partial reflector 120. In the slot antenna 130, propagation mode components that propagate in the ±X directions are likely to occur. The frequency of the radio waves radiated from the slot antenna 130 and resonated is, for example, 5 GHz.

なお、ここでは、一次放射器として反射器110の反射板111に設けられたスロットアンテナ130を用いる形態について説明するが、反射板111には開口部が設けられていて、開口部の下方にスロットアンテナ130が配置されていてもよい。このような構成については、図13を用いて後述する。また、ここでは、一次放射器としてスロットアンテナ130を用いる形態について説明するが、一次放射器はスロットアンテナ以外のアンテナであってもよく、例えばパッチアンテナであってもよい。 Note that here, an embodiment will be described in which the slot antenna 130 provided on the reflecting plate 111 of the reflector 110 is used as the primary radiator. An antenna 130 may be arranged. Such a configuration will be described later using FIG. 13. Furthermore, although a mode in which the slot antenna 130 is used as the primary radiator will be described here, the primary radiator may be an antenna other than the slot antenna, such as a patch antenna.

<EBGモードと伝搬モード>
図6は、EBGモードと伝搬モードの一例を示す図である。図6において、+Z方向を向く白抜きの破線の矢印は、EBGモードの電波の伝搬方向を示し、破線の+X方向の矢印は、ある瞬間におけるEBGモードの電波の偏波方向を示す。EBGモードの電波は、反射器110と部分反射板120との間の共振器で共振し、FSS構造部122によって電波の透過量の調整が行われて、所定の周波数の成分が部分反射板120を透過して+Z方向に出力される。図6において、反射器110と部分反射板120との間に細かいドットで示す楕円の領域は、EBGモードの電波の共振が主体的に生じている領域を示す。EBGモードの電波は、反射器110と部分反射板120との間の共振器で共振することで、同相の電波が平面視で球状に広がるため、グレーで示す楕円の領域で共振が生じる。
<EBG mode and propagation mode>
FIG. 6 is a diagram showing an example of EBG mode and propagation mode. In FIG. 6, the white dashed arrow pointing in the +Z direction indicates the propagation direction of the EBG mode radio wave, and the dashed arrow pointing in the +X direction indicates the polarization direction of the EBG mode radio wave at a certain moment. EBG mode radio waves resonate in the resonator between the reflector 110 and the partial reflector 120, and the amount of radio wave transmission is adjusted by the FSS structure 122, so that components of a predetermined frequency are transmitted to the partial reflector 120. is transmitted and output in the +Z direction. In FIG. 6, an elliptical region indicated by fine dots between the reflector 110 and the partial reflector 120 indicates a region where resonance of EBG mode radio waves mainly occurs. EBG mode radio waves resonate in the resonator between the reflector 110 and the partial reflector 120, and the in-phase radio waves spread spherically in plan view, so resonance occurs in the elliptical region shown in gray.

また、図6において、傾斜面112Aに向かって±X方向を向く白抜きの一点鎖線の矢印と、傾斜面112Aから+Z方向を向く白抜きの一点鎖線の矢印とは、伝搬モードの電波の伝搬方向を示し、白抜きの一点鎖線の矢印に垂直な実線の矢印は、ある瞬間における伝搬モードの電波の偏波方向を示す。伝搬モードの電波は、反射器110と部分反射板120との間で±X方向に伝搬し、傾斜面112Aで+Z方向に反射され、部分反射板120の±X方向側の端部の基板121のみの部分(FSS構造部122が設けられていない部分)を通過して、+Z方向に出力される。 In addition, in FIG. 6, the white dot-dash line arrows pointing in the ±X direction toward the inclined surface 112A and the white dot-dash line arrows pointing in the +Z direction from the inclined surface 112A refer to the propagation of radio waves in the propagation mode. A solid arrow that indicates the direction and is perpendicular to the white dot-dash line arrow indicates the polarization direction of the radio wave in the propagation mode at a certain moment. The radio wave in the propagation mode propagates in the ±X direction between the reflector 110 and the partial reflector 120, is reflected in the +Z direction by the inclined surface 112A, and is reflected by the substrate 121 at the end of the partial reflector 120 in the ±X direction. The signal passes through the section (the section where the FSS structure section 122 is not provided) and is output in the +Z direction.

スロットアンテナ130から反射器110と部分反射板120との間の空間に放射される電波は、EBGモードの成分が主体的であり、伝搬モードの成分は割合が少ない。しかしながら、伝搬モードの成分を傾斜面112Aで+Z方向に反射させることによって、部分反射板120から+Z方向に出力される電波を増やすことができるので、アンテナ装置100の利得を向上させることができる。また、FSS構造部122の±X方向側の外縁が、傾斜部112と重なる部分を有する場合には、反射器110に部分反射板120を取り付ける際のX方向のずれを吸収しやすい構造が得られる。 The radio waves radiated from the slot antenna 130 into the space between the reflector 110 and the partial reflector 120 mainly have EBG mode components, and the proportion of propagation mode components is small. However, by reflecting the propagation mode component in the +Z direction on the inclined surface 112A, it is possible to increase the radio waves output from the partial reflector 120 in the +Z direction, so the gain of the antenna device 100 can be improved. Furthermore, if the outer edge of the FSS structure section 122 on the ±X direction side has a portion that overlaps with the inclined section 112, a structure that easily absorbs the shift in the X direction when attaching the partial reflector 120 to the reflector 110 can be obtained. It will be done.

なお、上述のようなFSS構造部122を有する部分反射板120の代わりに、FSS構造部122を有さずに、基板121の厚さをアンテナ装置100が出力する電波の波長λの電気長λeの略1/4に設定した部分反射板を用いてもよい。電気長λeは、基板121の比誘電率によって決まる長さである。この場合の基板121の材質としては、比誘電率が比較的大きい誘電体を用いることが好ましい。波長の短縮効果が大きく、小型化等に寄与するとともに、部分反射板での透過量が小さいために共振器で共振する電波が強くなり利得を大きくすることができるからである。 Note that instead of using the partial reflector 120 having the FSS structure 122 as described above, the thickness of the substrate 121 can be changed to the electrical length λe of the wavelength λ of the radio wave output by the antenna device 100 without having the FSS structure 122. A partial reflection plate set to approximately 1/4 of that may be used. The electrical length λe is determined by the dielectric constant of the substrate 121. In this case, as the material of the substrate 121, it is preferable to use a dielectric material having a relatively large dielectric constant. This is because the wavelength shortening effect is large, contributing to miniaturization, etc., and since the amount of transmission through the partial reflection plate is small, the radio waves resonating in the resonator become stronger and the gain can be increased.

厚さがλe/4の基板121で構成される部分反射板を用いることにより、部分反射板の下面で反射されるEBGモードの電波と、部分反射板の内部において部分反射板120の上面で反射されるEBGモードの電波とが同位相になり、部分反射板での透過量を小さくすることができる。部分反射板の下面で反射される際に、EBGモードの電波の位相は180度進む。また、部分反射板の下面から内部に伝搬して上面で反射されるEBGモードの電波は、部分反射板の下面で反射される電波に比べて、経路がλe/2だけ長くなる。このため、FSS構造部122を有さずに基板121の厚さをλe/4に設定した部分反射板を用いても、EBGモードの電波が反射器110と部分反射板との間の共振器で共振する状態を実現できる。このような部分反射板を含む場合でも、アンテナ装置100は、EBG構造のアンテナ装置である。 By using a partial reflector made of a substrate 121 with a thickness of λe/4, EBG mode radio waves are reflected at the lower surface of the partial reflector and reflected at the upper surface of the partial reflector 120 inside the partial reflector. The EBG mode radio waves transmitted are in the same phase, and the amount of transmission through the partial reflector can be reduced. When reflected by the lower surface of the partial reflector, the phase of the EBG mode radio wave advances by 180 degrees. Furthermore, the EBG mode radio waves that propagate inward from the lower surface of the partial reflector and are reflected at the upper surface have a longer path by λe/2 than the radio waves that are reflected from the lower surface of the partial reflector. Therefore, even if a partial reflector is used without the FSS structure 122 and the thickness of the substrate 121 is set to λe/4, the EBG mode radio waves are transmitted to the resonator between the reflector 110 and the partial reflector. It is possible to achieve a state of resonance. Even when including such a partial reflector, the antenna device 100 is an antenna device with an EBG structure.

<傾斜面112Aの位置>
図7は、傾斜面112Aの位置の一例を示す図である。図7では、図6と同様に、破線の矢印は、ある瞬間におけるEBGモードの電波の偏波方向を示し、実線の矢印は、ある瞬間における伝搬モードの電波の偏波方向を示す。EBGモードの電波の偏波方向と、伝搬モードの電波の偏波方向とは、同じ瞬間におけるものである。また、図7では、スロットアンテナ130のX方向における中心130CをX座標がゼロの点として、傾斜面112AのX方向における位置を説明する。
<Position of inclined surface 112A>
FIG. 7 is a diagram showing an example of the position of the inclined surface 112A. In FIG. 7, similarly to FIG. 6, the broken line arrow indicates the polarization direction of the EBG mode radio wave at a certain moment, and the solid line arrow indicates the polarization direction of the propagation mode radio wave at a certain moment. The polarization direction of the EBG mode radio wave and the polarization direction of the propagation mode radio wave are at the same instant. Further, in FIG. 7, the position of the inclined surface 112A in the X direction will be described with the center 130C of the slot antenna 130 in the X direction as a point where the X coordinate is zero.

最終的にアンテナ装置100の部分反射板120から+Z方向に放射される電波の利得を向上させるには、部分反射板120の上面からの高さが等しい位置において、EBGモードの電波の偏波方向(1)と、FSS構造部122の+X方向側から放射される伝搬モードの電波の偏波方向(2)と、FSS構造部122の-X方向側から放射される伝搬モードの電波の偏波方向(3)とが同一である必要がある。EBGモードの電波と、伝搬モードの電波とは、同一位相であれば電波は強め合って利得を向上させることができるが、逆位相であれば弱め合うため利得が低下するからである。 In order to ultimately improve the gain of the radio waves radiated in the +Z direction from the partial reflector 120 of the antenna device 100, the polarization direction of the EBG mode radio waves must be adjusted at the same height from the top surface of the partial reflector 120. (1), the polarization direction of the radio waves in the propagation mode radiated from the +X direction side of the FSS structure section 122, and (2) the polarization direction of the radio waves in the propagation mode radiated from the -X direction side of the FSS structure section 122. The direction (3) needs to be the same. This is because if the EBG mode radio wave and the propagation mode radio wave have the same phase, the radio waves will strengthen each other and the gain can be improved, but if they have opposite phases, they will weaken each other and the gain will decrease.

ここで、部分反射板120の厚さを無視して部分反射板120の上面におけるEBGモードの電波の偏波方向(1)と、伝搬モードの電波の偏波方向(2)及び(3)とについて検討する。 Here, ignoring the thickness of the partial reflector 120, the polarization direction (1) of the EBG mode radio wave on the upper surface of the partial reflector 120 and the polarization directions (2) and (3) of the propagation mode radio wave are Consider.

EBGモードの電波は、スロットアンテナ130から+Z方向に放射されて、部分反射板120の上面に到達するまでに、高さh(距離h)だけ伝搬する。ここで、高さhは、h=λ/2である。すなわち、EBGモードの電波は、スロットアンテナ130から+Z方向に放射されて、部分反射板120の上面に到達するまでに、λ/2だけ伝搬する。 The EBG mode radio waves are radiated from the slot antenna 130 in the +Z direction and propagate by a height h (distance h) before reaching the upper surface of the partial reflector 120. Here, the height h is h=λ/2. That is, the EBG mode radio wave is radiated from the slot antenna 130 in the +Z direction and propagates by λ/2 before reaching the upper surface of the partial reflector 120.

ここで、スロットアンテナ130のX方向における中心130Cから、±X方向に電波の波長λの1/4の距離の位置を+X1、-X1とする。反射器110と部分反射板120との間でスロットアンテナ130よりも+X方向に伝搬する伝搬モードの電波は、+X1の位置では偏波方向(2A1)を有し、電波がさらに+X方向に伝搬すると偏波方向(2A2)を有し、+X2の位置では傾斜面112Aで反射されるため、-Z方向の偏波方向(2A3)と、反射された電波の偏波方向(2A4)とを有することになる。 Here, positions at a distance of 1/4 of the wavelength λ of the radio wave in the ±X direction from the center 130C of the slot antenna 130 in the X direction are defined as +X1 and -X1. A radio wave in a propagation mode that propagates in the +X direction from the slot antenna 130 between the reflector 110 and the partial reflector 120 has a polarization direction (2A1) at the +X1 position, and when the radio wave further propagates in the +X direction, Since it has a polarization direction (2A2) and is reflected by the inclined surface 112A at the +X2 position, it has a polarization direction (2A3) in the -Z direction and a polarization direction (2A4) of the reflected radio wave. become.

同様に、反射器110と部分反射板120との間でスロットアンテナ130よりも-X方向に伝搬する伝搬モードの電波は、-X1の位置では偏波方向(3A1)を有し、電波がさらに-X方向に伝搬すると偏波方向(3A2)を有し、-X2の位置では傾斜面112Aで反射されるため、+Z方向の偏波方向(3A3)と、反射された電波の偏波方向(3A4)とを有することになる。 Similarly, the radio wave in the propagation mode that propagates in the -X direction from the slot antenna 130 between the reflector 110 and the partial reflector 120 has a polarization direction (3A1) at the -X1 position, and the radio wave further When propagating in the -X direction, it has a polarization direction (3A2), and at the -X2 position, it is reflected by the inclined surface 112A, so the polarization direction (3A3) in the +Z direction and the polarization direction of the reflected radio wave ( 3A4).

反射板111の反射面111Aに対する傾斜面112Aの高さがh/2になる点Sで+Z方向に反射されてアンテナ装置100から+Z方向に放射される伝搬モードの電波の偏波方向(2)及び(3)が、EBGモードの電波の偏波方向(1)と同一方向になるためには、部分反射板120の上面において、伝搬モードの電波と、EBGモードの電波との伝搬距離の差がnλになればよい。なお、nは1以上の整数である。 Polarization direction (2) of the radio wave in the propagation mode that is reflected in the +Z direction at a point S where the height of the inclined surface 112A with respect to the reflective surface 111A of the reflector plate 111 is h/2 and is radiated from the antenna device 100 in the +Z direction. In order for (3) and (3) to be in the same direction as the polarization direction (1) of the EBG mode radio wave, the difference in propagation distance between the propagation mode radio wave and the EBG mode radio wave on the upper surface of the partial reflector 120 must be should be nλ. Note that n is an integer of 1 or more.

伝搬モードの電波は、傾斜面112Aの高さがh/2になる点Sで反射されてから、+Z方向にλ/4だけ伝搬する。このため、伝搬距離の差をnλにするには、伝搬モードの電波が、X方向において、スロットアンテナ130の中心130Cから点Sまで伝搬する距離dxは、(n+1/4)λであればよい。スロットアンテナ130の中心130Cから点Sまで伝搬する距離dxを(n+1/4)λに設定することで、伝搬モードの電波は、スロットアンテナ130の中心130Cから点Sを経て部分反射板120の上面に到達するまでに距離(n+1/2)λだけ伝搬することになり、伝搬距離の差がnλになる。なお、アンテナ装置100は、+X方向側の傾斜面112Aで反射される経路と、-X方向側の傾斜面112Aで反射される経路とで、伝搬距離の差nλのnの値が異なる構成であってもよい。 The radio wave in the propagation mode is reflected at a point S where the height of the inclined surface 112A becomes h/2, and then propagates in the +Z direction by λ/4. Therefore, in order to make the difference in propagation distance nλ, the distance dx that the radio wave in the propagation mode propagates from the center 130C of the slot antenna 130 to the point S in the X direction should be (n+1/4)λ. . By setting the propagation distance dx from the center 130C of the slot antenna 130 to the point S to (n+1/4)λ, the radio wave in the propagation mode passes from the center 130C of the slot antenna 130 to the point S and reaches the upper surface of the partial reflector 120. It will propagate by a distance (n+1/2)λ before reaching , and the difference in propagation distance will be nλ. Note that the antenna device 100 is configured such that the value of n in the propagation distance difference nλ is different between the path reflected by the slope 112A on the +X direction side and the path reflected on the slope 112A on the -X direction side. There may be.

伝搬モードの電波とEBGモードの電波との伝搬距離の差がnλになれば、部分反射板120の表面において、伝搬モードの電波とEBGモードの電波とは同位相になり、EBGモードの電波の偏波方向(1)と、伝搬モードの電波の偏波方向(2)及び(3)とは等しくなる。この結果、EBGモードの電波と、伝搬モードの電波とは、強め合う関係になる。このようなEBGモードの電波と、伝搬モードの電波との位相の関係は、部分反射板120の表面から+Z方向に離れても保持される。 If the difference in propagation distance between the propagation mode radio wave and the EBG mode radio wave is nλ, the propagation mode radio wave and the EBG mode radio wave will be in the same phase on the surface of the partial reflector 120, and the EBG mode radio wave will be The polarization direction (1) is equal to the polarization directions (2) and (3) of the radio waves in the propagation mode. As a result, the EBG mode radio waves and the propagation mode radio waves have a reinforcing relationship. Such a phase relationship between the EBG mode radio waves and the propagation mode radio waves is maintained even when they are separated from the surface of the partial reflector 120 in the +Z direction.

なお、反射面111Aに対する傾斜面112Aの高さがh/2になる点Sで反射される伝搬モードの電波の偏波方向(2)及び(3)について説明したが、反射面111Aに対する傾斜面112Aの高さがh/2より低い点では、X方向の伝搬距離が短くなるとともに、+Z方向の伝搬距離が長くなるため、合計の伝搬距離は同一である。また、反射面111Aに対する傾斜面112Aの高さがh/2より高い点においても同様であり、合計の伝搬距離は同一である。スロットアンテナ130の中心130Cに対する傾斜部112の位置を説明するには、高さがh/2になる点Sを用いるのが最も分かりやすいため、ここでは一例として、高さがh/2になる点Sを用いて説明している。 In addition, although the polarization directions (2) and (3) of the radio waves in the propagation mode reflected at the point S where the height of the inclined surface 112A with respect to the reflecting surface 111A is h/2 have been explained, the inclined surface with respect to the reflecting surface 111A At the point where the height of 112A is lower than h/2, the propagation distance in the X direction becomes shorter and the propagation distance in the +Z direction becomes longer, so the total propagation distance is the same. The same holds true for the point where the height of the inclined surface 112A with respect to the reflecting surface 111A is higher than h/2, and the total propagation distance is the same. In order to explain the position of the inclined portion 112 with respect to the center 130C of the slot antenna 130, it is easiest to use a point S where the height becomes h/2, so here, as an example, the height becomes h/2. This is explained using point S.

また、ここでは傾斜面112Aの傾斜角度αが45度の場合について説明したが、傾斜角度αが45度以外の角度であっても同様であり、X方向において、スロットアンテナ130の中心130Cから点Sまでの距離dxが(n+1/4)λになる関係を有するように、傾斜部112を配置すればよい。傾斜角度αは、30度から60度の範囲内で設定され得る。 In addition, although the case where the inclination angle α of the inclined surface 112A is 45 degrees has been described here, the same applies even if the inclination angle α is an angle other than 45 degrees. The inclined portion 112 may be arranged so that the distance dx to S is (n+1/4)λ. The tilt angle α may be set within a range of 30 degrees to 60 degrees.

<シミュレーション結果>
図8は、アンテナ装置100の最大利得の周波数特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。横軸は周波数(GHz)を示し、縦軸はアンテナ装置100の最大利得(dBi)を示す。高さh=30mm、X方向におけるスロットアンテナ130の中心130Cから±X方向側の傾斜面112Aの点Sまでの距離dxを79mm、傾斜角度αを45度、導体部122AのX方向及びY方向の数Nx及びNyをともに21個に設定した。これらの値は、反射器110と部分反射板120との共振器の共振周波数を5GHzに設定する場合の値である。また、反射器110は、X方向の長さが200mm、Y方向の長さが400mmの完全導体とした。
<Simulation results>
FIG. 8 is a diagram showing an example of a simulation result of the maximum gain frequency characteristic of the antenna device 100. The horizontal axis shows the frequency (GHz), and the vertical axis shows the maximum gain (dBi) of the antenna device 100. Height h = 30 mm, distance dx from center 130C of slot antenna 130 in X direction to point S of inclined surface 112A on the ±X direction side is 79 mm, inclination angle α is 45 degrees, X direction and Y direction of conductor portion 122A The numbers Nx and Ny were both set to 21. These values are values when the resonant frequency of the resonator of the reflector 110 and the partial reflection plate 120 is set to 5 GHz. Further, the reflector 110 was a perfect conductor with a length in the X direction of 200 mm and a length in the Y direction of 400 mm.

このような条件で、電磁界シミュレーションを行ったところ、図8に示すように、アンテナ装置100の最大利得(Max Gain)は5GHzで最大値(約16.5dBi)を取った。 When an electromagnetic field simulation was performed under these conditions, as shown in FIG. 8, the maximum gain of the antenna device 100 reached its maximum value (approximately 16.5 dBi) at 5 GHz.

図9A及び図9Bは、アンテナ装置100の指向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。図9AにはXZ面での指向性を示し、図9BにはYZ面での指向性を示す。図9A及び図9Bにおける約±10度の方向に示す実線は、メインローブの半値幅を示しており、図9Aでは18.2度、図9Bでは28.6度である。指向性については、比較用のアンテナ装置の結果と比較して後述する。 9A and 9B are diagrams illustrating an example of a simulation result of the directivity of the antenna device 100. FIG. 9A shows the directivity in the XZ plane, and FIG. 9B shows the directivity in the YZ plane. The solid line shown in the direction of approximately ±10 degrees in FIGS. 9A and 9B indicates the half width of the main lobe, which is 18.2 degrees in FIG. 9A and 28.6 degrees in FIG. 9B. The directivity will be described later in comparison with the results of a comparative antenna device.

図10は、比較用のアンテナ装置の最大利得の周波数特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。横軸は周波数(GHz)を示し、縦軸は比較用のアンテナ装置の最大利得(dBi)を示す。比較用のアンテナ装置は、反射器110の傾斜部112を除去し、反射板111をXZ平面に沿って平面視で拡大した構成を有する。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of simulation results of maximum gain frequency characteristics of a comparison antenna device. The horizontal axis shows the frequency (GHz), and the vertical axis shows the maximum gain (dBi) of the antenna device for comparison. The comparative antenna device has a configuration in which the inclined portion 112 of the reflector 110 is removed and the reflector 111 is enlarged in plan view along the XZ plane.

アンテナ装置100と同一条件で電磁界シミュレーションを行ったところ、図10に示すように、比較用のアンテナ装置の最大利得(Max Gain)は5.2GHzで最大値(約15.5dBi)を取った。これは、アンテナ装置100の最大利得(Max Gain)よりも約1dB低い値であった。すなわち、アンテナ装置100は、傾斜部112を有することで、最大利得(Max Gain)を約1dB改善できたことが分かった。 When an electromagnetic field simulation was performed under the same conditions as the antenna device 100, as shown in FIG. 10, the maximum gain of the comparative antenna device was the maximum value (approximately 15.5 dBi) at 5.2 GHz. . This value was about 1 dB lower than the maximum gain of the antenna device 100. That is, it was found that the antenna device 100 was able to improve the maximum gain by about 1 dB by having the inclined portion 112.

図11A及び図11Bは、比較用のアンテナ装置の指向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。図11AにはXZ面での指向性を示し、図11BにはYZ面での指向性を示す。図11A及び図11Bにおける約±15度の方向に示す実線は、メインローブの半値幅を示しており、図11Aでは32.2度、図11Bでは26.8度である。 FIG. 11A and FIG. 11B are diagrams illustrating an example of a simulation result of directivity of an antenna device for comparison. FIG. 11A shows the directivity in the XZ plane, and FIG. 11B shows the directivity in the YZ plane. The solid line shown in the direction of approximately ±15 degrees in FIGS. 11A and 11B indicates the half width of the main lobe, which is 32.2 degrees in FIG. 11A and 26.8 degrees in FIG. 11B.

図9Aに示すアンテナ装置100のXZ平面の指向性は、図11Aに示す比較用のアンテナ装置のXZ面での指向性に比べると、サイドローブが低減されるとともに、メインローブが大きくなったことが分かった。より具体的には、メインローブは、比較用のアンテナ装置の13.9dBiからアンテナ装置100では16.7dBiまで増大し、サイドローブ比は-11.5dBから-16.9dBに減少した。図9A及び図11Aではサイドローブ比のレベルを円で示す。これは、伝搬モードの電波が+Z方向に効率的に反射され、アンテナ装置100の利得が増えたためと考えられる。 The directivity in the XZ plane of the antenna device 100 shown in FIG. 9A has reduced side lobes and a larger main lobe compared to the directivity in the XZ plane of the comparative antenna device shown in FIG. 11A. I understand. More specifically, the main lobe increased from 13.9 dBi in the comparative antenna device to 16.7 dBi in antenna device 100, and the side lobe ratio decreased from −11.5 dB to −16.9 dB. In FIGS. 9A and 11A, the level of the sidelobe ratio is indicated by a circle. This is considered to be because the radio waves in the propagation mode are efficiently reflected in the +Z direction, increasing the gain of the antenna device 100.

また、図9Bに示すアンテナ装置100のYZ平面の指向性は、図11Bに示す比較用のアンテナ装置のYZ面での指向性に比べて、メインローブ及びサイドローブの形状及びサイズは略同一であり、傾斜部112を追加した影響は、YZ平面での指向性には生じていないことを確認できた。なお、図9B及び図11Bにおいてもサイドローブ比のレベルを円で示す。 Further, the directivity in the YZ plane of the antenna device 100 shown in FIG. 9B is approximately the same in shape and size of the main lobe and side lobes as compared to the directivity in the YZ plane of the comparative antenna device shown in FIG. 11B. It was confirmed that the addition of the inclined portion 112 had no effect on the directivity in the YZ plane. Note that also in FIGS. 9B and 11B, the level of the sidelobe ratio is indicated by a circle.

なお、ここでは、一例として、X方向において、スロットアンテナ130の中心130Cから点Sまでの距離dxが(n+1/4)λになる関係を有するように、傾斜部112を配置する形態について説明した。しかしながら、傾斜部112の位置は、このような位置に限られない。一例として、X方向において、スロットアンテナ130の中心130Cから点Sまでの距離dxが(n+1/4)λ±λ/8になる関係を有していれば、部分反射板120の+Z方向側において、EBGモードの電波の位相と、伝搬モードの電波の位相とを略同位相にすることができ、アンテナ装置100の利得を向上できることが確認できた。EBGモードの電波の位相と、伝搬モードの電波の位相との差が±45度以内であれば、略同位相として考えられるからである。 Here, as an example, a configuration in which the inclined portion 112 is arranged such that the distance dx from the center 130C of the slot antenna 130 to the point S in the X direction is (n+1/4)λ has been described. . However, the position of the inclined portion 112 is not limited to such a position. As an example, if the distance dx from the center 130C of the slot antenna 130 to the point S in the X direction has a relationship of (n+1/4)λ±λ/8, then on the +Z direction side of the partial reflector 120, It was confirmed that the phase of the EBG mode radio wave and the phase of the propagation mode radio wave could be made substantially the same, and that the gain of the antenna device 100 could be improved. This is because if the difference between the phase of the EBG mode radio wave and the phase of the propagation mode radio wave is within ±45 degrees, they are considered to be substantially in phase.

<効果>
以上のように、アンテナ装置100は、反射板111を有する反射器110と、反射器110の反射板111と対向して設けられる部分反射板120と、反射板111と部分反射板120との間の空間に電波を放射するスロットアンテナ130とを含むEBG構造のアンテナ装置100である。反射器110は、反射板111の端部のうちの少なくとも一部に配置され、反射板111に対して傾斜して部分反射板120に向かって延在する傾斜部112をさらに有し、傾斜部112の上端の反射板111に対する高さは、反射板111に対する部分反射板120の高さの半分以上の高さである。このため、スロットアンテナ130から放射された電波のうち、EBGモードではなく伝搬モードになった成分を傾斜部112で効率的に部分反射板120に向けて反射できる。
<Effect>
As described above, the antenna device 100 includes a reflector 110 having a reflector 111, a partial reflector 120 provided opposite to the reflector 111 of the reflector 110, and a space between the reflector 111 and the partial reflector 120. This is an antenna device 100 with an EBG structure including a slot antenna 130 that radiates radio waves into a space. The reflector 110 further includes an inclined portion 112 disposed on at least a portion of the end portion of the reflecting plate 111 and extending toward the partial reflecting plate 120 at an angle with respect to the reflecting plate 111. The height of the upper end of the partial reflector 112 with respect to the reflector 111 is more than half the height of the partial reflector 120 with respect to the reflector 111. Therefore, among the radio waves radiated from the slot antenna 130 , components in the propagation mode rather than in the EBG mode can be efficiently reflected toward the partial reflector 120 at the inclined portion 112 .

したがって、利得を増大可能なアンテナ装置100を提供できる。また、反射器110に傾斜部112を追加することで利得を増大可能なアンテナ装置100を実現できるので、アンテナ装置100の小型化及び低価格化を図ることができる。また、傾斜部112の位置に応じて、部分反射板120を透過するEBGモードの電波と、傾斜部112で反射されて部分反射板120を透過する電波との分布を設定できるので、利得を設定可能なアンテナ装置100を提供できる。 Therefore, it is possible to provide the antenna device 100 that can increase the gain. Further, by adding the inclined portion 112 to the reflector 110, it is possible to realize the antenna device 100 that can increase the gain, so that the antenna device 100 can be made smaller and lower in price. Furthermore, the distribution of the EBG mode radio waves that pass through the partial reflector 120 and the radio waves that are reflected by the incline 112 and pass through the partial reflector 120 can be set depending on the position of the inclined portion 112, so the gain can be set. A possible antenna device 100 can be provided.

また、傾斜部112は、平面視で少なくとも反射板111の外縁のうちの対向する二辺に設けられるので、スロットアンテナ130から放射されて、二辺に向かう方向に伝搬する伝搬モードの電波を効率的に部分反射板120に向けて反射できる。したがって、二辺に向かう方向に伝搬する伝搬モードの電波を効率的に反射することで利得を増大可能なアンテナ装置100を提供できる。 In addition, since the inclined portions 112 are provided at least on two opposing sides of the outer edge of the reflector 111 in a plan view, the radio waves in the propagation mode that are radiated from the slot antenna 130 and propagate in the direction toward the two sides are efficiently controlled. can be reflected toward the partial reflector 120. Therefore, it is possible to provide the antenna device 100 that can increase the gain by efficiently reflecting the radio waves in the propagation mode propagating in the direction toward the two sides.

また、傾斜部112の反射板111に対する傾斜角度αは、30度から60度の範囲内の角度であるので、伝搬モードの電波の傾斜部112での効率的な反射と、小型化とを両立可能なアンテナ装置100を提供できる。 In addition, since the inclination angle α of the inclined portion 112 with respect to the reflection plate 111 is within the range of 30 degrees to 60 degrees, efficient reflection of radio waves in the propagation mode at the inclined portion 112 and miniaturization can be achieved. A possible antenna device 100 can be provided.

また、一次放射器はスロットアンテナ130であり、傾斜部112は、反射板111の端部のうちのスロットアンテナ130の短手方向の延長上に位置する部分に配置される。スロットアンテナ130から放射される電波は、スロットアンテナ130の短手方向に伝搬するため、反射板111の端部のうちのスロットアンテナ130の短手方向の延長上に位置する部分に傾斜部112を配置することで、伝搬モードの電波を確実に部分反射板120に向けて反射でき、より効率的に利得を増大可能なアンテナ装置100を提供できる。 Further, the primary radiator is the slot antenna 130, and the inclined portion 112 is arranged at a portion of the end portion of the reflecting plate 111 that is located on the extension of the slot antenna 130 in the lateral direction. Since the radio waves radiated from the slot antenna 130 propagate in the lateral direction of the slot antenna 130, a sloped portion 112 is formed at the end of the reflector 111 at a portion located on the extension of the slot antenna 130 in the lateral direction. By arranging the antenna device 100, it is possible to reliably reflect propagation mode radio waves toward the partial reflector 120 and increase the gain more efficiently.

また、傾斜部112の上端は、部分反射板120まで延在しているので、反射器110と部分反射板120との間の空間のすべての伝搬モードの電波を反射可能で、利得をさらに増大可能なアンテナ装置100を提供できる。 Furthermore, since the upper end of the inclined portion 112 extends to the partial reflector 120, it is possible to reflect radio waves of all propagation modes in the space between the reflector 110 and the partial reflector 120, further increasing the gain. A possible antenna device 100 can be provided.

また、傾斜部112の傾斜面112Aの高さが所定高さになる点SのX方向における位置と、スロットアンテナ130の放射部の中心との間の平面視における距離dxは、電波の自由空間における波長をλとすると、(n+1/4)λ±λ/8(nは1以上の整数)であり、所定高さは、反射板111に対する部分反射板120の高さhの半分の高さ(h/2)である。このため、部分反射板120から+Z方向に放射されるEBGモードの電波と伝搬モードの電波とを同位相にすることができ、より効果的に利得を増大可能なアンテナ装置100を提供できる。なお、X方向は、傾斜部112とスロットアンテナ130とを結ぶ方向である。 Further, the distance dx in plan view between the position in the X direction of the point S at which the height of the inclined surface 112A of the inclined part 112 reaches a predetermined height and the center of the radiating part of the slot antenna 130 is the free space of radio waves. When the wavelength in is λ, it is (n+1/4)λ±λ/8 (n is an integer of 1 or more), and the predetermined height is half the height h of the partial reflector 120 with respect to the reflector 111. (h/2). Therefore, the EBG mode radio waves and the propagation mode radio waves radiated from the partial reflector 120 in the +Z direction can be made to have the same phase, and it is possible to provide the antenna device 100 that can increase the gain more effectively. Note that the X direction is a direction connecting the inclined portion 112 and the slot antenna 130.

また、部分反射板120は、平面視で反射板111と重なる位置に配置されるFSS構造部122を有し、FSS構造部122は、スロットアンテナ130が放射する電波の自由空間における波長をλとすると、平面視で一辺が0.7λ以上の矩形形状を有する。このため、EBGモードの電波が反射器110と部分反射板120との間の空間で共振する共振器を実現でき、部分反射板120を+Z方向に透過するEBGモードの電波の放射面の面積を増大させて、より効果的に利得を増大可能なアンテナ装置100を提供できる。また、EBG構造は高さhが半波長であるため帯域が狭いが、FSS構造部122を用いることで帯域を広げることができ、アンテナ装置100の広帯域化を図ることができる。 Further, the partial reflector 120 has an FSS structure 122 arranged at a position overlapping with the reflector 111 in plan view, and the FSS structure 122 defines the wavelength in free space of the radio waves radiated by the slot antenna 130 as λ. Then, it has a rectangular shape with one side of 0.7λ or more in plan view. Therefore, a resonator in which the EBG mode radio waves resonate in the space between the reflector 110 and the partial reflector 120 can be realized, and the area of the radiation surface of the EBG mode radio waves transmitted through the partial reflector 120 in the +Z direction can be reduced. It is possible to provide the antenna device 100 that can increase the gain more effectively. Further, since the height h of the EBG structure is half a wavelength, the band is narrow, but by using the FSS structure section 122, the band can be widened, and the antenna device 100 can have a wide band.

また、アンテナ装置100は、FSS構造部122の外縁と、傾斜部112とが平面視で重なる部分を有する場合には、反射器110に部分反射板120を取り付ける際のX方向のずれを吸収しやすい構成のアンテナ装置100を提供できる。 In addition, when the antenna device 100 has a portion where the outer edge of the FSS structure portion 122 and the inclined portion 112 overlap in a plan view, the antenna device 100 absorbs a shift in the X direction when the partial reflector 120 is attached to the reflector 110. It is possible to provide the antenna device 100 with an easy configuration.

<第1変形例>
図12は、実施形態の第1変形例のアンテナ装置100M1の断面構造の一例を示す図である。図12に示す断面は、図3に示す断面に相当する。
<First modification example>
FIG. 12 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure of an antenna device 100M1 according to a first modification of the embodiment. The cross section shown in FIG. 12 corresponds to the cross section shown in FIG. 3.

アンテナ装置100M1は、+X方向側の傾斜部112の傾斜角度αが30度に設定されている点が、図3に示すアンテナ装置100と異なる。その他の構成は、図3に示すアンテナ装置100と同様である。 The antenna device 100M1 differs from the antenna device 100 shown in FIG. 3 in that the slope angle α of the slope portion 112 on the +X direction side is set to 30 degrees. The other configurations are similar to the antenna device 100 shown in FIG. 3.

アンテナ装置100M1は、+X方向側の傾斜部112と、-X方向側の傾斜部112との傾斜角度が異なる。このため、+X方向側の傾斜部112の点SのX方向における位置と、スロットアンテナ130の放射部の中心130Cとの間の距離dx1と、-X方向側の傾斜部112の点SのX方向における位置と、スロットアンテナ130の放射部の中心130Cとの間の距離dx2とが異なる。 In the antenna device 100M1, the inclined portion 112 on the +X direction side and the inclined portion 112 on the −X direction side have different inclination angles. Therefore, the distance dx1 between the position in the X direction of the point S of the inclined part 112 on the +X direction side and the center 130C of the radiating part of the slot antenna 130, and the distance The position in the direction and the distance dx2 between the center 130C of the radiation part of the slot antenna 130 are different.

このように、2つの傾斜部112の傾斜角度が異なっていても、スロットアンテナ130から放射された電波のうち、伝搬モードになった成分を傾斜部112で効率的に部分反射板120に向けて反射できる。したがって、利得を増大可能なアンテナ装置100M1を提供できる。また、小型化及び低価格化を図ることができるとともに、利得を設定可能なアンテナ装置100M1を提供できる。 In this way, even if the inclination angles of the two inclined parts 112 are different, the propagation mode component of the radio waves radiated from the slot antenna 130 can be efficiently directed toward the partial reflector 120 at the inclined part 112. It can be reflected. Therefore, it is possible to provide an antenna device 100M1 that can increase the gain. Furthermore, it is possible to provide an antenna device 100M1 that can be made smaller and lower in price, and whose gain can be set.

<第2変形例>
図13は、実施形態の第2変形例のアンテナ装置100M2の断面構造の一例を示す図である。図13に示す断面は、図3に示す断面に相当する。
<Second modification example>
FIG. 13 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure of an antenna device 100M2 according to a second modification of the embodiment. The cross section shown in FIG. 13 corresponds to the cross section shown in FIG.

アンテナ装置100M2は、反射器110の反射板111がスロットアンテナ130の代わりに開口部111Bを有し、反射板111の下方に、スロットアンテナ130を有する導波管140が配置されている。アンテナ装置100M2は、反射器110と、部分反射板120と、スロットアンテナ130を有する導波管140とを含む構成である。 In the antenna device 100M2, the reflecting plate 111 of the reflector 110 has an opening 111B instead of the slot antenna 130, and the waveguide 140 having the slot antenna 130 is arranged below the reflecting plate 111. The antenna device 100M2 has a configuration including a reflector 110, a partial reflector 120, and a waveguide 140 having a slot antenna 130.

反射板111の開口部111Bは、平面視でスロットアンテナ130の開口よりも大きく、かつ、導波管140は、平面視で開口部111B内にスロットアンテナ130が含まれるように配置されている。導波管140は、図示しない部材等によって、反射器110等に固定すればよい。スロットアンテナ130は、開口部111Bを通じて反射板111と部分反射板120との間の空間に電波を放射する。 The opening 111B of the reflector 111 is larger than the opening of the slot antenna 130 in plan view, and the waveguide 140 is arranged so that the slot antenna 130 is included in the opening 111B in plan view. The waveguide 140 may be fixed to the reflector 110 or the like using a member (not shown) or the like. The slot antenna 130 radiates radio waves into the space between the reflector 111 and the partial reflector 120 through the opening 111B.

また、スロットアンテナ130の中心130Cから点Sまでの距離dxが(n+1/4)λ±λ/8になる関係を有することで、部分反射板120の+Z方向側において、EBGモードの電波の位相と、伝搬モードの電波の位相とを略同位相にすることができる。 Furthermore, since the distance dx from the center 130C of the slot antenna 130 to the point S has a relationship of (n+1/4)λ±λ/8, the phase of the EBG mode radio wave is and the phase of the radio wave in the propagation mode can be made substantially the same phase.

このようなアンテナ装置100M2においても、アンテナ装置100と同様に、スロットアンテナ130から放射され、開口部111Bを通じて反射器110と部分反射板120との間の空間に放射された電波のうち、伝搬モードになった成分を傾斜部112で効率的に部分反射板120に向けて反射できる。したがって、利得を増大可能なアンテナ装置100M2を提供できる。また、導波管140を薄型にすることにより、アンテナ装置100M2の小型化を図ることができる。 Also in such an antenna device 100M2, similarly to the antenna device 100, among the radio waves radiated from the slot antenna 130 and radiated into the space between the reflector 110 and the partial reflector 120 through the opening 111B, the propagation mode The resulting component can be efficiently reflected by the inclined portion 112 toward the partial reflection plate 120. Therefore, it is possible to provide the antenna device 100M2 that can increase the gain. Furthermore, by making the waveguide 140 thinner, the antenna device 100M2 can be made smaller.

<第3変形例>
図14は、実施形態の第3変形例のアンテナ装置100M3の平面構造の一例を示す図である。図14に示す平面構造は、図2に示す平面構造に相当する。
<Third modification example>
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a planar structure of an antenna device 100M3 according to a third modification of the embodiment. The planar structure shown in FIG. 14 corresponds to the planar structure shown in FIG. 2.

アンテナ装置100M3は、図2に示すアンテナ装置100に対して、反射板111の±Y方向の端部に設けられる2つの傾斜部113を追加するとともに、図2に示すスロットアンテナ130の代わりに、2つのスロットアンテナ130A及び130Bを反射器110の反射板111に設けた構成を有する。 Antenna device 100M3 adds two inclined portions 113 provided at the ends of the reflection plate 111 in the ±Y direction to antenna device 100 shown in FIG. 2, and instead of slot antenna 130 shown in FIG. It has a configuration in which two slot antennas 130A and 130B are provided on a reflecting plate 111 of a reflector 110.

スロットアンテナ130Aは、図2に示すスロットアンテナ130を少し-X方向側に移動させたものであり、長手方向がY方向で、短手方向がX方向であり、図2に示すスロットアンテナ130と同様に電波を放射する。 The slot antenna 130A is obtained by moving the slot antenna 130 shown in FIG. 2 slightly in the -X direction, with the longitudinal direction being the Y direction and the transverse direction being the X direction, and is different from the slot antenna 130 shown in FIG. Similarly, it emits radio waves.

スロットアンテナ130Bは、スロットアンテナ130Aの+X方向側に設けられ、長手方向がX方向で、短手方向がY方向である。スロットアンテナ130Bは、図示を省略する給電点に電力が供給されることによって電磁界を励振し、偏波方向がY方向の電波を+Z方向に放射する。このときに、電波はスロットアンテナ130Bを含むYZ平面内で広がるように伝搬するため、反射器110と部分反射板120との間で共振するEBGモードの成分と、反射器110と部分反射板120との間で±Y方向に伝搬する伝搬モードの成分とが生じる。スロットアンテナ130Bは、±Y方向に伝搬する伝搬モードの成分が生じやすい。 The slot antenna 130B is provided on the +X direction side of the slot antenna 130A, and its longitudinal direction is the X direction and its transversal direction is the Y direction. The slot antenna 130B excites an electromagnetic field when power is supplied to a feeding point (not shown), and radiates radio waves whose polarization direction is in the Y direction in the +Z direction. At this time, since the radio waves propagate to spread within the YZ plane including the slot antenna 130B, the EBG mode component that resonates between the reflector 110 and the partial reflector 120 and the component of the EBG mode that resonates between the reflector 110 and the partial reflector 120 A propagation mode component propagating in the ±Y direction is generated between the two. In the slot antenna 130B, propagation mode components that propagate in the ±Y direction are likely to occur.

±Y方向に伝搬する伝搬モードの電波は、傾斜部113で+Z方向に反射され、部分反射板120のFSS構造部122とは重なっていない部分から+Z方向に放射される。 The radio waves in the propagation mode propagating in the ±Y direction are reflected in the +Z direction by the inclined portion 113 and radiated in the +Z direction from the portion of the partial reflector 120 that does not overlap with the FSS structure portion 122.

アンテナ装置100M3では、スロットアンテナ130Aから放射される電波のうちのEBGモードになる電波と、スロットアンテナ130Bから放射される電波のうちのEBGモードになる電波とが、反射器110の反射板111と部分反射板120との間で共振して部分反射板120の+Z方向に放射される。 In the antenna device 100M3, the EBG mode radio waves among the radio waves radiated from the slot antenna 130A and the EBG mode radio waves among the radio waves radiated from the slot antenna 130B are transmitted to the reflecting plate 111 of the reflector 110. The light resonates with the partial reflector 120 and is radiated in the +Z direction of the partial reflector 120.

また、アンテナ装置100M3では、スロットアンテナ130Aから放射される電波のうちの伝搬モードになる電波が傾斜部112で+Z方向に反射されて部分反射板120の+Z方向に放射される。また、スロットアンテナ130Bから放射される電波のうちの伝搬モードになる電波が傾斜部113で+Z方向に反射されて部分反射板120の+Z方向に放射される。 Furthermore, in the antenna device 100M3, among the radio waves radiated from the slot antenna 130A, radio waves in a propagation mode are reflected in the +Z direction by the inclined portion 112 and radiated in the +Z direction of the partial reflector 120. Further, among the radio waves radiated from the slot antenna 130B, radio waves in a propagation mode are reflected in the +Z direction by the inclined portion 113 and radiated in the +Z direction of the partial reflector 120.

アンテナ装置100M3は、2つのスロットアンテナ130A及び130Bと、2組の傾斜部112及び113とを含むことで、1つのアンテナ装置100M3で直交する2つの偏波を放射することが可能である。なお、2つのスロットアンテナ130A及び130Bから放射される電波の周波数は異なっていてもよい。電波の周波数が異なる場合には、アンテナ装置100M3が通信可能な帯域をさらに広げることができる。 The antenna device 100M3 includes two slot antennas 130A and 130B and two sets of inclined parts 112 and 113, so that one antenna device 100M3 can radiate two orthogonal polarized waves. Note that the frequencies of the radio waves radiated from the two slot antennas 130A and 130B may be different. When the frequencies of radio waves are different, the band in which antenna device 100M3 can communicate can be further expanded.

<第4変形例>
図15は、実施形態の第4変形例のアンテナ装置100M4の平面構造の一例を示す図である。図15に示す平面構造は、図2に示す平面構造に相当する。図16は、図15におけるB-B矢視断面の構成の一例を示す図である。図16に示す断面は、図3に示す断面に相当する。
<Fourth variation>
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a planar structure of an antenna device 100M4 according to a fourth modification of the embodiment. The planar structure shown in FIG. 15 corresponds to the planar structure shown in FIG. 2. FIG. 16 is a diagram showing an example of the configuration of a cross section taken along the line BB in FIG. 15. The cross section shown in FIG. 16 corresponds to the cross section shown in FIG. 3.

アンテナ装置100M4は、部分反射板120の上面のうちの傾斜部112と重なる部分に配置される誘電体150を含む点が、図2及び図3に示すアンテナ装置100と異なる。その他の構成は、図2及び図3に示すアンテナ装置100と同様である。 The antenna device 100M4 differs from the antenna device 100 shown in FIGS. 2 and 3 in that it includes a dielectric 150 disposed on a portion of the upper surface of the partial reflector 120 that overlaps with the inclined portion 112. The other configurations are similar to the antenna device 100 shown in FIGS. 2 and 3.

ここで、図15及び図16を用いてアンテナ装置100M4の構成、作用、及び効果について説明する前に、図17を用いて、EBGモードの電波及び伝搬モードの電波の分布と利得の関係について説明する。図17は、部分反射板120の上面におけるEBGモードの電波及び伝搬モードの電波の電界分布の一例を示す図である。 Here, before explaining the configuration, operation, and effect of the antenna device 100M4 using FIGS. 15 and 16, the relationship between the distribution and gain of EBG mode radio waves and propagation mode radio waves will be explained using FIG. 17. do. FIG. 17 is a diagram showing an example of electric field distribution of EBG mode radio waves and propagation mode radio waves on the upper surface of the partial reflection plate 120.

図17(A)~(C)において、色が濃い部分ほど電界が強く、色が薄い部分ほど電界が弱いことを表す。また、図17(A)~(C)において、X方向における中心にある同心円状の電界分布はEBGモードの電波の電界分布を示し、EBGモードの電界分布の±X方向側にあるY方向に長い楕円状の電界分布は、伝搬モードが傾斜部112で反射され+Z方向に放射される電波の電界分布を示す。EBGモードの電界分布の広がり方は部分反射板120の設計によって変化する。 In FIGS. 17A to 17C, the darker the color, the stronger the electric field, and the lighter the color, the weaker the electric field. In addition, in FIGS. 17(A) to (C), the concentric electric field distribution at the center in the X direction indicates the electric field distribution of EBG mode radio waves, and the electric field distribution in the Y direction on the ±X direction side of the EBG mode electric field distribution The long elliptical electric field distribution indicates the electric field distribution of a radio wave whose propagation mode is reflected by the inclined portion 112 and radiated in the +Z direction. The way the electric field distribution in the EBG mode spreads varies depending on the design of the partial reflector 120.

EBGモードの電波と、伝搬モードの電波との分布は、一例として図17(A)に示すように、EBGモードの電波の電界分布の±X方向側に、隣接するように伝搬モードの電波の電界分布が存在することが理想的である。この場合に、図17(B)に示すように、EBGモードの電波の電界分布と伝搬モードの電波の電界分布とが重複すると、実効面積が増えずに利得の向上に繋がりにくい。また、図17(C)に示すように、伝搬モードの電波の電界分布がEBGモードの電波の電界分布から孤立した島のように離れた場合、実効面積は増えるため利得の向上は期待できるが、サイドローブの発生といった特性劣化の要因となる。このため、図17(A)に示すように、伝搬モードの電波の電界分布がEBGモードの電波の電界分布の±X方向側に隣接するような位置関係が理想的である。 The distribution of EBG mode radio waves and propagation mode radio waves is as shown in FIG. 17(A) as an example. Ideally, there should be an electric field distribution. In this case, as shown in FIG. 17B, if the electric field distribution of the EBG mode radio wave and the electric field distribution of the propagation mode radio wave overlap, the effective area does not increase and it is difficult to improve the gain. Furthermore, as shown in Fig. 17(C), if the electric field distribution of the propagation mode radio wave is separated from the electric field distribution of the EBG mode radio wave like an isolated island, the effective area will increase, so an improvement in gain can be expected. , which causes characteristic deterioration such as the generation of side lobes. Therefore, as shown in FIG. 17A, the ideal positional relationship is such that the electric field distribution of the propagation mode radio waves is adjacent to the electric field distribution of the EBG mode radio waves in the ±X direction.

このようなEBGモードの電波の電界分布と伝搬モードの電波の電界分布との関係を実現するには、X方向における傾斜部112の位置を設計段階で制御可能にすればよく、特に、FSS構造部122に近づけることができると、理想的な位置関係を実現しやすくなる。 In order to realize such a relationship between the electric field distribution of EBG mode radio waves and the electric field distribution of propagation mode radio waves, the position of the inclined portion 112 in the X direction can be controlled at the design stage. If it can be brought closer to the portion 122, it becomes easier to realize an ideal positional relationship.

このような観点から、アンテナ装置100M4は、部分反射板120の上面のうちの傾斜部112と重なる部分に誘電体150を配置している。傾斜部112で+Z方向に反射される伝搬モードの電波が誘電体150を透過すると、誘電体150の比誘電率に応じた波長の短縮効果によって電気長が延長される。このため、誘電体150を含まないアンテナ装置100(図1乃至図6参照)に比べて、2つの傾斜部112の間のX方向における距離を短くすることができる。 From this point of view, in the antenna device 100M4, the dielectric 150 is arranged in a portion of the upper surface of the partial reflector 120 that overlaps with the inclined portion 112. When a propagation mode radio wave reflected in the +Z direction by the inclined portion 112 passes through the dielectric 150, the electrical length is extended due to the wavelength shortening effect according to the dielectric constant of the dielectric 150. Therefore, compared to the antenna device 100 (see FIGS. 1 to 6) that does not include the dielectric 150, the distance between the two inclined portions 112 in the X direction can be shortened.

このような場合に、部分反射板120を+Z方向に透過したEBGモードの電波と、部分反射板120及び誘電体150を透過した伝搬モードの電波とを同位相にする誘電体150の厚さtは、次式(1)で表される。なお、傾斜部112の傾斜面112Aの高さがh/2になる点Sと、スロットアンテナ130の中心130Cとの間のX方向の距離をdx、nは1以上の整数、λは電波の波長、εrは、波長λにおける誘電体150の比誘電率とする。なお、式(1)における±λ/8√εrは、±45度の位相差の範囲内を同位相として扱うことを意味する。 In such a case, the thickness t of the dielectric 150 is such that the EBG mode radio waves transmitted through the partial reflector 120 in the +Z direction and the propagation mode radio waves transmitted through the partial reflector 120 and the dielectric 150 are in phase. is expressed by the following equation (1). Note that the distance in the X direction between the point S where the height of the inclined surface 112A of the inclined part 112 becomes h/2 and the center 130C of the slot antenna 130 is dx, n is an integer of 1 or more, and λ is the radio wave. The wavelength εr is the relative dielectric constant of the dielectric 150 at the wavelength λ. Note that ±λ/8√εr in equation (1) means that the range of phase difference of ±45 degrees is treated as the same phase.

Figure 2024006723000002
Figure 2024006723000002

また、式(1)を変形すると、距離dxは次式(2)で表される。 Furthermore, when formula (1) is modified, the distance dx is expressed by the following formula (2).

Figure 2024006723000003
Figure 2024006723000003

すなわち、誘電体150を設けることで、スロットアンテナ130の中心130Cとの間のX方向の距離dxをt(√εr-1)だけ短くすることができる。なお、2つの誘電体150は同一のものであり、2つの傾斜部112は、図16に示すXZ断面において、スロットアンテナ130の中心130Cを通るZ軸に平行な軸に対して線対称な形状を有するため、2つの誘電体150の配置は、スロットアンテナ130の中心130Cを通るZ軸に平行な軸に対して対称である。なお、アンテナ装置100M4は、+X方向側の傾斜面112Aで反射される経路と、-X方向側の傾斜面112Aで反射される経路とで、伝搬距離の差nλのnの値が異なる構成であってもよい。この場合には、2つの誘電体150の配置は、スロットアンテナ130の中心130Cを通るZ軸に平行な軸に対して非対称になる。 That is, by providing the dielectric 150, the distance dx in the X direction from the center 130C of the slot antenna 130 can be shortened by t(√εr−1). Note that the two dielectrics 150 are the same, and the two inclined portions 112 have a shape that is line symmetrical with respect to an axis parallel to the Z axis passing through the center 130C of the slot antenna 130 in the XZ cross section shown in FIG. Therefore, the arrangement of the two dielectrics 150 is symmetrical with respect to an axis parallel to the Z-axis passing through the center 130C of the slot antenna 130. Note that the antenna device 100M4 has a configuration in which the value of n of the propagation distance difference nλ differs between the path reflected by the slope 112A on the +X direction side and the path reflected by the slope 112A on the -X direction side. There may be. In this case, the arrangement of the two dielectrics 150 is asymmetrical with respect to an axis passing through the center 130C of the slot antenna 130 and parallel to the Z-axis.

<シミュレーション結果>
図18は、アンテナ装置100M4の最大利得の周波数特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。横軸は周波数(GHz)を示し、縦軸はアンテナ装置100M4の最大利得(dBi)を示す。高さh=30mm、X方向におけるスロットアンテナ130の中心130Cから±X方向側の傾斜面112Aの点Sまでの距離dxを65mm、傾斜角度αを45度、導体部122AのX方向及びY方向の数Nx及びNyをともに13個、2つの誘電体150の厚さtを17mmに設定した。これらの値は、反射器110と部分反射板120との共振器の共振周波数を5GHzに設定する場合の値である。
<Simulation results>
FIG. 18 is a diagram showing an example of a simulation result of the maximum gain frequency characteristic of the antenna device 100M4. The horizontal axis shows the frequency (GHz), and the vertical axis shows the maximum gain (dBi) of the antenna device 100M4. Height h = 30 mm, distance dx from center 130C of slot antenna 130 in X direction to point S of inclined surface 112A on the ±X direction side is 65 mm, inclination angle α is 45 degrees, X direction and Y direction of conductor portion 122A The numbers Nx and Ny of the two dielectrics 150 were both set to 13, and the thickness t of the two dielectrics 150 was set to 17 mm. These values are values when the resonant frequency of the resonator of the reflector 110 and the partial reflection plate 120 is set to 5 GHz.

このような条件で、電磁界シミュレーションを行ったところ、図18に示すように、アンテナ装置100M4の最大利得(Max Gain)は5GHzで最大値(約15.3dBi)を取った。 When an electromagnetic field simulation was performed under these conditions, as shown in FIG. 18, the maximum gain of the antenna device 100M4 reached its maximum value (approximately 15.3 dBi) at 5 GHz.

図19A及び図19Bは、アンテナ装置100M4の指向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。図19AにはXZ面での指向性を示し、図19BにはYZ面での指向性を示す。図19A及び図19Bにおける約±15度の方向に示す実線は、メインローブの半値幅を示しており、図19Aでは26.8度、図9Bでは28.5度である。 FIG. 19A and FIG. 19B are diagrams showing an example of a simulation result of the directivity of the antenna device 100M4. FIG. 19A shows the directivity in the XZ plane, and FIG. 19B shows the directivity in the YZ plane. The solid line shown in the direction of approximately ±15 degrees in FIGS. 19A and 19B indicates the half width of the main lobe, which is 26.8 degrees in FIG. 19A and 28.5 degrees in FIG. 9B.

図19Aに示すアンテナ装置100M4のXZ平面の指向性は、図9Aに示すアンテナ装置100のXZ面での指向性に比べると、サイドローブが少し大きいが、図11Aに示す比較用のアンテナ装置よりもメインローブが大きくなったことが分かった。メインローブは、15.3dBiであり、サイドローブ比は-12.2dBであった。図19Aではサイドローブ比のレベルを円で示す。 The directivity in the XZ plane of the antenna device 100M4 shown in FIG. 19A has a slightly larger side lobe compared to the directivity in the XZ plane of the antenna device 100 shown in FIG. 9A, but it is better than the comparative antenna device shown in FIG. It was also found that the main lobe had become larger. The main lobe was 15.3 dBi, and the side lobe ratio was -12.2 dB. In FIG. 19A, the level of the sidelobe ratio is indicated by a circle.

また、図19Bに示すアンテナ装置100M4のYZ平面の指向性は、図9Bに示すアンテナ装置100のYZ面での指向性と同様であるが、メインローブが少し小さいことを確認できた。メインローブは、15.7dBiであり、サイドローブ比は-20.4dBであった。図19Bではサイドローブ比のレベルを円で示す。 Further, it was confirmed that the directivity in the YZ plane of the antenna device 100M4 shown in FIG. 19B is similar to the directivity in the YZ plane of the antenna device 100 shown in FIG. 9B, but the main lobe is slightly smaller. The main lobe was 15.7 dBi, and the side lobe ratio was -20.4 dB. In FIG. 19B, the level of the sidelobe ratio is indicated by a circle.

以上のように、式(2)に基づいて、EBGモードの電波の電界分布と伝搬モードの電波の電界分布との位置関係を決定すれば、伝搬モードの電波の電界分布とEBGモードの電波の電界分布との実効面積を効果的に増大でき、効果的に利得を向上させることができる。なお、誘電体150は、+X方向側又は-X方向側のいずれか一方のみに配置されてもよい。 As described above, if the positional relationship between the electric field distribution of the EBG mode radio wave and the electric field distribution of the propagation mode radio wave is determined based on equation (2), the electric field distribution of the propagation mode radio wave and the EBG mode radio wave can be determined. The effective area with the electric field distribution can be effectively increased, and the gain can be effectively improved. Note that the dielectric 150 may be disposed only on either the +X direction side or the -X direction side.

<第5変形例>
図20は、実施形態の第5変形例のアンテナ装置100M5の平面構造の一例を示す図である。図20に示す平面構造は、図2に示す平面構造に相当する。図21は、図20におけるC-C矢視断面の構成の一例を示す図である。図21に示す断面は、図3に示す断面に相当する。
<Fifth modification example>
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a planar structure of an antenna device 100M5 according to a fifth modification of the embodiment. The planar structure shown in FIG. 20 corresponds to the planar structure shown in FIG. 2. FIG. 21 is a diagram showing an example of the configuration of a cross section taken along the line CC in FIG. 20. The cross section shown in FIG. 21 corresponds to the cross section shown in FIG. 3.

アンテナ装置100M5は、部分反射板120の上面のうちの傾斜部112と重なる部分に配置されるFSS構造部160を含む点が、図2及び図3に示すアンテナ装置100と異なる。FSS構造部160は、第2FSS構造部の一例である。その他の構成は、図2及び図3に示すアンテナ装置100と同様である。 The antenna device 100M5 differs from the antenna device 100 shown in FIGS. 2 and 3 in that it includes an FSS structure portion 160 disposed on a portion of the upper surface of the partial reflector 120 that overlaps with the slope portion 112. The FSS structure section 160 is an example of a second FSS structure section. The other configurations are similar to the antenna device 100 shown in FIGS. 2 and 3.

FSS構造部160は、透過する電波の位相を進める、又は、位相を遅延させることが可能な複数のセル160Cを有する。図22A及び図22Bは、セル160Cの一例を示す図である。図22A及び図22Bには、図4の拡大部分と同様に、部分反射板120の基板121のうちの1つのセル160Cに対応する部分を抜き出して示す。なお、FSS構造部160は、一例として、基板121の下面(-Z方向側の表面)には、導体を有さない。ただし、FSS構造部160は、基板121の下面(-Z方向側の表面)に導体を有し、基板121の上面(+Z方向側の表面)には、導体を有さない構成であってもよい。また、FSS構造部160は、基板121の下面と上面の両方に導体を有する構成であってもよい。 The FSS structure section 160 includes a plurality of cells 160C that can advance or delay the phase of transmitted radio waves. 22A and 22B are diagrams showing an example of a cell 160C. 22A and 22B, like the enlarged portion in FIG. 4, a portion corresponding to one cell 160C of the substrate 121 of the partial reflection plate 120 is extracted and shown. Note that, as an example, the FSS structure section 160 does not have a conductor on the lower surface (the surface on the -Z direction side) of the substrate 121. However, even if the FSS structure section 160 has a conductor on the lower surface of the substrate 121 (the surface on the -Z direction side) and does not have a conductor on the upper surface of the substrate 121 (the surface on the +Z direction side), good. Further, the FSS structure section 160 may have a conductor on both the lower surface and the upper surface of the substrate 121.

図22Aに示すセル160Cは、基板121の上面(+Z方向側の表面)に形成される矩形状の金属箔である。このようなセル160Cは、-Z方向側から入射して透過する電波の位相を遅らせる。 A cell 160C shown in FIG. 22A is a rectangular metal foil formed on the upper surface (+Z direction side surface) of the substrate 121. Such a cell 160C delays the phase of the radio wave that enters and passes from the −Z direction side.

図22Bに示すセル160Cは、基板121の上面(+Z方向側の表面)に形成される矩形環状(矩形額状)の金属箔である。このようなセル160Cは、-Z方向側から入射して透過する電波の位相を進める。なお、図22A及び図22Bに示すセル160Cは、一例として、銅、ニッケル、又は金等の金属薄膜で形成可能である。 A cell 160C shown in FIG. 22B is a rectangular ring-shaped (rectangular forehead-shaped) metal foil formed on the upper surface (+Z direction side surface) of the substrate 121. Such a cell 160C advances the phase of a radio wave that is incident and transmitted from the -Z direction side. Note that the cell 160C shown in FIGS. 22A and 22B can be formed of a metal thin film such as copper, nickel, or gold, for example.

FSS構造部160は、図22A又は図22Bに示すセル160CをX方向及びY方向に周期的に配列した構成を有する。図22A及び図22Bに示すセル160Cが電波に与える位相変化量は、一例として±45度である。セル160Cが電波に与える位相変化量が±45度の場合に、電波の透過率は約50%である。位相変化量を±45よりも絶対値で大きくすることは可能であるが、電波の透過率がさらに低下するため、一例として位相変化量が±45度の範囲内であれば、比較的利用しやすい。 The FSS structure section 160 has a configuration in which cells 160C shown in FIG. 22A or 22B are periodically arranged in the X direction and the Y direction. The amount of phase change given to the radio wave by the cell 160C shown in FIGS. 22A and 22B is, for example, ±45 degrees. When the amount of phase change given to the radio wave by the cell 160C is ±45 degrees, the transmittance of the radio wave is approximately 50%. Although it is possible to make the amount of phase change larger in absolute value than ±45 degrees, the transmittance of radio waves will further decrease, so if the amount of phase change is within the range of ±45 degrees, it is relatively unusable. Cheap.

伝搬モードの電波は、部分反射板120を透過するとともにFSS構造部160を透過して+Z方向に放射される。FSS構造部160を透過する際に電波の位相が進行又は遅延するため、実質的に変形例4のアンテナ装置100M4と同様に経路長が短くなる又は長くなる効果が得られる。このため、FSS構造部122を透過するEBGモードの電波と、FSS構造部160を透過する伝搬モードの電波とが同位相になるようにするために、アンテナ装置100(図1乃至図6参照)に比べて、2つの傾斜部112の間の距離を長く又は短くすることができる。EBGモードの電波の電界分布と伝搬モードの電波の電界分布との位置関係を制御することができる。 The radio wave in the propagation mode is transmitted through the partial reflector 120 and the FSS structure 160, and is radiated in the +Z direction. Since the phase of the radio wave is advanced or delayed when passing through the FSS structure portion 160, the effect of shortening or lengthening the path length can be obtained, substantially similar to the antenna device 100M4 of Modification 4. Therefore, in order to make the EBG mode radio waves that pass through the FSS structure section 122 and the propagation mode radio waves that pass through the FSS structure section 160 have the same phase, the antenna device 100 (see FIGS. 1 to 6) The distance between the two inclined portions 112 can be made longer or shorter than that shown in FIG. The positional relationship between the electric field distribution of EBG mode radio waves and the electric field distribution of propagation mode radio waves can be controlled.

具体的には、次のようにして傾斜部112の位置を決めればよい。FSS構造部122を透過する電波にFSS構造部122が与える位相変化量がφ(rad)であり、FSS構造部160が電波に与える位相変化量がδ(rad)の場合に、X方向において、スロットアンテナ130の中心130Cから次式(3)で表される距離dxの点に、点Sが位置するように傾斜部112を配置すればよい。点Sは、反射面111Aに対する傾斜面112Aの高さがh/2になる点である。
dx=(n+1/4+φ/2π+δ/2π)λ (3)
Specifically, the position of the inclined portion 112 may be determined as follows. When the amount of phase change given by the FSS structure 122 to the radio wave passing through the FSS structure 122 is φ(rad), and the amount of phase change given to the radio wave by the FSS structure 160 is δ(rad), in the X direction, The inclined portion 112 may be arranged so that the point S is located at a distance dx expressed by the following equation (3) from the center 130C of the slot antenna 130. Point S is a point where the height of the inclined surface 112A with respect to the reflective surface 111A is h/2.
dx=(n+1/4+φ/2π+δ/2π)λ (3)

δが正(δ>0)の場合には、FSS構造部160は、図22Bに示すセル160Cを含み、透過する電波の位相を進める。δが負(δ<0)の場合には、FSS構造部160は、図22Aに示すセル160Cを含み、透過する電波の位相を遅らせる。 When δ is positive (δ>0), the FSS structure 160 includes a cell 160C shown in FIG. 22B and advances the phase of the transmitted radio wave. When δ is negative (δ<0), the FSS structure 160 includes a cell 160C shown in FIG. 22A and delays the phase of the transmitted radio wave.

変形例5によれば、設計段階においてEBGモードの電波の電界分布と伝搬モードの電波の電界分布との位置関係を制御することで、伝搬モードの電波の電界分布とEBGモードの電波の電界分布との実行面積を効果的に増大でき、効果的に利得を向上させることができるアンテナ装置100M5を提供できる。なお、FSS構造部160は、+X方向側又は-X方向側のいずれか一方のみに配置されてもよい。また、+X方向側と-X方向側のFSS構造部160は、形状が異なっていて、電波に与える位相変化量が異なっていてもよい。 According to modification 5, by controlling the positional relationship between the electric field distribution of EBG mode radio waves and the electric field distribution of propagation mode radio waves at the design stage, the electric field distribution of propagation mode radio waves and the electric field distribution of EBG mode radio waves can be changed. It is possible to provide an antenna device 100M5 that can effectively increase the execution area and effectively improve the gain. Note that the FSS structure section 160 may be arranged only on either the +X direction side or the -X direction side. Further, the FSS structure portions 160 on the +X direction side and the −X direction side may have different shapes and may give different amounts of phase change to the radio waves.

以上、本開示の例示的なアンテナ装置について説明したが、本開示は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 Although the exemplary antenna device of the present disclosure has been described above, the present disclosure is not limited to the specifically disclosed embodiments, and various modifications and changes may be made without departing from the scope of the claims. is possible.

100、100M1、100M2、100M3、100M4、100M5 アンテナ装置
110 反射器
111 反射板
111A 反射面
111B 開口部
112 傾斜部
112A 傾斜面
113 傾斜部
120 部分反射板
120A 下面
121 基板
122 FSS構造部(第1FSS構造部の一例)
130、130A、130B スロットアンテナ
130C 中心
140 導波管
150 誘電体
160 FSS構造部(第2FSS構造部の一例)
160C セル
100, 100M1, 100M2, 100M3, 100M4, 100M5 Antenna device 110 Reflector 111 Reflector 111A Reflector 111B Opening 112 Inclined portion 112A Inclined surface 113 Inclined portion 120 Partial reflector 120A Lower surface 121 Substrate 122 FSS structure (first FSS structure example)
130, 130A, 130B Slot antenna 130C Center 140 Waveguide 150 Dielectric 160 FSS structure (an example of the second FSS structure)
160C cell

Claims (11)

反射板を有する反射器と、
前記反射器の前記反射板と対向して設けられる部分反射板と
前記反射板と前記部分反射板との間の空間に電波を放射する一次放射器と
を含むEBG(Electromagnetic Band Gap:電磁バンドギャップ)構造のアンテナ装置であって、
前記反射器は、前記反射板の端部のうちの少なくとも一部に配置され、前記反射板に対して傾斜して前記部分反射板に向かって延在する傾斜部をさらに有し、
前記傾斜部の上端の前記反射板に対する高さは、前記反射板に対する前記部分反射板の高さの半分以上の高さである、アンテナ装置。
a reflector having a reflector;
An EBG (Electromagnetic Band Gap) includes: a partial reflector provided to face the reflector of the reflector; and a primary radiator that radiates radio waves into a space between the reflector and the partial reflector. ) an antenna device having a structure,
The reflector further includes an inclined portion disposed at at least a portion of an end of the reflector, the inclined portion being inclined with respect to the reflector and extending toward the partial reflector,
In the antenna device, the height of the upper end of the inclined portion with respect to the reflector is equal to or more than half the height of the partial reflector with respect to the reflector.
前記傾斜部は、平面視で少なくとも前記反射板の外縁のうちの対向する二辺に設けられる、請求項1に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the inclined portion is provided on at least two opposing sides of the outer edge of the reflector when viewed from above. 前記傾斜部の前記反射板に対する傾斜角度は、30度から60度の範囲内の角度である、請求項1に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein an angle of inclination of the inclined portion with respect to the reflector is within a range of 30 degrees to 60 degrees. 前記一次放射器は、スロットアンテナであり、
前記傾斜部は、前記反射板の端部のうちの前記スロットアンテナの短手方向の延長上に位置する部分に配置される、請求項1に記載のアンテナ装置。
the primary radiator is a slot antenna;
The antenna device according to claim 1, wherein the inclined portion is disposed at a portion of an end portion of the reflector that is located on an extension of the slot antenna in the lateral direction.
前記反射板は、開口部を有し、
前記一次放射器は、前記開口部を通じて前記反射板と前記部分反射板との間の空間に電波を放射する、請求項1に記載のアンテナ装置。
The reflector has an opening,
The antenna device according to claim 1, wherein the primary radiator radiates radio waves into a space between the reflector and the partial reflector through the opening.
前記傾斜部の上端は、前記部分反射板まで延在している、請求項1に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein an upper end of the inclined portion extends to the partial reflector. 前記傾斜部の傾斜面の高さが所定高さになる点の前記傾斜部と前記一次放射器とを結ぶ方向における位置と、前記一次放射器の放射部の中心との間の平面視における距離は、前記電波の波長をλとすると、(n+1/4)λ±λ/8(nは1以上の整数)であり、
前記所定高さは、前記反射板に対する前記部分反射板の高さの半分の高さである、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
a distance in plan view between a position in a direction connecting the inclined part and the primary radiator of a point at which the height of the inclined surface of the inclined part reaches a predetermined height and the center of the radiation part of the primary radiator; is (n+1/4)λ±λ/8 (n is an integer of 1 or more), where λ is the wavelength of the radio wave,
The antenna device according to any one of claims 1 to 6, wherein the predetermined height is half the height of the partial reflector with respect to the reflector.
前記部分反射板は、平面視で前記反射板と重なる位置に配置される第1FSS(Frequency Selective Surface)構造部を有し、
前記第1FSS構造部は、前記電波の波長をλとすると、平面視で一辺が0.7λ以上の矩形形状を有する、請求項1に記載のアンテナ装置。
The partial reflector has a first Frequency Selective Surface (FSS) structure portion arranged at a position overlapping the reflector in plan view,
The antenna device according to claim 1, wherein the first FSS structure has a rectangular shape with one side of 0.7λ or more in plan view, where λ is the wavelength of the radio wave.
前記第1FSS構造部の外縁と、前記傾斜部とは、平面視で重なる部分を有する、請求項8に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 8, wherein the outer edge of the first FSS structure portion and the inclined portion have a portion that overlaps in plan view. 前記部分反射板は、平面視で前記傾斜部と重なる部分の領域内に設けられる誘電体を有し、
前記誘電体の厚さtは、次式(1)で表される、請求項1に記載のアンテナ装置。
Figure 2024006723000004
ここで、nは1以上の整数、λは前記電波の波長、εrは、波長λにおける前記誘電体の比誘電率、dxは、前記傾斜部の傾斜面の高さが所定高さになる点の前記傾斜部と前記一次放射器とを結ぶ方向における位置と、前記一次放射器の放射部の中心との間の平面視における距離であり、前記所定高さは、前記反射板に対する前記部分反射板の高さの半分の高さである。
The partial reflector includes a dielectric provided in a region that overlaps with the inclined portion in a plan view,
The antenna device according to claim 1, wherein the thickness t of the dielectric is expressed by the following equation (1).
Figure 2024006723000004
Here, n is an integer greater than or equal to 1, λ is the wavelength of the radio wave, εr is the dielectric constant of the dielectric material at the wavelength λ, and dx is the point at which the height of the sloped surface of the sloped portion reaches a predetermined height. The predetermined height is the distance in a plan view between the position in the direction connecting the inclined part and the primary radiator and the center of the radiating part of the primary radiator, and the predetermined height is the distance in a plan view between the position in the direction connecting the inclined part and the primary radiator, and the predetermined height is It is half the height of the board.
前記部分反射板は、平面視で前記傾斜部と重なる位置に配置される第2FSS(Frequency Selective Surface)構造部を有する、請求項1に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the partial reflector has a second Frequency Selective Surface (FSS) structure section arranged at a position overlapping the inclined section in a plan view.
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