JP2024047278A - Planar Antenna Device - Google Patents

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Abstract

【課題】ビーム幅を拡大する平面アンテナ装置を提供する。【解決手段】平面アンテナ装置10は、地導体1と、誘電体基板2と、導電性の励振パッチ3と、導電性の第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bと、複数の第1の導体6a及び第2の導体6bと、を有する。誘電体基板は、地導体上に設けられる。励振パッチは、誘電体基板上において、地導体とは反対側の面に設けられ、所定の周波数で共振するように長さを規定する。第1の非励振パッチは、誘電体基板上において、地導体とは反対側の面で、励振パッチの長さを規定する方向に沿って励振パッチに対して離間する第1の領域に設けられる。第2の非励振パッチは、励振パッチと離間し、第1の非励振パッチと協働して励振パッチを挟むように設けられる。第1の導体は、第1の非励振パッチと地導体とを電気的に接続し、第2の導体は、第2の非励振パッチと地導体とを電気的に接続する。【選択図】図2A planar antenna device that expands a beam width is provided. The planar antenna device 10 includes a ground conductor 1, a dielectric substrate 2, a conductive excitation patch 3, a conductive first parasitic patch 4a and a second parasitic patch 4b, and a plurality of first conductors 6a and second conductors 6b. The dielectric substrate is provided on the ground conductor. The excitation patch is provided on the surface of the dielectric substrate opposite the ground conductor, and the length is defined so as to resonate at a predetermined frequency. The first parasitic patch is provided on the surface of the dielectric substrate opposite the ground conductor in a first region spaced apart from the excitation patch along a direction that defines the length of the excitation patch. The second parasitic patch is provided spaced apart from the excitation patch and cooperates with the first parasitic patch to sandwich the excitation patch. The first conductor electrically connects the first parasitic patch to the ground conductor, and the second conductor electrically connects the second parasitic patch to the ground conductor. [Selected figure] Figure 2

Description

本発明の実施形態は、平面アンテナ装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a planar antenna device.

平面アンテナの一例であるパッチアンテナは、誘電体基板の表面と裏面にそれぞれ板状の放射素子と地導体が配置される。設計・製造が容易であること、良好な放射特性が得られることから、一般的に方形状の放射素子が用いられる。 A patch antenna, an example of a planar antenna, has a plate-shaped radiating element and a ground conductor arranged on the front and back sides of a dielectric substrate. Generally, a rectangular radiating element is used because it is easy to design and manufacture and provides good radiation characteristics.

特開平3-157005号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-157005

本発明が解決しようとする課題は、ビーム幅を拡大し得る平面アンテナ装置を提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide a planar antenna device that can expand the beam width.

実施形態によれば、平面アンテナ装置は、地導体と、地導体上に設けられる誘電体基板と、導電性の励振パッチと、導電性の第1の非励振パッチと、導電性の第2の非励振パッチと、複数の第1の導体と、複数の第2の導体とを有する。励振パッチは、誘電体基板上において、地導体とは反対側の面に設けられ、所定の周波数で共振するように長さを規定する。第1の非励振パッチは、誘電体基板上において、地導体とは反対側の面で、励振パッチの長さを規定する方向に沿って励振パッチに対して離間する第1の領域に設けられる。第2の非励振パッチは、励振パッチと離間し、第1の非励振パッチと協働して励振パッチを挟むように設けられる。複数の第1の導体は、第1の非励振パッチと地導体とを電気的に接続する。複数の第2の導体は、第2の非励振パッチと地導体とを電気的に接続する。 According to an embodiment, the planar antenna device has a ground conductor, a dielectric substrate provided on the ground conductor, a conductive excitation patch, a conductive first non-excitation patch, a conductive second non-excitation patch, a plurality of first conductors, and a plurality of second conductors. The excitation patch is provided on the dielectric substrate on the side opposite the ground conductor, and the length is defined so as to resonate at a predetermined frequency. The first non-excitation patch is provided on the dielectric substrate on the side opposite the ground conductor in a first region spaced apart from the excitation patch along a direction defining the length of the excitation patch. The second non-excitation patch is provided so as to sandwich the excitation patch in cooperation with the first non-excitation patch. The plurality of first conductors electrically connect the first non-excitation patch and the ground conductor. The plurality of second conductors electrically connect the second non-excitation patch and the ground conductor.

実施形態に係る平面アンテナ装置を示す概略的な斜視図。1 is a schematic perspective view showing a planar antenna device according to an embodiment. 図1中の符号IIで示す位置の概略的な断面図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the position indicated by the reference symbol II in FIG. 1 . 実施形態に係る平面アンテナ装置と、比較例の平面アンテナ装置とのE面の放射パターン(正規化利得)の一例を示すグラフ。11 is a graph showing an example of the E-plane radiation pattern (normalized gain) of the planar antenna device according to the embodiment and a planar antenna device of a comparative example. 実施形態に係る平面アンテナ装置と、比較例の平面アンテナ装置とのH面の放射パターン(正規化利得)の一例を示すグラフ。11 is a graph showing an example of radiation patterns (normalized gain) on the H plane of the planar antenna device according to the embodiment and a planar antenna device of a comparative example. 実施形態に係る平面アンテナ装置の第1変形例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a first modified example of the planar antenna device according to the embodiment. 実施形態に係る平面アンテナ装置の第2変形例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a second modified example of the planar antenna device according to the embodiment.

一実施形態に係る平面アンテナ装置10について、図1から図4を用いて説明する。 The planar antenna device 10 according to one embodiment will be described with reference to Figures 1 to 4.

図1には、本実施形態に係る平面アンテナ装置10の概略的な斜視図を示す。図1に示すようにxyz直交座標系を規定する。x軸は、後述する矩形状の励振パッチ3の長さLに沿う。y軸は、励振パッチ3の幅Wに沿う。z軸は、励振パッチ3の表面に対する法線に沿う。 Figure 1 shows a schematic perspective view of a planar antenna device 10 according to this embodiment. As shown in Figure 1, an xyz orthogonal coordinate system is defined. The x-axis is along the length L of the rectangular excitation patch 3 described below. The y-axis is along the width W of the excitation patch 3. The z-axis is along the normal to the surface of the excitation patch 3.

図2には、給電点7を含む、図1中の符号IIで示す仮想的な面に沿う平面アンテナ装置10の断面を示す。 Figure 2 shows a cross section of the planar antenna device 10 along an imaginary plane indicated by the symbol II in Figure 1, which includes the feed point 7.

図1及び図2に示すように、平面アンテナ装置10は、地導体1と、誘電体基板2と、励振パッチ3と、1対の非励振パッチ(第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4b)と、複数の第1の導体6aと、複数の第2の導体6bと、給電点7とを有する。 As shown in Figures 1 and 2, the planar antenna device 10 has a ground conductor 1, a dielectric substrate 2, an excitation patch 3, a pair of non-excitation patches (a first non-excitation patch 4a and a second non-excitation patch 4b), a plurality of first conductors 6a, a plurality of second conductors 6b, and a feed point 7.

地導体1は、例えば矩形状で薄板状の、導電性を有する導体であり、例えば銅箔等により形成される。 The ground conductor 1 is, for example, a rectangular, thin, conductive conductor made of, for example, copper foil.

誘電体基板2は、本実施形態では、例えば矩形状で地導体1と同じ大きさに形成される。誘電体基板2は、地導体1より小さく形成されてもよい。なお、誘電体基板2のz軸に沿う厚さは、地導体1よりも厚いことが好適である。 In this embodiment, the dielectric substrate 2 is formed, for example, rectangular and of the same size as the ground conductor 1. The dielectric substrate 2 may be formed smaller than the ground conductor 1. It is preferable that the thickness of the dielectric substrate 2 along the z-axis is thicker than that of the ground conductor 1.

励振パッチ3は、地導体1及び誘電体基板2よりも小さい、例えば矩形状の導体として形成される。励振パッチ3は、例えば銅箔等により形成される。励振パッチ3は、誘電体基板2のうち、地導体1とは反対側の面に配置される。励振パッチ3は、誘電体基板2の地導体1とは反対側の面のうちの略中央に配置されることが好適である。 The excitation patch 3 is formed as, for example, a rectangular conductor that is smaller than the ground conductor 1 and the dielectric substrate 2. The excitation patch 3 is formed, for example, from copper foil. The excitation patch 3 is placed on the surface of the dielectric substrate 2 opposite the ground conductor 1. It is preferable that the excitation patch 3 be placed approximately in the center of the surface of the dielectric substrate 2 opposite the ground conductor 1.

励振パッチ3は所定の周波数fで共振する。一例として、共振周波数は、MHz帯、又は、GHz帯であり得る。ここで、図1に示すように、励振パッチ3の長さをLとし、幅をWとする。このとき、長さLは、共振周波数fに対応する波長λの半波長の整数倍に一致又は略一致することが好適である。 The excitation patch 3 resonates at a predetermined frequency f. As an example, the resonance frequency may be in the MHz band or the GHz band. Here, as shown in FIG. 1, the length of the excitation patch 3 is L and the width is W. In this case, it is preferable that the length L is equal to or approximately equal to an integer multiple of a half wavelength of the wavelength λ corresponding to the resonance frequency f.

第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bは、励振パッチ3と同様に、誘電体基板2に対して地導体1が設けられる側とは反対側の面に設けられる。第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bは、例えば矩形状の導体として形成される。第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bは、励振パッチ3と同様に、例えば銅箔等により形成される。第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bは、例えば同じ素材で同じ形状で同じ大きさに形成される。第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bは、図1中、誘電体基板2の上面と同じ幅に形成される。 The first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b are provided on the surface of the dielectric substrate 2 opposite to the surface on which the ground conductor 1 is provided, similar to the excitation patch 3. The first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b are formed, for example, as rectangular conductors. The first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b are formed, for example, from copper foil, similar to the excitation patch 3. The first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b are formed, for example, from the same material, with the same shape and size. The first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b are formed to the same width as the top surface of the dielectric substrate 2 in FIG. 1.

第1の非励振パッチ4aは、励振パッチ3の長さLを規定する方向(x軸方向)に沿って励振パッチ3に対して離間する第1の領域(図1中の励振パッチ3に対して上方の領域)に設けられる。第1の非励振パッチ4aは、励振パッチ3に対して+x軸方向に、励振パッチ3から所定距離、離間する。 The first non-excitation patch 4a is provided in a first region (a region above the excitation patch 3 in FIG. 1) that is spaced apart from the excitation patch 3 along a direction (x-axis direction) that defines the length L of the excitation patch 3. The first non-excitation patch 4a is spaced apart a predetermined distance from the excitation patch 3 in the +x-axis direction relative to the excitation patch 3.

第2の非励振パッチ4bは、第1の非励振パッチ4aと協働して励振パッチ3を挟むように、励振パッチ3に対して、第1の領域とは反対側の第2の領域(励振パッチ3の長さLを規定する方向(x軸方向)に沿って励振パッチ3に対して離間する第2の領域(図1中の励振パッチ3に対して下方の領域))に、励振パッチ3と離間して設けられる。第2の非励振パッチ4bは、励振パッチ3に対して-x軸方向に、励振パッチ3から所定距離、離間する。 The second non-excitation patch 4b is provided in a second region (a second region (a region below the excitation patch 3 in FIG. 1) spaced apart from the excitation patch 3 along a direction (x-axis direction) that defines the length L of the excitation patch 3) on the opposite side of the excitation patch 3 from the first region, so as to cooperate with the first non-excitation patch 4a to sandwich the excitation patch 3. The second non-excitation patch 4b is spaced apart from the excitation patch 3 by a predetermined distance in the -x-axis direction with respect to the excitation patch 3.

第1の非励振パッチ4aと励振パッチ3との離間距離、及び、第2の非励振パッチ4bと励振パッチ3との離間距離は、等距離であることが好適である。このため、1対の非励振パッチ(第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4b)は、誘電体基板2上で、励振パッチ3に対して離間し、励振パッチ3を挟むように設けられる。 It is preferable that the distance between the first non-excitation patch 4a and the excitation patch 3, and the distance between the second non-excitation patch 4b and the excitation patch 3 are equal. Therefore, a pair of non-excitation patches (the first non-excitation patch 4a and the second non-excitation patch 4b) are arranged on the dielectric substrate 2 at a distance from the excitation patch 3 and sandwich the excitation patch 3.

また、第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bは、励振パッチ3の中心(図心)に対して対称に設けられることが好適である。第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bは励振パッチ3の中心(図心)からE面(電界面)に対し直交する面と平行かつ対称に設けられることが好適である。 It is also preferable that the first non-excitation patch 4a and the second non-excitation patch 4b are arranged symmetrically with respect to the center (centroid) of the excitation patch 3. It is also preferable that the first non-excitation patch 4a and the second non-excitation patch 4b are arranged parallel to and symmetrically with respect to a plane perpendicular to the E-plane (electric field plane) from the center (centroid) of the excitation patch 3.

なお、第1の非励振パッチ4aと励振パッチ3との離間距離、及び、第2の非励振パッチ4bと励振パッチ3とのそれぞれの離間距離は、共振周波数fに対応する波長λ(一波長)よりも小さいことが好適である。 It is preferable that the distance between the first non-excitation patch 4a and the excitation patch 3, and the distance between the second non-excitation patch 4b and the excitation patch 3, are smaller than the wavelength λ (one wavelength) corresponding to the resonant frequency f.

第1の非励振パッチ4aには、x軸に沿う中央付近で、y軸に沿って複数のスルーホール(貫通孔)5aが例えば等間隔に形成される。同様に、第2の非励振パッチ4bには、x軸に沿う中央付近で、y軸に沿って複数のスルーホール(貫通孔)5bが例えば等間隔に形成される。第1の非励振パッチ4aの複数のスルーホール5a及び第2の非励振パッチ4bの複数のスルーホール5bは、同じ大きさに形成されることが好適である。 In the first non-excitation patch 4a, a plurality of through holes (penetrating holes) 5a are formed, for example, at equal intervals along the y axis near the center along the x axis. Similarly, in the second non-excitation patch 4b, a plurality of through holes (penetrating holes) 5b are formed, for example, at equal intervals along the y axis near the center along the x axis. It is preferable that the plurality of through holes 5a in the first non-excitation patch 4a and the plurality of through holes 5b in the second non-excitation patch 4b are formed to be the same size.

そして、第1の非励振パッチ4aの複数のスルーホール5aと地導体1との間には、それぞれ第1の導体6aが接続される。なお、複数のスルーホール5aは、第1の非励振パッチ4aに、第1の導体6aの一端を例えば嵌合させるなど、電気的に接続させる円環を形成する。第1の導体6aの他端は、地導体1に当接又は固定される。第1の導体6aは、誘電体基板2を貫通する。このため、複数の第1の導体6aは、例えばシャフト(ピン)状に形成される。したがって、複数の第1の導体6aは、それぞれ、励振パッチ3のうち、誘電体基板2上の面に対する法線(z軸)に平行に延びている。複数の第1の導体6aは、例えば銅又は銅合金等で形成される。したがって、第1の非励振パッチ4a、及び、地導体1は、複数の第1の導体6aによって電気的に接続されている。すなわち、複数の第1の導体6aは、1対の非励振パッチの一方である第1の非励振パッチ4aと地導体1とを電気的に接続する。 The first conductors 6a are connected between the multiple through holes 5a of the first non-excitation patch 4a and the ground conductor 1. The multiple through holes 5a form a ring that electrically connects one end of the first conductor 6a to the first non-excitation patch 4a, for example, by fitting it. The other end of the first conductor 6a is abutted or fixed to the ground conductor 1. The first conductor 6a penetrates the dielectric substrate 2. For this reason, the multiple first conductors 6a are formed, for example, in a shaft (pin) shape. Therefore, the multiple first conductors 6a each extend parallel to the normal (z-axis) to the surface of the dielectric substrate 2 of the excitation patch 3. The multiple first conductors 6a are formed, for example, of copper or a copper alloy. Therefore, the first non-excitation patch 4a and the ground conductor 1 are electrically connected by the multiple first conductors 6a. That is, the multiple first conductors 6a electrically connect the first non-excited patch 4a, which is one of a pair of non-excited patches, to the ground conductor 1.

そして、第2の非励振パッチ4bの複数のスルーホール5bと地導体1との間には、それぞれ第2の導体6bが接続される。なお、複数のスルーホール5bは、第2の非励振パッチ4bに、第2の導体6bの一端を例えば嵌合させるなど、電気的に接続させる円環を形成する。第2の導体6bの他端は、地導体1に当接又は固定される。第2の導体6bは、誘電体基板2を貫通する。このため、複数の第2の導体6bは、例えばシャフト(ピン)状に形成される。したがって、複数の第2の導体6bは、それぞれ、励振パッチ3のうち、誘電体基板2上の面に対する法線(z軸)に平行に延びている。複数の第2の導体6bは、例えば銅又は銅合金等で形成される。したがって、第2の非励振パッチ4b、及び、地導体1は、複数の第2の導体6bによって電気的に接続されている。すなわち、複数の第2の導体6bは、1対の非励振パッチの他方である第2の非励振パッチ4bと地導体1とを電気的に接続する。 The second conductor 6b is connected between the multiple through holes 5b of the second non-excitation patch 4b and the ground conductor 1. The multiple through holes 5b form a ring that electrically connects one end of the second conductor 6b to the second non-excitation patch 4b, for example, by fitting it. The other end of the second conductor 6b is abutted or fixed to the ground conductor 1. The second conductor 6b penetrates the dielectric substrate 2. For this reason, the multiple second conductors 6b are formed, for example, in a shaft (pin) shape. Therefore, the multiple second conductors 6b each extend parallel to the normal (z-axis) to the surface of the dielectric substrate 2 of the excitation patch 3. The multiple second conductors 6b are formed, for example, of copper or a copper alloy. Therefore, the second non-excitation patch 4b and the ground conductor 1 are electrically connected by the multiple second conductors 6b. That is, the multiple second conductors 6b electrically connect the second non-excited patch 4b, which is the other of the pair of non-excited patches, to the ground conductor 1.

したがって、第1の非励振パッチ4aは、励振パッチ3から所定間隔離れた位置で、E面に対し直交する面と平行に、地導体1と複数のスルーホール5aとの間にそれぞれ設けられる第1の導体6aによって電気的に接触する。同様に、第2の非励振パッチ4bは、励振パッチ3から、第1の非励振パッチ4aとは反対側に所定間隔離れた位置で、E面に対し直交する面と平行に、地導体1と複数のスルーホール5bとの間にそれぞれ設けられる第2の導体6bによって電気的に接触する。 Therefore, the first non-excited patch 4a is electrically contacted by a first conductor 6a provided between the ground conductor 1 and the multiple through holes 5a at a position spaced a predetermined distance from the excitation patch 3, parallel to a plane perpendicular to the E-plane. Similarly, the second non-excited patch 4b is electrically contacted by a second conductor 6b provided between the ground conductor 1 and the multiple through holes 5b at a position spaced a predetermined distance from the excitation patch 3 on the opposite side to the first non-excited patch 4a, parallel to a plane perpendicular to the E-plane.

給電点7は、励振パッチ3の図心に対して、x軸方向に沿って、第2の非励振パッチ4b側にずれた位置に配置される。これは、特性インピーダンスが例えば50Ωの給電線路7aとの整合を得るためである。給電点7は、励振パッチ3の図心には配置されていないが、本実施形態では、図心近辺には配置されることが好適である。なお、給電点7は、励振パッチ3の幅Wの中央又は略中央の位置に配置されることが好適である。 The feed point 7 is positioned at a position offset toward the second non-excited patch 4b along the x-axis direction with respect to the centroid of the excitation patch 3. This is to obtain matching with the feed line 7a, whose characteristic impedance is, for example, 50 Ω. The feed point 7 is not positioned at the centroid of the excitation patch 3, but in this embodiment, it is preferable to position the feed point 7 near the centroid. It is preferable to position the feed point 7 at the center or approximately the center of the width W of the excitation patch 3.

次に、上述した平面アンテナ装置10の動作について説明する。 Next, we will explain the operation of the planar antenna device 10 described above.

給電点7から励振パッチ3に給電されると、励振パッチ3は所定の周波数fで共振する。そして、励振パッチ3から電波が放射される。励振パッチ3からの電波の放射により第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bには誘起電流が生じる。したがって、第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bから再放射が起こる。 When power is supplied to the excitation patch 3 from the power supply point 7, the excitation patch 3 resonates at a predetermined frequency f. Then, radio waves are emitted from the excitation patch 3. The radiation of radio waves from the excitation patch 3 generates induced currents in the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b. Therefore, re-radiation occurs from the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b.

本実施形態に係る平面アンテナ装置10の電波の放射パターンは、励振パッチ3の放射パターンと第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bからの再放射パターンとが合成されたパターンとなる。したがって、本実施形態に係る平面アンテナ装置10の電波の放射パターンは、第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bの分、励振パッチ3の放射パターンに比べて、電波のビーム幅が拡大する。 The radiation pattern of radio waves from the planar antenna device 10 according to this embodiment is a combination of the radiation pattern of the excitation patch 3 and the re-radiation patterns from the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b. Therefore, the radiation pattern of radio waves from the planar antenna device 10 according to this embodiment has a wider radio wave beam width than the radiation pattern of the excitation patch 3 by the amount of the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b.

図3及び図4には、一例として動作周波数fが9.5GHzにおける、第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bが存在する場合(本実施形態の平面アンテナ装置10)と、第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bが存在しない場合(比較例の平面アンテナ装置)との、電波の放射のパターンを重ねて示す。なお、図3には、E面(電界面)での-90°から+90°までの放射パターンを示し、図4には、H面(磁界面)での-90°から+90°までの放射パターンを示す。 As an example, Figures 3 and 4 show the radio wave radiation patterns superimposed when the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b are present (planar antenna device 10 of this embodiment) and when the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b are not present (planar antenna device of the comparative example) at an operating frequency f of 9.5 GHz. Note that Figure 3 shows the radiation pattern from -90° to +90° on the E plane (electric field plane), and Figure 4 shows the radiation pattern from -90° to +90° on the H plane (magnetic field plane).

一般に、平面アンテナ装置としてのパッチアンテナは、素子の放射パターンにおけるビーム幅がE面で約90°、H面で約80°と、比較的狭い、とされている。 In general, patch antennas as planar antenna devices have a relatively narrow beam width in the radiation pattern of the elements, approximately 90° in the E-plane and approximately 80° in the H-plane.

図3に示すように、E面において、1対の非励振パッチ4a,4bを用いると、1対の非励振パッチ4a,4bを用いない場合に比べて、-90°から+90°の範囲でビーム幅が拡大した。
なお、図3の放射パターンのグラフが0°に対して対称でないのは、上述したように、特性インピーダンスが例えば50Ωの給電線路7aとの整合を得るために、給電点7が励振パッチ3の図心から、第2の非励振パッチ4bに向かってx軸方向にずれているからであると解される。
As shown in FIG. 3, in the E-plane, when a pair of parasitic patches 4a, 4b is used, the beam width is expanded in the range of −90° to +90° compared to when a pair of parasitic patches 4a, 4b is not used.
The reason why the graph of the radiation pattern in FIG. 3 is not symmetrical with respect to 0° is that, as described above, the feeding point 7 is shifted in the x-axis direction from the centroid of the exciting patch 3 toward the second non-exciting patch 4b in order to obtain matching with the feeding line 7a having a characteristic impedance of, for example, 50Ω.

また、図4に示すように、E面だけでなく、H面において、1対の非励振パッチ4a,4bを用いると、1対の非励振パッチ4a,4bを用いない場合に比べて、-90°から+90°の範囲でビーム幅が拡大した。
なお、図4の放射パターンのグラフが0°に対して対称であるのは、給電点7が励振パッチ3の幅方向の中央に配置されているからである。
In addition, as shown in FIG. 4, when a pair of non-excited patches 4a, 4b is used not only on the E-plane but also on the H-plane, the beam width is expanded in the range of −90° to +90° compared to when a pair of non-excited patches 4a, 4b is not used.
The graph of the radiation pattern in FIG. 4 is symmetrical with respect to 0° because the feed point 7 is disposed at the center of the excitation patch 3 in the width direction.

説明したように、本実施形態に係る、それぞれ地導体1と電気的に接続する第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bを有する平面アンテナ装置10を用いることにより、E面の放射ビーム幅を拡大することができる。また、本実施形態に係る、それぞれ地導体1と電気的に接続する第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bを有する平面アンテナ装置10を用いることにより、H面の放射ビーム幅を拡大することができる。 As described above, the radiation beam width in the E-plane can be expanded by using a planar antenna device 10 having a first non-excited patch 4a and a second non-excited patch 4b, each of which is electrically connected to the ground conductor 1, according to this embodiment. Also, the radiation beam width in the H-plane can be expanded by using a planar antenna device 10 having a first non-excited patch 4a and a second non-excited patch 4b, each of which is electrically connected to the ground conductor 1, according to this embodiment.

(第1変形例)
図5に示す平面アンテナ装置10の構造は、基本的には、図1及び図2に示す平面アンテナ装置10と同じである。
(First Modification)
The structure of the planar antenna device 10 shown in FIG. 5 is basically the same as that of the planar antenna device 10 shown in FIGS.

第1変形例の平面アンテナ装置10の第1の非励振パッチ4aの幅は、励振パッチ3の幅Wよりも小さい。同様に、第1変形例の平面アンテナ装置10の第2の非励振パッチ4bの幅は、励振パッチ3の幅Wよりも小さい。 The width of the first non-excited patch 4a of the planar antenna device 10 of the first modified example is smaller than the width W of the excited patch 3. Similarly, the width of the second non-excited patch 4b of the planar antenna device 10 of the first modified example is smaller than the width W of the excited patch 3.

平面アンテナ装置10は、このように形成されていてもよい。すなわち、電波を励振パッチ3から放射することができるだけでなく、第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bから再放射することができる。したがって、本変形例に係る平面アンテナ装置10の電波の放射パターンは、励振パッチ3の放射パターンと第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bからの再放射パターンとが合成されたパターンとなる。このため、本変形例に係る平面アンテナ装置10の電波の放射パターンは、第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bの分、励振パッチ3の放射パターンに比べて、電波のビーム幅を拡大することができる。 The planar antenna device 10 may be formed in this manner. That is, radio waves can be not only radiated from the excitation patch 3, but also re-radiated from the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b. Therefore, the radiation pattern of radio waves from the planar antenna device 10 according to this modification is a pattern that combines the radiation pattern of the excitation patch 3 and the re-radiation patterns from the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b. Therefore, the radiation pattern of radio waves from the planar antenna device 10 according to this modification can expand the beam width of radio waves compared to the radiation pattern of the excitation patch 3 by the amount of the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b.

したがって、本変形例において、第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bの幅は、励振パッチ3の幅Wよりも小さくしても、ビーム幅を拡大し得る平面アンテナ装置10が提供される。 Therefore, in this modified example, a planar antenna device 10 is provided that can expand the beam width even if the width of the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b is made smaller than the width W of the excited patch 3.

なお、上述した実施形態及び本変形例において、第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bを矩形状として説明したが、適宜の多角形、円形、楕円形、その他、種々の形状が許容される。また、励振パッチ3も、矩形状を例にして説明したが、適宜の形状が許容される。 In the above-described embodiment and this modified example, the first non-excitation patch 4a and the second non-excitation patch 4b are described as being rectangular, but various shapes such as an appropriate polygon, circle, ellipse, and others are acceptable. Also, the excitation patch 3 is described as being rectangular, but any appropriate shape is acceptable.

(第2変形例)
図6に示すように、平面アンテナ装置10は、第1の非励振パッチ4a,4a1,4a2と、第2の非励振パッチ4b,4b1,4b2とを有する。第1の非励振パッチ4a,4a1,4a2及び第2の非励振パッチ4b,4b1,4b2は、励振パッチ3の図心に対して対称に形成されている。本変形例では、平面アンテナ装置10は、3対の非励振パッチ(第1の非励振パッチ4a,4a1,4a2及び第2の非励振パッチ4b,4b1,4b2)を有する。
(Second Modification)
As shown in Fig. 6, the planar antenna device 10 has first parasitic patches 4a, 4a1, 4a2 and second parasitic patches 4b, 4b1, 4b2. The first parasitic patches 4a, 4a1, 4a2 and the second parasitic patches 4b, 4b1, 4b2 are formed symmetrically with respect to the centroid of the excited patch 3. In this modification, the planar antenna device 10 has three pairs of parasitic patches (the first parasitic patches 4a, 4a1, 4a2 and the second parasitic patches 4b, 4b1, 4b2).

第1の非励振パッチ4a,4a1,4a2は、励振パッチ3の幅Wに沿う方向、すなわち、y軸方向に沿って3つを並べた。また、励振パッチ3の幅Wの図6中の左端(励振パッチ3の幅方向の第1端)に沿う位置の延長線上、すなわち、x軸方向に沿う位置に第1の非励振パッチ4a1を配置し、右端(励振パッチ3の幅方向の第2端)に沿う位置の延長線上、すなわち、x軸方向に沿う位置に第1の非励振パッチ4a2を配置した。 The first non-excitation patches 4a, 4a1, and 4a2 are arranged in a direction along the width W of the excitation patch 3, i.e., in the y-axis direction. The first non-excitation patch 4a1 is arranged on an extension line of a position along the left end of the width W of the excitation patch 3 in FIG. 6 (first end in the width direction of the excitation patch 3), i.e., in a position along the x-axis direction, and the first non-excitation patch 4a2 is arranged on an extension line of a position along the right end (second end in the width direction of the excitation patch 3), i.e., in a position along the x-axis direction.

第2の非励振パッチ4b,4b1,4b2は、励振パッチ3の幅Wに沿う方向、すなわち、y軸方向に沿って3つを並べた。また、励振パッチ3の幅Wの図6中の左端(励振パッチ3の幅方向の第1端)に沿う位置の延長線上、すなわち、x軸方向に沿う位置に第2の非励振パッチ4b1を配置し、右端(励振パッチ3の幅方向の第2端)に沿う位置の延長線上、すなわち、x軸方向に沿う位置に第2の非励振パッチ4b2を配置した。 The second non-excitation patches 4b, 4b1, and 4b2 are arranged in a line along the width W of the excitation patch 3, i.e., along the y-axis direction. The second non-excitation patch 4b1 is arranged on an extension of the left end of the width W of the excitation patch 3 in FIG. 6 (first end in the width direction of the excitation patch 3), i.e., along the x-axis direction, and the second non-excitation patch 4b2 is arranged on an extension of the right end (second end in the width direction of the excitation patch 3), i.e., along the x-axis direction.

したがって、第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bの対は、励振パッチ3を挟むように設けられる。第1の非励振パッチ4a1及び第2の非励振パッチ4b1の対は、励振パッチ3を挟むように設けられる。第1の非励振パッチ4a2及び第2の非励振パッチ4b2の対は、励振パッチ3を挟むように設けられる。または、第1の非励振パッチ4a1及び第2の非励振パッチ4b2の対は、励振パッチ3を挟むように設けられ、第1の非励振パッチ4a2及び第2の非励振パッチ4b1の対は、励振パッチ3を挟むように設けられる。 Therefore, the pair of the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b is arranged to sandwich the excitation patch 3. The pair of the first non-excited patch 4a1 and the second non-excited patch 4b1 is arranged to sandwich the excitation patch 3. The pair of the first non-excited patch 4a2 and the second non-excited patch 4b2 is arranged to sandwich the excitation patch 3. Alternatively, the pair of the first non-excited patch 4a1 and the second non-excited patch 4b2 is arranged to sandwich the excitation patch 3, and the pair of the first non-excited patch 4a2 and the second non-excited patch 4b1 is arranged to sandwich the excitation patch 3.

平面アンテナ装置10は、このように形成されていてもよい。すなわち、電波を励振パッチ3から放射することができるだけでなく、第1の非励振パッチ4a,4a1,4a2及び第2の非励振パッチ4b,4b1,4b2から再放射することができる。したがって、本変形例に係る平面アンテナ装置10の電波の放射パターンは、励振パッチ3の放射パターンと第1の非励振パッチ4a及び第2の非励振パッチ4bからの再放射パターンとが合成されたパターンとなる。このため、本変形例に係る平面アンテナ装置10の電波の放射パターンは、第1の非励振パッチ4a,4a1,4a2、及び、第2の非励振パッチ4b,4b1,4b2の分、励振パッチ3の放射パターンに比べて、電波のビーム幅を拡大することができる。 The planar antenna device 10 may be formed in this manner. That is, radio waves can be not only radiated from the excitation patch 3, but also re-radiated from the first non-excited patch 4a, 4a1, 4a2 and the second non-excited patch 4b, 4b1, 4b2. Therefore, the radiation pattern of radio waves of the planar antenna device 10 according to this modification is a pattern in which the radiation pattern of the excitation patch 3 and the re-radiation patterns from the first non-excited patch 4a and the second non-excited patch 4b are combined. Therefore, the radiation pattern of radio waves of the planar antenna device 10 according to this modification can expand the beam width of radio waves compared to the radiation pattern of the excitation patch 3 by the amount of the first non-excited patch 4a, 4a1, 4a2 and the second non-excited patch 4b, 4b1, 4b2.

したがって、本変形例において、第1の非励振パッチ4a,4a1,4a2及び第2の非励振パッチ4b,4b1,4b2のように、複数対としても、ビーム幅を拡大し得る平面アンテナ装置10が提供される。 Therefore, in this modified example, a planar antenna device 10 is provided that can expand the beam width even if there are multiple pairs of patches, such as the first non-excited patches 4a, 4a1, and 4a2 and the second non-excited patches 4b, 4b1, and 4b2.

以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、ビーム幅を拡大し得る平面アンテナ装置10を提供することができる。 At least one of the embodiments described above can provide a planar antenna device 10 that can expand the beam width.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

1…地導体、2…誘電体基板、3…励振パッチ、4a…第1の非励振パッチ、4b…第2の非励振パッチ、5a,5b…スルーホール、6a…第1の導体、6b…第2の導体、7…給電点、7a…給電線路、10…平面アンテナ装置。 1...ground conductor, 2...dielectric substrate, 3...excited patch, 4a...first non-excited patch, 4b...second non-excited patch, 5a, 5b...through hole, 6a...first conductor, 6b...second conductor, 7...feed point, 7a...feed line, 10...planar antenna device.

Claims (5)

地導体と、
前記地導体上に設けられる誘電体基板と、
前記誘電体基板上において、前記地導体とは反対側の面に設けられ、所定の周波数で共振するように長さを規定する、導電性の励振パッチと、
前記誘電体基板上において、前記地導体とは反対側の面で、前記励振パッチの長さを規定する方向に沿って前記励振パッチに対して離間する第1の領域に設けられる、導電性の第1の非励振パッチと、
前記励振パッチと離間し、前記第1の非励振パッチと協働して前記励振パッチを挟むように設けられる、導電性の第2の非励振パッチと、
前記第1の非励振パッチと前記地導体とを電気的に接続する複数の第1の導体と、
前記第2の非励振パッチと前記地導体とを電気的に接続する複数の第2の導体と
を有する、平面アンテナ装置。
A ground conductor;
a dielectric substrate provided on the ground conductor;
a conductive excitation patch provided on the dielectric substrate on a surface opposite to the ground conductor, the length of the conductive excitation patch being determined so as to resonate at a predetermined frequency;
a conductive first non-excitation patch provided in a first region on the dielectric substrate on a surface opposite to the ground conductor and spaced apart from the excitation patch along a direction defining a length of the excitation patch;
a conductive second parasitic patch spaced apart from the excitation patch and arranged to sandwich the excitation patch in cooperation with the first parasitic patch;
a plurality of first conductors electrically connecting the first parasitic patch and the ground conductor;
a plurality of second conductors electrically connecting the second parasitic patch and the ground conductor.
前記複数の第1の導体は、前記誘電体基板をそれぞれ貫通して前記地導体に接続され、
前記複数の第2の導体は、前記誘電体基板をそれぞれ貫通して前記地導体に接続される、
請求項1に記載の平面アンテナ装置。
the first conductors each pass through the dielectric substrate and are connected to the ground conductor;
the second conductors each pass through the dielectric substrate and are connected to the ground conductor;
2. A planar antenna device according to claim 1.
前記複数の第1の導体、及び、前記複数の第2の導体は、それぞれ、前記励振パッチのうち、前記誘電体基板上の面に対する法線に平行に延びている、請求項2に記載の平面アンテナ装置。 The planar antenna device according to claim 2, wherein the plurality of first conductors and the plurality of second conductors each extend parallel to a normal to a surface of the excitation patch on the dielectric substrate. 前記第1の非励振パッチと前記励振パッチとの距離は、前記第2の非励振パッチと前記励振パッチとの距離に一致する、請求項1又は請求項2に記載の平面アンテナ装置。 The planar antenna device according to claim 1 or 2, wherein the distance between the first non-excited patch and the excited patch is equal to the distance between the second non-excited patch and the excited patch. 地導体と、
前記地導体上に設けられる誘電体基板と、
前記誘電体基板上において、前記地導体とは反対側の面に設けられ、所定の周波数で共振するように長さを規定する、導電性の励振パッチと、
前記誘電体基板上において、前記地導体とは反対側の面で、前記励振パッチに対して離間し、前記励振パッチの長さを規定する方向に沿って前記励振パッチを挟むように設けられる、導電性の少なくとも1対の非励振パッチと、
前記少なくとも1対の非励振パッチの一方と前記地導体とを電気的に接続する複数の第1の導体と、
前記少なくとも1対の非励振パッチの他方と前記地導体とを電気的に接続する複数の第2の導体と
を有する、平面アンテナ装置。

A ground conductor;
a dielectric substrate provided on the ground conductor;
a conductive excitation patch provided on the dielectric substrate on a surface opposite to the ground conductor, the length of the conductive excitation patch being determined so as to resonate at a predetermined frequency;
At least a pair of conductive non-excitation patches are provided on the dielectric substrate on a surface opposite to the ground conductor, spaced apart from the excitation patch, and sandwiching the excitation patch along a direction that defines a length of the excitation patch;
a plurality of first conductors electrically connecting one of the at least one pair of parasitic patches to the ground conductor;
a plurality of second conductors electrically connecting the other of the at least one pair of parasitic patches to the ground conductor.

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