JP3550859B2

JP3550859B2 - Tapered slot antenna

Info

Publication number: JP3550859B2
Application number: JP04757496A
Authority: JP
Inventors: 正人佐藤; 勇千葉; 英樹伏見; 一史西澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH09246849A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、広帯域にわたり良好な反射特性が要求されるアンテナ装置に用いるテーパスロットアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、例えば文献Ｐ．Ｊ．Ｇｉｂｓｏｎ，”ＴｈｅＶｉｖａｌｄｉａｅｒｉａｌ，”ｉｎＰｒｏｃ．９ｔｈＥｕｒｏｐｅａｎＭｉｃｒｏｗａｖｅＣｏｎｆ．，Ｂｒｉｇｈｔｏｎ，Ｕ．Ｋ．，１９７９，ｐｐ．１０１−１０５．及びＳ．Ｎ．ＰｒａｓａｄａｎｄＳ．Ｍａｈａｐａｔｒａ，”Ａｎｏｖｅｌｍｉｃｓｌｏｔ−ｌｉｎｅａｎｔｅｎｎａ，”ｉｎＰｒｏｃ．９ｔｈＥｕｒｏｐｅａｎＭｉｃｒｏｗａｖｅＣｏｎｆ．，Ｂｒｉｇｈｔｏｎ，Ｕ．Ｋ．，１９７９，ｐｐ．１２０−１２４．等に示された従来のテーパスロットアンテナの斜視図である。
図において、１ｈは誘電体基板、２ｆは上記誘電体基板１ｈの一つの面に形成した給電線路、３ｉは上記給電線路２ｆが形成された面と反対側の上記誘電体基板１ｈの面に形成した接地導体面、４ｅは上記給電線路２ｆと上記接地導体面３ｉにより構成されるマイクロストリップ給電線路、５ｈは上記マイクロストリップ給電線路４ｅと直交するように上記接地導体面３ｉに形成したスロット線路、６ｈは上記スロット線路５ｈの一端に接続したスロット幅が徐々に広がるテーパスロット線路、８は上記給電線路２ｆ上を流れる励振電流、９は上記励振電流８により上記スロット線路５ｈに誘起する磁界、１０は上記スロット線路５ｈを介して上記テーパスロット線路６ｈを伝搬する電界、１１は上記テーパスロット線路６ｈの近傍で且つ上記接地導体面３ｉを流れる電流、２０は上記テーパスロット線路６ｈの開放端の幅Ｗである。
【０００３】
次に作用について説明する。スロット線路５ｈがマイクロストリップ線路４ｅの開放端より１／４波長の所で交差しているものとすると、給電線路２ｆに流れる励振電流８の振幅が最大となり、最大の磁界９がスロット線路５ｈに結合し、スロット線路５ｈとテーパスロット線路６ｈを電界１０が伝搬する。このテーパスロット線路６ｈを伝搬する電界１０はテーパスロット線路６ｈの幅が少なくとも１／２波長以上であればテーパスロット線路６ｈの開放端部より空間に効率良く放射されアンテナとして動作するが、１／２波長以下であれば伝送線路として動作する。ここで、電界１０がテーパスロット線路６ｈを伝搬する際、電流１１が接地導体面３ｉ上をテーパスロット線路６ｈの近傍に沿って流れる。この電流１１は、周波数が高い場合はテーパスロット線路６ｈの開放端で十分に減衰し進行波電流分布を形成するが、周波数が低い場合は十分減衰せずこの開放端の両側の接地導体面３ｉの端部で反射し、定在波電流分布を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のテーパスロットアンテナでは、テーパスロット線路の開放端の幅Ｗが１／２波長以上必要であり、周波数が低い場合には開放端の幅Ｗを長くするとともにテーパスロット線路の長さも長くしなければならず、アンテナ寸法が大きくなるという問題点があった。また逆に、テーパスロット線路の開放端の幅Ｗが１／２波長以下となるような低い周波数では、テーパスロット線路は伝送線路として動作するため開放端でのテーパスロット線路近傍の電流は十分減衰せず、この開放端の両側の接地導体面で反射され、アンテナの入力端における反射特性が劣化、つまりＶＳＷＲ（電圧定在波比）が劣化するという問題点もあった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、テーパスロット線路の開放端の幅Ｗが１／２波長以下となるような低い周波数帯においても、アンテナの入力端における反射特性つまりＶＳＷＲの劣化を低減し、アンテナ寸法を大きくすることなく広帯域な反射特性を有するテーパスロットアンテナを得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わるテーパスロットアンテナは、誘電体基材の一方の面に設けられた接地導体と、他方の面に設けられたストリップ導体とを備えて成るマイクロストリップ給電線路、上記接地導体面に形成されたスロット線路、上記マイクロストリップ給電線路をスロット線路に変換する変換手段、上記変換手段を介して電磁結合給電される上記スロット線路の一端に接続され、スロット幅が徐々に広がるテーパスロット線路を備え、上記テーパスロット線路の拡幅開放端近傍両外側の上記接地導体面上の上記テーパスロット線路の回転対称軸に対し軸対称となる位置に、上記回転対称軸に軸対称で屈曲部を有する形状に上記接地導体が除去された切り欠きを設けたものである。
【０００７】
請求項２の発明に係わるテーパスロットアンテナは、重ね合わされた第１の誘電体基材と第２の誘電体基材の各々外側の面に設けられた第１の接地導体と第２の接地導体と、内側の面に設けられたストリップ導体とを備えて成るトリプレート給電線路、上記第１の接地導体面と第２の接地導体面に各々同一形状に形成された第１のスロット線路と第２のスロット線路、上記トリプレート給電線路を上記第１のスロット線路と第２のスロット線路に変換する変換手段、上記変換手段を介して電磁結合給電される上記第１のスロット線路と第２のスロット線路の一端に各々接続され、スロット幅が徐々に広がる第１のテーパスロット線路と第２のテーパスロット線路を備え、上記第１のテーパスロット線路と第２のテーパスロット線路の拡幅開放端近傍両外側の上記第１の接地導体面と第２の接地導体面上の上記第１のテーパスロット線路と第２のテーパスロット線路の回転対称軸に対し軸対称となる位置に、上記回転対称軸に軸対称で屈曲部を有する形状に、各々上記第１の接地導体と第２の接地導体が除去された切り欠きを設けたものである。
【０００８】
請求項３の発明に係わるテーパスロットアンテナは、誘電体基材の一方の面に設けられた接地導体、上記接地導体面上に設けられたコプレーナ給電線路、上記接地導体面に形成されたスロット線路、上記コプレーナ給電線路をスロット線路に変換する変換手段、上記変換手段を介して電磁結合給電される上記スロット線路の一端に接続され、スロット幅が徐々に広がるテーパスロット線路を備え、上記テーパスロット線路の拡幅開放端近傍両外側の上記接地導体面上の上記テーパスロット線路の回転対称軸に対し軸対称となる位置に、上記回転対称軸に軸対称で屈曲部を有する形状に上記接地導体が除去された切り欠きを設けたものである。
【０００９】
請求項４の発明に係わるテーパスロットアンテナは、請求項１〜３のいずれか１項に記載のテーパスロットアンテナにおいて、テーパスロット線路とその両外側の接地導体とのテーパ形状をなす境界の上記テーパスロット線路の回転対称軸に対し軸対称となる位置に、上記境界から上記スロットへ延在し、上記回転対称軸に対し軸対称の形状で対をなす金属片を少なくとも一対設けたものである。
【００１０】
請求項５の発明に係わるテーパスロットアンテナは、請求項１〜４のいずれか１項に記載のテーパスロットアンテナにおいて、テーパスロット線路と同一面上のテーパスロット線路の拡幅開放端の前方の上記テーパスロット線路の回転対称軸に対し軸対称となる位置に、上記回転対称軸に対し軸対称の形状の複数個の非励振導体を設けたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示す切り欠きを有するテーパスロットアンテナの斜視図である。図２はこの発明の実施の形態１の切り欠きを有するテーパスロットアンテナの反射特性の改善効果を説明するための説明図である。図１において、１〜６及び８〜１１は上記図７に示した従来のテーパスロットアンテナと同様のものである。また、７ａは接地導体面３ａ上で且つテーパスロット線路６ａの回転対称軸に対し軸対称となる位置に、軸対称の形状をなすように接地導体面３ａが除去され、例えば図示するような屈曲部を設けた切り欠きである。
なお、上記テーパスロット線路６ａは例えば、指数関数的にスロット幅の広がるビバルディ形状とする。
【００１２】
次に、動作について説明する。スロット線路５ａがマイクロストリップ給電線路４ａの開放端より１／４波長の所で交差しているものとすると、給電線路２ａに流れる励振電流８の振幅が最大となり、最大の磁界９がスロット線路５ａに結合し、スロット線路５ａとテーパスロット線路６ａを電界１０が伝搬する。このテーパスロット線路６ａを伝搬する電界１０は、テーパスロット線路６ａの幅が少なくとも１／２波長以上であればテーパスロット線路６ａの開放端部より空間に効率良く放射され、テーパスロット線路６はアンテナとして動作する。また、テーパスロット線路６ａの開放端の幅Ｗが１／２波長以下となるような低い周波数帯では、テーパスロット線路６ａに沿った電流路はテーパスロット線路６ａの開放端から折り曲げ部分を介して切り欠き７ａの端部まで延長され、テーパスロット線路６ａの開放端近傍で減衰しきらない電流を切り欠き７ａの折り曲げ部分に集中させることができるとともに、この部分を放射に寄与させることが可能となる。このようにテーパスロット線路６ａは伝送線路として動作するため、接地導体面３ａ上のテーパスロット線路６ａの近傍に沿って流れる電流１１は、テーパスロット線路６ａ近傍では減衰せずに切り欠き７ａの屈曲部を励振する。つまり屈曲部に強い電流分布が形成され、この屈曲部がアンテナとして動作する。すなわち、この切り欠き７ａを設けることにより、開放端の幅Ｗが１／２波長以下となるような低い周波数帯においては、テーパスロット線路６ａは伝送線路として動作し、切り欠き７ａの屈曲部はアンテナとして動作する。
【００１３】
図２は、テーパスロット線路６ａの開放端の幅Ｗが周波数約１５ＧＨｚで１／２波長（１０ｍｍ）となるようなテーパスロットアンテナにおける切り欠き７ａが有る場合と無い場合のマイクロストリップ給電線路４ａの入力端でのＶＳＷＲ（電圧定在波比）の周波数特性を示す実験結果である。この図より、開放端の幅Ｗが１／２波長以下となる１５ＧＨｚより低い周波数帯域において、切り欠き７ａを設けることによりＶＳＷＲが改善されているのが分かる。
【００１４】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２のテーパスロットアンテナの構成図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）（ｃ）にその分解図を示す。この実施の形態は、重ね合わされた誘電体基板１ｂ及び１ｃの外側の両方の接地導体面３ｂ及び３ｃ上にスロット線路５ｂ及び５ｃ、テーパスロット線路６ｂ及び６ｃ、及びテーパスロット線路６ｂ及び６ｃの回転対称軸に対し軸対称となる位置に、軸対称の形状をなすように接地導体面３ｂ及び３ｃが除去され、例えば図示するような屈曲部を設けた切り欠き７ｂ及び７ｃを各々設け、更に接地導体面３ｂと３ｃ及び給電線路２ｂとからなる共通のトリプレート給電線路１２により２個のスロット線路５ｂと５ｃに電磁結合給電するトリプレート構成としたものである。
【００１５】
なお、切り欠きを設けたことによる基本的な動作については、上記発明の実施の形態１と同様であり、説明を省略する。
【００１６】
この場合、トリプレート給電線路１２により２個のスロット線路５ｂ及び５ｃに同相で電磁結合給電するため、トリプレート給電線路１２とスロット線路５ｂ及び５ｃとからなる変換部の接地導体面３ｂ及び３ｃに対する電界の法線方向成分を相殺でき、交差偏波成分を抑圧することができる。従って、アンテナの寸法を変えずに広帯域に亙ってＶＳＷＲが良好で、且つ低交差偏波特性を有するテーパスロットアンテナを得ることができる。
【００１７】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３のテーパスロットアンテナの構成を示す斜視図である。図４に示すように、テーパスロット線路６ｄの外側の接地導体面３ｄ及び３ｅ上で且つテーパスロット線路６ｄの回転対称軸に対し軸対称となる位置に、軸対称の形状をなすように接地導体面３ｄ及び３ｅが除去され、例えば図示するような屈曲部を設けた切り欠き７ｄを設け、更に中心導体１３と接地導体面３ｄ及び３ｅとからなるコプレーナ給電線路１４によりスロット線路５ｄに給電する構成としたものである。
【００１８】
なお、切り欠きを設けたことによる基本的な動作については、上記発明の実施の形態１と同様であり、説明を省略する。
【００１９】
この場合、コプレーナ給電線路１４とスロット線路５ｄ及び接地導体面３ｄ及び３ｅを同一面上に構成できるため、中心線路１３に半導体素子等を接続する場合等に、バイアホール等を用いずに容易に同一平面上に半導体素子等を配置することができる。また、全て同一平面に構成できるため片面のプリント基板で製作が可能であり、アンテナの寸法を変えずに広帯域に亙ってＶＳＷＲが良好で、且つ低交差偏波特性を有するテーパスロットアンテナを低価格で実現することができる。
【００２０】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４のテーパスロットアンテナの構成を示す斜視図である。この実施の形態は、テーパスロット線路６ｅの外側の接地導体面３ｆ上で且つテーパスロット線路６ｅの回転対称軸に対し軸対称となる位置に、軸対称の形状をなすように接地導体面３ｆが除去され、例えば図示するような屈曲部を設けた切り欠き７ｅを設け、更にテーパスロット線路６ｅと接地導体面３ｆとのテーパ形状をなす境界部分で且つテーパスロット線路６ｅの回転対称軸に対し軸対称となる位置に、上記回転対称軸に対して軸対称の形状の対をなす金属片１５を少なくとも一対設けた構成としたものである。また、この金属片１５は数個の片を並べて形成したものでも良く、この場合には以下に述べるテーパスロット線路に並列に接続されたと等価なサセプタンスを容易に調整できる。
【００２１】
なお、切り欠きを設けたことによる基本的な動作については、上記発明の実施の形態１と同様であり、説明を省略する。
【００２２】
この場合、テーパスロット線路６ｅと接地導体面３ｆとのテーパ形状をなす境界部分に設けた金属片１５は、テーパスロット線路６ｅに並列に接続したサセプタンスと等価であり、金属片１５の寸法等を変えることにより金属片１５からテーパスロット線路６ｅの開放端を見た規格化アドミタンスを特定の周波数において１にする、つまり整合をとることができる。これにより、広帯域に亙って良好な反射特性を有し、且つ所望の周波数において最良のＶＳＷＲを実現させることができる。また、対を成す金属片１５を複数個間隔を変えて設けることにより、所望の複数の周波数で比較的良好なＶＳＷＲを実現することができる。
【００２３】
なお、この発明の実施の形態は、上記発明の実施の形態１〜３のいずれとも組み合せ可能であり、上記同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００２４】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５のテーパスロットアンテナの構成を示す斜視図である。この実施の形態は、テーパスロット線路６ｆ及び６ｇの外側の接地導体面３ｇ及び３ｈ上で且つテーパスロット線路６ｆ及び６ｇの回転対称軸に対し軸対称となる位置に、軸対称の形状をなすように接地導体面３ｇ及び３ｈが除去され、例えば図示するような屈曲部を設けた切り欠き７ｆ及び７ｇを設け、更にテーパスロット線路６ｆ及び６ｇそれぞれと同一平面上のテーパスロット線路６ｆ及び６ｇの拡幅開放端の前方で且つテーパスロット線路６ｆ及び６ｇの回転対称軸に対し軸対称となる位置に、軸対称の形状をなすそれぞれ２個の非励振導体１６ａ及び１６ｂ、非励振導体１６ｃ及び１６ｄを設けたテーパスロットアンテナをアレー状に配列したものである。なお、図６では説明を簡単にするため２個の場合を例示した。また、ここで、１７と１８はそれぞれ非励振導体１６ａ及び１６ｂ、非励振導体１６ｃ及び１６ｄが無い場合と有る場合のテーパスロット線路６ｆからテーパスロット線路６ｇへの結合電磁界Ｃ０と結合電磁界Ｃ１、１９は非励振導体１６ａ及び１６ｂ、非励振導体１６ｃ及び１６ｄが有る場合のテーパスロット線路６ｆから非励振導体１６ａ及び１６ｂ、非励振導体１６ｃ及び１６ｄへの結合電磁界Ｃ２である。
【００２５】
なお、切り欠きを設けたことによる基本的な動作については、上記発明の実施の形態１と同様であり、説明を省略する。
【００２６】
ここで、非励振動体１６ａ及び１６ｂ、非励振導体１６ｃ及び１６ｄが無い場合は、結合電磁界Ｃ０は強いレベルでテーパスロット線路６ｆからテーパスロット線路６ｇに結合するが、非励振導体１６ａ及び１６ｂ、非励振導体１６ｃ及び１６ｄが有る場合は、結合電磁界Ｃ１と結合電磁界Ｃ２に分割され、テーパスロット線路６ｇへの結合電磁界Ｃ１は上記結合電磁界Ｃ０よりも小さくなる。つまり、非励振導体１６ａ及び１６ｂ、非励振導体１６ｃ及び１６ｄを設けることによりテーパスロット線路６ｆと６ｇ間の相互結合を抑圧できる。従って、切り欠き７を有するテーパスロットアンテナを複数個アレー状に配列して使用する場合に、切り欠きを有するテーパスロットアンテナの広帯域な反射特性を劣化させることなく維持できる。
【００２７】
なお、この発明の実施の形態は、上記発明の実施の形態１〜４のいずれとも組み合せ可能であり、上記同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したような構成となっているため、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２９】
請求項１の発明によれば、テーパスロット線路の開放端の幅が１／２波長より短くなる低い周波数帯ではテーパスロット線路を伝送線路として動作させ、切り欠きの屈曲部をアンテナとして動作させることができ、テーパスロット線路の開放端の幅、つまりアンテナ寸法を大きくすることなく低い周波数帯域での反射特性を改善できる効果が得られる。
【００３０】
請求項２の発明によれば、トリプレート給電構造の切り欠き付きテーパスロットアンテナとしているため、トリプレート給電線路から各スロット線路への変換部で発生する接地導体面に対する法線方向の電界成分を相殺でき、交差偏波成分を抑圧できる効果が得られるとともに、低い周波数帯域での反射特性を改善できる効果が得られる。
【００３１】
請求項３の発明によれば、共平面のコプレーナ給電構造の切り欠き付きテーパスロットアンテナとしているため、半導体素子などをバイアホール等を用いずに容易に同一平面上に配置できる等、全て同一平面に構成できるため安価な片面のプリント基板での製作が可能となり、低コストで低い周波数帯域での反射特性が改善されたテーパスロットアンテナを実現できる効果が得られる。
【００３２】
請求項４の発明によれば、テーパスロット線路とその両外側の接地導体とのテーパ形状をなす境界の上記テーパスロット線路の回転対称軸に対し軸対称となる位置に、上記境界から上記スロットへ延在し、上記回転対称軸に対し軸対称の形状で対をなす金属片を少なくとも一対設けた切り欠き付きテーパスロットアンテナとしているため、テーパスロット線路に整合をとるための並列サセプタンスを容易に形成できる効果が得られ、また、多段にも接続できるので、複数個の所望の周波数において比較的良好な反射特性を得られる効果が得られるとともに、低い周波数帯域での反射特性を改善できる効果が得られる。
【００３３】
請求項５の発明によれば、テーパスロット線路と同一面上のテーパスロット線路の拡幅開放端の前方の上記テーパスロット線路の回転対称軸に対し軸対称となる位置に、上記回転対称軸に対し軸対称の形状の複数個の非励振導体を設けた切り欠き付きテーパスロットアンテナとしているため、テーパスロットアンテナを複数個アレー状に配列したした場合、テーパスロット線路間の結合電磁界の一部を非励振導体に結合させることができ、テーパスロット線路間の結合量を低減できる効果が得られるとともに、ビーム走査した場合等にも低い周波数帯域での反射特性の劣化を低減できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す切り欠きを有するテーパスロットアンテナの斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１における反射特性を説明するための説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２を示す切り欠きを有するテーパスロットアンテナの斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態３を示す切り欠きを有するテーパスロットアンテナの斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態４を示す切り欠きを有するテーパスロットアンテナの斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態５を示す切り欠きを有するテーパスロットアンテナをアレー状に配置した場合の斜視図である。
【図７】従来のテーパスロットアンテナの斜視図である。
【符号の説明】
１誘電体基板、２給電線路、３接地導体面、４マイクロストリップ給電線路、５スロット線路、６テーパスロット線路、７切り欠き、８励振電流、９磁界、１０電界、１１電流、１２トリプレート給電線路、
１３中心導体、１４コプレーナ給電線路、１５金属片、
１６非励振導体、１７結合電磁界Ｃ０、１８結合電磁界Ｃ１、１９結合電磁界Ｃ２、２０開放端の幅Ｗ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tapered slot antenna used for an antenna device requiring good reflection characteristics over a wide band.
[0002]
[Prior art]
FIG. J. Gibson, "The Vivaldiary," in Proc. 9th European MicrowaveConf. , Brighton, U.S.A. K. , Pp. 1979. 101-105. And S. N. Prasad and S.M. Mahapatora, "A novel mic slot-line antenna," in Proc. 9th European Microwave Conf. , Brighton, U.S.A. K. , Pp. 1979. 120-124. FIG. 2 is a perspective view of a conventional tapered slot antenna shown in FIG.
In the figure, 1h is a dielectric substrate, 2f is a feed line formed on one surface of the dielectric substrate 1h, and 3i is formed on a surface of the dielectric substrate 1h opposite to the surface on which the feed line 2f is formed. The ground conductor surface 4e is a microstrip power line composed of the power supply line 2f and the ground conductor surface 3i, 5h is a slot line formed on the ground conductor surface 3i so as to be orthogonal to the microstrip power line 4e, 6h is a tapered slot line connected to one end of the slot line 5h, the slot width of which gradually widens, 8 is an excitation current flowing on the feed line 2f, 9 is a magnetic field induced on the slot line 5h by the excitation current 8, 10 Is an electric field propagating through the tapered slot line 6h via the slot line 5h, and 11 is near and above the tapered slot line 6h. Current flowing through the ground conductor surface 3i, 20 is the width W of the open end of the tapered slot line 6h.
[0003]
Next, the operation will be described. Assuming that the slot line 5h intersects at a quarter wavelength from the open end of the microstrip line 4e, the amplitude of the excitation current 8 flowing through the feed line 2f becomes maximum, and the maximum magnetic field 9 is applied to the slot line 5h. Thus, the electric field 10 propagates through the slot line 5h and the tapered slot line 6h. The electric field 10 propagating through the tapered slot line 6h is efficiently radiated into space from the open end of the tapered slot line 6h and operates as an antenna if the width of the tapered slot line 6h is at least １／ wavelength or more. If it is less than two wavelengths, it operates as a transmission line. Here, when the electric field 10 propagates through the tapered slot line 6h, a current 11 flows on the ground conductor surface 3i along the vicinity of the tapered slot line 6h. When the frequency is high, the current 11 is sufficiently attenuated at the open end of the tapered slot line 6h to form a traveling wave current distribution. However, when the frequency is low, the current 11 is not sufficiently attenuated and the ground conductor surfaces 3i on both sides of the open end. Reflected at the end of the substrate to form a standing wave current distribution.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional tapered slot antenna, the width W of the open end of the tapered slot line needs to be 波長 wavelength or more. When the frequency is low, the width W of the open end must be increased and the length of the tapered slot line must be increased. Therefore, there is a problem that the antenna size is increased. Conversely, at a low frequency at which the width W of the open end of the tapered slot line is equal to or less than 波長 wavelength, the tapered slot line operates as a transmission line, so that the current near the tapered slot line at the open end is sufficiently attenuated. Instead, the light is reflected on the ground conductor surfaces on both sides of the open end, and the reflection characteristic at the input end of the antenna deteriorates, that is, the VSWR (voltage standing wave ratio) deteriorates.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem. Even in a low frequency band where the width W of the open end of the tapered slot line is equal to or less than １／ wavelength, the present invention has been made. It is an object of the present invention to reduce the deterioration of the reflection characteristics, that is, the VSWR, and to obtain a tapered slot antenna having a wide band reflection characteristic without increasing the antenna size.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A tapered slot antenna according to a first aspect of the present invention is a microstrip feed line comprising: a ground conductor provided on one surface of a dielectric substrate; and a strip conductor provided on the other surface. A slot line formed on the surface, a converting means for converting the microstrip feed line into a slot line, a tapered slot connected to one end of the slot line which is electromagnetically coupled and fed via the converting means, and the slot width gradually increases. comprising a line, the position where the paired Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis of the tapered slot line on the widened open end near both outer sides of the ground conductor face of the tapered slot lines, the bent portions axisymmetric to the axis of rotational symmetry And a notch in which the ground conductor is removed.
[0007]
A tapered slot antenna according to a second aspect of the present invention provides a first grounded conductor and a second grounded conductor provided on the outer surfaces of the first dielectric base material and the second dielectric base material which are superimposed on each other. If, triplate feed line comprising a strip conductor provided on the inner surface, the first ground conductor surface and the second first slot line formed in each same shape to the ground conductor surface And a second slot line, converting means for converting the triplate feed line into the first slot line and the second slot line, and the first slot line and the second slot line which are electromagnetically fed through the converting means. A first tapered slot line and a second tapered slot line, each of which is connected to one end of the second slot line and whose slot width gradually increases, wherein the first tapered slot line and the second tapered slot line are widened open The position where the paired Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis near both outer sides of the first ground conductor surface and the first on the second grounding conductor surface of the tapered slot line and a second tapered slot lines, the rotation A notch in which the first ground conductor and the second ground conductor are removed is provided in a shape having a bent portion that is axially symmetric with respect to the symmetry axis.
[0008]
A tapered slot antenna according to a third aspect of the present invention is a ground conductor provided on one surface of a dielectric substrate, a coplanar feed line provided on the ground conductor surface, and a slot line formed on the ground conductor surface. Converting means for converting the coplanar power supply line into a slot line, a tapered slot line which is connected to one end of the slot line which is electromagnetically coupled and fed via the converting means and has a gradually widening slot width, of the position where the paired Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis of the tapered slot line on the widened open end near both outer sides of the ground conductor surface, above the ground conductor into a shape having a bent portion to the rotational symmetry axis axisymmetric The removed notch is provided.
[0009]
A tapered slot antenna according to a fourth aspect of the present invention is the tapered slot antenna according to any one of the first to third aspects, wherein the tapered boundary at the boundary between the tapered slot line and the ground conductor on both outer sides thereof is formed. the paired Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis of the slot line position, extends from the boundary to the slot, which has provided at least a pair of metal pieces paired with the shape of the rotation Shi pair symmetry axis axisymmetric is there.
[0010]
A tapered slot antenna according to a fifth aspect of the present invention is the tapered slot antenna according to any one of the first to fourth aspects, wherein the taper in front of the wide open end of the tapered slot line on the same plane as the tapered slot line. the paired Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis of the slot line position, is provided with a plurality of parasitic conductor in the form of pairs Shi axisymmetric to the axis of rotational symmetry.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG .
FIG. 1 is a perspective view of a tapered slot antenna having a notch according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram for describing the effect of improving the reflection characteristics of the tapered slot antenna having the notch according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numerals 1 to 6 and 8 to 11 are the same as those of the conventional tapered slot antenna shown in FIG. The ground conductor surface 3a is removed from the ground conductor surface 3a so as to form an axially symmetrical shape on the ground conductor surface 3a and at a position axially symmetric with respect to the rotational symmetry axis of the tapered slot line 6a. It is a notch provided with a part.
The tapered slot line 6a has, for example, a Vivaldi shape in which the slot width increases exponentially.
[0012]
Next, the operation will be described. Assuming that the slot line 5a intersects at a quarter wavelength from the open end of the microstrip feed line 4a, the amplitude of the excitation current 8 flowing through the feed line 2a becomes maximum, and the maximum magnetic field 9 becomes the slot line 5a. And the electric field 10 propagates through the slot line 5a and the tapered slot line 6a. The electric field 10 propagating through the tapered slot line 6a is efficiently radiated into the space from the open end of the tapered slot line 6a if the width of the tapered slot line 6a is at least 波長 wavelength or more. Works as In a low frequency band in which the width W of the open end of the tapered slot line 6a is equal to or less than １／ wavelength, the current path along the tapered slot line 6a extends from the open end of the tapered slot line 6a via a bent portion. It is possible to concentrate the current that is extended to the end of the notch 7a and does not attenuate in the vicinity of the open end of the tapered slot line 6a to the bent portion of the notch 7a, and that this portion can contribute to radiation. Become. As described above, since the tapered slot line 6a operates as a transmission line, the current 11 flowing along the vicinity of the tapered slot line 6a on the ground conductor surface 3a is not attenuated near the tapered slot line 6a and the notch 7a is bent. Excite the part. That is, a strong current distribution is formed at the bent portion, and the bent portion operates as an antenna. That is, by providing the notch 7a, the tapered slot line 6a operates as a transmission line in a low frequency band in which the width W of the open end is 波長 wavelength or less, and the bent portion of the notch 7a Act as an antenna.
[0013]
FIG. 2 shows a microstrip feed line 4a with and without a notch 7a in a tapered slot antenna in which the width W of the open end of the tapered slot line 6a is a half wavelength (10 mm) at a frequency of about 15 GHz. It is an experimental result which shows the frequency characteristic of VSWR (voltage standing wave ratio) at an input terminal. From this figure, it can be seen that the VSWR is improved by providing the notch 7a in a frequency band lower than 15 GHz in which the width W of the open end is 波長 wavelength or less.
[0014]
Embodiment 2 FIG .
FIG. 3 is a configuration diagram of a tapered slot antenna according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3A is a perspective view, and FIGS. 3B and 3C are exploded views. In this embodiment, the rotation of the slot lines 5b and 5c, the tapered slot lines 6b and 6c, and the rotation of the tapered slot lines 6b and 6c on both the ground conductor surfaces 3b and 3c outside the superposed dielectric substrates 1b and 1c are described. The ground conductor surfaces 3b and 3c are removed at positions that are axially symmetric with respect to the axis of symmetry so as to form an axially symmetric shape. For example, cutouts 7b and 7c having bent portions as shown in the figure are provided, and grounding is further provided. This is a triplate configuration in which electromagnetic coupling power is supplied to two slot lines 5b and 5c by a common triplate power supply line 12 including the conductor surfaces 3b and 3c and the power supply line 2b.
[0015]
Note that the basic operation by providing the notch is the same as that of the first embodiment of the present invention, and the description is omitted.
[0016]
In this case, electromagnetic coupling power is supplied to the two slot lines 5b and 5c in the same phase by the triplate power supply line 12, so that the conversion unit composed of the triplate power supply line 12 and the slot lines 5b and 5c is connected to the ground conductor surfaces 3b and 3c. The normal component of the electric field can be canceled, and the cross polarization component can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain a tapered slot antenna having good VSWR over a wide band and low cross polarization characteristics without changing the antenna dimensions.
[0017]
Embodiment 3 FIG .
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a tapered slot antenna according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 4, the ground conductor is formed on the ground conductor surfaces 3d and 3e outside the tapered slot line 6d and at a position axially symmetric with respect to the rotationally symmetric axis of the tapered slot line 6d so as to form an axially symmetric shape. A configuration in which the surfaces 3d and 3e are removed, a notch 7d having a bent portion as shown in the drawing is provided, and power is supplied to the slot line 5d by the coplanar power supply line 14 including the center conductor 13 and the ground conductor surfaces 3d and 3e. It is what it was.
[0018]
Note that the basic operation by providing the notch is the same as that of the first embodiment of the present invention, and the description is omitted.
[0019]
In this case, since the coplanar feeder line 14, the slot line 5d, and the ground conductor surfaces 3d and 3e can be formed on the same plane, when a semiconductor element or the like is connected to the center line 13, it can be easily used without using a via hole or the like. Semiconductor elements and the like can be arranged on the same plane. In addition, since all of the antennas can be configured on the same plane, the tapered slot antenna having a good VSWR over a wide band and a low cross polarization characteristic can be manufactured without changing the antenna dimensions. It can be realized at a low price.
[0020]
Embodiment 4 FIG .
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a tapered slot antenna according to Embodiment 4 of the present invention. In this embodiment, the ground conductor surface 3f is formed on the ground conductor surface 3f outside the tapered slot line 6e and at a position axially symmetric with respect to the rotationally symmetric axis of the tapered slot line 6e so as to form an axially symmetric shape. For example, a notch 7e provided with a bent portion as shown in the drawing is provided, and furthermore, an axis is formed at the boundary between the tapered slot line 6e and the ground conductor surface 3f in a tapered shape and with respect to the rotational symmetry axis of the tapered slot line 6e. to be symmetrical position, in which the at least one pair provided with forming the metal strip 15 in a pair in the shape of axial symmetry with respect to the axis of rotational symmetry. The metal piece 15 may be formed by arranging several pieces. In this case, a susceptance equivalent to being connected in parallel to a tapered slot line described below can be easily adjusted.
[0021]
Note that the basic operation by providing the notch is the same as that of the first embodiment of the present invention, and the description is omitted.
[0022]
In this case, the metal piece 15 provided on the tapered boundary between the tapered slot line 6e and the ground conductor surface 3f is equivalent to the susceptance connected in parallel to the tapered slot line 6e. By changing the value, the normalized admittance when the open end of the tapered slot line 6e is viewed from the metal piece 15 can be set to 1 at a specific frequency, that is, matching can be achieved. As a result, it is possible to have good reflection characteristics over a wide band and to realize the best VSWR at a desired frequency. Further, by providing a plurality of pairs of metal pieces 15 at different intervals, a relatively good VSWR can be realized at a desired plurality of frequencies.
[0023]
It should be noted that the embodiment of the present invention can be combined with any of the first to third embodiments of the present invention, and it is needless to say that the same effects as above can be obtained.
[0024]
Embodiment 5 FIG .
FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the tapered slot antenna according to the fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, an axially symmetric shape is formed on the ground conductor surfaces 3g and 3h outside the tapered slot lines 6f and 6g and at a position axially symmetric with respect to the rotationally symmetric axis of the tapered slot lines 6f and 6g. The ground conductor surfaces 3g and 3h are removed, for example, notches 7f and 7g provided with bent portions as shown in the figure are provided, and the tapered slot lines 6f and 6g are coplanar with the tapered slot lines 6f and 6g, respectively. Two non-excited conductors 16a and 16b and two non-excited conductors 16c and 16d, each having an axially symmetrical shape, are provided in front of the open ends and at positions axially symmetric with respect to the rotationally symmetric axes of the tapered slot lines 6f and 6g. the tapered slot antenna is obtained by arranged the a array shape. FIG. 6 illustrates two cases in order to simplify the description. Here, reference numerals 17 and 18 denote a coupling electromagnetic field C0 and a coupling electromagnetic field C1 from the tapered slot line 6f to the tapered slot line 6g with and without the non-excited conductors 16a and 16b and the non-excited conductors 16c and 16d, respectively. , 19 are coupling electromagnetic fields C2 from the tapered slot line 6f to the non-exciting conductors 16a and 16b and the non-exciting conductors 16c and 16d when there are non-exciting conductors 16a and 16b and non-exciting conductors 16c and 16d.
[0025]
Note that the basic operation by providing the notch is the same as that of the first embodiment of the present invention, and the description is omitted.
[0026]
Here, when the non-excited vibrators 16a and 16b and the non-excited conductors 16c and 16d are not provided, the coupled electromagnetic field C0 is coupled at a strong level from the tapered slot line 6f to the tapered slot line 6g. When there are the non-excited conductors 16c and 16d, the coupling electromagnetic field C1 and the coupling electromagnetic field C2 are divided, and the coupling electromagnetic field C1 to the tapered slot line 6g becomes smaller than the coupling electromagnetic field C0. That is, by providing the non-excited conductors 16a and 16b and the non-excited conductors 16c and 16d, mutual coupling between the tapered slot lines 6f and 6g can be suppressed. Therefore, when a plurality of tapered slot antennas having the cutouts 7 are arranged and used in an array, the broadband reflection characteristics of the tapered slot antennas having the cutouts can be maintained without deterioration.
[0027]
It should be noted that the embodiment of the present invention can be combined with any of the first to fourth embodiments of the present invention, and it is needless to say that the same effects as above can be obtained.
[0028]
【The invention's effect】
Since the present invention has the configuration described above, it has the following effects.
[0029]
According to the first aspect of the present invention, in a low frequency band in which the width of the open end of the tapered slot line is shorter than 波長 wavelength, the tapered slot line operates as a transmission line, and the bent portion of the cutout operates as an antenna. Thus, the effect of improving the reflection characteristic in a low frequency band without increasing the width of the open end of the tapered slot line, that is, the antenna dimension, can be obtained.
[0030]
According to the second aspect of the present invention, since a notched tapered slot antenna having a triplate feeding structure is used, an electric field component in a direction normal to a ground conductor surface generated at a conversion portion from the triplate feeding line to each slot line is generated. The effect of canceling out and suppressing the cross polarization component is obtained, and the effect of improving the reflection characteristics in a low frequency band is obtained.
[0031]
According to the third aspect of the present invention, since the coplanar coplanar feed structure is a notched tapered slot antenna, semiconductor elements can be easily arranged on the same plane without using via holes or the like. Therefore, it is possible to produce the tapered slot antenna with low cost and improved reflection characteristics in a low frequency band at low cost.
[0032]
According to the invention of claim 4, the tapered slot line and its position to be paired Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis of the boundary of the tapered slot line forming the tapered shape of the both outer sides of the ground conductor, the slot from the boundary extending to, because of the at least a pair provided with notches tapered slot antenna metal pieces paired in the form of pairs Shi axisymmetric to the axis of rotational symmetry, facilitates parallel susceptance for matching the tapered slot line Can be formed in a plurality of stages, and the effect of obtaining relatively good reflection characteristics at a plurality of desired frequencies can be obtained, and the reflection characteristics in a low frequency band can be improved. Is obtained.
[0033]
According to the invention of claim 5, the position where the tapered slot line pair Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis of the front of the tapered slot line widening the open end of the tapered slot line on the same plane, with the axis of rotational symmetry since you are notched tapered slot antenna having a plurality of parasitic conductor in the form of pairs Shi axisymmetric case of an array of tapered slot antenna plurality array form, one electromagnetically coupled between the tapered slot line Portion can be coupled to the non-excited conductor, and the effect of reducing the coupling amount between the tapered slot lines can be obtained, and the effect of reducing the deterioration of the reflection characteristics in a low frequency band even when performing beam scanning can be obtained. Can be
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a tapered slot antenna having a notch according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram for describing reflection characteristics according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a tapered slot antenna having a notch according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of a tapered slot antenna having a notch according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a tapered slot antenna having a notch according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a fifth embodiment of the present invention in which notched tapered slot antennas are arranged in an array.
FIG. 7 is a perspective view of a conventional tapered slot antenna.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 dielectric substrate, 2 feed line, 3 ground conductor surface, 4 microstrip feed line, 5 slot line, 6 tapered slot line, 7 notch, 8 excitation current, 9 magnetic field, 10 electric field, 11 current, 12 triplate feed line,
13 center conductor, 14 coplanar feeder line, 15 metal piece,
16 Non-excited conductor, 17 Coupling electromagnetic field C0, 18 Coupling electromagnetic field C1, 19 Coupling electromagnetic field C2, 20 Width W of the open end.

Claims

A microstrip power supply line including a ground conductor provided on one surface of a dielectric substrate and a strip conductor provided on the other surface, a slot line formed on the ground conductor surface, and the microstrip power supply Conversion means for converting a line into a slot line, a tapered slot line connected to one end of the slot line which is electromagnetically coupled and fed through the conversion means and having a gradually widening slot width, and a wide open end of the tapered slot line the position where the paired Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis of the tapered slot line on the near both outer sides of the ground conductor surface, cut to the ground conductor shape is removed having a bent portion axisymmetric to the axis of rotational symmetry A tapered slot antenna having a notch.

A first ground conductor and a second ground conductor provided on the outer surface of each of the superposed first dielectric substrate and the second dielectric substrate, and a strip conductor provided on the inner surface. triplate feed line consisting comprise, said first ground conductor surface and the second first slot line and a second slot line formed in each same shape to the ground conductor surface, the triplate feeding line Means for converting the first and second slot lines into a first slot line and a second slot line, respectively connected to one ends of the first and second slot lines, which are supplied with electromagnetic coupling via the converting means, A first tapered slot line and a second tapered slot line whose widths gradually increase are provided, and the first ground conductor surfaces on both outer sides near the wide open ends of the first tapered slot line and the second tapered slot line are provided. And the second ground conductor To the first tapered slot line and a position forming a pair Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis of the second tapered slot lines on the surface, a shape having a bent portion axisymmetric to the axis of rotational symmetry, each said first A tapered slot antenna provided with a notch from which the ground conductor and the second ground conductor are removed.

A ground conductor provided on one surface of the dielectric substrate, a coplanar feed line provided on the ground conductor surface, a slot line formed on the ground conductor surface, and a conversion for converting the coplanar feed line into a slot line Means, a tapered slot line which is connected to one end of the slot line to which electromagnetic coupling power is supplied via the conversion means and has a gradually widening slot width, and the ground conductor surfaces on both outer sides near the widened open end of the tapered slot line. in the tapered slot position to be paired Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis of the line above, and wherein said grounding conductor into a shape having a bent portion at axisymmetric provided a notch has been removed to the axis of rotational symmetry Tapered slot antenna.

In tapered slot antenna according to any one of claims 1 to 3, a pair Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis of the boundary of the tapered slot line forming the tapered shape of the tapered slot line and its outer sides of the ground conductor to a position extending from said boundary to the slot, the tapered slot antenna, characterized by comprising at least a pair of metal pieces paired in the form of pairs Shi axisymmetric to the axis of rotational symmetry.

In tapered slot antenna according to any one of claims 1 to 4, a pair Shi axisymmetric to the rotation symmetry axis of the front of the tapered slot line widening the open end of the tapered slot line on the same surface of the tapered slot line to a position, a tapered slot antenna, characterized in that a plurality of parasitic conductor in the form of pairs Shi axisymmetric to the axis of rotational symmetry.