JP3658199B2

JP3658199B2 - Tapered slot antenna

Info

Publication number: JP3658199B2
Application number: JP22573198A
Authority: JP
Inventors: 悟菅原; 皓司水野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2018-08-10
Also published as: JPH11163626A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、テーパードスロットアンテナおよびテーパードスロットアンテナアレイ並びに２次元アンテナアレイに関し、更に詳しくは、アンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、テーパー形状も変えることなく、その指向性を非対称にすることができるテーパードスロットアンテナおよびテーパードスロットアンテナアレイ並びに２次元アンテナアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
テーパードスロットアンテナは、スロットラインのスロット幅が傾きをもって広くなる構造をもっており、アンテナの面に対して平行な方向（スロットラインの進行方向）に電磁波を放射する。しかも、テーパードスロットアンテナは、その構造がスロットラインと同様であることからマイクロストリップラインのように裏面に接地導体を必要としない。このため、ユニプレーナ構造の給電線や整合回路との一体化が容易である。
【０００３】
また、テーパードスロットアンテナは、レンズなどの光学素子と組み合わせて使われることも多い。例えば、ミリ波を使ったイメージングアレイが報告されている。
【０００４】
ところで、上記のようにアンテナと光学素子とを組み合わせて用いる場合や、ミサイルや航空機といった特殊な用途に用いる場合では、電波の放射方向が、アンテナの正面方向とは異なるものが要求されることがある。そのような従来技術としては、アンテナ開口がある基板端面の法線方向に対して、アンテナを傾斜させたもの、または、アンテナのテーパー形状を非対称にしたものなどが知られている。
【０００５】
アンテナのテーパー形状を非対象にした例としては、特開平５−２０６７２４号公報や特開平５−３１５８３３号公報に記載の発明が知られている。これらの発明は、アンテナ開口がある基板端面を斜めにし、法線方向に対して非対称なテーパー形状を形成したものである。これによりアンテナの指向性を、基板端面の法線方向に対して傾斜させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板端面の法線方向に対してアンテナを傾斜させた場合、給電用のフィードラインを曲げなければならないため、損失が大きくなってしまうという問題点がある。特に、アレイの場合には、各アンテナで位相を揃えるのが大変になるという問題点がある。また、アンテナが基板端面の法線方向に対して傾斜しているので、異なる指向性を持つアンテナを並べる場合に余分な面積を取ってしまう。このため、アンテナを近接して並べることができないという問題点がある。
【０００７】
また、テーパードスロットアンテナの特性は、テーパー形状に大きく依存しているため、アンテナのテーパーを非対称にするとアンテナの指向性が変わるだけでなく、利得や反射特性なども大きく変わってしまう。このため、最適な設計を行うのが困難になるという問題点がある。
【０００８】
さらに、上記問題点の生じる根本的な原因は、第１に、アンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、第２に、テーパー形状を変えることなく、第３に、指向性を非対称にすることはできなかったという点にある。
【０００９】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、テーパー形状も変えることなく、その指向性を非対称にすることが可能なテーパードスロットアンテナおよびテーパードスロットアンテナアレイ並びに２次元アンテナアレイを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に係るテーパードスロットアンテナは、スロットラインのスロット幅が傾きをもって広くなるように導体を形成し、この導体のうち電磁波放射方向に平行な両側端にコルゲート構造を設けたテーパードスロットアンテナにおいて、前記コルゲート構造が、テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるようにしたものである。
【００１１】
発明者は、テーパードスロットアンテナの導体部分のうち電磁波放射方向に平行な両側端にコルゲート構造を設けることで、指向性を劣化させることなく、アンテナを小型化できるということを見い出し、平成８年１２月６日付けで既に出願済みである。この発明は、その後の実験により得られたコルゲート構造の新たな知見に関するものである。
【００１２】
まず、発明者は、前記コルゲート構造を非対称にすると指向性が非対称になることを実験的に見いだした。請求項１に係る発明は、この特性を利用したもので、具体的には、前記コルゲート構造を、テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるように構成した。これより、アンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、テーパー形状も変えることなく、その指向性を非対称にすることができるようになる。
【００１３】
また、請求項２に係るテーパードスロットアンテナは、スロットラインのスロット幅が傾きをもって広くなるように導体を形成し、この導体のうち電磁波放射方向に平行な両側端にコルゲート構造を設けたテーパードスロットアンテナにおいて、前記テーパードスロットアンテナの幅が、当該テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるようにしたものである。
【００１４】
テーパードスロットアンテナの基板幅を狭くすることによりＥ面の指向性が狭くなる傾向があるということは、「IEEE Trans on Antennas and Propagation, Vol, AP-35, No.9、1987 p.1058-1065 "Analysis of the Tapered Slot Antenna" RAMAKRISHNA JANASWAMY and DANIEL H.SCHAUBERT」により指摘されていた。しかしＥ面の指向性が狭くなるとともにＥ面、Ｈ面のサイドロブレベルが高くなってしまい、そのままでは使いものにならなかった。
【００１５】
そこで、発明者は、基板幅を非対称に狭くすると指向性が非対称になることを実験的に見いだし、この請求項２に係る発明に至った。具体的には、テーパードスロットアンテナの幅が、当該テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるようにした。これにより、アンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、テーパー形状も変えることなく、その指向性を非対称にすることができるようになる。なお、このコルゲート構造により、基板の幅が狭くても指向性が劣化することはない。
【００１６】
また、請求項３に係るテーパードスロットアンテナは、スロットラインのスロット幅が傾きをもって広くなるように導体を形成し、この導体のうち電磁波放射方向に平行な両側端にコルゲート構造を設けたテーパードスロットアンテナにおいて、前記コルゲート構造が、テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるようにし、かつ、前記テーパードスロットアンテナの幅が、当該テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるようにしたものである。
【００１７】
さらに、発明者は、コルゲート構造とアンテナの幅両方を非対称にしてもやはり、指向性が非対称になることを実験的に見いだした。そこで、請求項３の発明では、コルゲート構造が、テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるようにし、かつ、前記テーパードスロットアンテナの幅が、当該テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるようにした。これによりアンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、テーパー形状も変えることなく、その指向性を非対称にすることができるようになる。
【００１８】
また、請求項４に係るテーパードスロットアンテナアレイは、上記いずれかのテーパードスロットアンテナを同一基板上にアレイ状に設けたものである。
【００１９】
すなわち、少なくとも上記指向性が非対称なテーパードスロットアンテナをアレイ状に設け、好ましくは、つぎの請求項５および６の如く指向性が対称なテーパードスロットアンテナをアンテナの中心に設ければ、アンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、テーパー形状も変えることなく、アンテナアレイが実現できる。
【００２０】
また、請求項５に係るテーパードスロットアンテナアレイは、上記テーパードスロットアンテナアレイにおいて、更に、前記それぞれのテーパードスロットアンテナを等間隔に並べたものである。
【００２１】
テーパードスロットアレイをイメージングアレイに用いる場合には、上記の如く、それぞれのテーパードスロットアンテナを等間隔に並べてやるのが好ましい。かかる構成により最大限の分解能を得ることができるためである。
【００２２】
また、請求項６に係るテーパードスロットアンテナアレイは、上記いずれかのテーパードスロットアンテナを同一基板上にアレイ状に設けると共に、このアレイ状に形成したアンテナの中心位置の周辺に設けたテーパードスロットアンテナの指向性が、当該アレイ状に形成したアンテナの中心側に利得分布を持つようにしたものである。
【００２３】
テーパードスロットアレイをイメージングアレイに用いる場合には、光学素子と位置関係から指向性の利得分布を光学系の中心方向に向けるようにするのが好ましい。そこで、この発明では、アレイ状に形成したアンテナの中心位置の周辺に設けたテーパードスロットアンテナの指向性が、当該アレイ状に形成したアンテナの中心側に利得分布を持つようにした。このようにすれば、アレイ周辺においても開口効率の低下を防ぐことができる。
【００２４】
また、請求項７に係る２次元アンテナアレイは、上記いずれかのテーパードスロットアンテナアレイを基板に垂直な方向に複数設けると共に、アンテナ中心位置に設けたテーパードスロットアンテナアレイの指向性が、当該アンテナの正面側に利得分布を持ち、かつ、アンテナ中心位置の周辺に設けたテーパードスロットアンテナアレイの指向性が、当該アンテナの中心側に利得分布を持つようにしたものである。
【００２５】
２次元アンテナアレイを２次元イメージングアレイに用いる場合には、光学素子との位置関係から上記テーパードスロットアンテナアレイの指向性の利得分布をアンテナの中心に向けるようにするのが好ましい。そこで、この発明では、アンテナの中心に利得分布を集めるようにした。例えば、それぞれのテーパードスロットアンテナアレイを光学系の中心方向に傾けることにより、アレイ周辺でも開口効率の低下を防ぐことができるようになる。
【００２６】
また、請求項８に係るテーパードスロットアンテナアレイは、上記請求項１〜３のうちいずれか１つに係るテーパードスロットアンテナと、前記コルゲート構造および前記テーパードスロットアンテナの幅が、当該テーパードスロットアンテナの中心軸から見て対称となるテーパードスロットアンテナとを、備えたものである。
【００２７】
すなわち、指向性が非対称なテーパードスロットアンテナをアレイ状に設け、かつ、指向性が対称なテーパードスロットアンテナをアンテナの中心に設ければ、アンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、テーパー形状も変えることなく、アンテナアレイが実現できる。
【００２８】
また、請求項９に係るテーパードスロットアンテナアレイは、上記請求項８に係るテーパードスロットアンテナにおいて、更に、前記それぞれのテーパードスロットアンテナが等間隔に並んでいるものである。
【００２９】
テーパードスロットアレイをイメージングアレイに用いる場合には、上記の如く、それぞれのテーパードスロットアンテナを等間隔に並べてやるのが好ましい。かかる構成により最大限の分解能を得ることができるためである。
【００３０】
また、請求項１０に係るテーパードスロットアンテナアレイは、前記コルゲート構造および前記テーパードスロットアンテナの幅が当該テーパードスロットアンテナの中心軸から見て対称ゆえその指向性が対称となるテーパードスロットアンテナを中心位置として、この対称な指向性をもつテーパードスロットアンテナの周辺に、請求項１〜３のうちいずれか１つに係る指向性が非対称なテーパードスロットアンテナを、アレイ状に設け、かつ、前記中心位置の周辺に設けたテーパードスロットアンテナの指向性が、当該アレイ状に形成したアンテナの中心側に利得分布を持つようにしたものである。
【００３１】
テーパードスロットアレイをイメージングアレイに用いる場合には、光学素子と位置関係から指向性の利得分布を光学系の中心方向に向けるようにするのが好ましい。そこで、この発明では、アレイ状に形成したアンテナの中心位置の周辺に設けたテーパードスロットアンテナの指向性が、当該アレイ状に形成したアンテナの中心側に利得分布を持つようにし、かつ、中心位置に設けたテーパードスロットアンテナの指向性が、当該アレイ状に形成したアンテナの正面側に利得分布を持つようにした。このようにすれば、アレイ周辺においても開口効率の低下を防ぐことができる。
【００３２】
また、請求項１１に係る２次元アンテナアレイは、請求項８〜１０のうちいずれか１つに係るテーパードスロットアンテナアレイを基板に垂直な方向に複数設けると共に、アンテナ中心位置に設けたテーパードスロットアンテナアレイの指向性が、当該アンテナの正面側に利得分布を持ち、かつ、アンテナ中心位置の周辺に設けたテーパードスロットアンテナアレイの指向性が、当該アンテナの中心側に利得分布を持つようにしたものである。
【００３３】
２次元アンテナアレイを２次元イメージングアレイに用いる場合には、光学素子との位置関係から上記テーパードスロットアンテナアレイの指向性の利得分布をアンテナの中心に向けるようにするのが好ましい。そこで、この発明では、アンテナの中心に利得分布を集めるようにした。例えば、上記請求項８〜１０に係るテーパードスロットアンテナアレイを光学系の中心方向に傾けることにより、アレイ周辺でも開口効率の低下を防ぐことができるようになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係るテーパードスロットアンテナ１００を示す上面図である。符号１は、このアンテナが形成されている誘電体基板である。この誘電体基板１は、５０μｍのカプトン上に５μｍの銅が積層されたものである。符号２は、アンテナ開口部であり、設計周波数６０ＧＨｚ、アンテナ長２０ｍｍ、開口５ｍｍとなっている。
【００３６】
また、このテーパードスロットアンテナ１００は、アンテナ側部の誘電体基板１上の金属が周期的に矩形に取り除かれたコルゲート構造３、４を有している。コルゲート構造３は、０．２ｍｍ×０．３ｍｍの矩形が０．４ｍｍ周期で並んだ構造である。コルゲート構造４は、０．２ｍｍ×１ｍｍの矩形が０．４ｍｍ周期で並んだ構造である。符号５は、アンテナからＣＰＷの給電線６にモードを変換するバランである。
【００３７】
この実施の形態１では、アンテナの中心軸ａ−ａ’からみてアンテナの幅ｂ、ｂ’が対称に（ｂ＝ｂ’＝５ｍｍ）、また、コルゲート構造３、４の幅ｃ、ｃ’が非対称になっている（ｃ＝０．３ｍｍ、ｃ’＝１ｍｍ）。
【００３８】
図２は、図１のテーパードスロットアンテナ１００の指向性を６０ＧＨｚで測定した結果を示すグラフ図である。測定の結果、Ｅ面（図中（ａ））、Ｈ面（図中（ｂ））共にサイドロブが低く、良好な指向性が得られた。また、Ｅ面では、アンテナの正面方向に対して非対称な指向性が得られた。これは、本発明の有効性を示すものである。
【００３９】
（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２に係るテーパードスロットアンテナ２００を示す上面図である。符号３１は、このアンテナが形成されている誘電体基板である。この誘電体基板１は、５０μｍのカプトン上に５μｍの銅が積層されたものである。符号３２は、アンテナ開口部であり、設計周波数６０ＧＨｚ、アンテナ長２０ｍｍ、開口５ｍｍとなっている。
【００４０】
また、このテーパードスロットアンテナ２００は、アンテナ側部の誘電体基板３１上の金属が周期的に矩形に取り除かれたコルゲート構造３３、３４を有している。コルゲート構造３３、３４は、０．２ｍｍ×１ｍｍの矩形が０．４ｍｍ周期で並んだ構造である。符号３５は、アンテナからＣＰＷの給電線３６にモードを変換するバランである。
【００４１】
この実施の形態２では、アンテナの中心軸ａ−ａ’からみてアンテナの幅ｂ、ｂ’が非対称に（ｂ＝４ｍｍ、ｂ’＝５ｍｍ）、また、コルゲート構造３３、３４の幅ｃ、ｃ’が対称になっている（ｃ＝ｃ’＝１ｍｍ）。
【００４２】
図４は、図３のテーパードスロットアンテナ２００の指向性を６０ＧＨｚで測定した結果を示すグラフ図である。測定の結果、Ｅ面（図中（ａ））、Ｈ面（図中（ｂ））共にサイドロブが低く、良好な指向性が得られた。また、Ｅ面では、アンテナの正面方向に対して非対称な指向性が得られた。これは、本発明の有効性を示すものである。
【００４３】
（実施の形態３）
図５は、この発明の実施の形態３に係るテーパードスロットアンテナ３００を示す上面図である。符号５１は、このアンテナが形成されている誘電体基板である。この誘電体基板５１は、５０μｍのカプトン上に５μｍの銅が積層されたものである。符号５２は、アンテナ開口部であり、設計周波数６０ＧＨｚ、アンテナ長２０ｍｍ、開口５ｍｍとなっている。
【００４４】
また、このテーパードスロットアンテナ３００は、アンテナ側部の誘電体基板５１上の金属が周期的に矩形に取り除かれたコルゲート構造５３、５４を有している。コルゲート構造５３は、０．２ｍｍ×０．５ｍｍの矩形が０．４ｍｍ周期で並んだ構造である。コルゲート構造５４は、０．２ｍｍ×１ｍｍの矩形が０．４ｍｍ周期で並んだ構造である。符号５５は、アンテナからＣＰＷの給電線５６にモードを変換するバランである。
【００４５】
この実施の形態３では、アンテナの中心軸ａ−ａ’からみてアンテナの幅ｂ、ｂ’が非対称に（ｂ＝４ｍｍ、ｂ’＝５ｍｍ）、また、コルゲート構造５３、５４の幅ｃ、ｃ’が非対称になっている（ｃ＝０．５ｍｍ、ｃ＝：１ｍｍ）。
【００４６】
図６は、図５のテーパードスロットアンテナ３００の指向性を６０ＧＨｚで測定した結果を示すグラフ図である。測定の結果、上記実施の形態１および２と同様に、Ｅ面（図中（ａ））、Ｈ面（図中（ｂ））共にサイドロブが低く、良好な指向性が得られた。また、Ｅ面では、アンテナの正面方向に対して非対称な指向性が得られた。これは、本発明の有効性を示すものである。
【００４７】
（実施の形態４）
図７は、この発明の実施の形態４に係るテーパードスロットアンテナアレイを示す上面図である。このテーパードスロットアンテナアレイ１０００は、テーパードスロットアンテナ１１００をアレイ状に等間隔配列して形成したものである。符号７１は、テーパードスロットアンテナ１１００が形成されている誘電体基板である。この誘電体基板７１は、５０μｍのカプトン上に５μｍの銅が積層されたものである。符号７２は、アンテナ開口部であり、設計周波数６０ＧＨｚ、アンテナ長２０ｍｍ、開口５ｍｍとなっている。
【００４８】
また、このテーパードスロットアンテナ１１００は、アンテナ側部の誘電体基板７１上の金属が周期的に矩形に取り除かれたコルゲート構造７３、７４を有している。
【００４９】
このテーパードスロットアンテナアレイ１０００は、アンテナの中心軸ａ１−ａ１’〜ａ５−ａ５’からみて、各アンテナの幅ｂ１、ｂ１’〜ｂ５、ｂ５’が対称になっている。また、コルゲート構造７３、７４の幅が、中心のアンテナは対称に、その他のアンテナはアレイの中心側に利得分布を持つよう非対称になっている。具体的には、アンテナの幅がｂ１＝ｂ１’＝ｂ２＝ｂ２’＝ｂ３＝ｂ３’＝ｂ４＝ｂ４’＝ｂ５＝ｂ５’＝５ｍｍであり、コルゲート構造の幅がｃ１＝０．３ｍｍ、ｃ１’＝１ｍｍ、ｃ２＝０．３ｍｍ、ｃ２’＝０．６ｍｍ、ｃ３＝０．３ｍｍ、ｃ３’＝０．３ｍｍ、ｃ４＝０．６ｍｍ、ｃ４’＝０．３ｍｍ、ｃ５＝１ｍｍ、ｃ５’＝０．３ｍｍである。
【００５０】
また、変形例として、中心位置にある指向性が対称なテーパードスロットアンテナを除き、指向性が非対称なテーパードスロットアンテナのみで構成してもよい。
【００５１】
（実施の形態５）
図８は、図７のテーパードスロットアンテナアレイ１０００と光学素子とを組み合わせた例を示す摸式図である。符号８１は、光学素子である。符号８３、８４は、各テーパードスロットアンテナ１１００の指向性を模式的に表している。テーパードスロットアンテナアレイ１０００の中心に位置するテーパードスロットアンテナ１１００の指向性８３は、その最大利得が正面方向になるように制御される。一方、前記テーパードスロットアンテナ１１００の周辺に位置するテーパードスロットアンテナ１１００の指向性８４は、その最大利得がテーパードスロットアンテナアレイ１０００の中心方向になるようにそれぞれ制御される。
【００５２】
（実施の形態６）
図９は、この発明の実施の形態６に係るテーパードスロットアンテナアレイを示す上面図である。このテーパードスロットアンテナアレイ１００１は、テーパードスロットアンテナ１１０１をアレイ状に等間隔配列して形成したものである。符号９１は、テーパードスロットアンテナ１１０１が形成されている誘電体基板である。この誘電体基板９１は、５０μｍのカプトン上に５μｍの銅が積層されたものである。符号９２は、アンテナ開口部であり、設計周波数６０ＧＨｚ、アンテナ長２０ｍｍ、開口５ｍｍとなっている。
【００５３】
また、このテーパードスロットアンテナ１１０１は、アンテナ側部の誘電体基板９１上の金属が周期的に矩形に取り除かれたコルゲート構造９３、９４を有している。
【００５４】
このテーパードスロットアンテナアレイ１００１は、アンテナの中心軸ａ１−ａ１’〜ａ５−ａ５’からみて、各アンテナの幅ｂ１、ｂ１’〜ｂ５、ｂ５’が中心のアンテナは対称に、その他のアンテナはアレイの中心側に利得分布を持つよう非対称になっている。また、コルゲート構造９３、９４の幅が対称になっている。具体的には、アンテナの幅がｂ１＝４ｍｍ、ｂ１’＝５ｍｍ、ｂ２＝４．５ｍｍ、ｂ２’＝５ｍｍ、ｂ３＝５ｍｍ、ｂ３’＝５ｍｍ、ｂ４＝５ｍｍ、ｂ４’＝４．５ｍｍ、ｂ５＝５ｍｍ、ｂ５’＝４ｍｍであり、コルゲート構造の幅がｃ１＝ｃ１’＝ｃ２＝ｃ２’＝ｃ３＝ｃ３’＝ｃ４＝ｃ４’＝ｃ５＝ｃ５’＝１ｍｍである。
【００５５】
また、上記同様に、変形例として、中心位置にある指向性が対称なテーパードスロットアンテナを除き、指向性が非対称なテーパードスロットアンテナのみで構成してもよい。
【００５６】
（実施の形態７）
図１０は、図９のテーパードスロットアンテナアレイ１００１と光学素子とを組み合わせた例を示す摸式図である。符号１０１は、光学素子である。符号１０３、１０４は、各テーパードスロットアンテナ１１０１の指向性を模式的に表している。テーパードスロットアンテナアレイ１００１の中心に位置するテーパードスロットアンテナ１１０１の指向性１０３は、その最大利得が正面方向になるように制御される。一方、前記テーパードスロットアンテナ１１０１の周辺に位置するテーパードスロットアンテナ１１０１の指向性１０４は、その最大利得がテーパードスロットアンテナアレイ１００１の中心方向になるようにそれぞれ制御される。
【００５７】
（実施の形態８）
図１１は、この発明の実施の形態８に係るテーパードスロットアンテナアレイを示す上面図である。このテーパードスロットアンテナアレイ１００２は、テーパードスロットアンテナ１１０２をアレイ状に等間隔配列して形成したものである。符号１１１は、テーパードスロットアンテナ１１０２が形成されている誘電体基板である。この誘電体基板１１１は、５０μｍのカプトン上に５μｍの銅が積層されたものである。符号１１２は、アンテナ開口部であり、設計周波数６０ＧＨｚ、アンテナ長２０ｍｍ、開口５ｍｍとなっている。
【００５８】
また、このテーパードスロットアンテナ１１０２は、アンテナ側部の誘電体基板１１１上の金属が周期的に矩形に取り除かれたコルゲート構造１１３、１１４を有している。
【００５９】
このテーパードスロットアンテナアレイ１００２は、アンテナの中心軸ａ１−ａ１’〜ａ５−ａ５’からみて、各アンテナの幅ｂ１、ｂ１’〜ｂ５、ｂ５’が中心のアンテナは対称に、その他のアンテナはアレイの中心側に利得分布を持つよう非対称になっている。また、コルゲート構造９３、９４の幅も、中心のアンテナは対称に、その他のアンテナはアレイの中心側に利得分布を持つよう非対称になっている。具体的には、アンテナの幅がｂ１＝４ｍｍ、ｂ１’＝５ｍｍ、ｂ２＝４．５ｍｍ、ｂ２’＝５ｍｍ、ｂ３＝５ｍｍ、ｂ３’＝５ｍｍ、ｂ４＝５ｍｍ、ｂ４’＝４．５ｍｍ、ｂ５＝５ｍｍ、ｂ５’＝４ｍｍであり、コルゲート構造の幅がｃ１＝０．３ｍｍ、ｃ１’＝１ｍｍ、ｃ２＝０．６ｍｍ、ｃ２’＝１ｍｍ、ｃ３＝１ｍｍ、ｃ３’＝１ｍｍ、ｃ４＝１ｍｍ、ｃ４’＝０．６ｍｍ、ｃ５＝１ｍｍ、ｃ５’＝０．３ｍｍである。
【００６０】
また、上記同様に、変形例として、中心位置にある指向性が対称なテーパードスロットアンテナを除き、指向性が非対称なテーパードスロットアンテナのみで構成してもよい。
【００６１】
（実施の形態９）
図１２は、図１１のテーパードスロットアンテナアレイ１００２と光学素子とを組み合わせた例を示す摸式図である。符号１２１は、光学素子である。符号１２３、１２４は、各テーパードスロットアンテナ１１０２の指向性を模式的に表している。テーパードスロットアンテナアレイ１００２の中心に位置するテーパードスロットアンテナ１１０２の指向性１２３は、その最大利得が正面方向になるように制御される。一方、前記テーパードスロットアンテナ１１０２の周辺に位置するテーパードスロットアンテナ１１０２の指向性１２４は、その最大利得がテーパードスロットアンテナアレイ１００２の中心方向になるようにそれぞれ制御される。
【００６２】
（実施の形態１０）
図１３は、２次元アンテナアレイと光学素子とを組み合わせた例を示す摸式図である。２次元アンテナアレイ２０００は、図７のテーパードスロットアンテナアレイ１０００を基板に垂直な方向に複数配置することによって実現する。符号１３１は、光学素子である。符号１３２は、テーパードスロットアンテナアレイ１０００の断面を示す。また、符号１３３、１３４は、各テーパードスロットアンテナアレイ１０００の指向性を模式的に表している。
【００６３】
２次元アンテナアレイ２０００の中心に位置するテーパードスロットアンテナアレイ１０００の指向性１３３は、その最大利得が正面方向になるように配置する。一方、前記テーパードスロットアンテナアレイ１０００の周辺に位置するテーパードスロットアンテナアレイ１０００の指向性１３４は、その最大利得が２次元アンテナアレイ２０００の中心方向になるようにそれぞれ配置する。
【００６４】
なお、実施の形態６のテーパードスロットアンテナアレイ１００１、実施の形態８のテーパードスロットアンテナアレイ１００２を基板に垂直な方向に複数配置することによって２次元アンテナアレイを実現するようにしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のテーパードスロットアンテナ（請求項１）によれば、スロットラインのスロット幅が傾きをもって広くなるように導体を形成し、この導体のうち電磁波放射方向に平行な両側端にコルゲート構造を設けたテーパードスロットアンテナにおいて、前記コルゲート構造が、テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるようにしたので、アンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、テーパー形状も変えることなく、その指向性を非対称にすることができるようになる。
【００６６】
つぎの発明のテーパードスロットアンテナ（請求項２）によれば、スロットラインのスロット幅が傾きをもって広くなるように導体を形成し、この導体のうち電磁波放射方向に平行な両側端にコルゲート構造を設けたテーパードスロットアンテナにおいて、前記テーパードスロットアンテナの幅が、当該テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるようにしたので、アンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、テーパー形状も変えることなく、その指向性を非対称にすることができるようになる。
【００６７】
つぎの発明によるテーパードスロットアンテナ（請求項３）によれば、スロットラインのスロット幅が傾きをもって広くなるように導体を形成し、この導体のうち電磁波放射方向に平行な両側端にコルゲート構造を設けたテーパードスロットアンテナにおいて、前記コルゲート構造が、テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるようにし、かつ、前記テーパードスロットアンテナの幅が、当該テーパードスロットアンテナの中心軸から見て非対称となるようにしたので、アンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、テーパー形状も変えることなく、その指向性を非対称にすることができるようになる。
【００６８】
つぎの発明によるテーパードスロットアンテナアレイ（請求項４）によれば、上記いずれかのテーパードスロットアンテナを同一基板上にアレイ状に設けたので、テーパー形状を変えることなく、アンテナアレイを実現することができる。
【００６９】
つぎの発明によるテーパードスロットアンテナアレイ（請求項５）によれば、上記テーパードスロットアンテナアレイにおいて、更に、前記それぞれのテーパードスロットアンテナを等間隔に並べたので、最大限の分解能を得ることができる。このため、テーパードスロットアレイをイメージングアレイに用いる場合に適する。
【００７０】
つぎの発明によるテーパードスロットアンテナアレイ（請求項６）によれば、上記いずれかのテーパードスロットアンテナを同一基板上にアレイ状に設けると共に、このアレイ状に形成したアンテナの中心位置の周辺に設けたテーパードスロットアンテナの指向性が、当該アレイ状に形成したアンテナの中心側に利得分布を持つようにしたので、アレイ周辺においても開口効率の低下を防ぐことができる。このため、テーパードスロットアレイをイメージングアレイに用いる場合に適する。
【００７１】
つぎの発明による２次元アンテナアレイ（請求項７）によれば、上記いずれかのテーパードスロットアンテナアレイを基板に垂直な方向に複数設けると共に、アンテナ中心位置に設けたテーパードスロットアンテナアレイの指向性が、当該アンテナの正面側に利得分布を持ち、かつ、アンテナ中心位置の周辺に設けたテーパードスロットアンテナアレイの指向性が、当該アンテナの中心側に利得分布を持つようにしたので、アレイ周辺でも開口効率の低下を防ぐことができるようになる。このため、２次元アンテナアレイを２次元イメージングアレイに用いる場合に適する。
【００７２】
つぎの発明によるテーパードスロットアンテナアレイ（請求項８）によれば、上記いずれか１つに係るテーパードスロットアンテナ（請求項１〜３）と、前記コルゲート構造および前記テーパードスロットアンテナの幅が、当該テーパードスロットアンテナの中心軸から見て対称となるテーパードスロットアンテナとを、備えたので、アンテナ開口がある基板端面の法線方向にアンテナを向けたまま、テーパー形状も変えることなく、アンテナアレイが実現できる。
【００７３】
つぎの発明によるテーパードスロットアンテナアレイ（請求項９）によれば、上記テーパードスロットアンテナ（請求項８）において、更に、前記それぞれのテーパードスロットアンテナを等間隔に並べたので、最大限の分解能を得ることができる。このため、テーパードスロットアレイをイメージングアレイに用いる場合に適する。
【００７４】
つぎの発明によるテーパードスロットアンテナアレイ（請求項１０）によれば、前記コルゲート構造および前記テーパードスロットアンテナの幅が当該テーパードスロットアンテナの中心軸から見て対称ゆえその指向性が対称となるテーパードスロットアンテナを中心位置として、この対称な指向性をもつテーパードスロットアンテナの周辺に、上記いずれか１つに係る指向性が非対称なテーパードスロットアンテナ（請求項１〜３）を、アレイ状に設け、かつ、前記中心位置の周辺に設けたテーパードスロットアンテナの指向性が、当該アレイ状に形成したアンテナの中心側に利得分布を持つようにしたので、アレイ周辺においても開口効率の低下を防ぐことができる。このため、テーパードスロットアレイをイメージングアレイに用いる場合に適する。
【００７５】
つぎの発明による２次元アンテナアレイ（請求項１１）によれば、上記テーパードスロットアンテナアレイ（請求項８〜１０）を基板に垂直な方向に複数設けると共に、アンテナ中心位置に設けたテーパードスロットアンテナアレイの指向性が、当該アンテナの正面側に利得分布を持ち、かつ、アンテナ中心位置の周辺に設けたテーパードスロットアンテナアレイの指向性が、当該アンテナの中心側に利得分布を持つようにしたので、アレイ周辺でも開口効率の低下を防ぐことができるようになる。このため、２次元アンテナアレイを２次元イメージングアレイに用いる場合に適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るテーパードスロットアンテナを示す上面図である。
【図２】図１に示したテーパードスロットアンテナの指向性を６０ＧＨｚで測定した結果を示すグラフ図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るテーパードスロットアンテナを示す上面図である。
【図４】図３に示したテーパードスロットアンテナの指向性を６０ＧＨｚで測定した結果を示すグラフ図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係るテーパードスロットアンテナを示す上面図である。
【図６】図５のテーパードスロットアンテナの指向性を６０ＧＨｚで測定した結果を示すグラフ図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係るテーパードスロットアンテナアレイを示す上面図である。
【図８】図７のテーパードスロットアンテナアレイと光学素子とを組み合わせた例を示す摸式図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係るテーパードスロットアンテナアレイを示す上面図である。
【図１０】図９のテーパードスロットアンテナアレイと光学素子とを組み合わせた例を示す摸式図である。
【図１１】この発明の実施の形態６に係るテーパードスロットアンテナアレイを示す上面図である。
【図１２】図１１のテーパードスロットアンテナアレイと光学素子とを組み合わせた例を示す摸式図である。
【図１３】２次元アレイアンテナと光学素子とを組み合わせた例を示す摸式図である。
【符号の説明】
１００テーパードスロットアンテナ
１誘電体基板
２アンテナ開口部
３，４コルゲート構造
５バラン
１０００テーパードスロットアンテナアレイ
２０００２次元アンテナアレイ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tapered slot antenna, a tapered slot antenna array, and a two-dimensional antenna array. More specifically, the directivity of the antenna opening is maintained without changing the taper shape while the antenna is directed in the normal direction of the substrate end face. The present invention relates to a tapered slot antenna, a tapered slot antenna array, and a two-dimensional antenna array.
[0002]
[Prior art]
The tapered slot antenna has a structure in which the slot width of the slot line becomes wider with an inclination, and radiates an electromagnetic wave in a direction parallel to the antenna surface (advancing direction of the slot line). In addition, since the tapered slot antenna has the same structure as the slot line, it does not require a ground conductor on the back surface unlike the microstrip line. Therefore, it is easy to integrate with a uniplanar structure feeder line and matching circuit.
[0003]
Tapered slot antennas are often used in combination with optical elements such as lenses. For example, imaging arrays using millimeter waves have been reported.
[0004]
By the way, when the antenna and the optical element are used in combination as described above, or when used for a special application such as a missile or an aircraft, it is required that the radio wave radiation direction is different from the front direction of the antenna. is there. As such conventional techniques, there are known ones in which the antenna is inclined with respect to the normal direction of the substrate end face where the antenna opening is provided, or those in which the taper shape of the antenna is asymmetric.
[0005]
As examples in which the taper shape of the antenna is not used, the inventions described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-206724 and 5-315833 are known. In these inventions, the end face of the substrate having the antenna opening is inclined, and a tapered shape asymmetric with respect to the normal direction is formed. Thereby, the directivity of the antenna can be inclined with respect to the normal direction of the substrate end face.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the antenna is tilted with respect to the normal direction of the substrate end face, there is a problem in that loss increases because the feed line for power feeding must be bent. In particular, in the case of an array, there is a problem that it is difficult to align the phase with each antenna. Further, since the antenna is inclined with respect to the normal direction of the substrate end face, an extra area is taken up when arranging antennas having different directivities. For this reason, there is a problem that the antennas cannot be arranged close to each other.
[0007]
Further, since the characteristics of the tapered slot antenna greatly depend on the taper shape, not only the antenna directivity changes but also the gain and reflection characteristics greatly change if the taper of the antenna is made asymmetric. For this reason, there is a problem that it is difficult to perform an optimal design.
[0008]
Further, the root cause of the above problem is firstly, while the antenna is directed in the normal direction of the substrate end face where the antenna opening is located, and secondly, without changing the taper shape, thirdly, directivity The point is that sex could not be asymmetrical.
[0009]
Therefore, the present invention has been made in view of the above, and it is possible to make the directivity asymmetric without changing the taper shape while the antenna is directed in the normal direction of the end surface of the substrate having the antenna opening. It is an object to provide possible tapered slot antennas and tapered slot antenna arrays as well as two-dimensional antenna arrays.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the tapered slot antenna according to claim 1 is configured such that a conductor is formed so that the slot width of the slot line becomes wider with an inclination, and corrugates are formed on both ends of the conductor parallel to the electromagnetic wave radiation direction. In the tapered slot antenna having the structure, the corrugated structure is asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna.
[0011]
The inventor has found that the antenna can be reduced in size without degrading directivity by providing corrugated structures on both side ends parallel to the electromagnetic wave radiation direction in the conductor portion of the tapered slot antenna. The application has already been filed on the 6th of the month. The present invention relates to new knowledge of the corrugated structure obtained by subsequent experiments.
[0012]
First, the inventor has experimentally found that the directivity becomes asymmetric when the corrugated structure is asymmetric. The invention according to claim 1 utilizes this characteristic. Specifically, the corrugated structure is configured to be asymmetric when viewed from the central axis of the tapered slot antenna. As a result, the directivity can be asymmetrical without changing the taper shape while the antenna is directed in the normal direction of the substrate end face where the antenna opening is located.
[0013]
The tapered slot antenna according to claim 2 is a tapered slot antenna in which a conductor is formed such that the slot width of the slot line is widened with an inclination, and a corrugated structure is provided on both side ends of the conductor parallel to the electromagnetic wave radiation direction. The width of the tapered slot antenna is asymmetric when viewed from the central axis of the tapered slot antenna.
[0014]
There is a tendency for the directivity of the E-plane to become narrower by narrowing the substrate width of the tapered slot antenna, as described in “IEEE Trans on Antennas and Propagation, Vol, AP-35, No. 9, 1987 p.1058-1065. It was pointed out by "Analysis of the Tapered Slot Antenna" RAMAKRISHNA JANASWAMY and DANIEL H.SCHAUBERT. However, the directivity of the E surface becomes narrower and the side lobe levels of the E surface and the H surface become higher, which is not usable as it is.
[0015]
Therefore, the inventor has experimentally found that the directivity becomes asymmetric when the substrate width is narrowed asymmetrically, and the present invention according to claim 2 has been reached. Specifically, the width of the tapered slot antenna is asymmetric when viewed from the central axis of the tapered slot antenna. This makes it possible to make the directivity asymmetric without changing the taper shape while the antenna is directed in the normal direction of the substrate end face where the antenna opening is located. The corrugated structure does not deteriorate the directivity even when the width of the substrate is narrow.
[0016]
The tapered slot antenna according to claim 3 is a tapered slot antenna in which a conductor is formed so that the slot width of the slot line is widened with an inclination, and corrugated structures are provided on both side ends of the conductor parallel to the electromagnetic wave radiation direction. The corrugated structure is asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna, and the width of the tapered slot antenna is asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna. is there.
[0017]
Furthermore, the inventor has experimentally found that the directivity becomes asymmetric even if both the corrugated structure and the width of the antenna are asymmetrical. Therefore, in the invention of claim 3, the corrugated structure is asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna, and the width of the tapered slot antenna is asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna. It was made to become. As a result, the directivity can be asymmetrical without changing the taper shape while the antenna is directed in the normal direction of the substrate end face where the antenna opening is located.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a tapered slot antenna array in which any one of the tapered slot antennas is provided in an array on the same substrate.
[0019]
That is, at least the tapered slot antennas with asymmetric directivity are provided in an array, and preferably, when a tapered slot antenna with symmetrical directivity is provided at the center of the antenna as in the following claims 5 and 6, the antenna aperture is reduced. An antenna array can be realized without changing the taper shape while the antenna is directed in the normal direction of a certain substrate end face.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, the tapered slot antenna array further includes the tapered slot antenna arrays arranged at equal intervals.
[0021]
When a tapered slot array is used for an imaging array, it is preferable to arrange the tapered slot antennas at equal intervals as described above. This is because the maximum resolution can be obtained by such a configuration.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a tapered slot antenna array in which any one of the tapered slot antennas is provided in an array on the same substrate, and the tapered slot antenna provided around the center position of the antenna formed in the array shape. The directivity has a gain distribution on the center side of the antenna formed in the array.
[0023]
When a tapered slot array is used for an imaging array, it is preferable that the directivity gain distribution be directed toward the center of the optical system from the positional relationship with the optical element. Therefore, in the present invention, the directivity of the tapered slot antenna provided around the center position of the antenna formed in the array shape has a gain distribution on the center side of the antenna formed in the array shape. In this way, it is possible to prevent a decrease in aperture efficiency even around the array.
[0024]
A two-dimensional antenna array according to claim 7 is provided with a plurality of the tapered slot antenna arrays in the direction perpendicular to the substrate, and the directivity of the tapered slot antenna array provided at the center position of the antenna is The directivity of the tapered slot antenna array having a gain distribution on the front side and provided around the antenna center position has a gain distribution on the center side of the antenna.
[0025]
When a two-dimensional antenna array is used for a two-dimensional imaging array, it is preferable to direct the directional gain distribution of the tapered slot antenna array toward the center of the antenna from the positional relationship with the optical element. Therefore, in the present invention, the gain distribution is collected at the center of the antenna. For example, by tilting each tapered slot antenna array toward the center of the optical system, a decrease in aperture efficiency can be prevented even around the array.
[0026]
Further, the tapered slot antenna array according to claim 8 is characterized in that the tapered slot antenna according to any one of claims 1 to 3, the corrugated structure, and the width of the tapered slot antenna are in the center of the tapered slot antenna. A tapered slot antenna that is symmetrical when viewed from the axis is provided.
[0027]
In other words, if a tapered slot antenna with asymmetric directivity is provided in an array and a tapered slot antenna with a symmetrical directivity is provided at the center of the antenna, the antenna is directed in the normal direction of the substrate end face where the antenna opening is located. The antenna array can be realized without changing the taper shape.
[0028]
The tapered slot antenna array according to claim 9 is the tapered slot antenna according to claim 8, wherein the tapered slot antennas are arranged at equal intervals.
[0029]
When a tapered slot array is used for an imaging array, it is preferable to arrange the tapered slot antennas at equal intervals as described above. This is because the maximum resolution can be obtained by such a configuration.
[0030]
The tapered slot antenna array according to claim 10 is centered on a tapered slot antenna whose directivity is symmetrical because the width of the corrugated structure and the tapered slot antenna is symmetric when viewed from the central axis of the tapered slot antenna. A tapered slot antenna having an asymmetric directivity according to any one of claims 1 to 3 is provided in an array around the tapered slot antenna having a symmetrical directivity, and the periphery of the center position The directivity of the tapered slot antenna provided in the antenna has a gain distribution on the center side of the antenna formed in the array.
[0031]
When a tapered slot array is used for an imaging array, it is preferable that the directivity gain distribution be directed toward the center of the optical system from the positional relationship with the optical element. Therefore, according to the present invention, the directivity of the tapered slot antenna provided around the center position of the antenna formed in the array shape has a gain distribution on the center side of the antenna formed in the array shape, and the center position The directivity of the tapered slot antenna provided in the antenna has a gain distribution on the front side of the antenna formed in the array. In this way, it is possible to prevent a decrease in aperture efficiency even around the array.
[0032]
A two-dimensional antenna array according to claim 11 is provided with a plurality of tapered slot antenna arrays according to any one of claims 8 to 10 in a direction perpendicular to the substrate, and a tapered slot antenna provided at an antenna center position. The directivity of the array has a gain distribution on the front side of the antenna, and the directivity of the tapered slot antenna array provided around the center of the antenna has a gain distribution on the center side of the antenna. It is.
[0033]
When a two-dimensional antenna array is used for a two-dimensional imaging array, it is preferable to direct the directional gain distribution of the tapered slot antenna array toward the center of the antenna from the positional relationship with the optical element. Therefore, in the present invention, the gain distribution is collected at the center of the antenna. For example, by tilting the tapered slot antenna array according to claims 8 to 10 toward the center of the optical system, it is possible to prevent the aperture efficiency from being lowered even around the array.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
[0035]
(Embodiment 1)
1 is a top view showing a tapered slot antenna 100 according to Embodiment 1 of the present invention. Reference numeral 1 denotes a dielectric substrate on which the antenna is formed. The dielectric substrate 1 is obtained by stacking 5 μm copper on a 50 μm kapton. Reference numeral 2 denotes an antenna opening, which has a design frequency of 60 GHz, an antenna length of 20 mm, and an opening of 5 mm.
[0036]
The tapered slot antenna 100 has corrugated structures 3 and 4 in which the metal on the dielectric substrate 1 on the antenna side is periodically removed in a rectangular shape. The corrugated structure 3 is a structure in which rectangles of 0.2 mm × 0.3 mm are arranged with a period of 0.4 mm. The corrugated structure 4 is a structure in which rectangles of 0.2 mm × 1 mm are arranged with a period of 0.4 mm. Reference numeral 5 denotes a balun that converts the mode from the antenna to the CPW feeder 6.
[0037]
In the first embodiment, the widths b and b ′ of the antenna are symmetrical (b = b ′ = 5 mm) as viewed from the central axis aa ′ of the antenna, and the widths c and c ′ of the corrugated structures 3 and 4 are It is asymmetric (c = 0.3 mm, c ′ = 1 mm).
[0038]
FIG. 2 is a graph showing the result of measuring the directivity of the tapered slot antenna 100 of FIG. 1 at 60 GHz. As a result of the measurement, both the E surface ((a) in the figure) and the H surface ((b) in the figure) had low side lobes, and good directivity was obtained. On the E plane, a directivity asymmetric with respect to the front direction of the antenna was obtained. This shows the effectiveness of the present invention.
[0039]
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a top view showing a tapered slot antenna 200 according to Embodiment 2 of the present invention. Reference numeral 31 denotes a dielectric substrate on which this antenna is formed. The dielectric substrate 1 is obtained by stacking 5 μm copper on a 50 μm kapton. Reference numeral 32 denotes an antenna opening, which has a design frequency of 60 GHz, an antenna length of 20 mm, and an opening of 5 mm.
[0040]
The tapered slot antenna 200 has corrugated structures 33 and 34 in which the metal on the dielectric substrate 31 on the antenna side is periodically removed in a rectangular shape. The corrugated structures 33 and 34 are structures in which rectangles of 0.2 mm × 1 mm are arranged with a period of 0.4 mm. Reference numeral 35 denotes a balun that converts the mode from the antenna to the CPW feed line 36.
[0041]
In the second embodiment, the widths b and b ′ of the antenna are asymmetric (b = 4 mm, b ′ = 5 mm) as viewed from the central axis aa ′ of the antenna, and the widths c and c of the corrugated structures 33 and 34 are. 'Is symmetric (c = c' = 1 mm).
[0042]
FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the directivity of the tapered slot antenna 200 of FIG. 3 at 60 GHz. As a result of the measurement, both the E surface ((a) in the figure) and the H surface ((b) in the figure) had low side lobes, and good directivity was obtained. On the E plane, a directivity asymmetric with respect to the front direction of the antenna was obtained. This shows the effectiveness of the present invention.
[0043]
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a top view showing a tapered slot antenna 300 according to Embodiment 3 of the present invention. Reference numeral 51 denotes a dielectric substrate on which this antenna is formed. The dielectric substrate 51 is obtained by stacking 5 μm copper on a 50 μm kapton. Reference numeral 52 denotes an antenna opening, which has a design frequency of 60 GHz, an antenna length of 20 mm, and an opening of 5 mm.
[0044]
The tapered slot antenna 300 has corrugated structures 53 and 54 in which the metal on the dielectric substrate 51 on the antenna side is periodically removed in a rectangular shape. The corrugated structure 53 is a structure in which rectangles of 0.2 mm × 0.5 mm are arranged with a period of 0.4 mm. The corrugated structure 54 is a structure in which rectangles of 0.2 mm × 1 mm are arranged with a period of 0.4 mm. Reference numeral 55 is a balun that converts the mode from the antenna to the CPW feed line 56.
[0045]
In the third embodiment, the widths b and b ′ of the antenna are asymmetric (b = 4 mm, b ′ = 5 mm) as viewed from the central axis aa ′ of the antenna, and the widths c and c of the corrugated structures 53 and 54 are obtained. 'Is asymmetric (c = 0.5 mm, c =: 1 mm).
[0046]
FIG. 6 is a graph showing the result of measuring the directivity of the tapered slot antenna 300 of FIG. 5 at 60 GHz. As a result of the measurement, as in the first and second embodiments, the E-plane ((a) in the figure) and the H-plane ((b) in the figure) had low side lobes, and good directivity was obtained. On the E plane, a directivity asymmetric with respect to the front direction of the antenna was obtained. This shows the effectiveness of the present invention.
[0047]
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a top view showing a tapered slot antenna array according to Embodiment 4 of the present invention. The tapered slot antenna array 1000 is formed by arranging tapered slot antennas 1100 at regular intervals in an array. Reference numeral 71 denotes a dielectric substrate on which the tapered slot antenna 1100 is formed. The dielectric substrate 71 is obtained by stacking 5 μm copper on a 50 μm kapton. Reference numeral 72 denotes an antenna opening, which has a design frequency of 60 GHz, an antenna length of 20 mm, and an opening of 5 mm.
[0048]
The tapered slot antenna 1100 has corrugated structures 73 and 74 in which the metal on the dielectric substrate 71 on the antenna side is periodically removed in a rectangular shape.
[0049]
In the tapered slot antenna array 1000, the widths b1, b1 'to b5, and b5' of each antenna are symmetric when viewed from the central axes a1-a1 'to a5-a5' of the antenna. Further, the widths of the corrugated structures 73 and 74 are asymmetric so that the center antenna is symmetrical and the other antennas have a gain distribution on the center side of the array. Specifically, the width of the antenna is b1 = b1 ′ = b2 = b2 ′ = b3 = b3 ′ = b4 = b4 ′ = b5 = b5 ′ = 5 mm, and the width of the corrugated structure is c1 = 0.3 mm, c1 '= 1 mm, c2 = 0.3 mm, c2 ′ = 0.6 mm, c3 = 0.3 mm, c3 ′ = 0.3 mm, c4 = 0.6 mm, c4 ′ = 0.3 mm, c5 = 1 mm, c5 ′ = 0.3 mm.
[0050]
Further, as a modification, except for the tapered slot antenna having a symmetric directivity at the center position, it may be configured by only a tapered slot antenna having an asymmetric directivity.
[0051]
(Embodiment 5)
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example in which the tapered slot antenna array 1000 of FIG. 7 is combined with an optical element. Reference numeral 81 denotes an optical element. Reference numerals 83 and 84 schematically represent the directivity of each tapered slot antenna 1100. The directivity 83 of the tapered slot antenna 1100 located at the center of the tapered slot antenna array 1000 is controlled such that the maximum gain is in the front direction. On the other hand, the directivity 84 of the tapered slot antenna 1100 located around the tapered slot antenna 1100 is controlled such that the maximum gain is in the central direction of the tapered slot antenna array 1000.
[0052]
(Embodiment 6)
FIG. 9 is a top view showing a tapered slot antenna array according to the sixth embodiment of the present invention. The tapered slot antenna array 1001 is formed by arranging tapered slot antennas 1101 in an array at equal intervals. Reference numeral 91 denotes a dielectric substrate on which a tapered slot antenna 1101 is formed. The dielectric substrate 91 is obtained by stacking 5 μm copper on a 50 μm kapton. Reference numeral 92 denotes an antenna opening, which has a design frequency of 60 GHz, an antenna length of 20 mm, and an opening of 5 mm.
[0053]
The tapered slot antenna 1101 has corrugated structures 93 and 94 in which the metal on the dielectric substrate 91 on the antenna side is periodically removed in a rectangular shape.
[0054]
The tapered slot antenna array 1001 is symmetrical with respect to antennas whose central axes a1-a1 ′ to a5-a5 ′ are centered on the widths b1, b1 ′ to b5 and b5 ′ of the antennas, and the other antennas are arrayed. It is asymmetrical so that it has a gain distribution on the center side. Further, the widths of the corrugated structures 93 and 94 are symmetric. Specifically, the width of the antenna is b1 = 4 mm, b1 ′ = 5 mm, b2 = 4.5 mm, b2 ′ = 5 mm, b3 = 5 mm, b3 ′ = 5 mm, b4 = 5 mm, b4 ′ = 4.5 mm, b5 = 5 mm, b5 ′ = 4 mm, and the width of the corrugated structure is c1 = c1 ′ = c2 = c2 ′ = c3 = c3 ′ = c4 = c4 ′ = c5 = c5 ′ = 1 mm.
[0055]
Similarly to the above, as a modified example, except for a tapered slot antenna having a symmetrical directivity at the center position, it may be configured by only a tapered slot antenna having asymmetric directivity.
[0056]
(Embodiment 7)
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example in which the tapered slot antenna array 1001 of FIG. 9 is combined with an optical element. Reference numeral 101 denotes an optical element. Reference numerals 103 and 104 schematically represent the directivity of each tapered slot antenna 1101. The directivity 103 of the tapered slot antenna 1101 located at the center of the tapered slot antenna array 1001 is controlled so that the maximum gain is in the front direction. On the other hand, the directivity 104 of the tapered slot antenna 1101 positioned around the tapered slot antenna 1101 is controlled such that the maximum gain is in the central direction of the tapered slot antenna array 1001.
[0057]
(Embodiment 8)
FIG. 11 is a top view showing a tapered slot antenna array according to the eighth embodiment of the present invention. This tapered slot antenna array 1002 is formed by arranging tapered slot antennas 1102 in an array at equal intervals. Reference numeral 111 denotes a dielectric substrate on which a tapered slot antenna 1102 is formed. The dielectric substrate 111 is obtained by stacking 5 μm copper on a 50 μm kapton. Reference numeral 112 denotes an antenna opening, which has a design frequency of 60 GHz, an antenna length of 20 mm, and an opening of 5 mm.
[0058]
The tapered slot antenna 1102 has corrugated structures 113 and 114 in which the metal on the dielectric substrate 111 on the antenna side is periodically removed in a rectangular shape.
[0059]
This tapered slot antenna array 1002 is symmetrical with respect to the center axes a1-a1 ′ to a5-a5 ′ of the antennas, and the antennas whose widths b1, b1 ′ to b5, b5 ′ are the center of each antenna are arrayed. It is asymmetrical so that it has a gain distribution on the center side. The widths of the corrugated structures 93 and 94 are also asymmetric so that the center antenna is symmetrical and the other antennas have a gain distribution on the center side of the array. Specifically, the width of the antenna is b1 = 4 mm, b1 ′ = 5 mm, b2 = 4.5 mm, b2 ′ = 5 mm, b3 = 5 mm, b3 ′ = 5 mm, b4 = 5 mm, b4 ′ = 4.5 mm, b5 = 5 mm, b5 ′ = 4 mm, and the width of the corrugated structure is c1 = 0.3 mm, c1 ′ = 1 mm, c2 = 0.6 mm, c2 ′ = 1 mm, c3 = 1 mm, c3 ′ = 1 mm, c4 = 1 mm, c4 ′ = 0.6 mm, c5 = 1 mm, and c5 ′ = 0.3 mm.
[0060]
Similarly to the above, as a modified example, except for a tapered slot antenna having a symmetrical directivity at the center position, it may be configured by only a tapered slot antenna having asymmetric directivity.
[0061]
(Embodiment 9)
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example in which the tapered slot antenna array 1002 of FIG. 11 is combined with an optical element. Reference numeral 121 denotes an optical element. Reference numerals 123 and 124 schematically represent the directivity of each tapered slot antenna 1102. The directivity 123 of the tapered slot antenna 1102 located at the center of the tapered slot antenna array 1002 is controlled so that the maximum gain is in the front direction. On the other hand, the directivity 124 of the tapered slot antenna 1102 located around the tapered slot antenna 1102 is controlled such that the maximum gain is in the center direction of the tapered slot antenna array 1002.
[0062]
(Embodiment 10)
FIG. 13 is a schematic diagram showing an example in which a two-dimensional antenna array and an optical element are combined. The two-dimensional antenna array 2000 is realized by arranging a plurality of tapered slot antenna arrays 1000 in FIG. 7 in a direction perpendicular to the substrate. Reference numeral 131 denotes an optical element. Reference numeral 132 denotes a cross section of the tapered slot antenna array 1000. Reference numerals 133 and 134 schematically represent the directivity of each tapered slot antenna array 1000.
[0063]
The directivity 133 of the tapered slot antenna array 1000 located at the center of the two-dimensional antenna array 2000 is arranged so that its maximum gain is in the front direction. On the other hand, the directivity 134 of the tapered slot antenna array 1000 positioned around the tapered slot antenna array 1000 is arranged so that the maximum gain is in the center direction of the two-dimensional antenna array 2000.
[0064]
A two-dimensional antenna array may be realized by arranging a plurality of tapered slot antenna arrays 1001 according to the sixth embodiment and tapered slot antenna arrays 1002 according to the eighth embodiment in a direction perpendicular to the substrate.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the tapered slot antenna of the present invention (Claim 1), the conductor is formed so that the slot width of the slot line becomes wider with an inclination, and both ends of the conductor parallel to the electromagnetic wave radiation direction are formed. In the tapered slot antenna provided with the corrugated structure, the corrugated structure is made asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna, so that the antenna is directed in the normal direction of the substrate end face with the antenna opening, The directivity can be made asymmetric without changing the taper shape.
[0066]
According to the tapered slot antenna of the next invention (Claim 2), the conductor is formed so that the slot width of the slot line is widened with an inclination, and a corrugated structure is provided on both side ends of the conductor parallel to the electromagnetic wave radiation direction. In the tapered slot antenna, the width of the tapered slot antenna is asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna. The directivity can be made asymmetric without changing the shape.
[0067]
According to the tapered slot antenna according to the next invention (Claim 3), the conductor is formed so that the slot width of the slot line becomes wider with an inclination, and a corrugated structure is provided on both ends of the conductor parallel to the electromagnetic wave radiation direction. In the tapered slot antenna, the corrugated structure is asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna, and the width of the tapered slot antenna is asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna. Therefore, the directivity can be asymmetrical without changing the taper shape while the antenna is directed in the normal direction of the substrate end face where the antenna opening is located.
[0068]
According to the tapered slot antenna array according to the next invention (Claim 4), since any one of the tapered slot antennas is provided in an array on the same substrate, the antenna array can be realized without changing the tapered shape. it can.
[0069]
According to the tapered slot antenna array according to the next invention (claim 5), in the tapered slot antenna array, the respective tapered slot antennas are further arranged at equal intervals, so that the maximum resolution can be obtained. Therefore, it is suitable when a tapered slot array is used for an imaging array.
[0070]
According to the tapered slot antenna array according to the next invention (Claim 6), one of the above tapered slot antennas is provided in an array on the same substrate, and is provided around the center position of the antenna formed in the array. Since the directivity of the tapered slot antenna has a gain distribution on the center side of the antenna formed in the array shape, it is possible to prevent a decrease in aperture efficiency even around the array. Therefore, it is suitable when a tapered slot array is used for an imaging array.
[0071]
According to the two-dimensional antenna array according to the next invention (invention 7), a plurality of the tapered slot antenna arrays described above are provided in a direction perpendicular to the substrate, and the directivity of the tapered slot antenna array provided at the center position of the antenna is increased. Since the antenna has a gain distribution on the front side of the antenna and the directivity of the tapered slot antenna array provided around the center position of the antenna has a gain distribution on the center side of the antenna, an opening is also formed around the array. A reduction in efficiency can be prevented. For this reason, it is suitable when using a two-dimensional antenna array for a two-dimensional imaging array.
[0072]
According to the tapered slot antenna array according to the next invention (invention 8), the tapered slot antenna according to any one of the above (inventions 1 to 3), the corrugated structure and the width of the tapered slot antenna are Since it has a tapered slot antenna that is symmetric when viewed from the central axis of the slot antenna, an antenna array can be realized without changing the taper shape while the antenna is directed in the normal direction of the substrate end face with the antenna opening. .
[0073]
According to the tapered slot antenna array according to the next invention (invention 9), in the tapered slot antenna (invention 8), the tapered slot antennas are further arranged at equal intervals, so that the maximum resolution is obtained. be able to. Therefore, it is suitable when a tapered slot array is used for an imaging array.
[0074]
According to the tapered slot antenna array according to the next invention (Claim 10), the corrugated structure and the width of the tapered slot antenna are symmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna, and therefore the directivity is symmetrical. And a tapered slot antenna having an asymmetric directivity according to any one of claims 1 to 3 provided in an array around the tapered slot antenna having a symmetrical directivity, and Since the directivity of the tapered slot antenna provided around the center position has a gain distribution on the center side of the antenna formed in the array shape, it is possible to prevent a decrease in aperture efficiency around the array. Therefore, it is suitable when a tapered slot array is used for an imaging array.
[0075]
According to the two-dimensional antenna array (invention 11) of the next invention, a plurality of the tapered slot antenna arrays (inventions 8 to 10) are provided in a direction perpendicular to the substrate, and the tapered slot antenna array is provided at the center position of the antenna. The directivity of the antenna has a gain distribution on the front side of the antenna, and the directivity of the tapered slot antenna array provided around the antenna center position has a gain distribution on the center side of the antenna. A reduction in aperture efficiency can be prevented even around the array. For this reason, it is suitable when using a two-dimensional antenna array for a two-dimensional imaging array.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top view showing a tapered slot antenna according to a first embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the results of measuring the directivity of the tapered slot antenna shown in FIG. 1 at 60 GHz. FIG.
FIG. 3 is a top view showing a tapered slot antenna according to a second embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the result of measuring the directivity of the tapered slot antenna shown in FIG. 3 at 60 GHz. FIG.
FIG. 5 is a top view showing a tapered slot antenna according to a third embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the result of measuring the directivity of the tapered slot antenna of FIG. 5 at 60 GHz. FIG.
FIG. 7 is a top view showing a tapered slot antenna array according to a fourth embodiment of the present invention.
8 is a schematic diagram showing an example in which the tapered slot antenna array of FIG. 7 is combined with an optical element.
FIG. 9 is a top view showing a tapered slot antenna array according to a fifth embodiment of the present invention.
10 is a schematic diagram showing an example in which the tapered slot antenna array of FIG. 9 and an optical element are combined.
FIG. 11 is a top view showing a tapered slot antenna array according to a sixth embodiment of the present invention.
12 is a schematic diagram showing an example in which the tapered slot antenna array of FIG. 11 and an optical element are combined.
FIG. 13 is a schematic diagram showing an example in which a two-dimensional array antenna and an optical element are combined.
[Explanation of symbols]
100 Tapered slot antenna
1 Dielectric substrate
2 Antenna opening
3,4 corrugated structure
5 Balun
1000 Tapered slot antenna array
2000 Two-dimensional antenna array

Claims

In the tapered slot antenna in which the conductor is formed so that the slot width of the slot line becomes wider with an inclination, and the corrugated structure is provided on both side ends parallel to the electromagnetic wave radiation direction of the conductor.
A tapered slot antenna, wherein the corrugated structure is asymmetrical when viewed from a central axis of the tapered slot antenna.

In the tapered slot antenna in which the conductor is formed so that the slot width of the slot line becomes wider with an inclination, and the corrugated structure is provided on both side ends parallel to the electromagnetic wave radiation direction of the conductor.
A tapered slot antenna, wherein the width of the tapered slot antenna is asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna.

In the tapered slot antenna in which the conductor is formed so that the slot width of the slot line becomes wider with an inclination, and the corrugated structure is provided on both side ends parallel to the electromagnetic wave radiation direction of the conductor.
The corrugated structure is asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna;
In addition, the tapered slot antenna is characterized in that the width of the tapered slot antenna is asymmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna.

4. A tapered slot antenna array according to claim 1, wherein the tapered slot antenna is provided in an array on the same substrate.

The tapered slot antenna array according to claim 4, wherein the tapered slot antennas are arranged at equal intervals.

The tapered slot antenna according to any one of claims 1 to 3 is provided in an array on the same substrate, and the directivity of the tapered slot antenna provided around the center position of the antenna formed in the array is determined by the array. A tapered slot antenna array characterized by having a gain distribution on the center side of the antenna formed in a shape.

A plurality of tapered slot antenna arrays according to any one of claims 4 to 6 are provided in a direction perpendicular to the substrate,
The directivity of the tapered slot antenna array provided at the antenna center position has a gain distribution on the front side of the antenna,
A two-dimensional antenna array characterized in that the directivity of a tapered slot antenna array provided around the antenna center position has a gain distribution on the center side of the antenna.

A tapered slot antenna according to any one of claims 1 to 3,
A tapered slot antenna array comprising: a tapered slot antenna in which the width of the corrugated structure and the tapered slot antenna is symmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna.

The tapered slot antenna array according to claim 8, wherein the tapered slot antennas are arranged at equal intervals.

Since the width of the corrugated structure and the tapered slot antenna is symmetrical when viewed from the central axis of the tapered slot antenna, the tapered slot antenna whose directivity is symmetrical is the center position.
Around the tapered slot antenna having the symmetrical directivity, a tapered slot antenna having any one of the directivities asymmetric in claim 1 is provided in an array,
A tapered slot antenna array, wherein the directivity of the tapered slot antenna provided around the center position has a gain distribution on the center side of the antenna formed in the array.

A plurality of tapered slot antenna arrays according to any one of claims 8 to 10 are provided in a direction perpendicular to the substrate,
The directivity of the tapered slot antenna array provided at the antenna center position has a gain distribution on the front side of the antenna,
A two-dimensional antenna array characterized in that the directivity of a tapered slot antenna array provided around the antenna center position has a gain distribution on the center side of the antenna.