JP3903671B2 - Planar antenna - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体導波路を用いた平面アンテナに係り、特に、低在波励振によって高利得・高効率な放射を行う平面アンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、小型化された移動端末、車載レーダ等に用いられている平面アンテナは、導波系にマイクロストリップ線路やトリプレート線路等を用いたアンテナが主流である。しかしながら、上記のような従来の平面アンテナは、電磁波の伝送路に細い導体線を使用するため、周波数の上昇とともに導体線に電磁波を励振させた際に生じる損失(導体損失)や放射による損失(放射損失)が大きく、高効率な送受信特性を得ることが困難となる。そこで、高い周波数で用いる金属導波管を用いたアンテナや誘電体導波路を用いたアンテナへと推移する傾向がある。金属導波管を用いた従来技術として、IEICE Trans.Communications,E79-B,1765(1996) が知られている。また、誘電体導波路を用いた従来技術として、グレーティング型の誘電体アンテナが、IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques VOL.MMT-31,No.2(1981)P199-208 及び、IEEE Trans.Antenna and Propagation VOL.MMT-46,No.11(1998)P1665-1673 に詳細に述べられている。グレーティング型の誘電体アンテナは、アンテナ内部を一方向に進行する電磁波が外部に漏洩するものである。従って、図8に示されるように、外部から誘電体導波路1に電力を供給する給電素子11は、誘電体導波路1の一端に取り付けられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術には、電波を放射する部分を一方向に進行する電磁波によって励振するため、定在波で励振する場合に比べて振幅が小さく、大きな利得が得られないという問題がある。
【0004】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、定在波励振によって高利得・高効率な放射を行う平面アンテナを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、誘電体導波路の上面に前記誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体ブロックを設け、前記誘電体導波路の下面に金属導体板を設け、前記誘電体導波路の導波方向両端にそれぞれ金属導体ブロックを設け、これら金属導体ブロック間に前記誘電体導波路への給電素子を設け、この給電素子を介して外部より前記誘電体導波路へ供給された電力が前記誘電体導波路で導波され前記金属導体ブロックで反射されて前記誘電体導波路内で定在波が励振され、前記誘電体ブロックが設けられた部分から電力が放射されるようにしたものである。
【0006】
また、誘電体導波路の上面に凹部を形成し、前記誘電体導波路の下面に金属導体板を設け、前記誘電体導波路の導波方向両端にそれぞれ金属導体ブロックを設け、これら金属導体ブロック間に前記誘電体導波路への給電素子を設け、この給電素子を介して外部より前記誘電体導波路へ供給された電力が前記誘電体導波路で導波され前記金属導体ブロックで反射されて前記誘電体導波路内で定在波が励振され、前記凹部が形成された部分から電力が放射されるようにしたものである。
【0007】
前記給電素子を前記誘電体導波路に埋め込まれた金属導体線と前記金属導体板に取り付けられた同軸コネクタとから構成し、この同軸コネクタの外部導体を前記金属導体板に電気的に接続し、前記同軸コネクタの内部導体を前記金属導体線に電気的に接続してもよい。
【0008】
前記金属導体線を前記誘電体導波路に貫通させてもよい。
【0009】
前記給電素子を前記誘電体導波路の導波方向中央に配置してもよい。
【0010】
前記誘電体ブロック又は前記凹部を前記誘電体導波路の導波方向に複数並べてもよい。
【0011】
前記誘電体導波路及び前記給電素子を複数並列に配置してもよい。
【0012】
各給電素子に、それぞれ移相器を介して給電してもよい。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態を図1〜図3により説明する。
【0014】
図1及び図2に示されるように、本発明に係る平面アンテナは、誘電体導波路1と、この誘電体導波路1の上面に密着され誘電体導波路1とは誘電率の異なる誘電体ブロック2と、誘電体導波路1の下面に密着された金属導体板3と、誘電体導波路1の導波方向両端にそれぞれ密着された金属導体ブロック4と、これら金属導体ブロック4間に取り付けられて外部からの電力を誘電体導波路1に給電する給電素子5とからなる。
【0015】
誘電体導波路1は、所定の高さ、所定の幅、所定の長さを有する長尺直方体状に形成され、長手方向が電力の導波方向になっている。誘電体導波路1の素材にはアルミナなどのセラミックが用いられている。給電素子5は、同軸ケーブルに接続可能な同軸コネクタ6と、この同軸コネクタ6の芯線(内部導体)に接続される線状の金属導体(金属導体線)7とから構成されている。誘電体導波路1には、誘電体導波路1の両端以外、ここでは長手方向中央には、金属導体線7を貫通させるための孔8が予め設けてあり、この孔8に金属導体線7を挿入することにより、金属導体線7を誘電体導波路1に電気的に接続することができる。金属導体板3には、同軸コネクタ6の外部導体を嵌め込むネジ孔9とが設けられている。誘電体ブロック2は、図示のように所定の高さ、所定の幅、所定の長さを有する短尺直方体状に形成されている。金属導体ブロック4は、図示のように所定の高さ、所定の幅、所定の長さを有する長尺(誘電体導波路1に直交する方向に長尺)の直方体状に形成されている。
【0016】
図3に示されるように、金属導体板3に同軸コネクタ6を取り付ける。これにより、金属導体板3に同軸コネクタ6が固定されると共に電気的に接続される。また、同軸コネクタ6の内部導体には金属導体線7を接続する。この金属導体線7が誘電体導波路1の孔8を貫通するように、誘電体導波路1を金属導体板3の上面に設置する。そして、誘電体導波路1の両端にそれぞれ金属導体ブロック4を密着させて設置する。さらに、誘電体導波路1の上面に、誘電体ブロック2をセラミック用接着剤で密着するように取り付ける。誘電体ブロック2は誘電体導波路1の長手方向に一定の間隔で複数設置する。このようにして平面アンテナを組み立てることができる。
【0017】
次に、この平面アンテナの動作を説明する。給電素子5を介して外部から給電された電力は、誘電体導波路1の両端に向けて導波される。誘電体導波路1内を導波される電磁波(=電力)は、その一部が誘電体ブロック2の設けられている部分からアンテナ外部に漏洩(放射)される。漏洩されずに誘電体導波路1内を導波される電磁波は、他の誘電体ブロック2の設けられている部分から一部が漏洩される。このような漏洩を繰り返しながら残りの電磁波が誘電体導波路1の両端に達する。誘電体導波路1の両端では、電磁波は、金属導体ブロック4によって反射され、再び誘電体導波路1内を導波される。このように、導波、放射、反射が繰り返されると、誘電体導波路1の両端を固定端とした定在波が励振される。定在波が励振されることで、誘電体導波路1内には長手方向に振幅の大きいところと、振幅の小さいところとが形成される。このうち振幅の大きいところに誘電体ブロック2を予め配置しておくと、効率よく電磁波を放射させることができる。誘電体導波路1の長さや各部品の誘電率を適宜に設定することで、有効に誘電体導波路1内で定在波を励振させることができる。定在波励振を行うことで、進行波励振を行う従来の平面アンテナより高利得が得られる。また、給電素子5を誘電体導波路1に埋め込まれた金属導体線7と同軸コネクタ6とから構成するので、製造が容易となる。また、導体損失の影響も低いので、従来に比べて低消費電力動作が可能となる。
【0018】
以上のように、誘電体導波路内で定在波を励振させ、誘電体ブロックの設置部分から放射を行うようにしたので、従来の平面アンテナに比べて高利得・高効率な放射が可能となる。
【0019】
次に、第二の実施形態を図4、図5により説明する。
【0020】
本発明に係る平面アンテナは、上面に複数の凹部10が形成された誘電体導波路1と、誘電体導波路1の下面に密着された金属導体板3と、誘電体導波路1の導波方向両端にそれぞれ密着された金属導体ブロック4と、これら金属導体ブロック4間に取り付けられて外部からの電力を誘電体導波路1に給電する給電素子5とからなる。
【0021】
誘電体導波路1は、所定の上面高さ、所定の幅、所定の長さを有する長尺体状に形成され、長手方向が電力の導波方向になっている。誘電体導波路1の素材にはアルミナなどのセラミックが用いられている。凹部10は、誘電体導波路1を幅方向に横断するように形成されている。このような凹部10が誘電体導波路1の長手方向に一定の間隔で複数設置されている。誘電体導波路1は、予め凹部10を設けた形状となるよう金型等で成形されている。給電素子5は、第一の実施形態と同様に、同軸ケーブルに接続可能な同軸コネクタ6と、この同軸コネクタ6の芯線(内部導体)に接続される線状の金属導体(金属導体線)7とから構成されている。給電素子5の取り付け構造は、第一の実施形態と同様である。第一の実施形態と同様にして、誘電体導波路1、金属導体板3、同軸コネクタ6、金属導体線7、金属導体ブロック4を組み立てる。ただし、第一の実施形態と異なり誘電体ブロックは取り付けない。
【0022】
次に、この平面アンテナの動作を説明する。第一の実施形態では誘電体ブロック2が設けられている部分から電磁波が放射されたが、第二の実施形態では誘電体導波路1に設けた凹部10から電磁波が漏洩しアンテナ外部に放射される。第二の実施形態でも、第一の実施形態と同様に誘電体導波路1の両端を固定端とした定在波が励振され、定在波が励振されることで、誘電体導波路1内には長手方向に振幅の大きいところと、振幅の小さいところとが形成される。このうち振幅の大きいところに凹部10を予め配置しておくと、効率よく電磁波を放射させることができる。
【0023】
第一の実施形態と比べると、誘電体導波路1に誘電体ブロック2を接着する必要がなく、小さいサイズで高利得・高効率なアンテナが実現されるだけでなく、安価に製作が可能となる。
【0024】
次に、第三の実施形態を図6、図7により説明する。
【0025】
本発明に係る平面アンテナは、第一の実施形態のものと同様に、誘電体導波路1、誘電体ブロック2、金属導体板3、金属導体ブロック4、給電素子5からなる。ただし、1枚の金属導体板3の上に複数の誘電体導波路1が並列配置されている。各誘電体導波路1は、誘電体導波路1の幅方向に一定の間隔で並べられている。これにより、誘電体ブロック2は、縦横にアレイ状に設置されていることになる。給電素子5は、各誘電体導波路1に1個ずつ設置されている。金属導体ブロック4は、全ての誘電体導波路1の両端に接する大きさのものが1組設置されている。
【0026】
次に、この平面アンテナの動作を説明する。この平面アンテナは、誘電体導波路1を複数並べることで誘電体ブロック2がアレイ状に並べてある。各誘電体導波路1に設けた給電素子5にそれぞれ同相で給電した場合、各誘電体導波路1において両端を固定端とした定在波が励振され、振幅の大きいところに配置された誘電体ブロック2が効率よく電磁波を放射する。このとき、アレイ状に並べた誘電体ブロック2はすべて同相で励振されるから、放射された電磁波は金属導体板3に垂直な方向で強め合う。その結果、この平面アンテナは、金属導体板3に垂直な方向に鋭い指向性を持つことになる。また、各給電素子5に位相差(移相差)をつけて給電した場合、各誘電体ブロック2から放射される電磁波にも位相差がつき、放射される電磁波が強め合う方向が金属導体板3に垂直な方向からずれる。その結果、電磁波の放射方向が前記同相給電の場合に比べて変化する。
【0027】
このように、誘電体導波路1を複数並べて誘電体ブロック2をアレイ状にした平面アンテナは、第一、第二の実施形態のものに比べ、鋭い指向性を持つことが可能になる。また、各給電素子5の位相差を電気的に制御することで、電磁波の放射方向を変化させることが可能になる。
【0028】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【0029】
(1)従来技術による誘電体アンテナに比べ、高利得・高効率な平面アンテナが安価に実現でき、固定、半固定及び移動端末並びに車載レーダに好適な平面アンテナを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施形態を示す平面アンテナの斜視図である。
【図2】図1の平面アンテナの断面図である。
【図3】図1の平面アンテナの分解・組立図である。
【図4】本発明の第二の実施形態を示す平面アンテナの斜視図である。
【図5】図4の平面アンテナの断面図である。
【図6】本発明の第三の実施形態を示す平面アンテナの斜視図である。
【図7】図6の平面アンテナの裏面側斜視図である。
【図8】従来の平面アンテナの斜視図である。
【符号の説明】
1 誘電体導波路
2 誘電体ブロック
3 金属導体板
4 金属導体ブロック
5 給電素子
6 同軸コネクタ
7 金属導体線
10 凹部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar antenna using a dielectric waveguide, and more particularly to a planar antenna that performs high gain and high efficiency radiation by low standing wave excitation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, planar antennas used for miniaturized mobile terminals, in-vehicle radars, and the like are mainly antennas using a microstrip line, a triplate line, or the like as a waveguide system. However, since the conventional planar antenna as described above uses a thin conductor wire in the electromagnetic wave transmission path, loss (conductor loss) caused by exciting the electromagnetic wave in the conductor wire with increasing frequency or loss due to radiation ( Radiation loss) is large and it is difficult to obtain highly efficient transmission / reception characteristics. Therefore, there is a tendency to shift to an antenna using a metal waveguide used at a high frequency and an antenna using a dielectric waveguide. As a conventional technique using a metal waveguide, IEICE Trans. Communications, E79-B, 1765 (1996) is known. In addition, as a conventional technique using a dielectric waveguide, a grating-type dielectric antenna is known as IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques VOL.MMT-31, No. 2 (1981) P199-208 and IEEE Trans. Propagation VOL.MMT-46, No.11 (1998) P1665-1673. A grating-type dielectric antenna leaks electromagnetic waves that travel in one direction inside the antenna. Therefore, as shown in FIG. 8, the feed element 11 that supplies power to the
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described prior art has a problem in that since a portion that radiates radio waves is excited by electromagnetic waves that travel in one direction, the amplitude is smaller than when excited by standing waves, and a large gain cannot be obtained.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a planar antenna that performs high gain and high efficiency radiation by standing wave excitation.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides a dielectric block having a dielectric constant different from that of the dielectric waveguide on the upper surface of the dielectric waveguide, a metal conductor plate on the lower surface of the dielectric waveguide, Metal conductor blocks are provided at both ends in the waveguide direction of the dielectric waveguide, and a feeding element to the dielectric waveguide is provided between the metal conductor blocks, and the dielectric waveguide is supplied from the outside via the feeding element. The generated power is guided by the dielectric waveguide, reflected by the metal conductor block, a standing wave is excited in the dielectric waveguide, and power is radiated from the portion where the dielectric block is provided. It is what I did.
[0006]
In addition, a recess is formed on the upper surface of the dielectric waveguide, a metal conductor plate is provided on the lower surface of the dielectric waveguide, and metal conductor blocks are provided on both ends of the dielectric waveguide in the waveguide direction. A power feeding element for the dielectric waveguide is provided between them, and the power supplied from the outside to the dielectric waveguide through the power feeding element is guided by the dielectric waveguide and reflected by the metal conductor block. A standing wave is excited in the dielectric waveguide so that electric power is radiated from a portion where the concave portion is formed.
[0007]
The feeder element is composed of a metal conductor wire embedded in the dielectric waveguide and a coaxial connector attached to the metal conductor plate, and an external conductor of the coaxial connector is electrically connected to the metal conductor plate, An inner conductor of the coaxial connector may be electrically connected to the metal conductor wire.
[0008]
The metal conductor line may be passed through the dielectric waveguide.
[0009]
The feeding element may be disposed in the center of the dielectric waveguide in the waveguide direction.
[0010]
A plurality of the dielectric blocks or the recesses may be arranged in the waveguide direction of the dielectric waveguide.
[0011]
A plurality of the dielectric waveguides and the feeding elements may be arranged in parallel.
[0012]
Each feeding element may be fed via a phase shifter.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0014]
As shown in FIGS. 1 and 2, the planar antenna according to the present invention includes a
[0015]
The
[0016]
As shown in FIG. 3, the
[0017]
Next, the operation of this planar antenna will be described. Electric power fed from the outside via the
[0018]
As described above, the standing wave is excited in the dielectric waveguide, and radiation is performed from the part where the dielectric block is installed, so that high gain and high efficiency radiation can be achieved compared to conventional planar antennas. Become.
[0019]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
[0020]
The planar antenna according to the present invention includes a
[0021]
The
[0022]
Next, the operation of this planar antenna will be described. In the first embodiment, an electromagnetic wave is radiated from the portion where the
[0023]
Compared with the first embodiment, it is not necessary to bond the
[0024]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS.
[0025]
The planar antenna according to the present invention includes a
[0026]
Next, the operation of this planar antenna will be described. In this planar antenna, a plurality of
[0027]
Thus, a planar antenna in which a plurality of
[0028]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following excellent effects.
[0029]
(1) Compared to dielectric antennas according to the prior art, a high-gain and high-efficiency planar antenna can be realized at low cost, and it is possible to provide a planar antenna suitable for fixed, semi-fixed and mobile terminals and in-vehicle radar.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a planar antenna showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the planar antenna of FIG.
FIG. 3 is an exploded view of the planar antenna of FIG. 1;
FIG. 4 is a perspective view of a planar antenna showing a second embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of the planar antenna of FIG.
FIG. 6 is a perspective view of a planar antenna showing a third embodiment of the present invention.
7 is a rear perspective view of the planar antenna of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a perspective view of a conventional planar antenna.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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