JP4871201B2 - Dielectric Leaky Wave Antenna - Google Patents
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Description
本発明は、誘電体漏れ波アンテナにおいて、励振部と漏出部との特性をともに最適化できるようにするための技術に関する。 The present invention relates to a technique for optimizing the characteristics of an excitation part and a leakage part in a dielectric leakage wave antenna.
例えばドップラレーダ用に割り当てられている24.05〜24.2GHzの準ミリ波帯で使用するアンテナで、構成が簡易で効率が高いものとして、誘電体漏れ波アンテナがある。 For example, an antenna used in the quasi-millimeter wave band of 24.05 to 24.2 GHz allocated for Doppler radar and having a simple configuration and high efficiency includes a dielectric leakage wave antenna.
図11は、誘電体漏れ波アンテナ10の構造例を示している。この誘電体漏れ波アンテナ10は、誘電体基板11と、その一面(図では下面)側に設けられた地板導体12とにより、電磁波を誘電体基板11の厚さ方向と直交する方向へ伝送する誘電体イメージ線路を形成するとともに、誘電体基板11の反対面(図では上面)側に所定間隔で複数の漏出用金属ストリップ13を設け、給電された電磁波を複数の漏出用金属ストリップ13に交差する方向に伝搬させることで、誘電体基板11内の電磁波を誘電体基板11の表面から漏出させる。
FIG. 11 shows a structural example of the dielectric
誘電体基板11の表面から漏出される電磁波の放射特性は、漏出用金属ストリップ13の幅、間隔、誘電体基板11内を伝搬する電磁波の波面(等位相面)と漏出用金属ストリップ13との角度によって種々設定が可能である。
The radiation characteristics of the electromagnetic wave leaked from the surface of the
例えば、誘電体基板11内を伝搬する電磁波の波面を漏出用金属ストリップ13と平行にすれば、誘電体基板11の表面から漏出する電磁波のビーム方向を、誘電体基板11の表面に直交し且つ漏出用金属ストリップ13の長さ方向と直交する面内に設定することができる。また、この面内におけるビーム方向は、主に漏出用金属ストリップ13の間隔によって決定され、例えば、漏出用金属ストリップ13の間隔を放射しようとする電磁波の誘電体イメージ線路内の波長λgにほぼ等しくすれば、ビーム方向を誘電体基板11の表面にほぼ直交する方向に設定することができ、誘電体基板11の向きとビーム方向をほぼ一致させることができる。
For example, if the wavefront of the electromagnetic wave propagating in the
このような原理で電磁波を輻射する誘電体漏れ波アンテナでは、誘電体基板11内に漏出用金属ストリップ13とほぼ平行な波面を有する電磁波を伝搬させるための励振部14が必要となる。
In a dielectric leaky wave antenna that radiates electromagnetic waves based on such a principle, an
この励振部14として、簡易な構成で量産性が高く低コストに構成できるものとして、特許文献1には、図11に示しているように、誘電体基板11を挟んで地板導体12との間にマイクロストリップ線路を形成する線路用金属ストリップ15と、この線路用金属ストリップ15に対して例えばスタブ16、17を所定間隔に設けてマイクロストリップ線路を伝搬する電磁波を漏出用金属ストリップ13と交差する方向に分岐させる構成のものが、本願出願人によって提案されている。
As this
しかし、上記のようにマイクロストリップ線路は開放型の線路であるため、励振用の電磁波自体の漏れ放射が比較的大きく、サイドローブ上昇等指向性が劣化したり、効率が低下するという問題があった。 However, since the microstrip line is an open type line as described above, there is a problem that the leakage radiation of the electromagnetic wave for excitation itself is relatively large, the directivity is deteriorated such as a side lobe rise, and the efficiency is lowered. It was.
また、マイクロストリップ線路に比べて閉塞性が高い平行平板線路を、励振用の線路として用いた誘電体漏れ波アンテナも本願出願人によって提案されている(特許文献2)。しかし程度の差はあっても励振用線路からの漏れ放射による指向性の劣化という問題は残る。 Further, the applicant of the present application has also proposed a dielectric leaky wave antenna using a parallel plate line having a higher blocking property than a microstrip line as an excitation line (Patent Document 2). However, the problem of directivity degradation due to leakage radiation from the excitation line remains to some extent.
これらの文献のように、漏出用金属ストリップと励振用の線路とを共通の誘電体基板に形成したものでは、励振部として最適な基板の厚さと漏出部に最適な基板の厚さとが異なる場合が多く、両方に対して最適設計ができず、アンテナ全体としての効率を上げることが困難であった。 When the metal strip for leakage and the line for excitation are formed on a common dielectric substrate as in these documents, the optimum substrate thickness for the excitation part differs from the optimum substrate thickness for the leakage part. In many cases, the optimum design for both is not possible, and it is difficult to increase the efficiency of the entire antenna.
本発明は、上記問題を解決して、励振用線路からの漏れ放射を抑圧するとともに、励振用線路と漏出部とをそれぞれ独立に最適化できる構成とすることにより、希望する指向性を実現し、且つアンテナ効率の高い誘電体漏れ波アンテナを実現することを目的としている。さらに、2層の誘電体構成とすることにより、アンテナ全体を印刷技術のみで製作できるので、量産性に優れた低コストな誘電体漏れ波アンテナを提供することをも目的としている。 The present invention solves the above problems, suppresses the leakage radiation from the excitation line, and realizes the desired directivity by adopting a configuration in which the excitation line and the leakage portion can be optimized independently. The object is to realize a dielectric leakage wave antenna with high antenna efficiency. Furthermore, since the entire antenna can be manufactured only by a printing technique by adopting a two-layer dielectric structure, it is also an object to provide a low-cost dielectric leaky wave antenna excellent in mass productivity.
前記目的を達成するために、本発明の請求項1の誘電体漏れ波アンテナは、
誘電体基板(21)と、
前記誘電体基板の一面側に重なり合うようにして設けられ、前記誘電体基板内でその厚さ方向と直交する方向に電磁波を伝搬させる誘電体イメージ線路を形成する地板導体(22)と、
前記誘電体基板の前記一面と平行な面に所定間隔で平行に設けられた複数の漏出用金属ストリップ(23、23′)と、
前記誘電体基板の反対面側に設けられ、前記漏出用金属ストリップと平行な向きに延び前記地板導体との間で平行平板線路を形成する平板部(40)を含み、該平行平板線路内に給電された電磁波を前記複数の漏出用金属ストリップと交差する方向に伝搬させる励振部(24)と、
前記励振部の平行平板線路に電磁波を給電する給電部(50)とを備えた誘電体漏れ波アンテナであって、
前記誘電体基板は、前記地板導体の一面側に重なり合う所定厚さの第1誘電体層(21a)と、該第1誘電体層の誘電率より小さく且つ空気の誘電率より大きい誘電率を有し前記第1誘電体層に重なり合う所定厚さの第2誘電体層(21b)とで2層構造をなしており、
前記複数の漏出用金属ストリップが前記第1誘電体層と第2誘電体層の間に形成され、
前記励振部の平板部は、前記第2誘電体層の表面側に形成され、
さらに、前記第1誘電体層の厚さをt1、誘電率をε1とし、前記第2誘電体層の厚さをt2、誘電率をε2とし、前記励振部に供給される電磁波の自由空間波長をλ 0 とするとき、
(ε1・t1) 1/2 +(ε2・t2) 1/2 ≦λ 0 /2
の条件を満たしていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a dielectric leaky wave antenna according to
A dielectric substrate (21);
A ground plane conductor (22) provided to overlap one surface side of the dielectric substrate and forming a dielectric image line for propagating electromagnetic waves in a direction perpendicular to the thickness direction in the dielectric substrate;
A plurality of metal strips for leakage (23, 23 ') provided in parallel at a predetermined interval on a surface parallel to the one surface of the dielectric substrate;
A flat plate portion (40) provided on the opposite surface side of the dielectric substrate and extending in a direction parallel to the leakage metal strip to form a parallel plate line with the ground plane conductor; An excitation unit (24) for propagating a fed electromagnetic wave in a direction intersecting the plurality of leakage metal strips;
A dielectric leakage wave antenna comprising a power feeding part (50) for feeding electromagnetic waves to a parallel plate line of the excitation part,
The dielectric substrate has a first dielectric layer (21a) having a predetermined thickness overlapping one surface side of the ground plane conductor, and a dielectric constant smaller than the dielectric constant of the first dielectric layer and larger than the dielectric constant of air. And a second dielectric layer (21b) having a predetermined thickness and overlapping the first dielectric layer has a two-layer structure,
The plurality of leakage metal strips are formed between the first dielectric layer and the second dielectric layer;
The flat plate portion of the excitation unit is formed on the surface side of the second dielectric layer ,
Furthermore, the thickness of the first dielectric layer is t1, the dielectric constant is ε1, the thickness of the second dielectric layer is t2, the dielectric constant is ε2, and the free space wavelength of the electromagnetic wave supplied to the excitation unit Is λ 0 ,
(Ε1 · t1) 1/2 + ( ε2 · t2) 1/2 ≦ λ 0/2
It is characterized by satisfying the above conditions .
また、本発明の請求項2の誘電体漏れ波アンテナは、請求項1記載の誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記給電部は、
前記平板部と対向する位置で、前記誘電体基板に設けられた前記複数の漏出用金属ストリップと平行な方向に並ぶようにして前記地板導体に所定間隔で形成された複数のスロット(51)と、
前記地板導体の前記複数のスロットが設けられている部分を覆う状態で、一面側が前記地板導体の反対面側に重なり合うように設けられた給電用誘電体基板(53)と、
前記給電用誘電体基板の反対面側に形成され、前記複数のスロットを介して前記平行平板線路に結合し、該平行平板線路に電磁波を給電するマイクロストリップ線路(55)とを含んでいることを特徴とする。
The dielectric leaky wave antenna according to
The power feeding unit is
A plurality of slots (51) formed at predetermined intervals on the ground plane conductor so as to be aligned in a direction parallel to the plurality of leakage metal strips provided on the dielectric substrate at positions facing the flat plate portion; ,
A feeding dielectric substrate (53) provided so that one surface side overlaps the opposite surface side of the ground plane conductor in a state of covering a portion where the plurality of slots of the ground plane conductor are provided;
A microstrip line (55) that is formed on the opposite surface of the dielectric substrate for power supply, is coupled to the parallel plate line via the plurality of slots, and feeds electromagnetic waves to the parallel plate line. It is characterized by.
また、本発明の請求項3の誘電体漏れ波アンテナは、請求項1記載の誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記給電部は、
前記平板部と対向する位置で前記複数の漏出用金属ストリップと平行な方向に並ぶようにして前記地板導体に所定間隔で形成された複数の穴(22a)と、
前記地板導体の穴を覆う状態で一面側を該地板導体と重なり合うように形成された給電用誘電体基板(53)と、
前記給電用誘電体基板を貫通し、前記地板導体の各穴をそれぞれ非接触に通過して前記第1誘電体層内に進入する複数の金属ピン(70)と、
前記給電用誘電体基板の反対面側に形成され、前記複数の金属ピンを介して前記平行平板線路に結合し、該平行平板線路に電磁波を給電するマイクロストリップ線路(55)とを含んでいることを特徴とする。
The dielectric leaky wave antenna according to
The power feeding unit is
A plurality of holes (22a) formed at predetermined intervals in the ground plane conductor so as to be aligned in a direction parallel to the plurality of metal strips for leakage at a position facing the flat plate portion;
A feeding dielectric substrate (53) formed so as to overlap the ground plane conductor on one side in a state of covering the hole of the ground plane conductor;
A plurality of metal pins (70) that penetrate the dielectric substrate for power supply, pass through each hole of the ground plane conductor in a non-contact manner, and enter the first dielectric layer;
A microstrip line (55) formed on the opposite surface of the power supply dielectric substrate, coupled to the parallel plate line via the plurality of metal pins, and supplying electromagnetic waves to the parallel plate line. It is characterized by that.
また、本発明の請求項4の誘電体漏れ波アンテナは、請求項1〜3のいずれかに記載の誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記励振部には、
前記平行平板線路に供給された電磁波のうち、前記漏出用金属ストリップ側と反対側に伝搬される電磁波を前記漏出用金属ストリップ側に反射させるための反射壁(42)が設けられていることを特徴とする。
Moreover, the dielectric leaky wave antenna according to
In the excitation unit,
Among the electromagnetic waves supplied to the parallel plate line, a reflection wall (42) is provided for reflecting the electromagnetic waves propagating to the side opposite to the leakage metal strip side to the leakage metal strip side. Features.
また、本発明の請求項5の誘電体漏れ波アンテナは、請求項1〜3のいずれかに記載の誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記励振部が前記誘電体基板のほぼ中央部に設けられ、該励振部の両側にそれぞれ複数の前記漏出用金属ストリップが設けられていることを特徴とする。
The dielectric leakage wave antenna according to
The excitation part is provided at a substantially central part of the dielectric substrate, and a plurality of the metal strips for leakage are provided on both sides of the excitation part.
このように、本発明の誘電体漏れ波アンテナは、励振部を平行平板線路型とするとともに、誘電体基板を第1誘電体層と第2誘電体層との2層構造としているので、平行平板線路からなる励振部の特性と漏出部の特性をそれぞれ最良の状態にすることができるとともに、給電用のマイクロストリップ線路を地板導体の下面側に配置することができるので、その給電部からの漏れ放射による指向性の劣化を防ぎ、且つ高効率なアンテナを実現できる。 As described above, the dielectric leaky wave antenna of the present invention has a parallel plate line type excitation unit and a dielectric substrate having a two-layer structure of the first dielectric layer and the second dielectric layer. The characteristics of the excitation part made of a flat line and the characteristics of the leakage part can be made the best, respectively, and the microstrip line for feeding can be arranged on the lower surface side of the ground plane conductor, so It is possible to realize a highly efficient antenna while preventing directivity deterioration due to leakage radiation.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1、図2は、本発明を適用した誘電体漏れ波アンテナ20の構成を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show the configuration of a dielectric
この誘電体漏れ波アンテナ20は、準ミリ波帯のうち、ドップラレーダ等に使用される24.05〜24.2GHzをカバーするアンテナであり、誘電体基板21と、誘電体基板21の一面側(下面側)に隙間なく重なり合うように設けられた地板導体22により、誘電体基板21内でその厚さ方向(図1でz方向)と直交する方向に電磁波を伝搬させる誘電体イメージ線路が形成されている。
This dielectric
ここで、誘電体基板21は、地板導体22の上に重なり合う厚さt1、誘電率ε1(例えばε1=6)の第1の誘電体層21aと、第1の誘電体層21aの誘電率ε1より小さい誘電率ε2(例えばε2=2.2)を有し第1の誘電体層21aの上に重なり合う厚さt2の第2の誘電体層21bとで2層構造をなしている。
Here, the
誘電体基板21の厚さ方向と直交する方向(図1でx方向)に延びた漏出用金属ストリップ23は、誘電体基板21の第1誘電体層21aと第2誘電体層21bの間、即ち、第1誘電体層21aの上面側または第2誘電体層21bの下面側に、所定間隔、例えば誘電体イメージ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長λgとほぼ等しい間隔で平行に設けられている。
The
なお、地板導体22や漏出用金属ストリップ23は、誘電体基板21の一方の誘電体層に対する金属膜の印刷やエッチングによって形成されている。
The
各漏出用金属ストリップ23は、誘電体イメージ線路内で金属ストリップ23と直交する方向に伝搬する電磁波に対する反射成分を抑圧するために、互いに平行で線路内波長λgのほぼ1/4だけ離れた2本の金属ストリップ23a、23bによって構成されている。
Each
即ち、漏出用金属ストリップ23を線路内波長λgとほぼ等しい間隔の金属ストリップ23aのみで構成した場合、各金属ストリップ23aによって発生する反射波が互いに同相となり効率が低下するが、上記のように金属ストリップ23aに対して線路内波長λgのほぼ1/4だけ離れた位置に、各金属ストリップ23aと同一寸法の金属ストリップ23bをそれぞれ設けることで、両者の反射波が互いに逆相となり反射成分を相殺することができる。
That is, when the
ここで、上記したように誘電体基板21は2層構造で漏出用金属ストリップ23は2つの誘電体層21a、21bの間にあるが、下層の第1誘電体層21aの誘電率ε1が上層の第2誘電体層21bの誘電率ε2に比べて大きいので、イメージ線路としては、主にこの第1誘電体層21a内を電磁波が伝搬されることになり、上記線路内波長λgもこの第1誘電体層21aの誘電率ε1により大きく依存した値となる。
Here, as described above, the
なお、この金属ストリップ23a、23bとともに電磁波を漏出する作用を有しているので、上記のように漏出用金属ストリップ23を2つの金属ストリップ23a、23bで構成した場合、誘電体基板21の表面から漏出される電磁波の放射特性は、2つの金属ストリップ23a、23bによってそれぞれ漏出される電磁波の放射特性を合成したものとなる。
In addition, since it has the effect | action which leaks electromagnetic waves with these
また、この実施形態および以下に示す全ての実施形態では、漏出用金属ストリップ23を2本の金属ストリップ23a、23bで構成しているが、これは本発明を限定するものではなく、金属ストリップによる反射成分が無視できる程小さい場合には、1本の金属ストリップで漏出用金属ストリップ23を構成してもよい。また、漏出用金属ストリップ23の間隔を、線路内波長λgより短くしたり長く設定することで、反射波を抑圧することも可能であり、この場合にも1本の金属ストリップで構成することができる。
Moreover, in this embodiment and all the embodiments described below, the
一方、漏出用金属ストリップ23から離れた位置で、誘電体基板21の一端側には、励振部24が形成されている。
On the other hand, an excitation portion 24 is formed on one end side of the
励振部24は、漏出用金属ストリップ23と平行に帯状に延び、地板導体22との間で電磁波を漏出用金属ストリップ23方向へ伝搬させるための平行平板線路を形成する平板部40と、地板導体22の端部と平板部40の側縁の間を短絡するように形成され、後述するスロット51を介して地板導体22と平板部40の間に給電された電磁波のうち、漏出用金属ストリップ23と反対方向に伝搬する電磁波を漏出用金属ストリップ23方向に反射する反射壁42とで構成されている。
The excitation unit 24 extends in a strip shape in parallel with the
ここで、反射壁42は誘電体基板21の端面に蒸着された金属膜とするが、図3のように、スルーホール加工により誘電体基板21を貫通するように形成した金属ポスト42aを線路内波長に比べて十分狭い間隔で並べて形成してもよい。
Here, the
地板導体22と平板部40の間で形成される平行平板線路に対する電磁波の給電は、スロット結合型の給電部50より行われる。
Feeding of electromagnetic waves to the parallel plate line formed between the
即ち、平板部40と対向する位置の地板導体22には、複数のスロット51、51、…が所定間隔で漏出用金属ストリップ23と平行に並んで形成されている。
That is, a plurality of
各スロット51は地板導体22の下面側に設けられた給電用誘電体基板53で覆われており、この給電用誘電体基板53の下面側には、地板導体22との間でマイクロストリップ線路を形成する金属ストリップ55が設けられている。
Each
この金属ストリップ55は、図4に示すように、センタ部55aの先端から2方向に分かれたT分岐構造を有し、両分岐部55b、55cは、各スロット51に対向する位置の近傍を通過するように直線状に形成され、分岐部55b、55cの側縁には、各スロット51と交差するスタブ56が形成されている。
As shown in FIG. 4, the
金属ストリップ55のセンタ部55aは図示しない高周波回路(アンテナと回路が一体化されている場合)あるいは図示しない同軸コネクタ(アンテナと回路が一体化されていない場合)に接続されている。
The
したがって、このセンタ部55aに供給され分岐部55b、55cに分岐された電磁波Eは、各スタブ56でさらに所定量ずつ分岐され、各スロット51を介して平板部40と地板導体22の間に給電されることになる。
Therefore, the electromagnetic wave E supplied to the
ここで、スロット51およびスタブ56の間隔Qは、スロット51を介して平板部40と地板導体22の給電される各電磁波が同相となるように、金属ストリップ55と地板導体22とで形成されるマイクロストリップ線路を伝搬する電磁波の線路内波長λg′の整数倍に設定されている。
Here, the interval Q between the
また、スタブ56の間には、スタブ56によってセンタ部55a側に反射する成分を抑圧するために幅狭く切欠かれた切欠部57が形成されている。切欠部57は、図5の(b)のように、スタブ56で発生する反射成分Erと逆位相の反射成分Er′を生じさせて、反射成分同士を相殺できるように、スタブ56からほぼλg′/4の距離に設けられている。
Further, between the
上記した給電部50を構成するスロット51の幅と長さ、金属ストリップ55のスタブ56の幅と長さおよびそれらの間隔、交差位置等は、励振部24の平行平板線路に対して効率よく電磁波を供給でき、且つ所望の放射パターンが得られるように設定されている。
The width and length of the
つまり、スロット51の大きさを一定とすると、スタブ56からスロット51を介して励振部24に出力される電磁波の振幅はスタブ56の幅と長さに依存し、スタブ56の幅と長さにより励振波全体の振幅特性を任意に設定することができる。また、各スタブ56から出力される励振波の位相は、スタブ間隔Qに依存しているので、スタブ間隔Qにより励振波全体の位相特性を任意に設定することができる。
That is, when the size of the
例えば、スタブ間隔Qを線路内波長λg′(あるいはその整数倍)に等しく設定すれば(Q=λg′)、各スタブ56からそれぞれスロット51を介して供給される電磁波の位相が等しくなり、励振波全体の位相面が漏出用金属ストリップ23と平行となり、アンテナのビームの中心方向が誘電体基板21の表面に直交し且つ漏出用金属ストリップ23に直交する面上に位置する電磁波を放射することができる。
For example, if the stub interval Q is set equal to the in-line wavelength λg ′ (or an integral multiple thereof) (Q = λg ′), the phases of the electromagnetic waves supplied from the
上記のように構成された誘電体漏れ波アンテナ20では、誘電体基板21を、地板導体22の上に重なり合う第1の誘電体層21aと、第1の誘電体層21aの誘電率ε1より小さい誘電率ε2を有し第1の誘電体層21aの上に重なり合う第2の誘電体層21bとの2層構造とし、地板導体22との間で、励振部24の平行平板線路を構成する平板部40を第2誘電体層21bの表面に設け、漏出用金属ストリップ23を第1の誘電体層21aと第2の誘電体層21bの間に設けた構造であるので、励振用線路と漏出用線路とを、いずれの伝送特性も犠牲にすることなく、それぞれ最適に設計することができる。
In the dielectric
励振部24および給電部50の特性は、図5の(a)、(b)に示している各パラメータ、即ち、誘電体層21a、21bの厚さt1、t2、誘電率ε1、ε2、スロット中心から反射壁42までの距離a、スロット中心から平板部40の先端までの距離b、スロット長Ls、スロット幅Ws、スタブ幅Wst、スロット中心からスタブ先端までの距離Lst、スタブからスロット側を見た負荷インピーダンスZによって決まる。
The characteristics of the excitation unit 24 and the power supply unit 50 are the parameters shown in FIGS. 5A and 5B, that is, the thicknesses t1 and t2 of the
上記実施形態のように給電部50がスロット51を介して励振部24に結合している場合、励振部24から漏出用金属ストリップ23側へ効率よく電磁波を伝搬させるための条件として、スロット中心から反射壁42までの距離aと平板部40の先端までの距離bを、平行平板線路内の電磁波の波長λg′に対して、
a=λg′/2,b≧λg′
の関係を成立させる必要があることが確認されている。
When the power feeding unit 50 is coupled to the excitation unit 24 via the
a = λg ′ / 2, b ≧ λg ′
It has been confirmed that it is necessary to establish the relationship.
また、後述するようにスロット結合の代わりに金属ピン70を介して結合する場合には、
a=λg′/4,b≧λg′
の関係を成立させる必要があることが確認されている。
Further, as described later, when connecting via the
a = λg ′ / 4, b ≧ λg ′
It has been confirmed that it is necessary to establish the relationship.
図6は、第1誘電体層21aとして、誘電率ε1=6、厚さt1=1mmの材料を用い、第2誘電体層21bとして、誘電率ε2=2.2、厚さt1=2.0mmの材料を用い
、給電用誘電体基板53として、誘電率ε1=6、厚さt3=0.5mmの材料を用い、周波数24.15GHz、励振部24の線路内波長=7.02mm、給電部50の線路内波長6.11mm、スタブ幅Wst0.3mm、スタブ56からスロット51側を見た負荷インピーダンスZ=76.5オーム、スロット長Ls=2.96mm、スロット幅Ws=0.97mm、反射壁面からスロット中心線Cまでの距離a=3.51mm、スロット中心線Cからスタブ先端までの長さLst=2.3mmとしたときの、スロット中心線Cから平板40の先端までの距離bに対する給電特性S21(損失)、S11(反射)の変化を表したものである。
In FIG. 6, a material having a dielectric constant ε1 = 6 and a thickness t1 = 1 mm is used as the first
この図から明らかなように、上記条件において、スロット中心線Cから平板部40の先端縁までの距離bをほぼ3.5mm(線路内波長のほぼ1/2)に設定することで、損失および反射が最小な最良状態に設定することができる。
As is apparent from this figure, under the above conditions, by setting the distance b from the slot center line C to the leading edge of the
なお、上記パラメータを種々変更してシミュレーションした結果、次の条件が必要であることが判明した。 As a result of various simulations with the above parameters changed, it was found that the following conditions were necessary.
ε1>ε2 ……(1)
(ε1・t1)1/2+(ε2・t2)1/2≦λ0/2 ……(2)
λ0は自由空間波長
ε1> ε2 (1)
(Ε1 · t1) 1/2 + ( ε2 · t2) 1/2 ≦ λ 0/2 ...... (2)
λ 0 is free space wavelength
上記条件式(1)では、ε1とε2の差が大きい程良好で、上記条件式(2)では、左辺がλ0/2を超えると高次モードが発生してしまうが、左辺がλ0/2に対して小さすぎると平板部40の先端からの漏れ放射が増加するので、λ0/2に近い程良好な結果を得ることができる。
In the conditional expression (1), the better the larger the difference ε1 between .epsilon.2, in the conditional expression (2), but the left side is greater than lambda 0/2 higher-order mode occurs, the left side is lambda 0 / so too small for 2 the stray radiation from the tip of the
このように2層の誘電体構造とすることにより、アンテナ全体を印刷技術のみで製作できるようになる。これにより量産性に富み、低コストな誘電体漏れ波アンテナを製作することができる。 By using a two-layer dielectric structure in this way, the entire antenna can be manufactured only by printing technology. As a result, it is possible to manufacture a dielectric leaky wave antenna with high productivity and low cost.
なお、ここでは励振部24が漏出用金属ストリップ23に平行な位相面で電磁波を供給する例について説明したが、励振部24が漏出用金属ストリップ23に対して傾きをもつ位相面で電磁波を供給するようにしてもよい。
Although the example in which the excitation unit 24 supplies electromagnetic waves with a phase plane parallel to the
また、前記した誘電体漏れ波アンテナ20の給電部50は、T分岐型のマイクロストリップ線路を用いた所謂センタ給電方式であったが、図7のように、一直線型のマイクロストリップ線路の一方のエッジから電磁波を給電するエッジ給電方式にしてもよい。なお、センタ給電方式の場合、エッジ給電に対してマイクロストリップ線路の長さが同一であれば、その線路内で生じる損失(導体損失や誘電体損失)がほぼ半減するため能率が高くなる。
Also, the feeding portion 50 of the dielectric
また、図8に示す誘電体漏れ波アンテナ60のように、誘電体基板21の中央部に励振部24および給電部50を設け、その両側の第1誘電体層21aと第2誘電体層21b(空気層の場合もある)の間に漏出用金属ストリップ23、23′をそれぞれ平行に配置することも可能である。
Further, like the dielectric
この場合、励振部24の反射壁42は省略し、スロット51を介して給電される電磁波を左右両側へ伝搬させる。
In this case, the
なお、スロット中心Cから右方の漏出用金属ストリップ23までの距離dと、スロット中心Cから左方の漏出用金属ストリップ23′までの距離d′を等しくした場合、左右の漏出部での電界のy方向成分は逆方向となり、ビームは正面に放射しなくなる。したがって、正面にビームを放射させるためには、両者の距離d、d′に誘電体イメージ線路の管内波長の半分の差を与える必要がある。
When the distance d from the slot center C to the right
また、前記した各誘電体漏れ波アンテナでは、漏出用金属ストリップ23、23′と励振部24が、矩形の誘電体基板21の1辺にほぼ平行となるように形成されていたが、これは本発明を限定するものでなく、誘電体基板21の外形に対する漏出用金属ストリップ23、23′および励振部24の向きは任意に設定することができる。
Further, in each of the dielectric leakage wave antennas described above, the leakage metal strips 23, 23 'and the excitation unit 24 are formed so as to be substantially parallel to one side of the rectangular
例えば、図9に示す誘電体漏れ波アンテナ60′のように、正方形の誘電体基板21の対角線に沿って励振部24と給電部50を設け、その両側に漏出用金属ストリップ23、23′を平行に設けてもよい。この場合、励振部24から両側の漏出用金属ストリップ23、23′に平行な位相面の電磁波を伝搬させれば、漏出用金属ストリップ23、23′からその長さ方向に直交する偏波の電磁波を漏出させることができる。この電磁波の偏波方向は、矩形の誘電体基板21の一辺を基準にして45度傾いた45度偏波となり、車載用レーダ等に適している。
For example, like the dielectric leakage wave antenna 60 'shown in FIG. 9 , the excitation unit 24 and the power feeding unit 50 are provided along the diagonal line of the square
また、前記実施形態では、スロット結合で励振部24に電磁波を給電していたが、図10のように、金属ストリップ55(またはスタブ56)に一端側が接続され、誘電体基板53を貫通し、地板導体22の穴22aを非接触に通過して誘電体基板21の第1誘電体層21a内に進入する金属ピン70を用いて、平行平板線路に電磁波を給電してもよい。
In the embodiment, the electromagnetic wave is supplied to the excitation unit 24 by slot coupling. However, as shown in FIG. 10 , one end side is connected to the metal strip 55 (or stub 56), penetrates the
20、60、60′……誘電体漏れ波アンテナ、21……誘電体基板、21a……第1誘電体層、21b……第2誘電体層、22……地板導体、22a……穴、23、23′……漏出用金属ストリップ、24……励振部、40……平板部、42……反射壁、50……給電部、51……スロット、53……給電用誘電体基板、55……金属ストリップ、56……スタブ、57……切欠部、70……金属ピン 20 , 60 , 60 '.... Dielectric leaky wave antenna, 21 ... Dielectric substrate, 21a ... First dielectric layer, 21b ... Second dielectric layer, 22 ... Ground plane conductor, 22a ... Hole , 23, 23 ′ …… leakage metal strip, 24 …… excitation part, 40 …… flat plate part, 42 …… reflection wall, 50 …… feeding part, 51 …… slot, 53 …… dielectric substrate for feeding, 55 …… Metal strip, 56 …… Stub, 57 …… Notch, 70 …… Metal pin
Claims (5)
前記誘電体基板の一面側に重なり合うようにして設けられ、前記誘電体基板内でその厚さ方向と直交する方向に電磁波を伝搬させる誘電体イメージ線路を形成する地板導体(22)と、
前記誘電体基板の前記一面と平行な面に所定間隔で平行に設けられた複数の漏出用金属ストリップ(23、23′)と、
前記誘電体基板の反対面側に設けられ、前記漏出用金属ストリップと平行な向きに延び前記地板導体との間で平行平板線路を形成する平板部(40)を含み、該平行平板線路内に給電された電磁波を前記複数の漏出用金属ストリップと交差する方向に伝搬させる励振部(24)と、
前記励振部の平行平板線路に電磁波を給電する給電部(50)とを備えた誘電体漏れ波アンテナであって、
前記誘電体基板は、前記地板導体の一面側に重なり合う所定厚さの第1誘電体層(21a)と、該第1誘電体層の誘電率より小さく且つ空気の誘電率より大きい誘電率を有し前記第1誘電体層に重なり合う所定厚さの第2誘電体層(21b)とで2層構造をなしており、
前記複数の漏出用金属ストリップが前記第1誘電体層と第2誘電体層の間に形成され、
前記励振部の平板部は、前記第2誘電体層の表面側に形成され、
さらに、前記第1誘電体層の厚さをt1、誘電率をε1とし、前記第2誘電体層の厚さをt2、誘電率をε2とし、前記励振部に供給される電磁波の自由空間波長をλ 0 とするとき、
(ε1・t1) 1/2 +(ε2・t2) 1/2 ≦λ 0 /2
の条件を満たしていることを特徴とする誘電体漏れ波アンテナ。 A dielectric substrate (21);
A ground plane conductor (22) provided to overlap one surface side of the dielectric substrate and forming a dielectric image line for propagating electromagnetic waves in a direction perpendicular to the thickness direction in the dielectric substrate;
A plurality of metal strips for leakage (23, 23 ') provided in parallel at a predetermined interval on a surface parallel to the one surface of the dielectric substrate;
A flat plate portion (40) provided on the opposite surface side of the dielectric substrate and extending in a direction parallel to the leakage metal strip to form a parallel plate line with the ground plane conductor; An excitation unit (24) for propagating a fed electromagnetic wave in a direction intersecting the plurality of leakage metal strips;
A dielectric leakage wave antenna comprising a power feeding part (50) for feeding electromagnetic waves to a parallel plate line of the excitation part,
The dielectric substrate has a first dielectric layer (21a) having a predetermined thickness overlapping one surface side of the ground plane conductor, and a dielectric constant smaller than the dielectric constant of the first dielectric layer and larger than the dielectric constant of air. And a second dielectric layer (21b) having a predetermined thickness and overlapping the first dielectric layer has a two-layer structure,
The plurality of leakage metal strips are formed between the first dielectric layer and the second dielectric layer;
The flat plate portion of the excitation unit is formed on the surface side of the second dielectric layer ,
Furthermore, the thickness of the first dielectric layer is t1, the dielectric constant is ε1, the thickness of the second dielectric layer is t2, the dielectric constant is ε2, and the free space wavelength of the electromagnetic wave supplied to the excitation unit Is λ 0 ,
(Ε1 · t1) 1/2 + ( ε2 · t2) 1/2 ≦ λ 0/2
A dielectric leaky wave antenna characterized by satisfying the above conditions .
前記平板部と対向する位置で、前記誘電体基板に設けられた前記複数の漏出用金属ストリップと平行な方向に並ぶようにして前記地板導体に所定間隔で形成された複数のスロット(51)と、
前記地板導体の前記複数のスロットが設けられている部分を覆う状態で、一面側が前記地板導体の反対面側に重なり合うように設けられた給電用誘電体基板(53)と、
前記給電用誘電体基板の反対面側に形成され、前記複数のスロットを介して前記平行平板線路に結合し、該平行平板線路に電磁波を給電するマイクロストリップ線路(55)とを含んでいることを特徴とする請求項1記載の誘電体漏れ波アンテナ。 The power feeding unit is
A plurality of slots (51) formed at predetermined intervals on the ground plane conductor so as to be aligned in a direction parallel to the plurality of leakage metal strips provided on the dielectric substrate at positions facing the flat plate portion; ,
A feeding dielectric substrate (53) provided so that one surface side overlaps the opposite surface side of the ground plane conductor in a state of covering a portion where the plurality of slots of the ground plane conductor are provided;
A microstrip line (55) that is formed on the opposite surface of the dielectric substrate for power supply, is coupled to the parallel plate line via the plurality of slots, and feeds electromagnetic waves to the parallel plate line. The dielectric leakage wave antenna according to claim 1.
前記平板部と対向する位置で前記複数の漏出用金属ストリップと平行な方向に並ぶようにして前記地板導体に所定間隔で形成された複数の穴(22a)と、
前記地板導体の穴を覆う状態で一面側を該地板導体と重なり合うように形成された給電用誘電体基板(53)と、
前記給電用誘電体基板を貫通し、前記地板導体の各穴をそれぞれ非接触に通過して前記第1誘電体層内に進入する複数の金属ピン(70)と、
前記給電用誘電体基板の反対面側に形成され、前記複数の金属ピンを介して前記平行平板線路に結合し、該平行平板線路に電磁波を給電するマイクロストリップ線路(55)とを含んでいることを特徴とする請求項1記載の誘電体漏れ波アンテナ。 The power feeding unit is
A plurality of holes (22a) formed at predetermined intervals in the ground plane conductor so as to be aligned in a direction parallel to the plurality of metal strips for leakage at a position facing the flat plate portion;
A feeding dielectric substrate (53) formed so as to overlap the ground plane conductor on one side in a state of covering the hole of the ground plane conductor;
A plurality of metal pins (70) that penetrate the dielectric substrate for power supply, pass through each hole of the ground plane conductor in a non-contact manner, and enter the first dielectric layer;
A microstrip line (55) formed on the opposite surface of the power supply dielectric substrate, coupled to the parallel plate line via the plurality of metal pins, and supplying electromagnetic waves to the parallel plate line. claim 1 Symbol placement of dielectric leaky-wave antenna, characterized in that.
前記平行平板線路に供給された電磁波のうち、前記漏出用金属ストリップ側と反対側に伝搬される電磁波を前記漏出用金属ストリップ側に反射させるための反射壁(42)が設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の誘電体漏れ波アンテナ。 In the excitation unit,
Among the electromagnetic waves supplied to the parallel plate line, a reflection wall (42) is provided for reflecting the electromagnetic waves propagating to the side opposite to the leakage metal strip side to the leakage metal strip side. The dielectric leaky wave antenna according to any one of claims 1 to 3 .
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