JP5041416B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、送信アンテナ等の第１アンテナから受信アンテナ等の第２アンテナへの直接波をキャンセルするアンテナ装置に関するものである。

例えば、距離計測装置では、図５(a)に示すように、送信アンテナから発射した送信電波Ｐｘが被測定物で反射して受信アンテナに受信電波Ｐｒとして受信されたとき、その電波の送信から受信までの時間を計測するによって、被測定物までの距離を測定する。このような目的で使用するアンテナでは、送信と受信に使用するアンテナ間において、ある規定値を満足するアイソレーション値が必要となる。すなわち、図５(b)に示すように、送信アンテナから発射される電波Ｐｘが直接波Ｐｒ’として受信アンテナで受信されると、距離が誤検出される。アイソレーション値は、送信アンテナから直接受信アンテナに伝搬される直接波Ｐｒ’の量を示す値であり、この値が大きいと、特に近距離の被測定物を検出する際に、誤差要因となる。

そこで、従来では、送信と受信それぞれのアンテナ間に電波吸収材を設ける（特許文献１）、送信と受信それぞれのアンテナ間の間隔を大きくする、送信アンテナについて受信アンテナの位置する方向のアンテナ指向性を低減する等の手法により、アイソレーション値を改善させていた。
特開２００２−１０４０７０号公報

ところが、電波吸収材を配置する手法やアンテナ間隔を大きくする手法は大きなスペースが必要となり小型アンテナには適用できず、また、アンテナ指向性を調整する手法は平面アンテナの場合には限界がある等の問題があった。

本発明の目的は、簡単な構造で第１アンテナから第２アンテナへの直接波をキャンセルできるようにしたアンテナ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、第１アンテナと、該第１アンテナと同一平面の基板上に該第１アンテナから離れて形成された第２アンテナと、前記基板の裏面に形成された接地導体と、該接地導体上で前記第１アンテナと前記第２アンテナとの間に位置し前記第１アンテナから前記第２アンテナに向けて伝搬する電波の位相を反転させる導波管構造体とを備え、前記第１アンテナから前記第２アンテナに向けて自由空間を伝搬した電波が、前記第１アンテナから前記第２アンテナに向けて前記導波管構造体を伝搬した電波によってキャンセルされるようにしたことを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、裏面に接地導体が形成された基板上に、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナをパッチアンテナ構造で形成するとともに、前記基板上に前記導波管構造体を形成してなり、前記導波管構造体は、前記基板上に形成した導体パターンと、該導体パターンと前記接地導体とを接続する列並びの複数のスルーホールからなる側板と、前記接地導体とからなることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項２に記載のアンテナ装置において、前記導波管構造体を、前記基板上に積層した別の基板上に形成した導体パターンと、該導体パターンと前記接地導体とを接続する列並びの複数のスルーホールからなる側板と、前記接地導体とからなる導波管構造体に置き換えたことを特徴とする。

本発明によれば、導波管構造体によって第１アンテナから第２アンテナに到達する直接波がキャンセルされるので、第１アンテナと第２アンテナとの間のアイソレーション値を、簡単な構造により、小さくできる。

図１は本発明の１つの実施例のアンテナ装置を示す斜視図である。１０は誘電体板１１の裏面に接地導体１２が設けられた基板、２０は基板１０の上面にパッチアンテナ構造で形成した送信アンテナ（第１アンテナ）、３０は同様の受信アンテナ（第２アンテナ）、４０は導波管構造体である。

この導波管構造体４０は、基板２０に送信アンテナ２０および受信アンテナ３０の形成面と同じ面に形成された導電パターン４１と、その導体パターン４１と基板１０の裏面の接地導体１２とを接続するスルーホールで形成した側板４２と、裏面の接地導体１２とで囲まれた構造である。側板４２を形成するスルーホールは、使用信号の波長に比べて決めて短いピッチで複数本を直線状に一列又は複数列並べて等価的に埋込金属平板となるよう構成されている。本実施例の導波管構造体４０は、送信アンテナ２０と受信アンテナ３０との間において、導波路が誘電体板１１で充填された２個の導波管が並列配置された構造となっている。

ここで、側板４２の相互間隔をＬ１、導電パターン４１の送信アンテナ２０と受信アンテナ３０の並びに並行な辺の長さをＬ２、誘電体板１１の厚さをＬ３とする。Ｌ１は導波管構造体４０の導波管幅、Ｌ２は導波管長、Ｌ３は導波管高さとなる。そして、λ０を自由空間の波長、λｇを導波管構造体４０の管内波長とするとき、Ｌ１の値を
λｇ＝２×λ０ (1)
なるように決定する。

図３に誘電体板１１（比誘電率＝２．２）のＬ１／λ０の変化に対するλｇ／λ０の変化の特性を示す。この図３において、Ｌ１／λ０＝０．３７に設定すれば、λｇ／λ０＝２となるので、
Ｌ１＝０．３７×λ０ (2)
に設定する。これにより、式(1)のλｇ＝２×λ０となるようにＬ１の値が設定される。なお、Ｌ２の値は、
Ｌ２＝λ０ (3)
となるように設定する。

このように設定すると、図２に示すように、送信アンテナ１０から発射され自由空間を伝搬する電波Ｆ１の位相は、導波管構造体４０の入口４０Ａから出口４０Ｂまでの間（＝Ｌ２）で考えると、
（λ０）×２π／λ０＝２π (4)
のように変化する。

一方、導波管構造体４０の内部を伝搬する電波Ｆ２の位相は、
（λ０）×２π／λｇ＝（λ０）×２π／２×λ０＝π (5)
のように変化する。したがって、導波管構造体４０の出口４０Ｂにおける自由空間を伝搬する電波Ｆ１と導波管構造体４０を伝搬する電波Ｆ２との位相差はπ（逆相）となる。

次に、導波管構造体４０の導波管高さＬ３を適宜設定することで、導波管構造体４０の内部を伝搬する電波Ｆ２の振幅を、導波管構造体４０の入口４０Ａから出口４０Ｂまで間（＝Ｌ２）の自由空間を伝搬する電波Ｆ１の振幅と同じに設定する。

これにより、導波管構造体４０の入口４０Ａから出口４０Ｂまでの間（＝Ｌ２）の自由空間を伝搬する電波Ｆ１と導波管構造体４０の内部を伝搬する電波Ｆ２が互いにキャンセルされることになり、送信アンテナ２０から受信アンテナ３０への直接波をキャンセルすることができる。

図４は送信アンテナ２０と受信アンテナ３０の間のアイソレーション特性を示す図であり、導波管構造体４０が無いとき（従来例）に比べて、導波管構造体４０を設けたとき（本実施例）は、送信する電波の周波数ｆ０において、−８０ｄＢという必要十分なアイソレーション値が得られている。

なお、上記実施例では、λ０だけ隔たった出口４０Ｂのポイントで電波Ｆ１とＦ２がキャンセルされる場合について説明したが、これに限られるものではなく、キャンセルポイントは多数あるので、導波管構造体４０の数値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の組み合わせは多数ある。また、導波管構造体４０の導波管高さＬ３を基板１０の誘電体板１１の厚さによって設定するので、一枚構造の基板のみでは、導波管構造体４０内を通過する電波Ｆ２の振幅を外部を通過する電波Ｆ１の振幅に合わせることが困難になることもある。しかし、この場合は、導波管構造体４０の部分において、積層基板構造を採用することにより、所望の導波管高さＬ３を実現することができる。

本発明の１つの実施例のアンテナ装置の斜視図である。 同実施例のアンテナ装置の作用説明図である。 導波管構造体内でのＬ１／λ0に対するλg／λ0の特性図である。 本実施例と従来例のアイソレーション特性図である。 送信アンテナと受信アンテナを使用した距離測定の説明図である。

符号の説明

１０：基板、１１：誘電体板、１２：接地導体
２０：送信アンテナ
３０：受信アンテナ
４０：導波管構造体、４１：導体パターン、４２：側板
４０Ａ：導波管構造体の入口、４０Ｂ：導波管構造体の出口、Ｆ１：自由空間伝搬の電波、Ｆ２：導波管構造体内伝搬の電波

Claims (3)

1. 第１アンテナと、該第１アンテナと同一平面の基板上に該第１アンテナから離れて形成された第２アンテナと、前記基板の裏面に形成された接地導体と、該接地導体上で前記第１アンテナと前記第２アンテナとの間に位置し前記第１アンテナから前記第２アンテナに向けて伝搬する電波の位相を反転させる導波管構造体とを備え、前記第１アンテナから前記第２アンテナに向けて自由空間を伝搬した電波が、前記第１アンテナから前記第２アンテナに向けて前記導波管構造体を伝搬した電波によってキャンセルされるようにしたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   裏面に接地導体が形成された基板上に、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナをパッチアンテナ構造で形成するとともに、前記基板上に前記導波管構造体を形成してなり、
   前記導波管構造体は、前記基板上に形成した導体パターンと、該導体パターンと前記接地導体とを接続する列並びの複数のスルーホールからなる側板と、前記接地導体とからなることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項２に記載のアンテナ装置において、
   前記導波管構造体を、前記基板上に積層した別の基板上に形成した導体パターンと、該導体パターンと前記接地導体とを接続する列並びの複数のスルーホールからなる側板と、前記接地導体とからなる導波管構造体に置き換えたことを特徴とするアンテナ装置。

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