JP5388943B2 - Waveguide / MSL converter and planar antenna - Google Patents
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Description
本発明は、導波管・MSL変換器及び平面アンテナに係り、更に詳しくは、放射機能を有する導波管・MSL変換器、並びに、このような導波管・MSL変換器を備えた平面アンテナに関する。 The present invention relates to a waveguide / MSL converter and a planar antenna, and more particularly, a waveguide / MSL converter having a radiation function, and a planar antenna including such a waveguide / MSL converter. About.
近年、自動車の周辺環境を監視するための車載レーダとして、ミリ波レーダが実用化されつつある。ミリ波レーダは、レーダ信号として波長1〜10mmのミリ波を用いることにより、比較的分解能の高いレーダ装置を実現することができる。また、誘電体基板上にアンテナパターンを形成した平面アンテナとして実現することができ、装置の小型軽量化が容易であり、量産化によるコスト低減効果も期待できる。 In recent years, millimeter wave radars are being put into practical use as in-vehicle radars for monitoring the surrounding environment of automobiles. The millimeter wave radar can realize a radar device having a relatively high resolution by using a millimeter wave having a wavelength of 1 to 10 mm as a radar signal. Further, it can be realized as a planar antenna in which an antenna pattern is formed on a dielectric substrate, the device can be easily reduced in size and weight, and a cost reduction effect due to mass production can be expected.
導波管及びマイクロストリップ線路(MSL)を接続する場合、導波管及びストリップ線路の伝送電力を相互に変換することができる導波管・MSL変換器が用いられる(例えば、特許文献1)。この様な導波管・MSL変換器を備えた誘電体基板上に、MSLからなるアンテナパターンを形成すれば、小型軽量の導波管励振アンテナを実現することができる。 When connecting a waveguide and a microstrip line (MSL), a waveguide / MSL converter that can mutually convert transmission power of the waveguide and the strip line is used (for example, Patent Document 1). If an antenna pattern made of MSL is formed on a dielectric substrate having such a waveguide / MSL converter, a small and lightweight waveguide-excited antenna can be realized.
図16及び図17は、特許文献1に記載された従来の導波管・MSL変換器の構成を示した図である。図16は斜視図、図17は、図16の誘電体基板1の平面図であり、図中の(a)に誘電体基板1の上面、(b)に誘電体基板1の下面が示されている。この導波管・MSL変換器190は、導波管2の開口部が誘電体基板1の下面に密着固定され、当該誘電体基板1の上面には短絡板3が形成され、短絡板3の切り込み11内に給電端子5が形成されている。一方、誘電体基板1の下面には長方形からなる整合素子7が形成されている。給電端子5及び整合素子7は、誘電体基板1を挟んで近接して配置されることにより互いに電磁的に結合し、この電磁的結合によって電力変換が行われる。
16 and 17 are diagrams showing the configuration of a conventional waveguide / MSL converter described in
図18は、従来の平面アンテナの構成を示した平面図であり、この平面アンテナ290は、導波管・MSL変換器190及びアンテナパターン30が形成された誘電体基板1からなり、アンテナパターン30の一端が、給電点としての導波管・MSL変換器190の給電端子5に接続されている。アンテナパターン30は、直線上に延びる給電線路31と、その側辺に沿って形成された複数の放射素子32とによって直線アレーを形成している。
FIG. 18 is a plan view showing a configuration of a conventional planar antenna. The planar antenna 290 is composed of the
図19は、従来の平面アンテナの他の構成を示した平面図であり、この平面アンテナ291は、導波管・MSL変換器191及び一対のアンテナパターン30a,30bからなる中央給電型のアンテナである。一対のアンテナパターン30a,30bは、給電点としての導波管・MSL変換器191を挟んで逆方向に延びている。導波管・MSL変換器191は、2つの給電端子5を有し、これらの給電端子5を介して、アンテナパターン30a,30bの一端にそれぞれ給電を行っている。
FIG. 19 is a plan view showing another configuration of a conventional planar antenna. This
このような従来の平面アンテナ290,291では、誘電体基板上において、導波管・MSL変換器190,191が比較的大きな面積を占めていた。このため、アンテナパターン30,30a,30bを形成するための面積が減少し、アンテナ利得を低下させているという問題があった。
In such conventional
特に、中央給電型の平面アンテナ291の場合、一対のアンテナパターン30a,30bの途中に導波管・MSL変換器191を配置することにより、放射素子32を整列させた素子アレーの途中に放射素子32の抜けが生じる。このため、励振分布が崩れて、サイドローブレベルが上昇し、良好な指向特性を得ることができないという問題があった。
In particular, in the case of the central feed
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、製造コストを顕著に増大させることなく、放射機能を有する導波管・MSL変換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a waveguide / MSL converter having a radiation function without significantly increasing the manufacturing cost.
また、本発明は、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、アンテナ利得を向上させることを目的とする。特に、誘電体基板上に導波管・MSL変換器及びアンテナパターンが形成された平面アンテナの利得を向上させることを目的とする。 Another object of the present invention is to improve antenna gain without increasing the substrate area of a planar antenna. In particular, an object is to improve the gain of a planar antenna in which a waveguide / MSL converter and an antenna pattern are formed on a dielectric substrate.
さらに、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、平面アンテナの指向特性を向上させることを目的とする。特に、導波管・MSL変換器を挟んで一対のアンテナパターンが形成された中央給電型の平面アンテナの指向特性を向上させることを目的とする。 Furthermore, it aims at improving the directivity characteristic of a planar antenna, without increasing the board | substrate area of a planar antenna. In particular, an object is to improve the directivity characteristics of a centrally fed planar antenna in which a pair of antenna patterns are formed with a waveguide / MSL converter interposed therebetween.
第1の本発明による平面アンテナは、導波管の開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、一端が上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路からなる給電端子と、上記誘電体基板の第二面に形成され、上記給電端子に接続されたアンテナパターンとを備え、上記短絡板に放射用のスロットが形成されている。 A planar antenna according to a first aspect of the present invention includes a dielectric substrate having a first surface that closes an opening of a waveguide, and a short-circuit plate that is formed on the second surface of the dielectric substrate and shorts the waveguide. A matching element formed on the first surface of the dielectric substrate, a power supply terminal having one end formed in the notch of the shorting plate and electromagnetically coupled to the matching element, and the dielectric An antenna pattern formed on the second surface of the substrate and connected to the power supply terminal, and a radiation slot is formed in the short-circuit plate.
導波管の開口部を閉鎖する誘電体基板の第一面に整合素子を形成し、第二面に短絡板及び給電線路を形成することにより、導波管及び給電線路の伝送電力を相互に変換することができる。このような導波管・MSL変換器において、短絡板に放射用のスロットを形成することにより、導波管・MSL変換器に放射機能を付加することができる。従って、導波管・MSL変換器及びアンテナパターンからなる平面アンテナにおいて、このような導波管・MSL変換器を採用することにより、基板面積を増大させることなく、平面アンテナの利得を増大させることができる。 By forming a matching element on the first surface of the dielectric substrate that closes the opening of the waveguide and forming a shorting plate and a feed line on the second surface, the transmission power of the waveguide and the feed line can be mutually exchanged. Can be converted. In such a waveguide / MSL converter, a radiation function can be added to the waveguide / MSL converter by forming a radiation slot on the short-circuit plate. Therefore, in a planar antenna composed of a waveguide / MSL converter and an antenna pattern, by adopting such a waveguide / MSL converter, the gain of the planar antenna can be increased without increasing the substrate area. Can do.
第2の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、2以上の上記給電端子と、一対の上記アンテナパターンとを備え、一対の上記アンテナパターンは、一端が上記給電端子にそれぞれ接続され、上記整合素子を挟んで逆方向に延びる形状からなる。 A planar antenna according to a second aspect of the present invention includes, in addition to the above configuration, two or more of the power supply terminals and a pair of the antenna patterns, each of the pair of antenna patterns having one end connected to the power supply terminal, It has a shape extending in the opposite direction across the matching element.
この様な構成により、導波管・MSL変換器を挟んで、一対のアンテナパターンが形成された中央給電型の平面アンテナにおいて、導波管・MSL変換器の配置領域内に放射素子が形成されないことにより励振分布が崩れ、指向特性が劣化するのを抑制することができる。 With such a configuration, a radiating element is not formed in the arrangement region of the waveguide / MSL converter in the central feed type planar antenna in which a pair of antenna patterns are formed with the waveguide / MSL converter interposed therebetween. As a result, it is possible to suppress the excitation distribution from being lost and the directivity from being deteriorated.
第3の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが、2以上の放射素子からなり、上記スロット及び上記放射素子の励振方向を一致させるように構成される。この様な構成により、スロット及びアンテナパターンの放射素子からの放出波の偏波面を揃えることができる。このため、スロットをアンテナパターンの放射素子の一つとして機能させ、良好な特性を有する平面アンテナを実現することができる。 A planar antenna according to a third aspect of the present invention is configured such that, in addition to the above-described configuration, the antenna pattern includes two or more radiating elements, and the excitation directions of the slots and the radiating elements are matched. With such a configuration, the planes of polarization of the emission waves from the radiation elements of the slot and antenna pattern can be made uniform. Therefore, the planar antenna having good characteristics can be realized by causing the slot to function as one of the radiating elements of the antenna pattern.
第4の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが2以上の放射素子からなり、上記スロット及び上記放射素子を同位相で励振するように構成される。この様な構成により、スロット及びアンテナパターンの放射素子から同位相の電波を放射させ、指向特性が良好でアンテナ利得の大きな平面アンテナを実現することができる。 A planar antenna according to a fourth aspect of the present invention is configured so that, in addition to the above configuration, the antenna pattern includes two or more radiating elements, and the slots and the radiating elements are excited in the same phase. With such a configuration, it is possible to realize a planar antenna having good directivity and large antenna gain by radiating radio waves having the same phase from the radiating elements of the slot and the antenna pattern.
第5の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記スロット及び上記放射素子を共通の直線を通るように整列配置させて構成される。この様な構成により、スロットをアンテナパターンの放射素子の一つとして良好に機能させることができる。なお、上記共通の直線は、放射素子の全てを通るものであることが望ましいが、例えば、過半数の放射素子を通る直線であってもよい。 A planar antenna according to a fifth aspect of the present invention is configured by arranging the slots and the radiating elements so as to pass through a common straight line in addition to the above configuration. With such a configuration, the slot can function well as one of the radiating elements of the antenna pattern. The common straight line preferably passes through all of the radiating elements, but may be a straight line passing through a majority of the radiating elements, for example.
第6の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが、上記給電端子に接続され、上記開口部の短手方向と平行に延びる直線状の給電線路と、当該給電線路に対し傾斜させて配置された複数の放射素子とを有する。 In the planar antenna according to the sixth aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the antenna pattern is connected to the power supply terminal, and extends in parallel with the short direction of the opening. And a plurality of radiating elements arranged to be inclined.
第7の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが、2以上のクランク形状を配列させることにより、上記開口部の短手方向と平行に延びる形状からなるように形成されている。 A planar antenna according to a seventh aspect of the present invention is formed such that, in addition to the above configuration, the antenna pattern has a shape extending in parallel with the short direction of the opening by arranging two or more crank shapes. ing.
第8の本発明による導波管・MSL変換器は、導波管の開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路とを備え、上記短絡板に放射用のスロットが形成されている。 A waveguide / MSL converter according to an eighth aspect of the present invention is formed on a dielectric substrate having a first surface for closing an opening of the waveguide, and on the second surface of the dielectric substrate, and the waveguide A short-circuit plate for short-circuiting, a matching element formed on the first surface of the dielectric substrate, and a planar line formed in the notch of the short-circuit plate and electromagnetically coupled to the matching element. A radiation slot is formed in the plate.
短絡板にスロットを形成することにより、当該スロットを放射素子として機能させることができる。このため、基板面積を増大させることなく、導波管・MSL変換器に放射機能を付加することができる。しかも、スロットは、短絡板に切り込みを形成するためのエッチング処理時に同時に形成することができる。このため、製造コストを増大させることなく実現することができる。 By forming a slot in the short-circuit plate, the slot can function as a radiating element. Therefore, a radiation function can be added to the waveguide / MSL converter without increasing the substrate area. Moreover, the slot can be formed simultaneously with the etching process for forming the cut in the short-circuit plate. For this reason, it can implement | achieve, without increasing manufacturing cost.
第9の本発明による導波管・MSL変換器は、上記構成に加えて、上記整合素子が、上記開口部の短辺と対向し、上記開口部の短手方向に対し傾斜させた斜辺を有し、上記スロットが、上記斜辺を横切るように形成され、上記開口部の短手方向と平行に形成されている。この様な構成により、励振方向が開口部の短手方向と直交する放射素子であっても導波管・MSL変換器に追加することができる。 A waveguide / MSL converter according to a ninth aspect of the present invention is configured such that, in addition to the above configuration, the matching element has a hypotenuse that faces the short side of the opening and is inclined with respect to the short direction of the opening. And the slot is formed so as to cross the hypotenuse and is formed in parallel with the lateral direction of the opening. With such a configuration, even a radiating element whose excitation direction is orthogonal to the short direction of the opening can be added to the waveguide / MSL converter.
本発明によれば、製造コストを顕著に増大させることなく、放射機能を有する導波管・MSL変換器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a waveguide / MSL converter having a radiation function without significantly increasing the manufacturing cost.
また、本発明によれば、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、アンテナ利得を向上させることができる。特に、誘電体基板上に導波管・MSL変換器及びアンテナパターンが形成された平面アンテナの利得を向上させることができる。 Moreover, according to the present invention, the antenna gain can be improved without increasing the substrate area of the planar antenna. In particular, the gain of a planar antenna in which a waveguide / MSL converter and an antenna pattern are formed on a dielectric substrate can be improved.
さらに、本発明によれば、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、平面アンテナの指向特性を向上させることができる。特に、導波管・MSL変換器を挟んで一対のアンテナパターンが形成された中央給電型の平面アンテナの指向特性を向上させることができる。 Furthermore, according to the present invention, the directivity characteristics of the planar antenna can be improved without increasing the substrate area of the planar antenna. In particular, it is possible to improve the directivity characteristics of a centrally fed planar antenna in which a pair of antenna patterns are formed with a waveguide / MSL converter interposed therebetween.
実施の形態1.
図1〜図4は、本発明の実施の形態1による導波管・MSL変換器の一構成例を示した図であり、放射機能を有する導波管・MSL変換器100が示されている。図1には展開斜視図、図2には平面図、図3には図2のA−A切断線による断面図、図4には図2のB−B切断線による断面図が示されている。
1 to 4 are diagrams showing a configuration example of a waveguide / MSL converter according to a first embodiment of the present invention, in which a waveguide /
この導波管・MSL変換器100は、上面に短絡板3及び給電端子5が形成され、下面に接地板6及び整合素子7が形成された誘電体基板1からなる。この誘電体基板1の下面を導波管2の開口部21と対向させることにより、整合素子7を介して、導波管2及び給電端子5の伝送電力を相互に変換することができる。さらに、短絡板3にスロット12を形成することにより、電波を放射することができる。
The waveguide /
導波管2は、導電性材料からなるブロック体、例えば、アルミダイキャスト法により成形された直方体ブロックであり、管壁22に囲まれた中空部23を有し、この中空部23内を電波が伝搬する。この導波管2は、管壁22が2つの狭壁及び2つの広壁からなる方形導波管であり、伝搬方向に直交する中空部23の断面は、広壁に相当する長辺と、狭壁に相当する短辺とからなる長方形である。さらに、導波管2の一端には、中空部23の断面と同一形状からなる開口部21が形成されている。
The
誘電体基板1は、その下面が導波管2の開口部21を閉鎖するように配置されている。この誘電体基板1は開口部21よりも広く、開口部21に対応する閉鎖領域10の周辺に導波管2の端面が密着固定されている。また、誘電体基板1上には、短絡板3、給電端子5、接地板6及び整合素子7が、導電性金属の薄膜パターンとして形成されている。これらの薄膜パターンは、スパッタリング法や蒸着法によって、銅などの薄膜を誘電体基板1の全面に形成した後、フォトエッチング法により上記薄膜をパターニングすることによって形成される。
The
短絡板3は、誘電体基板1の閉鎖領域10を覆うように形成され、導波管2を終端させる短絡面を構成している。図中の短絡板3は長方形からなり、その長辺から内側に向けてストリップ状の切り込み11が形成されている。この切り込み11は、閉鎖領域10の短辺と平行に延び、閉鎖領域10に達している。また、短絡板3の閉鎖領域10内には、2つのスロット12が形成されている。
The short-
給電端子5は、誘電体基板1の上面に形成された平面線路であり、その一端が短絡板3の切り込み11内に形成され、閉鎖領域10の長辺及び短絡板3の長辺を横切り、他端が短絡板3の外側へ引き出されている。この給電端子5は、切り込み11内では、短絡板3から一定の距離を隔てて配置され、短絡板3とともにコプレーナ線路を形成している。また、閉鎖領域10よりも外側では、誘電体基板1を介して接地板6と対向するように配置され、接地板6とともにMSLを形成している。
The
接地板6は、閉鎖領域10を取り囲むように形成され、この接地板6に導波管2の端面を密着させることによって、接地板6及び導波管2を導通させている。図中では、誘電体基板1の外縁を及び導波管2の端面の外縁と一致させ、接地板6が、閉鎖領域10と一致する内縁を有し、閉鎖領域10を除く誘電体基板1の下面全体に形成されている。
The
整合素子7は、接地板6と導通しないように閉鎖領域10内に形成された素子であり、その一部が誘電体基板1を挟んで給電端子5の先端と重複するように配置され、給電端子5と電磁的に結合されている。一般に、導波管2内では、短手方向の電界しか存在せず、この電界分布は長手中央において最大となることが知られている。このため、整合素子7は、開口部21の長辺の垂直二等分線を通り、開口部21の短手方向の長さが誘電体基板1内の波長λdの約1/2となる形状であることが望ましい。なお、給電端子5の閉鎖領域10への挿入量と、導波管2の短手中央からの距離とを調整することにより、インピーダンス整合を図ることができる。
The
スルーホール8は、誘電体基板1の貫通孔に導電性材料を充填させることにより形成されている。このスルーホール8を介して、短絡板3及び接地板6を導通させ、短絡板3を導波管2と同電位に保持している。また、閉鎖領域10の周辺に多数のスルーホール8を配置し、閉鎖領域10を取り囲むことによって、誘電体基板1における電力損失を抑制している。
The through
スロット12は、短絡板3に形成された貫通孔であり、細長い平面形状を有している。このようなスロット12をスルーホール8で囲まれた領域内に形成することにより、自由空間に電波を放射する放射素子として機能させることができる。ここでは、スロット12が閉鎖領域10内に形成されているが、スルーホール8で囲まれた領域内であれば、閉鎖領域10外に形成してもよい。誘電体基板上に形成された導体平板にスロットを形成すれば、当該誘電体内を伝搬する電磁波を放射する放射素子となり、その放射特性は、スロットの長さ及び幅によって調整することができる。このため、適切な長さ及び幅を有するスロット12を短絡板3に形成すれば、導波管・MSL変換器100に放射機能を付加することができる。
The
この導波管・MSL変換器101では、短絡板3の閉鎖領域10内にスロット12を形成しているため、誘電体基板1の面積を増大させることなく、放射素子を追加することができる。また、スロット12は、短絡板3及び給電端子5の形成工程において同時に形成することができるため、製造コストを増大させることなく、導波管・MSL変換器に放射機能を追加することができる。
In this waveguide /
図2では、スロット12の長手方向(延伸方向)が、開口部21の短手方向と直交するように形成されている。スロット12の励振方向Drは、スロット12の短手方向(幅方向)であり、放射波が所望の偏波面を有するように任意に決定することができる。ただし、スロット12の励振方向Drが整合素子7の励振方向Dsと直交していれば、スロット12は放射素子として機能しない。整合素子7の励振方向Dsは、開口部21の短手方向となることから、スロット12は、その励振方向Drが開口部21の短手方向と直交しないように形成する必要がある。つまり、スロット12は、その長手方向を開口部21の短手方向と一致させない限り、放射波の偏波面に応じて任意の向きに形成することができる。
In FIG. 2, the longitudinal direction (stretching direction) of the
図5は、本発明の実施の形態1による平面アンテナの一構成例を示した平面図である。この平面アンテナ200は、導波管・MSL変換器101と、当該変換器101に接続されたアンテナパターン30とを備えた誘電体基板1からなり、当該誘電体基板1の上面が図5に示されている。導波管・MSL変換器101は、スロット12の励振方向Drが異なる点を除き、図1〜図4の導波管・MSL変換器100と同一の構成からなる。平面アンテナ200は、導波管・MSL変換器101の給電端子5にアンテナパターン30の一端を接続した先端給電型のアンテナ装置である。
FIG. 5 is a plan view showing one configuration example of the planar antenna according to the first embodiment of the present invention. The planar antenna 200 includes a
アンテナパターン30は、直線状に延びる給電線路31と、当該給電線路31から分岐し、同位相で励振される複数の放射素子32とによって直線アレーを形成している。給電線路31は、その一端が導波管・MSL変換器101の給電端子5に接続されたマイクロストリップ線路であり、開口部21の短手方向と平行に延び、他端には反射抑制用の終端素子33が形成されている。一方、放射素子32は、給電線路31上を伝搬する進行波を自由空間へ放射するためのマイクロストリップ素子であり、給電線路31に対し一定角度をもって交差する方向に延びる線状又は短冊状の形状からなる。
The
放射素子32は、その一端が給電線路31の側辺に接続され、他端が開放されている。また、複数の放射素子32が、給電線路31の側辺に沿って整列配置されている。ここでは、給電線路31の両側に放射素子32が形成され、各放射素子32が、同位相で励振されるように、波長に応じた一定間隔で配置され、かつ、偏波面を揃えるように互いに平行に配置されている。
The
スロット12は、その励振方向Drが放射素子32の励振方向Dtと一致するように形成されている。ここでは、放射素子32の励振方向Dtが、給電線路31を反時計回りに45°傾けた方向になっている。このため、スロット12の励振方向Drも同様に傾けることにより、放射素子32及びスロット12の励振方向Dr,Dtを一致させ、スロット12及び放射素子32からの放射波の偏波面を揃えることができる。
The
放射素子32は、給電線路31の側辺ごとに整列し、2つの素子列を形成している。各放射素子32は、これらの素子列のいずれかに対応づけられ、スロット12は、対応する素子列上に他の放射素子32とともに整列するように配置されている。ここでは、スロット12及び放射素子32が、給電線路31に平行な共通の直線を通るように整列している。
The radiating
一般にアレーアンテナは、放射素子32の数を増やすことによって、その指向性を向上させ、アンテナ利得を増大させることができる。このため、放射素子32と同位相で励振し、放射素子32と偏波面を一致させるようにスロット12を形成すれば、スロット12を放射素子32と同様に機能させることができる。従って、このようなスロット12を短絡板3に形成すれば、製造コストを増大させることなく、放射素子32の数を増やし、平面アンテナ200の指向性及びアンテナ利得を向上させることができる。
In general, by increasing the number of radiating
本実施の形態による導波管・MSL変換器100,101は、誘電体基板1の一方の主面に短絡板3及び給電端子5が形成され、他方の主面に接地板6及び整合素子7が形成され、さらに短絡板3にスロット12が形成されている。このため、導波管・MSL変換器に対し、製造コストを顕著に増大させることなく、放射機能を付加することができる。
In the waveguide /
また、本実施の形態による平面アンテナ200は、複数の放射素子32を有するアンテナパターン30に給電する導波管・MSL変換器101にスロット12を形成することにより、スロット12を放射素子32の一つとして機能させている。このため、製造コストを顕著に増大させることなく、平面アンテナの指向特性及びアンテナ利得を向上させることができる。
Further, the planar antenna 200 according to the present embodiment forms the
実施の形態2.
実施の形態1では、1つの給電端子5を有する導波管・MSL変換器の短絡板3にスロット12を形成する場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、2つの給電端子5を有する導波管・MSL変換器の短絡板3にスロット12を形成する場合について説明する。
In the first embodiment, an example in which the
図6は、本発明の実施の形態2による導波管・MSL変換器の一構成例を示した平面図である。この導波管・MSL変換器110は、図2の導波管・MSL変換器100と比較すれば、2つの給電端子5を備えている点で異なるが、その他の構成は同一であり、重複する説明は省略する。
FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of the waveguide / MSL converter according to the second embodiment of the present invention. The waveguide / MSL converter 110 is different from the waveguide /
短絡板3は、対向する2辺に切り込み11が形成され、各切り込み11内には給電端子5の一端がそれぞれ形成されている。各給電端子5は、閉鎖領域10の対向する長辺をそれぞれ横切り、一端が整合素子7と重複するように形成され、他端が短絡板3の外側へ引き出されている。つまり、2つの給電端子5が左右対称となるように形成されている。
The short-
つまり、2つの給電端子5を有する導波管・MSL変換器110の場合でも、実施の形態1における導波管・MSL変換器100と全く同様にして、短絡板3にスロット12を形成し、製造コストを増大させることなく、導波管・MSL変換器に放射機能を追加することができる。
That is, even in the case of the waveguide / MSL converter 110 having the two
図7は、本発明の実施の形態2による平面アンテナの一構成例を示した平面図である。この平面アンテナ210は、導波管・MSL変換器111と、当該変換器111に接続された一対のアンテナパターン30a,30bとを備えた誘電体基板1からなり、当該誘電体基板1の上面が図7に示されている。
FIG. 7 is a plan view showing a configuration example of a planar antenna according to
導波管・MSL変換器111は、スロット12の励振方向Drが異なる点を除き、図6の導波管・MSL変換器110と同一の構成からなる。また、一対のアンテナパターン30a,30bは、図5のアンテナパターン30とそれぞれ同一の構成からなる。このため、重複する説明は省略する。
The waveguide /
各給電線路31は、変換器111を挟んで、互いに反対方向へ延びるように配置され、その側辺には、複数の放射素子32がそれぞれ形成されている。つまり、平面アンテナ210は、2つのアンテナパターン30a,30bが給電点を挟んで配置された中央給電型のアンテナである。
Each
ここでは、アンテナパターン30a,30bは、略同一の形状からなり、他方を180°回転させた状態で配置されている。このため、アンテナパターン30a,30bは、略同一の放射特性を有している。また、いずれのアンテナパターン30a,30bも、給電線路31を反時計回りに45°傾けた方向へ延びるように放射素子32が形成されている。なお、アンテナパターン30a,30bは、給電線路31が給電点を挟んで互いに逆方向に延び、両アンテナパターン30a,30bに属する各放射素子32の励振方向Dtが一致していれば、その形状が略同一でなくてもよい。
Here, the
スロット12は、その励振方向Drが両アンテナパターン30a,30bの放射素子32の励振方向Dtと一致するように形成されている。ここでは、各放射素子32の励振方向Dtが、給電線路31を反時計回りに45°傾けた方向になっている。このため、スロット12の励振方向Drも同様に傾けることにより、放射素子32及びスロット12の励振方向Dr,Dtを一致させ、スロット12及び放射素子32からの放射波の偏波面を揃えることができる。
The
放射素子32は、給電線路31の側辺ごとにアンテナパターン30a,30bを跨いで整列し、2つの素子列を形成している。各放射素子32は、これらの素子列のいずれかに対応づけられ、スロット12は、対応する素子列上に他の放射素子32とともに整列するように配置されている。ここでは、スロット12及び放射素子32が、給電線路31に平行な共通の直線を通るように整列している。
The radiating
図8は、図7の平面アンテナ210の指向特性を示した図である。横軸には、指向方向が誘電体基板1の正面方向に対する角度として示され、縦軸には、正面方向の利得に対する相対利得が示されている。図中の指向特性D1は、本実施の形態による平面アンテナ210の特性であり、指向特性D2は、図19に示した従来の平面アンテナ291の特性である。
FIG. 8 is a diagram showing the directivity characteristics of the planar antenna 210 of FIG. On the horizontal axis, the directing direction is shown as an angle with respect to the front direction of the
指向特性D1を求めるためのシミュレーション条件について、図6を参照して説明する。誘電体基板1は、厚さ0.124mm、比誘電率2.22の誘電体からなり、その両面に厚さ18μmの銅箔を貼り合わせた。この銅箔をエッチングし、給電端子5、整合素子7及びスロット12が形成されている。給電端子5は、その幅L1が0.3mm、閉鎖領域10への挿入長L2が0.475mmとなっている。整合素子7は、その短辺L3が1mm、長辺L4が1.6mmとなっている。また、スロット12は、その長さL5が1.0mm、幅L6が0.1mm、ピッチL7が1.6mmとなり、その長手方向が、給電線路31を反時計方向に45°回転させた方向に延びるように形成されている。一方、比較すべき指向特性D2のシミュレーションには、スロット12がない状態で良好な特性が得られるように、挿入長L2を0.375mmとし、L3及びL4を1.1mmとする正方形の整合素子7が形成された平面アンテナ291を用いた。
A simulation condition for obtaining the directivity characteristic D1 will be described with reference to FIG. The
指向特性D1,D2を比較すれば、本実施の形態による平面アンテナ210は、従来の平面アンテナ291に比べて、サイドローブのレベルが1.8dB低下しており、良好な指向特性が得られることがわかる。
Comparing the directivity characteristics D1 and D2, the planar antenna 210 according to the present embodiment has a side lobe level that is 1.8 dB lower than that of the conventional
本実施の形態による導波管・MSL変換器110,111は、2つの給電端子5が形成されるとともに、短絡板3にスロット12が形成され、放射機能を有している。このため、2つの給電端子5を有する導波管・MSL変換器についても、実施の形態1の場合と同様にして、放射機能を付加することができる。
In the waveguide /
また、本実施の形態による平面アンテナ210は、導波管・MSL変換器111を挟んで一対のアンテナパターン30a,30bが形成された中央給電型のアレーアンテナにおいて、導波管・MSL変換器111にスロット12が形成されている。この様な構成により、放射素子32の素子列の途中に導波管・MSL変換器111を配置することによって、放射素子32の抜けが生じ、励振分布が崩れるのを防止することができる。その結果、サイドローブレベルを低下させ、良好な指向特性の平面アンテナを実現することができる。また、放射素子32の数を増大させることにより、誘電体基板1の面積を増大させることなく、アンテナ開口面積を大きくすることができる。
The planar antenna 210 according to the present embodiment is a center-feed type array antenna in which a pair of
実施の形態3.
本実施の形態では、スロット12が形成された導波管・MSL変換器の他の構成例について説明する。なお、本実施の形態では、上記実施の形態との相違点について説明し、同一の構成部分については、重複する説明を省略する。
In the present embodiment, another configuration example of the waveguide / MSL converter in which the
図9は、本発明の実施の形態3による導波管・MSL変換器の一構成例を示した平面図である。この導波管・MSL変換器112は、図6の導波管・MSL変換器110と比較して、整合素子7が円形である点で異なっている。整合素子7が円形であっても、閉鎖領域10の短手方向の垂直二等分線を通り、各給電端子5の一部と重複していれば、実施の形態1,2と同様の効果が得られる。つまり、整合素子7の形状は、長方形だけに限定されない。
FIG. 9 is a plan view showing a configuration example of the waveguide / MSL converter according to the third embodiment of the present invention. This waveguide /
図10は、本発明の実施の形態3による導波管・MSL変換器の他の構成例を示した平面図である。この導波管・MSL変換器113は、図6の導波管・MSL変換器110と比較すれば、整合素子7がV字型からなり、スロット12の励振方向Drが、開口部21の短手方向と直交している点で異なる。
FIG. 10 is a plan view showing another configuration example of the waveguide / MSL converter according to the third embodiment of the present invention. Compared with the waveguide / MSL converter 110 in FIG. 6, the waveguide / MSL converter 113 has a V-shaped
実施の形態1及び2では、スロット12の励振方向Drが、開口部21の短手方向と直交していれば、整合素子7の励振方向Dsとも直交することになる。このため、スロット12を励振することができず、スロット12は放射素子として機能しない。これに対し、図10の導波管・MSL変換器113では、整合素子7をV字形状にすることにより、スロット12の励振方向Drが、開口部21の短手方向と直交していても、スロット12は放射素子として機能する。
In the first and second embodiments, if the excitation direction Dr of the
V字を構成する整合素子7のうち、スロット12が重複している部分に注目すれば、開口部21の短手方向に対し傾斜する方向に延びる形状からなる。このため、整合素子7の励振方向Dsを開口部21の短手方向に対し傾斜させることができる。このため、スロット12の励振方向Drが開口部21の短手方向と直交しても、スロット12及び整合素子7の励振方向Dr,Dsは互いに直交せず、整合素子7を介して、スロット12を励振し、放射素子として機能させることができる。つまり、必要に応じて整合素子7の延伸方向を傾ければ、スロット12の励振方向Drを任意に決定することができる。従って、スロット12による放射波の偏波面を任意に決定することができる。
If attention is paid to a portion where the
図11は、本発明の実施の形態3による導波管・MSL変換器の他の構成例を示した平面図である。この導波管・MSL変換器114は、図6の導波管・MSL変換器110と比較すれば、4つのスロット12が形成されている点で異なる。
FIG. 11 is a plan view showing another configuration example of the waveguide / MSL converter according to the third embodiment of the present invention. The waveguide /
図6では、給電線路31の側辺ごとに整列させた2つの素子列に対応して、1つのスロットがそれぞれ設けられていた。これに対し、導波管・MSL変換器114では、1つの素子列に対し、2つのスロット12が形成されている。このようにして、1つの素子列に対し、2以上のスロットを形成することにより、平面アンテナの指向特性及びアンテナ利得を更に向上させることができる。
In FIG. 6, one slot is provided corresponding to two element rows arranged for each side of the
図12は、本発明の実施の形態3による導波管・MSL変換器の他の構成例を示した平面図である。この導波管・MSL変換器115は、図6の導波管・MSL変換器110と比較すれば、1つのスロット12のみが形成されている点で異なる。
FIG. 12 is a plan view showing another configuration example of the waveguide / MSL converter according to the third embodiment of the present invention. This waveguide /
図6及び図9〜11では、2つ又は4つのスロット12が形成された導波管・MSL変換器の例を示したが、本発明は、2以上のスロット12が形成された導波管・MSL変換器のみには限定されない。すなわち、導波管・MSL変換器に1つのスロット12を形成してもよい。例えば、放射素子32が給電線路31の一方の側辺のみに沿って形成されている場合には、これらの放射列と整列させるように、1つのスロット12を形成すればよい。つまり、スロット12の数は、必要に応じて、1又は2以上の任意の値に決定することができる。
6 and 9 to 11 show an example of a waveguide / MSL converter in which two or four
また、図2、図6及び図10では、スロット12の一部を整合素子7と重複させているのに対し、図9、図11及び図12では、スロット12を整合素子7と重複させていない。スロット12及び整合素子7を互いに重複させれば、スロット12の励振効率を向上させ、良好な放射特性を得ることができる。このため、両者を重複させることが望ましいが、重複させない場合であっても、スロット12を放射素子として機能させることはできる。
2, 6, and 10, a part of the
実施の形態4.
上記実施の形態では、アンテナパターンが、給電線路31及び放射素子32からなるコムラインアンテナの例について説明した。これに対し、本実施の形態では、アンテナパターンが複数のクランク形状からなるクランクアンテナの場合について説明する。なお、本実施の形態では、上記実施の形態との相違点について説明し、同一の構成部分については、重複する説明を省略する。
Embodiment 4 FIG.
In the above-described embodiment, an example of a comb line antenna in which the antenna pattern includes the
図13は、本発明の実施の形態4による導波管・MSL変換器の一構成例を示した平面図である。この導波管・MSL変換器116は、図10の導波管・MSL変換器113と同様、スロット12の励振方向Drが開口部21の短手方向と直交しているが、整合素子7はV字形状ではなく、台形形状からなる点で異なる。
FIG. 13 is a plan view showing a configuration example of the waveguide / MSL converter according to the fourth embodiment of the present invention. In the waveguide /
スロット12の励振方向Drは、図10の場合と同様、開口部21の短手方向と直交している。このため、整合素子7が、図6に示したような長方形であれば、整合素子7及びスロット12の励振方向Ds,Drが直交し、スロット12を励振することができない。しかしながら、整合素子7を台形とし、その斜辺と重複するようにスロット12を形成すれば、スロット12を励振することができる。
The excitation direction Dr of the
図13の整合素子7は、台形形状からなり、開口部21の短辺と対向する斜辺が、開口部21の短手方向に対し傾斜している。この様な形状からなる場合、整合素子7の中央部における励振方向Ds1は開口部21の短手方向となるが、台形の傾斜に沿った励振方向Ds2は開口部21の短手方向に対し傾斜させた方向となる。つまり、整合素子7の励振方向Ds2は、スロット12の励振方向Drと直交していない。このため、整合素子7の斜辺を横切るようにスロット12を形成すれば、整合素子7によりスロット12を励振することができる。
The
図14は、本発明の実施の形態4による平面アンテナの一構成例を示した平面図である。この平面アンテナ211は、図13の導波管・MSL変換器116と、当該変換器116に接続された一対のアンテナパターン31a,31bとを備えた誘電体基板1からなり、当該誘電体基板1の上面が図14に示されている。
FIG. 14 is a plan view showing a configuration example of a planar antenna according to the fourth embodiment of the present invention. The planar antenna 211 includes a
アンテナパターン31a,31bは、クランク状に屈曲させた複数のクランク形状を配列させることにより、一方向に向かって延びる形状、つまり、矩形波のような形状からなるMSLであり、その一端が導波管・MSL変換器116の給電端子5に接続され、開口部21の短手方向と平行に延びる。
The
各アンテナパターン31a,31bは、変換器116を挟んで、互いに反対方向へ延びるように配置されている。つまり、平面アンテナ211は、2つのアンテナパターン31a,31bが給電点を挟んで配置された中央給電型のアンテナである。
The
ここでは、アンテナパターン31a,31bは、略同一の形状からなり、他方を180°回転させた状態で配置されている。このため、アンテナパターン30a,30bは、略同一の放射特性を有している。なお、アンテナパターン31a,31bは、給電点を挟んで互いに逆方向に延び、それぞれの励振方向Dtが一致していれば、その形状が略同一でなくてもよい。
Here, the
アンテナパターン31a,31bの励振方向Dtは、開口部21の短手方向に直交するため、導波管・MSL変換器116を用いて、スロット12の励振方向Drを開口部21の短手方向に直交させれば、スロット12及びアンテナパターン31a,31bの励振方向Dr,Dtを一致させ、スロット12及びアンテナパターン31a,31bからの放射波の偏波面を揃えることができる。
Since the excitation direction Dt of the
図15は、図14の平面アンテナ211の指向特性を示した図である。横軸には、指向方向が誘電体基板1の正面方向に対する角度として示され、縦軸には、正面方向の利得に対する相対利得が示されている。図中の指向特性D1は、本実施の形態による平面アンテナ211の特性であり、指向特性D2は、スロット12を有しない同一の平面アンテナの特性である。
FIG. 15 is a diagram showing the directivity characteristics of the planar antenna 211 of FIG. On the horizontal axis, the directing direction is shown as an angle with respect to the front direction of the
指向特性D1を求めるためのシミュレーション条件について、図6及び図13を参照して説明する。誘電体基板1は、厚さ0.124mm、比誘電率2.22の誘電体からなり、その両面に厚さ18μmの銅箔を貼り合わせた。また、この銅箔をエッチングし、給電端子5、整合素子7、スロット12が形成されている。
Simulation conditions for obtaining the directivity characteristic D1 will be described with reference to FIGS. The
給電端子5は、その幅L1が0.3mm、閉鎖領域10への挿入長L2が0.465mmとなっている。整合素子7は、台形の高さL3が0.95mm、上底L41が1.35mm、下底L42が2.24mmとなっている。また、スロット12は、その長さL5が1.0mm、幅L6が0.1mm、ピッチL7が1.6mmとなり、その長手方向が、アンテナパターン31a,31bの延伸方向と平行となるように形成されている。
The
また、平行偏波を放射するアンテナパターン31a,31bのクランク状の構造は、長さL8が0.8mm、L9が1.0mmからなり、ピッチL10が1.6mmとなるように配列されている。アンテナ終端部は、反射のない50Ω終端器相当のポートになっている。なお、L1〜L3及びL5〜L7は、図6の場合と同様であるので、図13では省略している。
The crank-shaped structures of the
指向特性D1,D2を比較すれば、本実施の形態による平面アンテナ211は、従来の平面アンテナに比べて、サイドローブのレベルが3.7dB低下しており、良好な指向特性が得られることがわかる。 Comparing the directivity characteristics D1 and D2, in the planar antenna 211 according to the present embodiment, the level of the side lobe is reduced by 3.7 dB compared to the conventional planar antenna, and a good directivity characteristic can be obtained. Recognize.
本実施の形態による導波管・MSL変換器116は、開口部21の短辺に対向する辺が斜辺となるように整合素子7を台形形状とし、上記斜辺を横切るようにスロット12が形成されている。このため、励振方向Drが開口部21の短手方向と直交するスロット12を形成し、開口部21の短手方向と直交する偏波面を有する電波を放射させることができる。
In the waveguide /
また、本実施の形態による平面アンテナ211は、導波管・MSL変換器116を挟んで一対のアンテナパターン31a,31bが形成された中央給電型のアレーアンテナにおいて、導波管・MSL変換器116にスロット12が形成されている。この様な構成により、放射素子32の素子列の途中に導波管・MSL変換器116を配置することによって、放射素子32の抜けが生じ、アンテナ全体の励振分布が崩れるのを防止することができる。その結果、サイドローブレベルを低下させ、良好な指向特性の平面アンテナを実現することができる。また、また、放射素子32の数を増大させることにより、誘電体基板1の面積を増大させることなく、アンテナ開口面積を大きくすることができる。
The planar antenna 211 according to the present embodiment is a center-feed type array antenna in which a pair of
1 誘電体基板
2 導波管
3 短絡板
5 給電端子
6 接地板
7 整合素子
8 スルーホール
10 閉鎖領域
12 スロット
21 開口部
30,30a,30b,31a,31b アンテナパターン
31 給電線路
32 放射素子
100〜116 導波管・MSL変換器
200〜211 平面アンテナ
Dr,Ds,Ds1,Ds2,Dt 励振方向
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、
上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、
一端が上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路からなる給電端子と、
上記誘電体基板の第二面に形成され、上記給電端子に接続されたアンテナパターンとを備え、
上記短絡板に放射用のスロットが形成されていることを特徴とする平面アンテナ。 A dielectric substrate having a first surface closing the opening of the waveguide;
A short-circuit plate formed on the second surface of the dielectric substrate and short-circuiting the waveguide;
A matching element formed on the first surface of the dielectric substrate;
One end is formed in the notch of the short-circuit plate, and a feeding terminal composed of a planar line electromagnetically coupled to the matching element;
An antenna pattern formed on the second surface of the dielectric substrate and connected to the feed terminal;
A planar antenna characterized in that a radiation slot is formed in the short-circuit plate.
一対の上記アンテナパターンは、一端が上記給電端子にそれぞれ接続され、上記整合素子を挟んで逆方向に延びる形状からなることを特徴とする請求項1に記載の平面アンテナ。 Including two or more of the power supply terminals and a pair of the antenna patterns;
2. The planar antenna according to claim 1, wherein the pair of antenna patterns has a shape in which one end is connected to each of the power supply terminals and extends in the opposite direction across the matching element.
上記スロット及び上記放射素子の励振方向を一致させたことを特徴とする請求項1又は2に記載の平面アンテナ。 The antenna pattern is composed of two or more radiating elements,
3. The planar antenna according to claim 1, wherein excitation directions of the slot and the radiating element are matched.
上記スロット及び上記放射素子を同位相で励振することを特徴とする請求項1又は2に記載の平面アンテナ。 The antenna pattern is composed of two or more radiating elements,
3. The planar antenna according to claim 1, wherein the slot and the radiating element are excited in the same phase.
上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、
上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、
上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路とを備え、
上記短絡板に放射用のスロットが形成されていることを特徴とする導波管・MSL変換器。 A dielectric substrate having a first surface closing the opening of the waveguide;
A short-circuit plate formed on the second surface of the dielectric substrate and short-circuiting the waveguide;
A matching element formed on the first surface of the dielectric substrate;
A plane line formed in the notch of the short-circuit plate and electromagnetically coupled to the matching element;
A waveguide / MSL converter characterized in that a radiation slot is formed in the short-circuit plate.
上記スロットは、上記斜辺を横切るように形成され、上記開口部の短手方向と平行に形成されていることを特徴とする請求項8に記載の導波管・MSL変換器。 The matching element has a hypotenuse facing the short side of the opening and inclined with respect to the short direction of the opening,
9. The waveguide / MSL converter according to claim 8, wherein the slot is formed so as to cross the hypotenuse and is formed in parallel with the lateral direction of the opening.
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