JP5727069B1 - 導波路型スロットアレイアンテナ及びスロットアレイアンテナモジュール - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係るスロットアレイアンテナモジュールにおいて、上記導波路型スロットアレイアンテナは、上記第1の誘電体層及び上記第2の誘電体層を貫通し、孔壁に導体メッキが施された貫通孔であって、上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁に形成された開口によって上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁から絶縁されると共に、上記第3の導体層と導通する貫通孔を、TEモード励振構造として含む、ように構成されていてもよい。
〔スロットアレイアンテナモジュールの構成〕
本発明の第1の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナについて、図1〜図2を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ1Aを含むスロットアレイアンテナモジュール1の分解斜視図である。図2は、本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナの断面図である。
次に、第1の導体層11に設けられているスロット11d1〜11d6の配置について、図3を参照しながら説明する。図3は、導波路型スロットアレイアンテナ1Aを上面視したときの平面図であり、制御壁12c1及び12c2の近傍を拡大したものである。スロット11d1〜11d6の各々は、第1の誘電体層12の側壁と平行な長辺及び上記導波路の側壁と垂直な短辺を有する長方形状の開口である。
次に、図4を参照しながら、導波路型スロットアレイアンテナ1Aが備える変換部の構成について説明する。図4は、導波路型スロットアレイアンテナ1Aを上面視した場合の平面図であり、電磁波の導波モードを変換する変換部付近を拡大したものである。
本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ1Aを含むスロットアレイアンテナモジュール1の第1の実施例について、図5〜7を参照して説明する。なお、以下の説明におけるdx及びdyの定義については、図3を参照されたい。
図5(a)を参照すると、間隔dy/λg=0.42で固定し、間隔dx/λgを0.1以上0.31以下の範囲で変化させた場合、全ての導波路型スロットアレイアンテナ1Aが示す反射係数の最小値は、一般的な要求水準である−10dBを下回った。以下では、反射特性が良好であるか否かを判定する場合の基準を、反射係数の最小値が−10dBを下回る、とする。すなわち、当該基準を満たす反射特性を示す導波路型スロットアレイアンテナ1Aを、良好な反射特性を示す導波路型スロットアレイアンテナと判定する。したがって、図5(a)に示した導波路型スロットアレイアンテナ1Aは、いずれも良好な反射特性を示す導波路型スロットアレイアンテナであると言える。
図6(a)は、本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ1Aのうち、間隔dx/λg=0.31とした導波路型スロットアレイアンテナ1Aのzx平面における利得[dBi]の方位角依存性を示すグラフである。グラフ中の0°は、図1に示す座標系におけるz軸正方向に対応し、−180°は、該座標系におけるz軸負方向に対応する。また、グラフ中の90°は、上記座標軸におけるx軸正方向に対応し、−90°は、上記座標軸におけるx軸負方向に対応する。図中の実線は、67.5GHzにおける利得の方位角依存性を示し、破線は、57.5GHzにおける利得の方位角依存性を示す。なお、間隔dx/λg=0.31とした導波路型スロットアレイアンテナ1Aにおける周波数f0は、57.5GHzである。
図7(a)は、本実施例1に係る導波路型スロットアレイアンテナ1Aのうち、間隔dx/λg=0.31である導波路型スロットアレイアンテナ1Aに、周波数f0に対応する57.5GHzの電磁波を入射した場合の磁界分布を示す上面図である。図7(b)は、同導波路型スロットアレイアンテナ1Aに、周波数f0より大きい反射係数を示す67.5GHzの電磁波を入射した場合の磁界分布を示す上面図である。なお、図7(a)及び(b)に示す磁界分布は、第1の誘電体層12の導波路内を伝播するTEモードの電磁波のH面について求めたものである。
第1の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ1Aの変形例について、図8を参照しながら説明する。図8は、第1の変形例に係る導波路型スロットアレイアンテナ2Aを含むスロットアレイアンテナモジュール2の分解斜視図である。
スロットアレイアンテナモジュール2が備える導波路型スロットアレイアンテナ2Aは、第1の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ1Aと比較して、次の構成が異なる。
・制御壁22c1〜22c6は、第1の誘電体層22に形成された角柱状のポストである。
・第1の導体層21には開口21aが設けられており、第1の導体層21と、導波管2Bとは、該開口21aが導波管2B内の導波路2Baと連通するように接続されている。
制御壁群を構成する制御壁22c1〜22c6のそれぞれは、図8に示すように、第1の誘電体層22に形成された板壁によって構成されている。具体的には、各制御壁22c1〜22c6は、その上端が第1の導体層21に接続され、その下端が第2の導体層23に接続された角柱状導体であり、より具体的には、第1の誘電体層22に形成された角柱状である貫通孔の壁面に形成された導体メッキである。
第1の実施形態に係るスロットアレイアンテナモジュール1において、第2の導体層13に設けられた開口13aが導波管1Bの導波路1Baと連通するように、導波路型スロットアレイアンテナ1Aと、導波管1Bとは接続されていた(図1参照)。言い換えれば、導波管1Bは、導波路型スロットアレイアンテナ1Aの下側(z軸負方向側)に接続されていた。本変形例に係るスロットアレイアンテナモジュール2では、第1の導体層21に設けられた開口21aが導波管2Bの導波路2Baと連通するように、導波路型スロットアレイアンテナ2Aと、導波管2Bとは接続されている。言い換えれば、導波管2Bは、導波路型スロットアレイアンテナ2Aの上側(z軸正方向側)に接続されている。
本発明の第2の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナについて、図9及び図10を参照しながら説明する。図9は、本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ3Aを含むスロットアレイアンテナモジュール3の分解斜視図である。図10(a)は、スロットアレイアンテナモジュール3の断面図である。図10(b)は、スロットアレイアンテナモジュール3の給電ピンの構造を変更することにより得られる別態様のスロットアレイアンテナモジュール3の断面図である。なお、図10(a)及び(b)においては、スロットアレイアンテナモジュール3のyz平面に平行な断面のうち、給電ピン32a,34a及び導体ポスト12aiを通る断面を示している。
本実施形態に係るスロットアレイアンテナモジュール3は、第1の実施形態に係るスロットアレイアンテナモジュール1と比較して、電磁波を導波路型スロットアレイアンテナに給電する部分の構成が異なる。スロットアレイアンテナモジュール1において、電磁波を給電するための導波管1Bが第2の導体層13に接続されているのに対し、導波路型スロットアレイアンテナ3Aにおいて、電磁波を給電するためのマイクロストリップ線路3Bが形成されている。また、第1の誘電体層32は、給電された電磁波を第1の誘電体層32内に放射する給電ピン32aを備えている。本実施形態においては、電磁波を供給するためのマイクロストリップ線路3B及び給電ピン32aを中心に説明する。
次に、図9に示すスロットアレイアンテナモジュール3が備える給電ピン32a及び34aについて、図10を参照して説明する。図10は、スロットアレイアンテナモジュール3の断面図である。なお、図10においては、スロットアレイアンテナモジュール3のyz平面(図1参照)に平行な断面のうち、給電ピン32a、34a及び導体ポスト12aiを通る断面を示している。
第2の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ3Aを含むスロットアレイアンテナモジュール3の変形例について、図11を参照しながら説明する。図11は、第2の変形例に係る導波路型スロットアレイアンテナ4Aを含むスロットアレイアンテナモジュール4の分解斜視図である。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
1A 導波路型スロットアレイアンテナ
11 第1の導体層
11d1〜11d6 スロット
12 第1の誘電体層
12a ポスト壁
12ai 導体ポスト
12b1〜12b2 制御ポスト
12c1〜12c6 制御壁
13 第2の導体層
13a 開口
1B 導波管
1Ba 導波路
Claims (10)
- 直方体状の導波路の上壁に複数のスロットが形成された導波路型スロットアレイアンテナであって、
上記導波路内には、該導波路の上壁及び側壁と直交する制御壁が千鳥状に配置されており、
上記複数のスロットの各々は、上記制御壁により区画された区間の境界を跨ぐように、且つ、上面視したときに上記制御壁と重ならないように配置されている、
ことを特徴とする導波路型スロットアレイアンテナ。 - 上記導波路の側壁と直交する方向に関して、上記制御壁の幅は、上記導波路の幅の2分の1以上である、
ことを特徴とする請求項1に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。 - 上記導波路型スロットアレイアンテナは、第1の誘電体層と、該第1の誘電体層を介して互いに対向する2つの導体層であって、上記導波路の上壁として機能する第1の導体層、及び、上記導波路の下壁として機能する第2の導体層とを備えており、
上記側壁及び上記制御壁は、上記第1の誘電体層に形成された円柱状のポストを柵状配置してなるポスト壁である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。 - 上記導波路型スロットアレイアンテナは、第1の誘電体層と、該第1の誘電体層を介して互いに対向する2つの導体層であって、上記導波路の上壁として機能する第1の導体層、及び、上記導波路の下壁として機能する第2の導体層とを備えており、
上記側壁は、上記第1の誘電体層に形成された円柱状のポストを柵状配置してなるポスト壁であり、
上記制御壁は、上記第1の誘電体層に形成された角柱状の板壁である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。 - 請求項3又は4に記載の導波路型スロットアレイアンテナと、
上記導波路の上壁の上、又は、上記導波路の下壁の下に積層された第2の誘電体層と、該第2の誘電体層を介して、上記導波路の上壁又は上記導波路の下壁に対向する第3の導体層により構成されたマイクロストリップ線路と、を備えている、
ことを特徴とするスロットアレイアンテナモジュール。 - 上記導波路型スロットアレイアンテナは、上記第1の誘電体層及び上記第2の誘電体層を貫通し、孔壁に導体メッキが施された貫通孔であって、上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁に形成された開口によって上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁から絶縁されると共に、上記第3の導体層と導通する貫通孔を、TEモード励振構造として含む、
ことを特徴とする請求項5に記載のスロットアレイアンテナモジュール。 - 上記導波路型スロットアレイアンテナは、上記第2の誘電体層を貫通し上記第1の誘電体層の上記第2の誘電体層に対向する面から内部に至る、孔壁に導体メッキが施された非貫通孔であって、上記第1の誘電体層と上記第2の誘電体層との間に介在する導体層に形成された開口によって上記導波路の上壁又は上記導波路の下壁から絶縁されると共に、上記第3の導体層と導通する非貫通孔をTEモード励振構造として含む、
ことを特徴とする請求項5に記載のスロットアレイアンテナモジュール。 - 上記第3の導体層に接続されたRFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)を更に備え、
上記第2の誘電体層は、上記導波路の下壁の下に積層され、
上記第3の導体層は、上記第2の誘電体層を介して上記導波路の下壁に対向しており、
上記RFICは、上面視したときに、上記導波路と重なるように配置されている、
ことを特徴とする請求項5〜7の何れか1項に記載のスロットアレイアンテナモジュール。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の導波路型スロットアレイアンテナと、導波管とを備えたスロットアレイアンテナモジュールであって、
上記導波路の一方の端部に開口が形成されており、
上記導波管は、該導波管の導波路が上記開口を介して上記導波路型スロットアレイアンテナの導波路と連通するように上記導波路型スロットアレイアンテナに接続されている、ことを特徴とするスロットアレイアンテナモジュール。 - 上記導波路内には、上記開口の近傍に配置された制御ポストが形成されており、
上記導波路の上記開口を含む区間内における左側壁と右側壁との間隔は、上記導波路の該区間外における左側壁と右側壁との間隔より広い、
ことを特徴とする請求項9に記載のスロットアレイアンテナモジュール。
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