JP6184802B2 - Slot antenna - Google Patents
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Description
本発明は、スロットアンテナに係り、さらに詳しくは、誘電体基板上に形成された導体層の切込みを利用して電波を送受信するスロットアンテナの改良に関する。 The present invention relates to a slot antenna, and more particularly to an improvement of a slot antenna that transmits and receives radio waves by using a cut in a conductor layer formed on a dielectric substrate.
スロットアンテナは、誘電体基板上に形成された導体層の切込み（スロット）を利用して、マイクロ波帯やミリ波帯の電波を送受信する平面アンテナであり、ＭＳＬ（マイクロストリップ線路）や導波管を用いて給電される。スロットアンテナには、給電部から開放端にかけてスロット幅が広がるテーパースロットアンテナがある。テーパースロットアンテナは、進行波型のアンテナであり、広帯域にわたって高いアンテナ利得及び鋭い指向性を有している（例えば、特許文献１〜３）。 A slot antenna is a planar antenna that transmits and receives microwave and millimeter wave radio waves by using cuts (slots) in a conductor layer formed on a dielectric substrate, and is an MSL (microstrip line) or waveguide. Power is supplied using a tube. As the slot antenna, there is a tapered slot antenna in which a slot width is widened from a feeding portion to an open end. The tapered slot antenna is a traveling wave type antenna and has high antenna gain and sharp directivity over a wide band (for example, Patent Documents 1 to 3).
一般に、テーパースロットアンテナのアンテナ利得は、開放端におけるスロット幅やテーパー部の長さを大きくすることによって向上させることができる。このため、従来のテーパースロットアンテナでは、アンテナ利得をさらに向上させようとすれば、大型化してしまうという問題があった。 In general, the antenna gain of a tapered slot antenna can be improved by increasing the slot width and the length of the tapered portion at the open end. For this reason, the conventional taper slot antenna has a problem that if the antenna gain is further improved, the antenna is increased in size.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、広帯域にわたって高いアンテナ利得及び鋭い指向性を有しながら、サイズを大型化させることなく、正面方向の利得をさらに向上させることができるスロットアンテナを提供することを目的とする。また、誘電体基板と平行な平面内における放射ビームの幅を狭小化することができるスロットアンテナ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 has a high antenna gain and sharp directivity over a wide band, and can further improve the gain in the front direction without increasing the size. The purpose is to provide. It is another object of the present invention to provide a slot antenna that can narrow the width of a radiation beam in a plane parallel to a dielectric substrate.
第１の本発明によるスロットアンテナは、誘電体基板上に形成された第１導体層と、第１導体層に形成された切込みからなり、給電部から開放端に向かってスロット幅が広がるテーパー部を有する放射スロットと、上記誘電体基板上の上記放射スロット内に、第１導体層から離間して形成された第２導体層からなり、上記開放端から遠ざかるに従って素子幅が狭まるスロット分離素子とを備えて構成される。 A slot antenna according to a first aspect of the present invention includes a first conductor layer formed on a dielectric substrate, and a notch formed in the first conductor layer, and a tapered portion whose slot width extends from the feeding portion toward the open end. And a slot separating element having a second conductor layer formed in the radiation slot on the dielectric substrate and spaced apart from the first conductor layer, the element width narrowing as the distance from the open end increases It is configured with.
この様な構成によれば、第１導体層から離間して形成された第２導体層からなるスロット分離素子により、放射スロットが分離され、その開放端において離間した２つの開口が形成される。このため、給電部から開放端まで放射スロットを伝搬した電磁波は、離間した２つの開口から自由空間へ放射され、干渉によって強め合うので、従来のテーパースロットアンテナに比べ、正面方向の利得を向上させることができる。従って、開放端におけるスロット幅やテーパー部の長さを大きくすることなく、正面方向の利得をさらに向上させることができる。また、離間した２つの開口から自由空間へ放射された電磁波の干渉により、誘電体基板と平行な平面内における放射ビームの幅を狭小化することができる。 According to such a configuration, the radiating slot is separated by the slot separation element made of the second conductor layer formed away from the first conductor layer, and two openings separated at the open end are formed. For this reason, electromagnetic waves that have propagated through the radiation slot from the feed section to the open end are radiated to free space from two spaced openings and are strengthened by interference, so that the gain in the front direction is improved compared to conventional tapered slot antennas. be able to. Therefore, the gain in the front direction can be further improved without increasing the slot width and the length of the tapered portion at the open end. Moreover, the width of the radiation beam in a plane parallel to the dielectric substrate can be reduced by the interference of electromagnetic waves radiated from the two spaced openings to the free space.
第２の本発明によるスロットアンテナは、上記構成に加え、上記放射スロットが、上記開放端から上記給電部にかけて傾斜した略Ｖ字形状からなり、上記スロット分離素子が、上記開放端を一辺とする略三角形形状からなるように構成される。 In the slot antenna according to the second aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the radiating slot has a substantially V-shape inclined from the open end to the feeding portion, and the slot separation element has the open end as one side. It is comprised so that it may consist of a substantially triangular shape.
この様な構成によれば、放射スロットとスロット分離素子との間に、直線状に延びるスロット線路が形成されるので、放射スロットにおいて給電部から開放端まで電磁波を効率良く伝達させることができる。 According to such a configuration, since the slot line extending linearly is formed between the radiation slot and the slot separation element, the electromagnetic wave can be efficiently transmitted from the power feeding unit to the open end in the radiation slot.
第３の本発明によるスロットアンテナは、上記構成に加え、上記開放端における２つの開口の間隔が、自由空間波長の１／２倍以上であるように構成される。この様な構成によれば、放射スロットの開放端における２つの開口の間隔を自由空間波長の１／２倍以上にすることにより、開口間隔が自由空間波長の１／２倍未満である場合に比べて、正面方向の利得を顕著に増大させることができる。 The slot antenna according to the third aspect of the present invention is configured such that, in addition to the above-described configuration, the interval between the two openings at the open end is equal to or more than ½ times the free space wavelength. According to such a configuration, when the distance between the two openings at the open end of the radiation slot is set to ½ times the free space wavelength or more, the opening distance is less than ½ times the free space wavelength. In comparison, the gain in the front direction can be significantly increased.
第４の本発明によるスロットアンテナは、上記構成に加え、上記放射スロットの上記給電部から上記スロット分離素子までの距離が、上記給電部におけるスロット幅よりも長いように構成される。この様な構成によれば、スロット分離素子が放射スロットの給電部に近づき過ぎることによって伝送損失が増大するのを防止することができる。 A slot antenna according to a fourth aspect of the present invention is configured such that, in addition to the above-described configuration, the distance from the feeding portion to the slot separation element of the radiation slot is longer than the slot width in the feeding portion. According to such a configuration, it is possible to prevent an increase in transmission loss due to the slot separation element being too close to the power supply portion of the radiation slot.
第５の本発明によるスロットアンテナは、上記構成に加え、第１導体層の切込みからなり、上記給電部から上記開放端とは反対側に延びる結合スロットと、第１導電層に対向させて上記誘電体基板上に形成された第３導体層からなり、上記結合スロットと交差するマイクロストリップ線路とを備えて構成される。この様な構成によれば、マイクロストリップ線路及び結合スロットを介し、放射スロットに給電することができる。 A slot antenna according to a fifth aspect of the present invention includes, in addition to the above-described configuration, a notch of a first conductor layer, a coupling slot extending from the feeding portion to the side opposite to the open end, and a first conductive layer facing the first conductive layer. It comprises a third conductor layer formed on a dielectric substrate, and comprises a microstrip line that intersects the coupling slot. According to such a configuration, the radiation slot can be fed via the microstrip line and the coupling slot.
本発明によれば、広帯域にわたって高いアンテナ利得及び鋭い指向性を有しながら、サイズを大型化させることなく、正面方向の利得をさらに向上させたスロットアンテナを提供することができる。また、本発明によるスロットアンテナでは、開放端において離間した２つの開口から放射された電磁波の干渉により、誘電体基板と平行な平面内における放射ビームの幅を狭小化することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a slot antenna that has a high antenna gain and sharp directivity over a wide band, and further improves the gain in the front direction without increasing the size. Further, in the slot antenna according to the present invention, the width of the radiation beam in a plane parallel to the dielectric substrate can be narrowed by interference of electromagnetic waves radiated from two openings spaced apart at the open end.
＜スロットアンテナ１＞
図１は、本発明の実施の形態によるスロットアンテナ１の一構成例を示した斜視図であり、ＭＳＬ（マイクロストリップ線路）４を介して給電されるスロットアンテナ１が示されている。図中には、ｘｙ平面に平行なスロットアンテナ１が描画されている。ここでは、スロットアンテナ１に垂直な方向をｚ方向とする。
<Slot antenna 1>
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a slot antenna 1 according to an embodiment of the present invention, in which a slot antenna 1 fed via an MSL (microstrip line) 4 is shown. In the figure, a slot antenna 1 parallel to the xy plane is drawn. Here, the direction perpendicular to the slot antenna 1 is taken as the z direction.
このスロットアンテナ１は、誘電体基板１０と、誘電体基板１０上に形成された第１導体層１１と、第１導体層１１に形成された切込みからなるスロット線路２と、誘電体基板１０上の上記切込み内に形成された第２導体層１２からなるスロット分離素子３と、ＭＳＬ４とを備えた平面アンテナである。
The slot antenna 1 includes a
誘電体基板１０は、誘電体、例えば、比誘電率が小さいフッ素樹脂からなる絶縁性の樹脂基板であり、上面にスロット線路２及びスロット分離素子３が形成され、下面にＭＳＬ４が形成されている。
The
ＭＳＬ４は、電磁波をｙ方向に伝送する伝送線路であり、誘電体基板１０上に形成された第３導体層からなる。また、ＭＳＬ４は、誘電体基板１０の端面付近からｙ方向に概ね等幅で延伸し、誘電体基板１０の中央部に達している。このＭＳＬ４は、誘電体基板１０のｘ方向における中央部に配置され、回路素子との接続を容易化するために、一端が誘電体基板１０の左端面から露出している。
The MSL 4 is a transmission line that transmits electromagnetic waves in the y direction, and includes a third conductor layer formed on the
第１導体層１１及び第２導電層１２は、金属薄膜を誘電体基板１０に貼り付けることによって形成される共通の導体層からなる。第１導体層１１は、誘電体基板１０の全体を覆っており、ＭＳＬ４に対し、接地板として機能する。スロット線路２は、ＭＳＬ４と電磁的に結合する結合スロット２１と、結合スロット２１と連通し、電磁波を放射する放射スロット２２とからなる。
The
結合スロット２１は、誘電体基板１０の前端面と交差する方向、この例では、ｘ方向に概ね等幅で延びる溝形状からなり、ＭＳＬ４を伝搬した電磁波によって励振される。放射スロット２２は、結合スロット２１の一端が接続された給電部から開放端にかけてスロット幅が広がるテーパー形状を有している。この放射スロット２２は、略Ｖ字形状からなり、誘電体基板１０のｙ方向における中央部に配置されている。また、放射スロット２２の開放端は、誘電体基板１０の前端面に位置している。
The
スロット分離素子３は、第１導体層１１から離間して形成された連続領域からなり、放射スロット２２の開放端から遠ざかるに従って素子幅が狭まるテーパー形状を有している。このスロット分離素子３は、放射スロット２２の開放端を一辺とする略三角形形状からなる。
The
スロット線路２及びスロット分離素子３は、誘電体基板１０に金属薄膜、例えば、銅箔を貼り付け、誘電体基板１０上の金属薄膜をエッチング加工等によりパターニングすることによって製作される。
The
図２は、図１のスロットアンテナ１の構成例を示した図であり、スロットアンテナ１を上方から見た様子が示されている。スロット線路２の結合スロット２１は、ｘ方向を長手方向とする直線状の伝送線路であり、スロット幅Ｗｓ１がｘ方向に関し概ね一定である。スロット幅Ｗｓ１は、ｙ方向の溝幅からなる。ＭＳＬ４は、ｙ方向を長手方向とする直線状の伝送線路であり、線路幅Ｗｍがｙ方向に関し概ね一定であるとともに、その一端が結合スロット２１を跨いでいる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the slot antenna 1 of FIG. 1, and shows a state in which the slot antenna 1 is viewed from above. The
一方、放射スロット２２は、給電部２２ａから開放端２２ｂにかけて、概ね一定の傾きでスロット幅が広がっている。開口幅Ｗｓ２は、開放端２２ｂにおけるスロット幅である。スロット長Ｌｓは、放射スロット２２のｘ方向の長さである。スロット幅Ｗｓ１、線路幅Ｗｍ、開口幅Ｗｓ２及びスロット長Ｌｓは、送受信させる電磁波の周波数、帯域幅、放射特性に応じて決定される。
On the other hand, the slot width of the
スロット幅Ｗｓ１及び線路幅Ｗｍは、送受信しようとする電磁波の管内波長λｇに比べて十分に短い。ここでいう管内波長λｇは、スロット線路２を伝搬する電磁波の誘電体基板１０内における波長である。
The slot width W s1 and the line width W m are sufficiently shorter than the in-tube wavelength λg of the electromagnetic wave to be transmitted / received. The guide wavelength λg here is the wavelength of the electromagnetic wave propagating through the
スロット分離素子３は、誘電体基板１０の前端面からｘ方向に遠ざかるほど、概ね一定の傾きで素子幅が狭まり、先端部３ａにおいて最小となっている。この例では、スロット分離素子３が、上底の長さが下底よりも十分に短い台形形状からなる。この様なスロット分離素子３を放射スロット２２内に設けたことにより、放射スロット２２とスロット分離素子３との間には、概ね等幅で直線状に延びるスロット線路が形成されている。
As the
距離Ｌは、放射スロット２２の給電部２２ａと、スロット分離素子３の先端部３ａとの間のｘ方向の距離である。すなわち、距離Ｌは、放射スロット２２とスロット分離素子３とがどの程度離間しているのかを示すパラメータである。開口間隔Ｗは、開放端２２ｂにおける２つの開口５の中心間の距離である。すなわち、開口間隔Ｗは、２つの開口５がどの程度離間しているのかを示すパラメータである。
The distance L is a distance in the x direction between the
距離Ｌを長くすれば、スロット分離素子３のサイズが小さくなり、各開口５の幅が広がるので、距離Ｌが長くなるのに従って開口間隔Ｗは狭くなる。一方、距離Ｌを短くすれば、スロット分離素子３のサイズが大きくなり、各開口５の幅が狭まるので、距離Ｌが短くなるのに従って開口間隔Ｗは広くなる。
If the distance L is lengthened, the size of the
図３は、図２のスロットアンテナ１の動作の一例を示した断面図であり、スロットアンテナ１をＡ−Ａ切断線により切断した場合の切断面が示されている。この切断面では、導体層１１が、右側に配置された導体層と、スロット分離素子３を挟んで左側に配置された導体層とに分断されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the operation of the slot antenna 1 of FIG. 2, and shows a cut surface when the slot antenna 1 is cut along an AA cutting line. At this cut surface, the
電磁波がスロット線路２をｘ方向へ伝搬する場合、放射スロット２２の途中では、右側の導体層の端部からスロット分離素子３の端部へ向かう電界Ｅ１と、スロット分離素子３の端部から左側の導体層の端部へ向かう電界Ｅ２とが形成される。これらの電界Ｅ１，Ｅ２は、放射スロット２２の給電部２２ａ付近で分離した電界であることから、同位相で振動する。
When the electromagnetic wave propagates through the
このため、開放端２２ｂにおける離間した２つの開口５から同位相の電磁波が放射され、スロットアンテナ１の正面方向では、放射された電磁波が干渉によって強め合うことになる。従って、従来のテーパースロットアンテナに比べ、正面方向の利得を向上させることができる。
For this reason, electromagnetic waves having the same phase are radiated from the two openings 5 separated from each other at the
図４は、回路基板６上に設置されたスロットアンテナ１の動作の一例を示した図であり、基板面に対し傾斜したスロットアンテナ１の正面方向７が示されている。図中には、回路基板６上のスロットアンテナ１をｙ方向から見た場合が示されている。回路基板６には、発振器、受信機、増幅器などの高周波回路が設けられている。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the operation of the slot antenna 1 installed on the
スロットアンテナ１は、誘電体基板１０の下面を回路基板６の上面に対向させた状態で、当該回路基板６に固着されている。スロットアンテナ１の正面方向７は、誘電体基板１０の基板面に対し、所定の角度θ０だけ上方へ傾斜し、誘電体基板１０の前端に対し、概ね垂直である。スロットアンテナ１は、上述した正面方向７近傍で利得が最大であり、正面方向７に対し、ｘｙ平面内における方位角やｚｘ平面内における仰俯角が大きくなれば利得が低下する放射特性からなる。
The slot antenna 1 is fixed to the
＜放射特性＞
図５は、図２のスロットアンテナ１の放射特性の一例を従来例と比較して示した図であり、本発明の発明者らによる指向性シミュレーションの実験結果が示されている。図中の（ａ）には、ｘｙ平面内の放射特性が示され、（ｂ）には、ｚｘ平面内の放射特性が示されている。この図の横軸は、スロットアンテナ１の正面方向７を原点とする放射角度（ｄｅｇ）を表し、縦軸は、絶対利得（ｄＢｉ）を表している。
<Radiation characteristics>
FIG. 5 is a diagram showing an example of the radiation characteristics of the slot antenna 1 of FIG. 2 in comparison with the conventional example, and shows experimental results of directivity simulation by the inventors of the present invention. (A) in the figure shows the radiation characteristic in the xy plane, and (b) shows the radiation characteristic in the zx plane. In this figure, the horizontal axis represents the radiation angle (deg) with the front direction 7 of the slot antenna 1 as the origin, and the vertical axis represents the absolute gain (dBi).
指向性シミュレーションでは、誘電体基板１０が比誘電率＝２．３２、厚さ＝０．２０６ｍｍの樹脂基板からなり、第１導体層１１及び第２導体層１２が厚さ＝１２μｍの銅箔からなり、線路幅Ｗｍ＝０．２ｍｍ、スロット幅Ｗｓ１＝０．２ｍｍ、開口幅Ｗｓ２＝３ｍｍ、距離Ｌ＝０．４ｍｍ（開口間隔Ｗ＝２．８０ｍｍ）のスロットアンテナ１を用いてミリ波帯の電波を送受信する場合の放射特性が検証された。ミリ波帯の電波の自由空間波長λ０は、λ０＝４．８ｍｍである。
In the directivity simulation, the
ｘｙ平面内における放射特性には、本発明によるスロットアンテナ１の放射特性が特性曲線Ａ１により実線で示され、放射スロット２２内にスロット分離素子３を備えない従来のテーパースロットアンテナの放射特性が特性曲線Ａ２により破線で示されている。
In the radiation characteristic in the xy plane, the radiation characteristic of the slot antenna 1 according to the present invention is indicated by a solid line by the characteristic curve A1, and the radiation characteristic of the conventional tapered slot antenna without the
特性曲線Ａ２は、放射角度＝０ｄｅｇ付近において最大（絶対利得の最大値＝６．８ｄＢｉ）であり、放射角度が正方向に大きくなるに従って単調に減少し、放射角度＝９０ｄｅｇ付近において−３０ｄＢｉ以下にまで急激に低下している。また、放射角度が負方向に小さくなる場合の放射特性は、放射角度が正方向に大きくなる場合と同様である。 The characteristic curve A2 is maximum near the radiation angle = 0 deg (maximum value of absolute gain = 6.8 dBi), decreases monotonously as the radiation angle increases in the positive direction, and becomes −30 dBi or less near the radiation angle = 90 deg. It has dropped rapidly. The radiation characteristics when the radiation angle decreases in the negative direction are the same as those when the radiation angle increases in the positive direction.
一方、特性曲線Ａ１は、放射角度＝０ｄｅｇにおいて最大（絶対利得の最大値＝８．１ｄＢｉ）であり、放射角度が正方向に大きくなるに従って減少し、放射角度＝４０ｄｅｇ近傍において極小（極小値＝−１２ｄＢｉ）となっている。放射角度＝４０ｄｅｇを越えれば増加し、放射角度＝５０ｄｅｇ近傍において極大（極大値＝−１１ｄＢｉ）となり、放射角度＝５０ｄｅｇを越えれば再度減少し、放射角度＝９０ｄｅｇ付近において−３０ｄＢｉ以下にまで急激に低下している。また、放射角度が負方向に小さくなる場合には、放射角度が負方向に小さくなるに従って概ね単調に減少し、放射角度＝−９０ｄｅｇ付近において−３０ｄＢｉ以下にまで急激に低下している。 On the other hand, the characteristic curve A1 is maximum at the radiation angle = 0 deg (maximum value of absolute gain = 8.1 dBi), decreases as the radiation angle increases in the positive direction, and is minimal at the vicinity of the radiation angle = 40 deg (minimum value = −12 dBi). If the radiation angle exceeds 40 deg, it increases, reaches a local maximum (maximum value = -11 dBi) in the vicinity of the radiation angle = 50 deg, decreases again if it exceeds the radiation angle = 50 deg, and rapidly decreases to −30 dBi or less in the vicinity of the radiation angle = 90 deg. It is falling. Further, when the radiation angle decreases in the negative direction, it decreases substantially monotonously as the radiation angle decreases in the negative direction, and rapidly decreases to −30 dBi or less in the vicinity of the radiation angle = −90 deg.
この様な実験結果によれば、本発明によるスロットアンテナ１は、従来のテーパースロットアンテナに比べ、正面方向７の絶対利得が１．３ｄＢｉ程度向上していることが判る。また、最大利得に対し、−３ｄＢｉだけ絶対利得が低下している放射角度について、正方向の放射角度と負方向の放射角度との差分を半値角と呼ぶと、本発明によるスロットアンテナ１は、方位角方向に関し、半値角＝３０．３ｄｅｇであり、従来のテーパースロットアンテナの半値角＝４３．０ｄｅｇに比べて小さく、ｘｙ平面内における放射ビームの幅が狭小化されていることが判る。 According to such an experimental result, it can be seen that the absolute gain in the front direction 7 of the slot antenna 1 according to the present invention is improved by about 1.3 dBi compared to the conventional tapered slot antenna. Further, regarding the radiation angle at which the absolute gain is reduced by −3 dBi with respect to the maximum gain, when the difference between the radiation angle in the positive direction and the radiation angle in the negative direction is referred to as a half-value angle, the slot antenna 1 according to the present invention is Regarding the azimuth direction, the half-value angle = 30.3 deg, which is smaller than the half-value angle = 43.0 deg of the conventional tapered slot antenna, and it can be seen that the width of the radiation beam in the xy plane is narrowed.
ｚｘ平面内における放射特性には、本発明によるスロットアンテナ１の放射特性が特性曲線Ｂ１により実線で示され、放射スロット２２内にスロット分離素子３を備えない従来のテーパースロットアンテナの放射特性が特性曲線Ｂ２により破線で示されている。
In the radiation characteristic in the zx plane, the radiation characteristic of the slot antenna 1 according to the present invention is indicated by a solid line by the characteristic curve B1, and the radiation characteristic of a conventional tapered slot antenna without the
特性曲線Ｂ２は、放射角度＝０ｄｅｇ付近において最大（絶対利得の最大値＝６．８ｄＢｉ）であり、放射角度が正方向に大きくなるに従って減少し、放射角度＝７０ｄｅｇ近傍において極小（極小値＝−１４ｄＢｉ）となっている。放射角度＝７０ｄｅｇを越えれば増加し、放射角度＝９０ｄｅｇ付近において極大（極大値＝−５ｄＢｉ）となっている。また、放射角度が負方向に小さくなる場合には、放射角度が負方向に小さくなるに従って減少し、放射角度＝−７０ｄｅｇ近傍において極小（極小値＝−２５ｄＢｉ）となっている。放射角度＝−７０ｄｅｇを越えれば増加し、放射角度＝−９０ｄｅｇ付近において極大（極大値＝−３ｄＢｉ）となっている。 The characteristic curve B2 is maximum near the radiation angle = 0 deg (maximum absolute gain value = 6.8 dBi), decreases as the radiation angle increases in the positive direction, and is minimum (minimum value = −) near the radiation angle = 70 deg. 14 dBi). When the radiation angle exceeds 70 deg, the value increases, and the radiation angle is about 90 deg (maximum value = -5 dBi). When the radiation angle decreases in the negative direction, the radiation angle decreases as the radiation angle decreases in the negative direction, and becomes a minimum (minimum value = −25 dBi) in the vicinity of the radiation angle = −70 deg. When the radiation angle exceeds −70 deg, the value increases, and near the radiation angle = −90 deg, the maximum is reached (maximum value = −3 dBi).
一方、特性曲線Ｂ１は、放射角度＝０ｄｅｇにおいて最大（絶対利得の最大値＝８．１ｄＢｉ）であり、放射角度が正方向に大きくなるに従って減少し、放射角度＝６０ｄｅｇ近傍において極小（極小値＝−９ｄＢｉ）となっている。放射角度＝６０ｄｅｇを越えれば増加し、放射角度＝９０ｄｅｇ付近において極大（極大値＝２ｄＢｉ）となっている。また、放射角度が負方向に小さくなる場合には、放射角度が負方向に小さくなるに従って減少し、放射角度＝−６０ｄｅｇ近傍において極小（極小値＝−１２ｄＢｉ）となっている。放射角度＝−６０ｄｅｇを越えれば増加し、放射角度＝−９０ｄｅｇ付近において極大（極大値＝２ｄＢｉ）となっている。 On the other hand, the characteristic curve B1 is maximum at the radiation angle = 0 deg (maximum value of absolute gain = 8.1 dBi), decreases as the radiation angle increases in the positive direction, and is minimal near the radiation angle = 60 deg (minimum value = −9 dBi). When the radiation angle exceeds 60 deg, the value increases, and the radiation angle is about 90 deg (maximum value = 2 dBi). Further, when the radiation angle decreases in the negative direction, the radiation angle decreases as the radiation angle decreases in the negative direction, and becomes a minimum (minimum value = −12 dBi) in the vicinity of the radiation angle = −60 deg. When the radiation angle exceeds −60 deg, the value increases, and the local maximum (maximum value = 2 dBi) is obtained in the vicinity of the radiation angle = −90 deg.
この様な実験結果によれば、仰俯角方向に関し、放射ビームの拡がりは、本発明によるスロットアンテナ１と従来のテーパースロットアンテナとで同程度であることが判る。また、本発明によるスロットアンテナ１を従来のテーパースロットアンテナと比較すれば、正面方向７の絶対利得、すなわち、メインローブの利得が向上する一方、放射角度＝±９０ｄｅｇ付近の絶対利得、すなわち、サイドローブの利得も増大することが判る。 According to such experimental results, it can be seen that the expansion of the radiation beam is about the same between the slot antenna 1 according to the present invention and the conventional tapered slot antenna in the elevation angle direction. Further, when the slot antenna 1 according to the present invention is compared with the conventional tapered slot antenna, the absolute gain in the front direction 7, that is, the gain of the main lobe is improved, while the absolute gain in the vicinity of the radiation angle = ± 90 deg. It can be seen that the gain of the lobe also increases.
図６は、図２のスロットアンテナ１の放射特性の一例を示した図であり、放射スロット２２の給電部２２ａからスロット分離素子３の先端部３ａまでの距離Ｌを異ならせた場合の実験結果が示されている。図中には、横軸を給電部２２ａ及び先端部３ａ間の距離Ｌ（ｍｍ）とし、縦軸を最大利得（ｄＢｉ）として、最大利得の分布が菱形の検知点を繋ぐ折れ線により表されている。最大利得を表す目盛りは、グラフの左側に配置されている。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the radiation characteristics of the slot antenna 1 of FIG. 2, and the experimental results when the distance L from the feeding
また、縦軸を半値角（ｄｅｇ）として、方位角方向に関する半値角の分布が丸形の検知点を繋ぐ折れ線により表され、仰俯角方向に関する半値角の分布が三角形の検知点を繋ぐ折れ線により表されている。半値角を表す目盛りは、グラフの右側に配置されている。 In addition, with the vertical axis as the half-value angle (deg), the half-value angle distribution in the azimuth angle direction is represented by a polygonal line connecting round detection points, and the half-value angle distribution in the elevation angle direction is represented by a polygonal line connecting triangle detection points. It is represented. The scale representing the half-value angle is arranged on the right side of the graph.
最大利得は、距離Ｌが０．１ｍｍ以上２．８ｍｍ以下である範囲内において、０．１ｍｍで最小（最小値＝６．５ｄＢｉ）であり、距離Ｌが０．１ｍｍを越えれば急激に増大し、０．３ｍｍ及び０．４ｍｍにおいて最大（最大値＝８．１ｄＢｉ）となっている。また、距離Ｌが０．４ｍｍを越えれば減少し、開口間隔Ｗ＝λ０／２に相当する距離Ｌ＝１．４ｍｍにおいて７．３ｄＢｉとなっている。最大利得は、距離Ｌが１．４ｍｍを越えればさらに減少し、距離Ｌ＝２．８ｍｍにおいて６．８ｄＢｉとなっている。 The maximum gain is the minimum (minimum value = 6.5 dBi) at 0.1 mm within the range where the distance L is 0.1 mm or more and 2.8 mm or less, and increases rapidly when the distance L exceeds 0.1 mm. , 0.3 mm and 0.4 mm are maximum (maximum value = 8.1 dBi). Further, the distance L is reduced if exceeds the 0.4 mm, and has a 7.3dBi at a distance L = 1.4 mm, which corresponds to the opening interval W = λ 0/2. The maximum gain is further reduced when the distance L exceeds 1.4 mm, and is 6.8 dBi at the distance L = 2.8 mm.
この様な最大利得の実験結果によれば、距離Ｌが１．４ｍｍ以下である範囲は、開口間隔Ｗがλ０／２以上である範囲に相当することから、開口間隔Ｗが自由空間波長λ０の１／２倍以上である場合に、従来のテーパースロットアンテナ（最大利得は６．８ｄＢｉ）に比べ、最大利得、すなわち、正面方向７の利得が著しく向上することが判る。一方、開口間隔Ｗが自由空間波長λ０の１／２倍未満である場合には、最大利得が若干向上する程度であることが判る。 According to the experimental results of such maximum gain, range distance L is 1.4mm or less, since the opening width W corresponds to the range at lambda 0/2 or more, the opening width W is the free space wavelength lambda It can be seen that the maximum gain, that is, the gain in the front direction 7 is remarkably improved as compared with the conventional tapered slot antenna (maximum gain is 6.8 dBi) when it is 1/2 times or more than 0 . On the other hand, when the opening width W is less than half the free space wavelength lambda 0 is understood to be the degree to which the maximum gain is improved slightly.
ｘｙ平面内の方位角方向に関する半値角は、距離Ｌが０．１ｍｍ以上２．８ｍｍ以下である範囲内において、距離Ｌが長くなるに従って最小値＝２９．０ｄｅｇから概ね単調に増加し、距離Ｌ＝２．０ｍｍにおいて最大値＝４３．４ｄｅｇとなり、飽和している。一方、ｚｘ平面内の仰俯角方向に関する半値角は、距離Ｌが０．１ｍｍ以上２．８ｍｍ以下である範囲内において、距離Ｌが長くなるに従って最小値＝６２．６ｄｅｇから概ね単調に増加し、距離Ｌ＝２．４ｍｍにおいて最大値＝７９．９ｄｅｇとなり、飽和している。 The half-value angle with respect to the azimuth angle direction in the xy plane increases monotonously from the minimum value = 29.0 deg as the distance L increases within a range where the distance L is 0.1 mm or more and 2.8 mm or less. At 2.0 mm, the maximum value is 43.4 deg. On the other hand, the half-value angle with respect to the elevation angle direction in the zx plane increases substantially monotonically from the minimum value = 62.6 deg as the distance L increases within the range where the distance L is 0.1 mm or more and 2.8 mm or less, At the distance L = 2.4 mm, the maximum value is 79.9 deg and is saturated.
この様な半値角の実験結果によれば、０．１ｍｍ以上２．８ｍｍ以下の範囲内において距離Ｌが短いほど、従来のテーパースロットアンテナ（方位角方向の半値角は４３．０ｄｅｇ、仰俯角方向の半値角は７９．７ｄｅｇ）に比べ、半値角が小さく、放射ビームの幅が細くなることが判る。 According to the experimental result of such a half-value angle, the shorter the distance L within the range of 0.1 mm or more and 2.8 mm or less, the more the conventional tapered slot antenna (the half-value angle in the azimuth direction is 43.0 deg, the elevation angle direction) It can be seen that the half-value angle is smaller than that of 79.7 deg), and the half-value angle is smaller and the width of the radiation beam becomes narrower.
最大利得及び半値角の上記実験結果を総合すれば、距離Ｌが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲内となるように、スロット分離素子３を放射スロット２２内に設けることにより、正面方向の利得が顕著に向上し、放射ビームの幅を狭小化することができる。
By combining the above experimental results of the maximum gain and the half-value angle, by providing the
特に、放射スロット２２の給電部２２ａにおけるスロット幅Ｗｓ１は、Ｗｓ１＝０．２ｍｍであることから、距離Ｌをスロット幅Ｗｓ１よりも長くすることにより、スロット分離素子３の先端部３ａが給電部２２ａに近づき過ぎることによって伝送損失が増大するのを防止することができる。
In particular, since the slot width W s1 in the
本実施の形態によれば、給電部２２ａから開放端２２ｂにかけてスロット幅が広がるテーパー形状を有する放射スロット２２により、広帯域にわたって高いアンテナ利得と鋭い指向性を得ることができる。また、給電部２２ａから開放端２２ｂまで放射スロット２２を伝搬した電磁波は、離間した２つの開口５から自由空間へ放射され、干渉によって強め合うので、従来のテーパースロットアンテナに比べ、正面方向７の利得を向上させることができる。従って、開放端２２ｂにおけるスロット幅やテーパー部の長さを大きくすることなく、正面方向７の利得をさらに向上させることができる。
According to the present embodiment, it is possible to obtain high antenna gain and sharp directivity over a wide band by the
また、離間した２つの開口５から自由空間へ放射された電磁波の干渉により、誘電体基板１０と平行な平面内における放射ビームの幅を狭小化することができる。さらに、放射スロット２２とスロット分離素子３との間に、直線状に延びるスロット線路が形成されるので、放射スロット２２において給電部２２ａから開放端２２ｂまで電磁波を効率良く伝達させることができる。また、放射スロット２２の開放端２２ｂにおける２つの開口５の間隔Ｗを自由空間波長λ０の１／２倍以上にすることにより、開口間隔Ｗが自由空間波長λ０の１／２倍未満である場合に比べて、正面方向７の利得を顕著に増大させることができる。
Further, the width of the radiation beam in a plane parallel to the
また、放射スロット２２の給電部２２ａからスロット分離素子３までの距離Ｌを給電部２２ａにおけるスロット幅Ｗｓ１よりも長くすることにより、スロット分離素子３が放射スロット２２の給電部２２ａに近づき過ぎることによって伝送損失が増大するのを防止することができる。また、スロットアンテナ１では、ＭＳＬ４及び結合スロット２１を介し、放射スロット２２に給電することができる。このため、導波管を用いて給電する場合に比べて、誘電体基板１０の厚さ方向に関し、スロットアンテナ１のサイズを小型化することができる。
In addition, by longer than the slot width W s1 at the
なお、本実施の形態では、放射スロット２２が開放端２２ｂから給電部２２ａにかけて傾斜した略Ｖ字形状からなり、スロット分離素子３が開放端２２ｂを一辺とする略三角形形状からなる場合の例について説明したが、本発明は放射スロット２２やスロット分離素子３の構成をこれに限定するものではない。例えば、放射スロット２２は、曲線形状からなるものや、テーパー部から開放端２２ｂにかけて等幅で伸びる等幅部を有するものであっても良い。また、スロット分離素子３は、素子幅が曲線的に狭まる形状からなるものや、開放端２２ｂから等幅で伸びる等幅部を有するものであっても良い。
In the present embodiment, the
図７は、スロットアンテナ１の他の構成例を示した図であり、スロットアンテナ１を上方から見た様子が示されている。図中の（ａ）には、曲線形状からなる放射スロット２２及びスロット分離素子３が示されている。このスロットアンテナ１では、放射スロット２２が、給電部２２ａから開放端２２ｂにかけてスロット幅が広がるとともに、開放端２２ｂ付近で急激にスロット幅が広がっている。
FIG. 7 is a view showing another configuration example of the slot antenna 1 and shows the slot antenna 1 as viewed from above. (A) in the figure shows a
スロット分離素子３は、開放端２２ｂから遠ざかるに従って素子幅が狭まるとともに、開放端２２ｂ付近で急激に素子幅が狭まっている。この様なスロット分離素子３を放射スロット２２内に設けることにより、当該放射スロット２２が分離され、給電部２２ａ付近から開放端２２ｂにかけて概ね等幅で延伸する２つのスロット線路が形成されている。
The
図中の（ｂ）には、放射スロット２２がテーパー部２２１及び等幅部２２２からなり、スロット分離素子３がテーパー部１２１及び等幅部１２２からなる場合が示されている。放射スロット２２のテーパー部２２１は、給電部２２ａから開放端２２ｂに向かってスロット幅が広がるテーパー形状からなる。等幅部２２２は、このテーパー部２２１の終端から開放端２２ｂにかけて概ね等幅で延びる溝形状からなる。
(B) in the drawing shows a case where the
スロット分離素子３のテーパー部１２１は、開放端２２ｂから遠ざかるに従って素子幅が狭まるテーパー形状からなる。等幅部１２２は、開放端２２ｂから概ね等幅で延び、テーパー部１２１に接続する形状からなる。この様なスロット分離素子３を放射スロット２２内に設けた場合にも、給電部２２ａ付近から開放端２２ｂにかけて概ね等幅で延伸する２つのスロット線路が形成される。
The
図中の（ｃ）には、誘電体基板１０に切込みが形成され、誘電体基板１０の前端面から後退した端面１０ａに隣接させて放射スロット２２及びスロット分離素子３を設けた場合が示されている。端面１０ａは、誘電体基板１０に形成された切込みの底面である。放射スロット２２の開放端２２ｂは、この端面１０ａに位置している。
(C) in the figure shows a case where a cut is formed in the
放射スロット２２は、給電部２２ａから開放端２２ｂにかけてスロット幅が広がるテーパー形状からなり、スロット分離素子３は、開放端２２ｂから遠ざかるに従って素子幅が狭まるテーパー形状からなる。図７の（ａ）〜（ｃ）に示したスロットアンテナ１であっても、広帯域にわたって高いアンテナ利得及び鋭い指向性を有しながら、サイズを大型化させることなく、正面方向７の利得をさらに向上させることができる。
The radiating
１ スロットアンテナ
１０ 誘電体基板
１１ 第１導体層
１２ 第２導体層
２ スロット線路
２１ 結合スロット
２２ 放射スロット
２２ａ 給電部
２２ｂ 開放端
３ スロット分離素子
３ａ 先端部
４ ＭＳＬ
５ 開口
６ 回路基板
７ スロットアンテナの正面方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5
Claims (5)
第１導体層に形成された切込みからなり、給電部から開放端に向かってスロット幅が広がるテーパー部を有する放射スロットと、
上記誘電体基板上の上記放射スロット内に、第１導体層から離間して形成された第２導体層からなり、上記開放端から遠ざかるに従って素子幅が狭まるスロット分離素子とを備え、
上記放射スロットと上記スロット分離素子との間には、概ね等幅で延びるスロット線路が形成されていることを特徴とするスロットアンテナ。 A first conductor layer formed on a dielectric substrate;
A radiating slot comprising a notch formed in the first conductor layer and having a tapered portion in which the slot width is widened from the feeding portion toward the open end;
A slot separation element comprising a second conductor layer formed away from the first conductor layer in the radiation slot on the dielectric substrate and having an element width narrowing as the distance from the open end increases ;
A slot antenna, characterized in that a slot line extending substantially at the same width is formed between the radiation slot and the slot separation element .
上記スロット分離素子は、上記開放端を一辺とする略三角形形状からなることを特徴とする請求項１に記載のスロットアンテナ。 The radiating slot has a substantially V shape inclined from the open end to the power feeding unit,
The slot antenna according to claim 1, wherein the slot separation element has a substantially triangular shape with the open end as one side.
第１導体層に対向させて上記誘電体基板上に形成された第３導体層からなり、上記結合スロットと交差するマイクロストリップ線路とを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスロットアンテナ。 A coupling slot consisting of a cut in the first conductor layer and extending from the feeding portion to the side opposite to the open end;
5. A microstrip line comprising a third conductor layer formed on the dielectric substrate so as to face the first conductor layer and intersecting the coupling slot. The slot antenna as described in.
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