JP6611238B2 - Waveguide / transmission line converter, array antenna, and planar antenna - Google Patents
Waveguide / transmission line converter, array antenna, and planar antenna Download PDFInfo
- Publication number
- JP6611238B2 JP6611238B2 JP2015181230A JP2015181230A JP6611238B2 JP 6611238 B2 JP6611238 B2 JP 6611238B2 JP 2015181230 A JP2015181230 A JP 2015181230A JP 2015181230 A JP2015181230 A JP 2015181230A JP 6611238 B2 JP6611238 B2 JP 6611238B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- transmission line
- dielectric substrate
- antenna
- disposed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
Description
本発明は、(1)導波管により伝送される電力と伝送線路により伝送される電力を相互に変換する導波管/伝送線路変換器、(2)アンテナ素子が平面上に直線状に配置され導波管/伝送線路変換器により給電されるアレーアンテナ、及び、(3)アンテナ素子が平面上に格子状に配置され導波管/伝送線路変換器により給電される平面アンテナに関する。 The present invention includes (1) a waveguide / transmission line converter for mutually converting power transmitted by a waveguide and power transmitted by a transmission line, and (2) antenna elements arranged linearly on a plane. The present invention relates to an array antenna fed by a waveguide / transmission line converter, and (3) a planar antenna in which antenna elements are arranged in a lattice on a plane and fed by a waveguide / transmission line converter.
導波管/伝送線路変換器は、アレー/平面アンテナへの給電等に適用されており、特許文献1、2等に開示されている。まず、特許文献1では、導波管内の電界強度の高い位置において、伝送線路を挿入している。しかし、特許文献1では、導波管内の電磁波が有する波長のほぼ1/4に等しい距離分だけ、導波管に沿って伝送線路から離れた位置において、導波管短絡面を必要とする。よって、特許文献1では、導波管/伝送線路変換器を小型化することができず、短絡面を形成する構造体が、アレー/平面アンテナを形成する面より前面に存在するため、アレー/平面アンテナの指向性の劣化原因となる。
The waveguide / transmission line converter is applied to power feeding to an array / planar antenna, and is disclosed in
次に、特許文献2では、整合素子に伝送線路を結合し、伝送線路から導波管へ電波を伝搬する技術を利用している。以下の説明から明らかなように、特許文献2では、特許文献1と比べて、導波管/伝送線路変換器を小型化することができ、アレー/平面アンテナの指向性を劣化させる原因となる短絡面を形成する構造体を無くすことができる。
Next, in
従来技術の導波管/伝送線路変換器の構成を図1に示す。最上段は、導波管/伝送線路変換器1’の側面断面図を示す。第2段は、導波管/伝送線路変換器1’の矢視A’−A’平面断面図を示す。第3段は、導波管/伝送線路変換器1’の矢視B’−B’平面断面図を示す。最下段は、後述する整合素子17’の共振長の方向の電界分布を示す。 The configuration of a prior art waveguide / transmission line converter is shown in FIG. The top row shows a side sectional view of the waveguide / transmission line converter 1 '. The second stage shows a cross-sectional view of the waveguide / transmission line converter 1 'taken along the arrow A'-A'. The third stage shows a cross-sectional plan view of the waveguide / transmission line converter 1 ′ taken along the arrow B′-B ′. The bottom row shows the electric field distribution in the direction of the resonance length of the matching element 17 'described later.
導波管/伝送線路変換器1’は、導波管11’により伝送される電力と、伝送線路12’により伝送される電力と、を相互に変換するために、誘電体基板13’、短絡金属層14’、金属部材15’、接地金属層16’及び整合素子17’を備える。
The waveguide / transmission line converter 1 ′ has a short circuit for the
誘電体基板13’は、導波管11’の開口部を塞ぐように配置される。誘電体基板13’の面は、導波管11’の導波方向に垂直な面である。図1の第2、3段において、誘電体基板13’のうちパターンが配置される部分は、白地で示され、誘電体基板13’のうちパターンが配置されない部分は、斜線で示される。
The
短絡金属層14’は、誘電体基板13’の表面かつ導波管11’の外部に配置され、誘電体基板13’を貫通する金属部材15’及び誘電体基板13’の表面かつ導波管11’の外枠に配置される接地金属層16’により、導波管11’と同電位に保持される。
The short-circuit metal layer 14 'is disposed on the surface of the dielectric substrate 13' and outside the waveguide 11 ', and the
整合素子17’は、誘電体基板13’の表面かつ導波管11’の内部に配置され、誘電体基板13’を介して伝送線路12’と電磁的に結合され、整合素子17’の周囲の環境における実効波長λg’の電磁波を定在波として立てるための共振長(ほぼλg’/2)を、導波管11’内の電界方向及び伝送線路12’の給電方向に有する。
The
従来技術を利用した第1の平面アンテナの概要を図2に示す。平面アンテナP1’は、特許文献1、2に開示されていない。平面アンテナP1’では、アンテナ素子が平面上に格子状に配置される。格子状に配置されるアンテナ素子は、各列のアレーアンテナA1’に分割される。各列のアレーアンテナA1’は、各列のほぼ中央に配置され各列分の中央給電を行なう導波管/伝送線路変換器1’に接続される1本の伝送線路12’により、導波管/伝送線路変換器1’を挟んで逆方向に逆位相で給電される。導波管/伝送線路変換器1’を挟んで逆方向のアンテナ素子において、同方向の電界及び同方向の指向性を得るためである。誘電体基板13’は、アンテナ素子が格子状に配置される平面である。導波管11’の広壁面の断面は、各列のアレーアンテナA1’の方向に平行な方向に配置される。導波管11’の狭壁面の断面は、各列のアレーアンテナA1’の方向に垂直な方向に配置される。
FIG. 2 shows an outline of a first planar antenna using the prior art. The planar antenna P1 'is not disclosed in
従来技術を利用した第2の平面アンテナの概要を図3に示す。平面アンテナP2’は、特許文献1、2に開示されていない。平面アンテナP2’では、アンテナ素子が平面上に格子状に配置される。格子状に配置されるアンテナ素子は、各列のアレーアンテナA2’に分割される。各列のアレーアンテナA2’は、各列のほぼ中央に配置され各列分の中央給電を行なう導波管/伝送線路変換器1’に接続される2本の伝送線路12’により、導波管/伝送線路変換器1’を挟んで逆方向に逆位相で給電される。導波管/伝送線路変換器1’を挟んで逆方向のアンテナ素子において、同方向の電界及び同方向の指向性を得るためである。誘電体基板13’は、アンテナ素子が格子状に配置される平面である。導波管11’の狭壁面の断面は、各列のアレーアンテナA2’の方向に平行な方向に配置される。導波管11’の広壁面の断面は、各列のアレーアンテナA2’の方向に垂直な方向に配置される。
FIG. 3 shows an outline of the second planar antenna using the prior art. The planar antenna P2 'is not disclosed in
各列のアレーアンテナA1’、A2’が各列の中央で給電されることにより、平面アンテナP1’、P2’の中心周波数からずれた周波数において、各列を構成する各アンテナ素子の励振位相が互いにずれても、各列を構成する各アンテナ素子の合成結果は、広い周波数範囲で任意の一方向に利得の高い指向性を形成できる。 The array antennas A1 ′ and A2 ′ of each column are fed at the center of each column, so that the excitation phase of each antenna element constituting each column is changed at a frequency shifted from the center frequency of the planar antennas P1 ′ and P2 ′. Even if they deviate from each other, the combined result of the antenna elements constituting each column can form a high gain directivity in any one direction in a wide frequency range.
しかし、導波管/伝送線路変換器1’において、誘電体基板13’の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管11’の狭壁面及び広壁面の断面に沿う方向のサイズpN’、pW’(図1を参照。)は、大きくならざるを得ない。よって、平面アンテナP1’、P2’において、互いに隣り合う各列のアレーアンテナA1’、A2’の間隔d’は、放射される電磁波が有する波長λ0の半分に等しい長さλ0/2より広くならざるを得ない。これにより、アレーアンテナA1’、A2’における可視領域は、広くならざるを得ず、平面アンテナP1’、P2’における指向性は、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビームを走査する際に、グレーティングローブを発生しやすくなる。
However, in the waveguide / transmission line converter 1 ′, among the sizes of the patterns arranged on the surface of the
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、導波管/伝送線路変換器において、誘電体基板の表面に配置されるパターンのサイズを小さくして、平面アンテナにおいて、互いに隣り合う各列のアレーアンテナの間隔を狭くして、これにより、平面アンテナにおける指向性が、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビームを走査する際に、グレーティングローブを発生しにくくすることを目的とする。 Accordingly, in order to solve the above-described problems, the present invention provides a waveguide / transmission line converter in which each of the rows adjacent to each other in the planar antenna is reduced by reducing the size of the pattern disposed on the surface of the dielectric substrate. The array antennas of the antennas are narrowed so that the directivity of the planar antennas can be reduced, especially when adjusting the phase information of each antenna element and scanning the beam to a wide angle. Objective.
上記目的を達成するために、誘電体基板の表面に形成される伝送線路に、誘電体層を密着又は近接して形成することにより、伝送線路の周囲の環境での実効誘電率を高くして、伝送線路の周囲のパターンのサイズを小型化することとした。 In order to achieve the above object, the effective dielectric constant in the environment around the transmission line is increased by forming a dielectric layer in close contact with or close to the transmission line formed on the surface of the dielectric substrate. The size of the pattern around the transmission line was reduced.
具体的には、本発明は、導波管により伝送される電力と、伝送線路により伝送される電力と、を相互に変換する導波管/伝送線路変換器であって、前記導波管の開口部を塞ぐように配置される誘電体基板と、前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の外部に配置される前記伝送線路と、前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の内部に配置される整合素子と、前記伝送線路の表面に形成される伝送線路側誘電体層と、を備えることを特徴とする導波管/伝送線路変換器である。 Specifically, the present invention is a waveguide / transmission line converter that mutually converts power transmitted by a waveguide and power transmitted by a transmission line, A dielectric substrate disposed so as to close the opening; the transmission line disposed on the surface of the dielectric substrate and outside the waveguide; and the surface of the dielectric substrate and the interior of the waveguide. A waveguide / transmission line converter comprising: a matching element to be disposed; and a transmission line side dielectric layer formed on a surface of the transmission line.
この構成によれば、導波管/伝送線路変換器において、誘電体基板の表面に形成される伝送線路の周囲のパターンのサイズを小さくすることができる。 According to this configuration, in the waveguide / transmission line converter, the size of the pattern around the transmission line formed on the surface of the dielectric substrate can be reduced.
また、本発明は、前記伝送線路側誘電体層の厚さは、前記伝送線路の周囲の環境での電磁波の実効波長の0.2倍以下であることを特徴とする導波管/伝送線路変換器である。 In the invention, it is preferable that the thickness of the dielectric layer on the transmission line side is 0.2 times or less the effective wavelength of the electromagnetic wave in the environment around the transmission line. It is a converter.
この構成によれば、伝送線路及び整合素子の間の誘電体基板から電界が漏れ出す領域をカバーするために、最小限の厚さの誘電体層を形成すれば足りるようになる。 According to this configuration, it is sufficient to form a dielectric layer having a minimum thickness in order to cover a region where the electric field leaks from the dielectric substrate between the transmission line and the matching element.
上記目的を達成するために、誘電体基板の表面に形成される整合素子に、誘電体層を密着又は近接して形成することにより、整合素子の周囲の環境での実効誘電率を高くして、整合素子の周囲のパターンのサイズを小型化することとした。 In order to achieve the above object, by forming a dielectric layer in close contact with or close to the matching element formed on the surface of the dielectric substrate, the effective dielectric constant in the environment around the matching element is increased. Therefore, the size of the pattern around the matching element is reduced.
具体的には、本発明は、導波管により伝送される電力と、伝送線路により伝送される電力と、を相互に変換する導波管/伝送線路変換器であって、前記導波管の開口部を塞ぐように配置される誘電体基板と、前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の外部に配置される前記伝送線路と、前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の内部に配置される整合素子と、前記整合素子の表面に形成される整合素子側誘電体層と、を備えることを特徴とする導波管/伝送線路変換器である。 Specifically, the present invention is a waveguide / transmission line converter that mutually converts power transmitted by a waveguide and power transmitted by a transmission line, A dielectric substrate disposed so as to close the opening; the transmission line disposed on the surface of the dielectric substrate and outside the waveguide; and the surface of the dielectric substrate and the interior of the waveguide. A waveguide / transmission line converter comprising: a matching element disposed; and a matching element-side dielectric layer formed on a surface of the matching element.
この構成によれば、導波管/伝送線路変換器において、誘電体基板の表面に形成される整合素子の周囲のパターンのサイズを小さくすることができる。 According to this configuration, in the waveguide / transmission line converter, the size of the pattern around the matching element formed on the surface of the dielectric substrate can be reduced.
また、本発明は、前記整合素子側誘電体層の厚さは、前記整合素子の周囲の環境での電磁波の実効波長の0.2倍以下であることを特徴とする導波管/伝送線路変換器である。 The waveguide / transmission line according to the invention is characterized in that the thickness of the dielectric layer on the matching element side is not more than 0.2 times the effective wavelength of the electromagnetic wave in the environment around the matching element. It is a converter.
この構成によれば、伝送線路及び整合素子の間の誘電体基板から電界が漏れ出す領域をカバーするために、最小限の厚さの誘電体層を形成すれば足りるようになる。 According to this configuration, it is sufficient to form a dielectric layer having a minimum thickness in order to cover a region where the electric field leaks from the dielectric substrate between the transmission line and the matching element.
また、本発明は、アンテナ素子が平面上に直線状に配置されるアレーアンテナであって、直線状に配置されるアンテナ素子は、一列のほぼ中央に配置され一列分の中央給電を行なう上記の導波管/伝送線路変換器(伝送線路側誘電体層を備える)に接続される前記伝送線路により、上記の導波管/伝送線路変換器(伝送線路側誘電体層を備える)を挟んで逆方向に逆位相で給電され、前記誘電体基板の表面のうちの前記伝送線路が配置される表面に配置され、前記伝送線路側誘電体層により素子の表面を覆われることを特徴とするアレーアンテナである。 Further, the present invention is an array antenna in which antenna elements are arranged in a straight line on a plane, and the antenna elements arranged in a straight line are arranged almost at the center of one row and perform central feeding for one row. The transmission line connected to the waveguide / transmission line converter (including the transmission line side dielectric layer) sandwiches the waveguide / transmission line converter (including the transmission line side dielectric layer). The array is fed in the opposite direction and in the opposite phase, disposed on the surface of the dielectric substrate on which the transmission line is disposed, and the surface of the element is covered with the dielectric layer on the transmission line side. It is an antenna.
また、本発明は、アンテナ素子が平面上に格子状に配置される平面アンテナであって、格子状に配置されるアンテナ素子は、各列のほぼ中央に配置され各列分の中央給電を行なう上記の導波管/伝送線路変換器(伝送線路側誘電体層を備える)に接続される前記伝送線路により、上記の導波管/伝送線路変換器(伝送線路側誘電体層を備える)を挟んで逆方向に逆位相で給電され、前記誘電体基板の表面のうちの前記伝送線路が配置される表面に配置され、前記伝送線路側誘電体層により素子の表面を覆われることを特徴とする平面アンテナである。 Further, the present invention is a planar antenna in which antenna elements are arranged in a grid pattern on a plane, and the antenna elements arranged in a grid pattern are arranged almost at the center of each column and perform central feeding for each column. The waveguide / transmission line converter (including the transmission line side dielectric layer) is connected to the waveguide / transmission line converter (including the transmission line side dielectric layer). Power is fed in opposite phase in the opposite direction, and is disposed on the surface of the dielectric substrate where the transmission line is disposed, and the surface of the element is covered by the transmission line-side dielectric layer. Is a planar antenna.
この構成によれば、導波管/伝送線路変換器において、誘電体基板の表面に配置されるパターンのサイズを小さくすることができ、平面アンテナにおいて、互いに隣り合う各列のアレーアンテナの間隔を狭くすることができる。これにより、平面アンテナにおける指向性が、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビームを走査する際に、グレーティングローブを発生しにくくすることができる。 According to this configuration, in the waveguide / transmission line converter, the size of the pattern arranged on the surface of the dielectric substrate can be reduced, and in the planar antenna, the interval between the array antennas in the adjacent columns can be reduced. Can be narrowed. Thereby, the directivity in the planar antenna can make it difficult to generate a grating lobe particularly when adjusting the phase information of each antenna element and scanning the beam to a wide angle.
そして、誘電体基板の一の表面に形成される伝送線路と同様に、誘電体基板のその表面に形成されるアンテナ素子導体に、誘電体層を密着又は近接して形成することにより、アンテナ素子導体から放射された電磁波を、ほぼ球面波の状態で誘電体層に入射させることができる。すると、誘電体層に0度の入射角で入射した電磁波については、誘電体層内部の伝搬距離はより短くなり、誘電体層による位相遅れはより少なくなる。一方で、誘電体層に有限の入射角で入射した電磁波については、誘電体層内部の伝搬距離はより長くなり、誘電体層による位相遅れはより多くなる。よって、誘電体層から出射した電磁波は、誘電体層を設けない場合の電磁波と比べ、広角指向性を有することができる。 Then, similarly to the transmission line formed on one surface of the dielectric substrate, the antenna element is formed in close contact with or close to the antenna element conductor formed on the surface of the dielectric substrate. The electromagnetic wave radiated from the conductor can be incident on the dielectric layer in a substantially spherical wave state. Then, for the electromagnetic wave incident on the dielectric layer at an incident angle of 0 degrees, the propagation distance inside the dielectric layer becomes shorter and the phase delay due to the dielectric layer becomes smaller. On the other hand, for electromagnetic waves incident on the dielectric layer at a finite incident angle, the propagation distance inside the dielectric layer becomes longer and the phase delay due to the dielectric layer becomes larger. Therefore, the electromagnetic wave emitted from the dielectric layer can have a wide-angle directivity as compared with the electromagnetic wave when the dielectric layer is not provided.
さらに、誘電体層をアンテナ素子導体に密着又は近接して形成する場合には、誘電体層を形成することなく誘電体基板のみを配置する場合より、アンテナ素子導体の周囲の環境での実効誘電率が高くなるため、放射効率を高く維持したうえで、アンテナ素子導体を小型化することができ、アンテナ素子に広角指向性を持たせることができる。 Further, when the dielectric layer is formed in close contact with or in close proximity to the antenna element conductor, the effective dielectric in the environment around the antenna element conductor is more than when only the dielectric substrate is disposed without forming the dielectric layer. Since the rate increases, the antenna element conductor can be reduced in size while maintaining high radiation efficiency, and the antenna element can have wide-angle directivity.
このように、本発明は、導波管/伝送線路変換器において、誘電体基板の表面に配置されるパターンのサイズを小さくして、平面アンテナにおいて、互いに隣り合う各列のアレーアンテナの間隔を狭くして、これにより、平面アンテナにおける指向性が、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビームを走査する際に、グレーティングローブを発生しにくくすることができる。 As described above, in the waveguide / transmission line converter according to the present invention, the size of the pattern arranged on the surface of the dielectric substrate is reduced, and the spacing between the array antennas in the adjacent columns in the planar antenna is reduced. Thus, the directivity in the planar antenna can be made narrow, and in particular, when adjusting the phase information of each antenna element and scanning the beam to a wide angle, it is possible to make it difficult to generate a grating lobe.
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
(導波管/伝送線路変換器の構成)
本発明の第1の導波管/伝送線路変換器の構成を図4に示す。最上段は、導波管/伝送線路変換器1の側面断面図を示す。第2段は、導波管/伝送線路変換器1の矢視A−A平面断面図を示す。第3段は、導波管/伝送線路変換器1の矢視B−B平面断面図を示す。最下段は、後述する整合素子17の共振長の方向の電界分布を示す。
(Configuration of waveguide / transmission line converter)
The configuration of the first waveguide / transmission line converter of the present invention is shown in FIG. The uppermost stage shows a side sectional view of the waveguide / transmission line converter 1. The second stage shows an AA plane cross-sectional view of the waveguide / transmission line converter 1. The third stage shows a cross-sectional view taken along the line B-B of the waveguide / transmission line converter 1. The bottom row shows the electric field distribution in the direction of the resonance length of the matching
導波管/伝送線路変換器1は、導波管11により伝送される電力と、伝送線路12により伝送される電力と、を相互に変換するために、誘電体基板13、短絡金属層14、金属部材15、接地金属層16、整合素子17及び誘電体層10L、10Pを備える。
The waveguide / transmission line converter 1 includes a
誘電体基板13は、導波管11の開口部を塞ぐように配置される。誘電体基板13の面は、導波管11の導波方向に垂直な面である。図4の第2、3段において、誘電体基板13のうちパターンが配置される部分は、白地で示され、誘電体基板13のうちパターンが配置されない部分は、斜線で示される。
The
短絡金属層14は、誘電体基板13の表面かつ導波管11の外部に配置され、誘電体基板13を貫通する金属部材15及び誘電体基板13の表面かつ導波管11の外枠に配置される接地金属層16により、導波管11と同電位に保持される。
The short-
整合素子17は、誘電体基板13の表面かつ導波管11の内部に配置され、誘電体基板13を介して伝送線路12と電磁的に結合され、整合素子17の周囲の環境における実効波長λg(誘電体層とともに後述。)の電磁波を定在波として立てるための共振長(ほぼλg/2)を、導波管11内の電界方向及び伝送線路12の給電方向に有する。
The matching
ここで、整合素子17及び伝送線路12は、別層に存在する。そして、伝送線路12の先端形状は、切り欠き付きのスタブ又はスロットである。よって、整合素子17及び伝送線路12は、電磁的な結合を実現することができる。
Here, the matching
図4の説明では、金属部材15は、導波管11の2面の広壁面及び2面の狭壁面の断面に沿って誘電体基板13を貫通する「スルーホール」で形成されている。図4の変形例としては、金属部材15は、導波管11の2面の広壁面及び2面の狭壁面の断面に沿って誘電体基板13を貫通する「導体壁」であってもよい。
In the description of FIG. 4, the
誘電体層10Lは、伝送線路12及び短絡金属層14の表面に、密着又は近接して形成される。よって、図4において、図1と比べて、伝送線路12及び短絡金属層14の周囲の環境での実効誘電率を高くすることができ、伝送線路12及び短絡金属層14の周囲の環境での電磁波の実効波長λgを短くすることができ、導波管11の狭壁面及び広壁面の断面に沿う方向のサイズpN、pWを小さくすることができる。
The dielectric layer 10 </ b> L is formed in close contact with or close to the surfaces of the
誘電体層10Lの厚さは、伝送線路12及び短絡金属層14の周囲の環境での電磁波の実効波長λgの0.2倍以下であることが望ましい。すると、伝送線路12及び整合素子17の間の誘電体基板13から電界が漏れ出す領域をカバーするために、最小限の厚さの誘電体層10Lを形成すれば足りるようになる。図4の説明では、誘電体層10Lは、伝送線路12及び短絡金属層14の表面のみに形成されている。図4の変形例としては、誘電体層10Lは、誘電体基板13の全面に形成されてもよい。更なる変形例としては、誘電体層10Lは形成されるが、誘電体層10Pはなくてもよい。
The thickness of the
誘電体層10Pは、整合素子17の表面に、密着又は近接して形成される。よって、図4において、図1と比べて、整合素子17の周囲の環境での実効誘電率を高くすることができ、整合素子17の周囲の環境での電磁波の実効波長λgを短くすることができ、整合素子17の共振長(ほぼλg/2)を短くすることができ、導波管11の狭壁面及び広壁面の断面に沿う方向のサイズpN、pWを小さくすることができる。
The
誘電体層10Pの厚さは、整合素子17の周囲の環境での電磁波の実効波長λgの0.2倍以下であることが望ましい。すると、伝送線路12及び整合素子17の間の誘電体基板13から電界が漏れ出す領域をカバーするために、最小限の厚さの誘電体層10Pを形成すれば足りるようになる。図4の説明では、誘電体層10Pは、整合素子17の表面及び導波管11の内部のみに形成されている。図4の変形例としては、誘電体層10Pは、接地が確保される限りにおいて、誘電体基板13の全面に形成されてもよい。更なる変形例としては、誘電体層10Pは形成されるが、誘電体層10Lはなくてもよい。
The thickness of the
本発明の第2の導波管/伝送線路変換器の構成を図5に示す。最上段は、導波管/伝送線路変換器2の側面断面図を示す。第2段は、導波管/伝送線路変換器2の矢視C−C平面断面図を示す。第3段は、導波管/伝送線路変換器2の矢視D−D平面断面図を示す。最下段は、後述する整合素子27の共振長の方向の電界分布を示す。
The configuration of the second waveguide / transmission line converter of the present invention is shown in FIG. The uppermost stage shows a side sectional view of the waveguide /
導波管/伝送線路変換器2は、導波管21により伝送される電力と、伝送線路22により伝送される電力と、を相互に変換するために、誘電体基板23、短絡金属層24、金属部材25、接地金属層26、整合素子27及び誘電体層20L、20Pを備える。
The waveguide /
図5における導波管21、伝送線路22、誘電体基板23、短絡金属層24、金属部材25、接地金属層26及び誘電体層20L、20Pは、図4における導波管11、伝送線路12、誘電体基板13、短絡金属層14、金属部材15、接地金属層16及び誘電体層10L、10Pと、それぞれほぼ同様のものである。
The
図5において、パッチの周囲の環境における電磁波の実効波長のほぼ1/4に等しい共振長を有し、誘電体基板を貫通する金属部材により、共振長の方向の一端を金属地板と同電位に保持される、パッチアンテナを応用した。すなわち、整合素子27は、整合素子27の周囲の環境における電磁波の実効波長λgのほぼ1/4に等しい共振長を、導波管21内の電界方向及び伝送線路22の給電方向に有し、誘電体基板23を貫通する金属部材25により、共振長の方向の一端を導波管21と同電位に保持される。
In FIG. 5, a metal member having a resonance length approximately equal to ¼ of the effective wavelength of the electromagnetic wave in the environment surrounding the patch, and having one end in the direction of the resonance length at the same potential as the metal ground plane by a metal member penetrating the dielectric substrate. Retained patch antenna applied. That is, the matching
よって、図5において、図4と比べて、導波管21の狭壁面の断面に沿う方向のサイズpNを小さくすることができる。そして、図5において、図4と同様に、導波管21の広壁面の断面に沿う方向のサイズpWを小さくすることができる。
Therefore, in FIG. 5, the size PN in the direction along the cross section of the narrow wall surface of the
本発明の第3の導波管/伝送線路変換器の構成を図6に示す。最上段は、導波管/伝送線路変換器3の側面断面図を示す。第2段は、導波管/伝送線路変換器3の矢視E−E平面断面図を示す。第3段は、導波管/伝送線路変換器3の矢視F−F平面断面図を示す。最下段は、後述する整合素子37の共振長の方向の電界分布を示す。
The configuration of the third waveguide / transmission line converter of the present invention is shown in FIG. The uppermost stage shows a side sectional view of the waveguide / transmission line converter 3. The second stage shows a cross-sectional view taken along the line EE of the waveguide / transmission line converter 3. The third stage shows an FF plane cross-sectional view of the waveguide / transmission line converter 3 as viewed in the direction of the arrows. The bottom row shows the electric field distribution in the direction of the resonance length of the matching
導波管/伝送線路変換器3は、導波管31により伝送される電力と、伝送線路32により伝送される電力と、を相互に変換するために、誘電体基板33、短絡金属層34、金属部材35、接地金属層36、整合素子37及び誘電体層30L、30Pを備える。
The waveguide / transmission line converter 3 includes a
図6における導波管31、伝送線路32、誘電体基板33、整合素子37及び誘電体層30L、30Pは、図4における伝送線路12、誘電体基板13、整合素子17及び誘電体層10L、10Pと、それぞれほぼ同様のものである。
The
図6において、導波管スロットアンテナにおいて、狭壁面を流れる電流が、狭壁面の断面に平行な方向に流れるところ、狭壁面に設けるスロットが、狭壁面の断面に平行な方向に設けられると、電磁波が放射されないことを応用した。すなわち、導波管31を誘電体基板33内に延長するとともに短絡金属層34を導波管31と同電位に保持するための金属部材35及び接地金属層36を(これらとともに短絡金属層34も)、導波管31の2面の広壁面の断面に沿っては残し、導波管31の2面のうちの両面又は片面の狭壁面の断面に沿っては除き、不用意に電磁波が放射されないようにする。
In FIG. 6, in the waveguide slot antenna, when the current flowing through the narrow wall surface flows in a direction parallel to the cross section of the narrow wall surface, when the slot provided in the narrow wall surface is provided in the direction parallel to the cross section of the narrow wall surface, Applied that electromagnetic waves are not emitted. That is, the
よって、図6において、図4と比べて、導波管31の広壁面の断面に沿う方向のサイズpWを2nW又はnWだけ小さくすることができる。そして、図6において、図4と同様に、導波管31の狭壁面の断面に沿う方向のサイズpNを小さくすることができる。
Therefore, in FIG. 6, the size p W in the direction along the cross section of the wide wall surface of the
本発明の第4の導波管/伝送線路変換器の構成を図7に示す。左欄第1段は、導波管/伝送線路変換器4の側面断面図を示す。左欄第2段は、導波管/伝送線路変換器4の矢視G−G平面断面図を示す。右欄最上段は、導波管/伝送線路変換器4の矢視H−H平面断面図を示す。右欄第2段は、導波管/伝送線路変換器4の矢視I−I平面断面図を示す。右欄第3段は、後述する整合素子48の共振長の方向の電界分布を示す。右欄最下段は、後述する無給電素子49の共振長の方向の電界分布を示す。
The configuration of the fourth waveguide / transmission line converter of the present invention is shown in FIG. The first column in the left column shows a side sectional view of the waveguide /
導波管/伝送線路変換器4は、導波管41により伝送される電力と、伝送線路42により伝送される電力と、を相互に変換するために、誘電体基板43、44、短絡金属層45、金属部材46、接地金属層47、整合素子48、無給電素子49及び誘電体層40L、40Pを備える。
The waveguide /
図7における導波管41、伝送線路42、誘電体基板43、44、短絡金属層45、金属部材46、接地金属層47及び誘電体層40L、40Pは、図4における導波管11、伝送線路12、誘電体基板13、短絡金属層14、金属部材15、接地金属層16及び誘電体層10L、10Pと、それぞれほぼ同様のものである。
The
図7において、パッチアンテナにおいて、パッチ素子の近傍に、寄生素子を配置することにより、広帯域化を図ることを応用した。すなわち、整合素子48の近傍かつ整合素子48と導波方向に異なる層に、無給電素子49を配置することにより、広帯域化を図ることができ、誘電体基板43、44のパターンの配置精度及び誘電体基板43、44のパターンと導波管41の間の位置精度が低いと想定される実際の場合においても、低い反射特性及び高い透過特性を再現性よく満足することができる。
In FIG. 7, in the patch antenna, the application of widening the band by arranging a parasitic element in the vicinity of the patch element is applied. That is, by providing the
よって、図7において、図4と同様に、導波管41の狭壁面の断面に沿う方向のサイズpNを小さくすることができる。そして、図7において、図4と同様に、導波管41の広壁面の断面に沿う方向のサイズpWを小さくすることができる。
Therefore, in FIG. 7, as in FIG. 4, the size PN in the direction along the cross section of the narrow wall surface of the
本発明の第5の導波管/伝送線路変換器の構成を図8に示す。最上段は、導波管/伝送線路変換器5の側面断面図を示す。第2段は、導波管/伝送線路変換器5の矢視J−J平面断面図を示す。第3段は、導波管/伝送線路変換器5の矢視K−K平面断面図を示す。最下段は、後述する整合素子57の電流に沿う方向の電界分布を示す。
The configuration of the fifth waveguide / transmission line converter of the present invention is shown in FIG. The uppermost stage shows a side sectional view of the waveguide / transmission line converter 5. The second stage shows a cross-sectional view taken along the line JJ of the waveguide / transmission line converter 5. The third stage shows a cross-sectional view taken along the line KK of the waveguide / transmission line converter 5. The bottom row shows the electric field distribution in the direction along the current of the matching
導波管/伝送線路変換器5は、導波管51により伝送される電力と、伝送線路52により伝送される電力と、を相互に変換するために、誘電体基板53、短絡金属層54、金属部材55、接地金属層56、整合素子57及び誘電体層50L、50Pを備える。
The waveguide / transmission line converter 5 includes a
図8における導波管51、伝送線路52、誘電体基板53、短絡金属層54、金属部材55、接地金属層56及び誘電体層50L、50Pは、図4における導波管11、伝送線路12、誘電体基板13、短絡金属層14、金属部材15、接地金属層16及び誘電体層10L、10Pと、それぞれほぼ同様のものである。
8, the
図8において、周縁部が開放される開放穴58が整合素子57に形成されることにより、誘電体基板53の等価誘電率が高くなることを応用した。
In FIG. 8, the fact that the equivalent dielectric constant of the
整合素子57に開放穴58を形成する以前には、整合素子57の電流方向は、整合素子57の長さ方向と平行方向である。よって、整合素子57の長さaは、整合素子57の電流経路の長さ(例えば、整合素子57の周囲の環境における電磁波の実効波長λgに対して、整合素子57の長さ方向の両端を開放する場合にはλg/2。)に等しくなる。
Before the
整合素子57に開放穴58を形成した以後には、整合素子57の電流方向は、開放穴58を迂回するような方向である。よって、整合素子57の長さaは、整合素子57の電流経路の長さ(例えば、整合素子57の周囲の環境における電磁波の実効波長λgに対して、整合素子57の長さ方向の両端を開放する場合にはλg/2。)より短くなる。
After the
このように、整合素子57に開放穴58を形成した以後には、整合素子57に開放穴58を形成する以前より、整合素子57の同一の共振周波数に対して、整合素子57の長さaが短くなるようにでき、誘電体基板53の等価誘電率が高くなったように見える。
Thus, after the
よって、図8において、図4と比べて、導波管51の狭壁面の断面に沿う方向のサイズpNを小さくすることができる。そして、図8において、図4と同様に、導波管51の広壁面の断面に沿う方向のサイズpWを小さくすることができる。
Therefore, in FIG. 8, the size PN in the direction along the cross section of the narrow wall surface of the
(アレーアンテナ及び平面アンテナの概要)
本発明の第1の平面アンテナの概要を図9に示す。平面アンテナP1では、アンテナ素子が平面上に格子状に配置される。格子状に配置されるアンテナ素子は、各列のアレーアンテナA1に分割される。各列のアレーアンテナA1は、各列のほぼ中央に配置され各列分の中央給電を行なう導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される1本の伝送線路により、導波管/伝送線路変換器1〜5を挟んで逆方向に逆位相で給電される。導波管/伝送線路変換器1〜5を挟んで逆方向のアンテナ素子において、同方向の電界及び同方向の指向性を得るためである。導波管/伝送線路変換器1〜5の誘電体基板は、アンテナ素子が格子状に配置される平面である。導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される導波管の広壁面の断面は、各列のアレーアンテナA1の方向に平行な方向に配置される。導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される導波管の狭壁面の断面は、各列のアレーアンテナA1の方向に垂直な方向に配置される。
(Outline of array antenna and planar antenna)
An overview of the first planar antenna of the present invention is shown in FIG. In the planar antenna P1, antenna elements are arranged in a grid pattern on a plane. The antenna elements arranged in a lattice shape are divided into array antennas A1 in each column. The array antenna A1 of each column is arranged in the waveguide / transmission line converters 1 to 5 which are arranged at substantially the center of each column and perform central feeding for each column. Power is fed in the opposite direction across the transmission line converters 1-5. This is because an antenna element in the opposite direction across the waveguide / transmission line converters 1 to 5 obtains the same electric field and directivity in the same direction. The dielectric substrate of the waveguide / transmission line converters 1 to 5 is a plane on which the antenna elements are arranged in a lattice shape. The cross section of the wide wall surface of the waveguide connected to the waveguide / transmission line converters 1 to 5 is arranged in a direction parallel to the direction of the array antenna A1 in each row. The cross-section of the narrow wall surface of the waveguide connected to the waveguide / transmission line converters 1 to 5 is arranged in a direction perpendicular to the direction of the array antenna A1 in each row.
本発明の第2の平面アンテナの概要を図10に示す。平面アンテナP2では、アンテナ素子が平面上に格子状に配置される。格子状に配置されるアンテナ素子は、各列のアレーアンテナA2に分割される。各列のアレーアンテナA2は、各列のほぼ中央に配置され各列分の中央給電を行なう導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される2本の伝送線路により、導波管/伝送線路変換器1〜5を挟んで逆方向に逆位相で給電される。導波管/伝送線路変換器1〜5を挟んで逆方向のアンテナ素子において、同方向の電界及び同方向の指向性を得るためである。導波管/伝送線路変換器1〜5の誘電体基板は、アンテナ素子が格子状に配置される平面である。導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される導波管の狭壁面の断面は、各列のアレーアンテナA2の方向に平行な方向に配置される。導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される導波管の広壁面の断面は、各列のアレーアンテナA2の方向に垂直な方向に配置される。 An outline of the second planar antenna of the present invention is shown in FIG. In the planar antenna P2, the antenna elements are arranged in a lattice pattern on the plane. The antenna elements arranged in a lattice shape are divided into array antennas A2 in each column. The array antenna A2 in each row is arranged in the waveguide / transmission line converters 1 to 5 that are arranged in the approximate center of each row and are connected to the waveguide / transmission line converters 1 to 5 that perform central feeding for each row. Power is fed in the opposite direction across the transmission line converters 1-5. This is because an antenna element in the opposite direction across the waveguide / transmission line converters 1 to 5 obtains the same electric field and directivity in the same direction. The dielectric substrate of the waveguide / transmission line converters 1 to 5 is a plane on which the antenna elements are arranged in a lattice shape. The cross-section of the narrow wall surface of the waveguide connected to the waveguide / transmission line converters 1 to 5 is arranged in a direction parallel to the direction of the array antenna A2 in each row. The cross section of the wide wall surface of the waveguide connected to the waveguide / transmission line converters 1 to 5 is arranged in a direction perpendicular to the direction of the array antenna A2 in each row.
各列のアレーアンテナA1、A2が各列の中央で給電されることにより、平面アンテナP1、P2の中心周波数からずれた周波数において、各列を構成する各アンテナ素子の励振位相が互いにずれても、各列を構成する各アンテナ素子の合成結果は、広い周波数範囲で任意の一方向に利得の高い指向性を形成できる。 By feeding the array antennas A1 and A2 of each column at the center of each column, even if the excitation phases of the antenna elements constituting each column are shifted from each other at a frequency shifted from the center frequency of the planar antennas P1 and P2. The combined result of the antenna elements constituting each column can form a high directivity with a high gain in any one direction over a wide frequency range.
そして、導波管/伝送線路変換器1〜5において、誘電体基板の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管の狭壁面及び広壁面の断面に沿う方向のサイズpN、pW(図4〜8を参照。)は、小さくすることができる。特に、導波管/伝送線路変換器2、5において、導波管の狭壁面の断面に沿う方向のサイズpN(図5、8を参照。)は、さらに小さくすることができる。また、導波管/伝送線路変換器3において、導波管の広壁面の断面に沿う方向のサイズpW(図6を参照。)は、さらに小さくすることができる。よって、平面アンテナP1、P2において、互いに隣り合う各列のアレーアンテナA1、A2の間隔dは、放射される電磁波が有する波長λ0の半分に等しい長さλ0/2より狭くすることができ、アレーアンテナA1、A2における可視領域は、狭くすることができ、平面アンテナP1、P2における指向性は、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビームを走査する際に、グレーティングローブを発生しにくくすることができる。
In the waveguide / transmission line converters 1 to 5, among the sizes of the patterns arranged on the surface of the dielectric substrate, the sizes p N and p in the direction along the cross-sections of the narrow wall surface and the wide wall surface of the waveguide. W (see FIGS. 4 to 8) can be reduced. In particular, in the waveguide /
(アンテナ素子の構成)
本発明のアンテナ素子の構成を図11に示す。本発明のアンテナ素子6は、誘電体基板61、地板導体62、アンテナ素子導体63及び誘電体層64から構成される。誘電体基板61は、導波管/伝送線路変換器1〜5の誘電体基板である。地板導体62は、導波管/伝送線路変換器1〜5の接地金属層であり、誘電体基板61の一方の表面に形成される。アンテナ素子導体63は、パッチアンテナ素子導体等であり、誘電体基板61の他方の表面に形成される。誘電体層64は、導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される伝送線路の表面及びアンテナ素子導体63の表面に形成される誘電体層である。
(Configuration of antenna element)
The configuration of the antenna element of the present invention is shown in FIG. The
誘電体層64は、レドームの機能を有し、アンテナ素子導体63に密着又は近接して形成されている。誘電体層64の厚さは、アンテナ素子6に広角指向性を持たせるように、そして、アンテナ素子6の指向性の正面方向のヌルを生じさせないように、アンテナ素子導体63の周囲の環境での電磁波の実効波長λgの0.1倍以上0.2倍以下である。
The
誘電体層64をアンテナ素子導体63に密着又は近接して形成するために、例えば、誘電体基板61の上記他方の表面及びアンテナ素子導体63の表面に、プリプレグ(接着剤)を塗布した後に、誘電体薄膜基板を搭載すればよい。この場合には、誘電体薄膜基板及びプリプレグ(接着剤)の厚さの合計が、アンテナ素子導体63の周囲の環境での電磁波の実効波長λgの0.1倍以上0.2倍以下となればよい。
In order to form the
このように、誘電体層64は、電磁波の波源であるアンテナ素子導体63に密着又は近接されている。よって、アンテナ素子導体63から放射された電磁波は、ほぼ球面波の状態で、誘電体層64に入射すると考えることができる。
As described above, the
すると、誘電体層64に0度の入射角で入射した電磁波については、誘電体層64内部の伝搬距離はより短く、誘電体層64による位相遅れはより少ない。一方で、誘電体層64に有限の入射角で入射した電磁波については、誘電体層64内部の伝搬距離はより長く、誘電体層64による位相遅れはより多い。よって、誘電体層64から出射した電磁波は、誘電体層64を設けない場合の電磁波と比べ、広角指向性を有する。
Then, for the electromagnetic wave incident on the
そして、誘電体層64をアンテナ素子導体63に密着又は近接して形成する場合には、誘電体層64を形成することなく誘電体基板61のみを配置する場合より、アンテナ素子導体63の周囲の環境での実効誘電率が高くなるため、放射効率を高く維持したうえで、アンテナ素子導体63を小型化することができ、アンテナ素子6に広角指向性を持たせることができる。特に、中央給電進行波型アレーアンテナにおいて、有利な効果を奏する。
In the case where the
(アレーアンテナ及び平面アンテナの構成)
本発明の第1及び第2のアレーアンテナの構成を図12及び図13に示す。本発明のアレーアンテナA1、A2では、アンテナ素子6が直線状に配置され、単一の誘電体基板61、単一の地板導体62及び単一の誘電体層64が、直線状に配置される複数のアンテナ素子導体63により共有される。図12及び図13で説明するアレーアンテナA1、A2は、中央給電進行波型アレーアンテナである。アレーアンテナA1、A2の水平方向を、アレーアンテナA1、A2の延伸方向に垂直な方向と定義する。アレーアンテナA1、A2の垂直方向を、アレーアンテナA1、A2の延伸方向に平行な方向と定義する。
(Configuration of array antenna and planar antenna)
The configuration of the first and second array antennas of the present invention is shown in FIGS. In the array antennas A1 and A2 of the present invention, the
本発明の第1及び第2の平面アンテナの構成を図14及び図15に示す。本発明の平面アンテナP1、P2では、アンテナ素子6が格子状に配置され、単一の誘電体基板61、単一の地板導体62及び単一の誘電体層64が、格子状に配置される複数のアンテナ素子導体63により共有される。図14及び図15で説明する平面アンテナP1、P2は、中央給電進行波型平面アンテナである。平面アンテナP1、P2の水平方向を、アレーアンテナA1、A2の延伸方向に垂直な方向と定義する。平面アンテナP1、P2の垂直方向を、アレーアンテナA1、A2の延伸方向に平行な方向と定義する。
The configuration of the first and second planar antennas of the present invention is shown in FIGS. In the planar antennas P1 and P2 of the present invention, the
ここで、図12及び図14に示したように、アレーアンテナA1は、各列のほぼ中央に配置され各列分の中央給電を行なう導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される1本の伝送線路により、導波管/伝送線路変換器1〜5を挟んで逆方向に逆位相で給電される。例えば、図12及び図14に示したように、導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される1本の伝送線路の給電箇所は、アレーアンテナA1の中央位置から90度分の位相回転に対応する線路長分だけずらした位置である。或いは、図示していないが、導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される1本の伝送線路の給電箇所から一方向のアンテナ素子への伝送路長と、導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される1本の伝送線路の給電箇所から他方向のアンテナ素子への伝送路長は、90度分の位相回転に対応する線路長差を有する。 Here, as shown in FIGS. 12 and 14, the array antenna A1 is connected to the waveguide / transmission line converters 1 to 5 which are arranged in the approximate center of each column and perform central feeding for each column. With one transmission line, power is fed in the opposite direction in the opposite direction across the waveguide / transmission line converters 1 to 5. For example, as shown in FIGS. 12 and 14, the feeding point of one transmission line connected to the waveguide / transmission line converters 1 to 5 has a phase of 90 degrees from the center position of the array antenna A1. The position is shifted by the line length corresponding to the rotation. Alternatively, although not shown, the transmission path length from the feeding point of one transmission line connected to the waveguide / transmission line converters 1 to 5 to the antenna element in one direction, and the waveguide / transmission line The transmission path length from the feeding point of one transmission line connected to the converters 1 to 5 to the antenna element in the other direction has a line length difference corresponding to the phase rotation of 90 degrees.
そして、図13及び図15に示したように、アレーアンテナA2は、各列のほぼ中央に配置され各列分の中央給電を行なう導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される2本の伝送線路により、導波管/伝送線路変換器1〜5を挟んで逆方向に逆位相で給電される。例えば、図13及び図15に示したように、導波管/伝送線路変換器1〜5に接続される2本の伝送線路の給電位相は、互いに逆位相である。
As shown in FIGS. 13 and 15, the array antenna A <b> 2 is connected to waveguide / transmission line converters 1 to 5 that are arranged substantially at the center of each column and perform central feeding for each
共振波型アレーアンテナは、狭帯域特性を有する一方で、進行波型アレーアンテナは、広帯域特性を有するため、広帯域用途では、進行波型アレーアンテナが利用されている。本出願の発明者は、進行波型アレーアンテナについて、以下に示す課題を突き止めた。 While the resonant wave type array antenna has a narrow band characteristic, the traveling wave type array antenna has a wide band characteristic. Therefore, the traveling wave type array antenna is used in a wide band application. The inventor of the present application has identified the following problems regarding traveling wave type array antennas.
つまり、進行波型アレーアンテナの全アンテナ素子が同相で励振されるときには、全アンテナ素子から同相で反射が起きるため、この周波数において反射ロスが大きくなり放射効率が低くなる。一方で、進行波型アレーアンテナの各アンテナ素子が異相で励振されるときには、各アンテナ素子から異相で反射が起きるため、正面方向からチルトした方向に放射が起きるものの、広帯域において反射ロスが小さくなり放射効率が高くなる。 That is, when all the antenna elements of the traveling wave array antenna are excited in the same phase, reflection occurs in the same phase from all the antenna elements, so that the reflection loss increases at this frequency and the radiation efficiency decreases. On the other hand, when each antenna element of a traveling wave array antenna is excited in a different phase, reflection occurs in a different phase from each antenna element, so that radiation occurs in a direction tilted from the front direction, but reflection loss is reduced in a wide band. Increases radiation efficiency.
そして、進行波型アレーアンテナが一端において給電されるときには、動作周波数が変化すると、正面方向に対する放射方向の角度が変化する。一方で、進行波型アレーアンテナが中央において給電されるときには、動作周波数が変化しても、正面方向に対する放射方向の角度が変化しない。そこで、進行波型アレーアンテナを広帯域において利用する際に、アレーの中央において給電することを目標とした。 When the traveling wave array antenna is fed at one end, the angle of the radial direction with respect to the front direction changes when the operating frequency changes. On the other hand, when the traveling wave array antenna is fed at the center, the angle of the radial direction with respect to the front direction does not change even if the operating frequency changes. Therefore, when the traveling wave type array antenna is used in a wide band, it is aimed to feed power at the center of the array.
アレーの中央において給電する場合において、アレーの一端において給電する場合と同様に、アレーの垂直方向のサイズ(すなわち、アンテナ素子数)を維持することが必要となる。つまり、アレーの中央において給電する場合において、アレーの一端において給電する場合と比べて、垂直方向の各々のサイズ(すなわち、アンテナ素子数)が半分である二体のアレーを、給電部を挟んで形成することになる。 When power is supplied at the center of the array, it is necessary to maintain the vertical size of the array (ie, the number of antenna elements), as in the case of power supply at one end of the array. In other words, when feeding at the center of the array, two arrays, each of which has half the vertical size (ie, the number of antenna elements) compared to feeding at one end of the array, sandwiching the feed section Will form.
ここで、進行波型アレーアンテナは、給電部に近いアンテナ素子において、給電電力の一部を放射し、給電部から遠いアンテナ素子において、残りの電力の一部を放射し、アレーの終端の抵抗において、残りの電力を散逸する。よって、アレーの中央において給電する場合において、アレーの一端において給電する場合と比べて、放射効率が低くなる。 Here, the traveling wave type array antenna radiates a part of the feed power at the antenna element close to the power feeding part, and radiates a part of the remaining power at the antenna element far from the power feeding part. The remaining power is dissipated. Therefore, when power is supplied at the center of the array, the radiation efficiency is lower than when power is supplied at one end of the array.
アレーの中央において給電する場合において、アレーの一端において給電する場合と同様に、放射効率を高くするために、各アンテナ素子の放射量を増やすことが考えられる、すなわち、各アンテナ素子の幅を広げることが考えられる。しかし、各アンテナ素子の幅が広がれば、アレーの水平方向の指向性が狭くなる。本出願の発明者は、このことが、監視領域を広げたいレーダ等の用途において、問題になると突き止めた。 In the case of feeding at the center of the array, as in the case of feeding at one end of the array, it is conceivable to increase the radiation amount of each antenna element in order to increase the radiation efficiency, that is, widen the width of each antenna element. It is possible. However, if the width of each antenna element is increased, the horizontal directivity of the array is reduced. The inventor of the present application has found that this becomes a problem in applications such as radar that wants to expand the monitoring area.
そこで、図12及び図13に示したように、アンテナ素子6を適用することにより、放射効率を高く維持したうえで、アンテナ素子6を幅方向に小型化することができ、アンテナ素子6に水平方向の広角指向性を持たせることができる。
Therefore, as shown in FIGS. 12 and 13, by applying the
そして、図12及び図13に示したように、伝送線路65の経路上に、スタブ66を配置することにより、全アンテナ素子6が同相で励振されるときでも、全アンテナ素子6からの同相での反射が起きにくいため、この周波数において反射ロスが小さくなり放射効率が高くなるとともに、正面方向に放射が起こるようになる。
As shown in FIGS. 12 and 13, by arranging the
さらに、図12及び図13に示したように、伝送線路65の末端部に、終端素子67を配置することにより、アレーアンテナA1、A2は、元々終端抵抗において散逸された電力を、終端素子67において放射するため、放射効率をさらに向上させることができる。
Further, as shown in FIGS. 12 and 13, by arranging the
図14及び図15においては、導波管/伝送線路変換器1〜5は、平面アンテナP1、P2の水平方向に千鳥状に配置されている。変形例としては、導波管/伝送線路変換器1〜5は、平面アンテナP1、P2の水平方向に直線状に配置されてもよい。 In FIG.14 and FIG.15, the waveguide / transmission line converters 1-5 are arrange | positioned at zigzag form in the horizontal direction of the planar antennas P1 and P2. As a modification, the waveguide / transmission line converters 1 to 5 may be arranged linearly in the horizontal direction of the planar antennas P1 and P2.
本発明の導波管/伝送線路変換器、アレーアンテナ及び平面アンテナは、合成結果が広い周波数範囲で任意の一方向に利得の高い指向性を形成でき、グレーティングローブが発生しにくい、アンテナ素子が平面上に格子状に配置される平面アンテナを、小型化及び低コスト化する目的に対して、適用することが可能である。 The waveguide / transmission line converter, the array antenna, and the planar antenna of the present invention can form a high directivity with a high gain in any one direction in a wide frequency range, and a grating lobe is hardly generated. A planar antenna arranged in a grid pattern on a plane can be applied for the purpose of downsizing and cost reduction.
1’、1、2、3、4、5:導波管/伝送線路変換器
10L、10P、20L、20P、30L、30P、40L、40P、50L、50P:誘電体層
11’、11、21、31、41、51:導波管
12’、12、22、32、42、52:伝送線路
13’、13、23、33、43、44、53:誘電体基板
14’、14、24、34、45、54:短絡金属層
15’、15、25、35、46、55:金属部材
16’、16、26、36、47、56:接地金属層
17’、17、27、37、48、57:整合素子
49:無給電素子
58:開放穴
6:アンテナ素子
61:誘電体基板
62:地板導体
63:アンテナ素子導体
64:誘電体層
65:伝送線路
66:スタブ
67:終端素子
P1’、P2’、P1、P2:平面アンテナ
A1’、A2’、A1、A2:アレーアンテナ
1 ', 1, 2, 3, 4, 5: Waveguide /
Claims (6)
伝送線路により伝送される電力と、
を相互に変換する導波管/伝送線路変換器であって、
前記導波管の開口部を塞ぐように配置される誘電体基板と、
前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の外部に配置される前記伝送線路と、
前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の内部に配置される整合素子と、
前記伝送線路の表面に形成される伝送線路側誘電体層と、
前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の外部に配置され、(1)前記導波管の2面の広壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通する一方で、前記導波管の2面の狭壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通しない金属部材により、又は、(2)前記導波管の2面の広壁面及び2面のうちのいずれか1面の狭壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通する一方で、前記導波管の2面のうちのいずれか他面の狭壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通しない金属部材により、前記導波管と同電位に保持される短絡金属層と、
を備えることを特徴とする導波管/伝送線路変換器。 Power transmitted by the waveguide;
Power transmitted by the transmission line;
A waveguide / transmission line converter for converting between
A dielectric substrate disposed to close the opening of the waveguide;
The transmission line disposed on the surface of the dielectric substrate and outside the waveguide;
A matching element disposed on the surface of the dielectric substrate and inside the waveguide;
A transmission line side dielectric layer formed on the surface of the transmission line;
The dielectric substrate is disposed on the surface of the dielectric substrate and outside the waveguide. (1) While penetrating the dielectric substrate along the cross section of the two wide wall surfaces of the waveguide, By a metal member that does not penetrate the dielectric substrate along the cross section of the two narrow walls, or (2) the narrow wall of any one of the two wide walls and the two surfaces of the waveguide The waveguide is guided by a metal member that penetrates the dielectric substrate along a cross-section while not penetrating the dielectric substrate along a cross-section of a narrow wall surface of one of the two surfaces of the waveguide. A short-circuit metal layer held at the same potential as the tube;
A waveguide / transmission line converter comprising:
伝送線路により伝送される電力と、
を相互に変換する導波管/伝送線路変換器であって、
前記導波管の開口部を塞ぐように配置される誘電体基板と、
前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の外部に配置される前記伝送線路と、
前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の内部に配置される整合素子と、
前記整合素子の表面に形成される整合素子側誘電体層と、
前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の外部に配置され、(1)前記導波管の2面の広壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通する一方で、前記導波管の2面の狭壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通しない金属部材により、又は、(2)前記導波管の2面の広壁面及び2面のうちのいずれか1面の狭壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通する一方で、前記導波管の2面のうちのいずれか他面の狭壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通しない金属部材により、前記導波管と同電位に保持される短絡金属層と、
を備えることを特徴とする導波管/伝送線路変換器。 Power transmitted by the waveguide;
Power transmitted by the transmission line;
A waveguide / transmission line converter for converting between
A dielectric substrate disposed to close the opening of the waveguide;
The transmission line disposed on the surface of the dielectric substrate and outside the waveguide;
A matching element disposed on the surface of the dielectric substrate and inside the waveguide;
A matching element-side dielectric layer formed on the surface of the matching element;
The dielectric substrate is disposed on the surface of the dielectric substrate and outside the waveguide. (1) While penetrating the dielectric substrate along the cross section of the two wide wall surfaces of the waveguide, By a metal member that does not penetrate the dielectric substrate along the cross section of the two narrow walls, or (2) the narrow wall of any one of the two wide walls and the two surfaces of the waveguide The waveguide is guided by a metal member that penetrates the dielectric substrate along a cross-section while not penetrating the dielectric substrate along a cross-section of a narrow wall surface of one of the two surfaces of the waveguide. A short-circuit metal layer held at the same potential as the tube;
A waveguide / transmission line converter comprising:
直線状に配置されるアンテナ素子は、一列のほぼ中央に配置され一列分の中央給電を行なう請求項1又は2に記載の導波管/伝送線路変換器に接続される前記伝送線路により、請求項1又は2に記載の導波管/伝送線路変換器を挟んで逆方向に逆位相で給電され、前記誘電体基板の表面のうちの前記伝送線路が配置される表面に配置され、前記伝送線路側誘電体層により素子の表面を覆われることを特徴とするアレーアンテナ。 An array antenna in which antenna elements are arranged linearly on a plane,
The antenna elements arranged in a straight line are arranged at substantially the center of one row and perform central feeding for one row. The transmission line connected to the waveguide / transmission line converter according to claim 1 or 2 The power supply is fed in opposite phase in the opposite direction across the waveguide / transmission line converter according to Item 1 or 2, and is disposed on a surface of the dielectric substrate on which the transmission line is disposed, and the transmission An array antenna, wherein the surface of the element is covered with a line-side dielectric layer.
格子状に配置されるアンテナ素子は、各列のほぼ中央に配置され各列分の中央給電を行なう請求項1又は2に記載の導波管/伝送線路変換器に接続される前記伝送線路により、請求項1又は2に記載の導波管/伝送線路変換器を挟んで逆方向に逆位相で給電され、前記誘電体基板の表面のうちの前記伝送線路が配置される表面に配置され、前記伝送線路側誘電体層により素子の表面を覆われることを特徴とする平面アンテナ。 A planar antenna in which antenna elements are arranged in a lattice pattern on a plane,
The antenna elements arranged in a lattice form are arranged at substantially the center of each row and perform central feeding for each row by the transmission line connected to the waveguide / transmission line converter according to claim 1 or 2. In addition, power is fed in opposite phase in the opposite direction across the waveguide / transmission line converter according to claim 1 or 2, and disposed on a surface of the dielectric substrate on which the transmission line is disposed, A planar antenna, wherein a surface of an element is covered with the transmission line side dielectric layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015181230A JP6611238B2 (en) | 2015-09-14 | 2015-09-14 | Waveguide / transmission line converter, array antenna, and planar antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015181230A JP6611238B2 (en) | 2015-09-14 | 2015-09-14 | Waveguide / transmission line converter, array antenna, and planar antenna |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017059909A JP2017059909A (en) | 2017-03-23 |
JP6611238B2 true JP6611238B2 (en) | 2019-11-27 |
Family
ID=58390525
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015181230A Active JP6611238B2 (en) | 2015-09-14 | 2015-09-14 | Waveguide / transmission line converter, array antenna, and planar antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6611238B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6756300B2 (en) * | 2017-04-24 | 2020-09-16 | 株式会社村田製作所 | Array antenna |
WO2023095239A1 (en) * | 2021-11-25 | 2023-06-01 | 日本電業工作株式会社 | Array antenna and antenna element |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4375310B2 (en) * | 2005-09-07 | 2009-12-02 | 株式会社デンソー | Waveguide / stripline converter |
JP5387133B2 (en) * | 2009-05-20 | 2014-01-15 | 日本電気株式会社 | Semiconductor device |
JP5748413B2 (en) * | 2010-04-02 | 2015-07-15 | 日本ピラー工業株式会社 | Planar antenna |
-
2015
- 2015-09-14 JP JP2015181230A patent/JP6611238B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017059909A (en) | 2017-03-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8193990B2 (en) | Microstrip array antenna | |
JP5253468B2 (en) | Antenna device and radar device | |
WO2017150054A1 (en) | Array antenna | |
JP6395984B2 (en) | Array antenna device | |
JP4620018B2 (en) | Antenna device | |
JP6647121B2 (en) | Antenna device, radar device and wireless communication device | |
JP6477505B2 (en) | Antenna device | |
EP3038206B1 (en) | Augmented e-plane taper techniques in variable inclination continuous transverse stub antenna arrays | |
US20130285865A1 (en) | Printed slot-type directional antenna, and system comprising an array of a plurality of printed slot-type directional antennas | |
JP5388943B2 (en) | Waveguide / MSL converter and planar antenna | |
JP2008193403A (en) | T branch waveguide and array antenna | |
JP2008258852A (en) | Planar array antenna | |
JP2008244520A (en) | Planar array antenna | |
JP6611238B2 (en) | Waveguide / transmission line converter, array antenna, and planar antenna | |
JP6613156B2 (en) | Waveguide / transmission line converter and antenna device | |
JP6721352B2 (en) | Waveguide/transmission line converter and antenna device | |
JP5605285B2 (en) | Dipole array antenna | |
JP2016178571A (en) | Waveguide/transmission line converter | |
WO2016152811A1 (en) | Waveguide tube/transmission line converter and antenna device | |
JP5300626B2 (en) | Antenna device | |
KR102268111B1 (en) | Electromagnetic wave radiator | |
JP6474634B2 (en) | Planar array antenna | |
JP6613157B2 (en) | Waveguide / transmission line converter, antenna device, and method for manufacturing waveguide / transmission line converter | |
JP4980397B2 (en) | Rectangular coaxial line slot array antenna | |
JP2008294732A (en) | Antenna device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180913 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190723 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190730 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190926 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191023 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191025 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6611238 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |