JP6613156B2 - Waveguide / transmission line converter and antenna device - Google Patents

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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と、を相互に変換する導波管／伝送線路変換器、及び、（２）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アンテナ装置に関する。   The present invention includes (1) a waveguide / transmission line converter that mutually converts power transmitted by a waveguide and power transmitted by a transmission line, and (2) an antenna element on a plane. The present invention relates to an antenna device which is arranged in a grid pattern and is fed by a waveguide / transmission line converter.

導波管／伝送線路変換器は、アンテナ装置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、アンテナ装置を形成する面より前面に存在するため、アンテナ装置の指向性の劣化原因となる。   The waveguide / transmission line converter is applied to power supply to an antenna device and is disclosed in Patent Documents 1 and 2 and the like. First, in Patent Document 1, a transmission line is inserted at a position where the electric field strength is high in the waveguide. However, in Patent Document 1, a waveguide short-circuit surface is required at a position that is separated from the transmission line along the waveguide by a distance equal to approximately ¼ of the wavelength of the electromagnetic wave in the waveguide. Therefore, in Patent Document 1, the waveguide / transmission line converter cannot be reduced in size, and the structure that forms the short-circuited surface exists in front of the surface that forms the antenna device. Cause deterioration of sex.

特開２００４−３２０４６０号公報JP 2004-320460 A 特開２０００−２４４２１２号公報JP 2000-244212 A

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、アンテナ装置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 Patent Document 2, a technique of coupling a transmission line to a matching element and propagating radio waves from the transmission line to a waveguide is used. As will be apparent from the following description, in Patent Document 2, the waveguide / transmission line converter can be reduced in size compared to Patent Document 1, and the short-circuit surface that causes the directivity of the antenna device to deteriorate. The structure which forms can be eliminated.

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、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 'includes a dielectric substrate 13', a short-circuit metal layer 14 ', a metal member 15', a ground metal layer 16 ', and a matching element 17'.

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 dielectric substrate 13 ′ is disposed so as to close the opening of the waveguide 11 ′. The surface of the dielectric substrate 13 ′ is a surface perpendicular to the waveguide direction of the waveguide 11 ′. In the second and third stages of FIG. 1, the portion of the dielectric substrate 13 ′ where the pattern is arranged is shown in white, and the portion of the dielectric substrate 13 ′ where the pattern is not arranged is shown in diagonal lines.

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 metal member 15' penetrating the dielectric substrate 13 'and the surface of the dielectric substrate 13' and the waveguide. The ground metal layer 16 'disposed on the outer frame of 11' is held at the same potential as the waveguide 11 '.

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、誘電体基板１３’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 matching element 17 ′ is disposed on the surface of the dielectric substrate 13 ′ and inside the waveguide 11 ′, and is electromagnetically coupled to the transmission line 12 ′ via the dielectric substrate 13 ′. A resonance length (approximately λ g / 2) for standing an electromagnetic wave having an effective wavelength λ g in the surrounding environment as a standing wave is provided in the electric field direction in the waveguide 11 ′ and the feeding direction of the transmission line 12 ′.

従来技術を利用したアンテナ装置の構成例を図２に示す。アンテナ装置２’は、特許文献１、２に開示されていない。アンテナ装置２’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、各列のアンテナ素子２１’に分割される。各列のアンテナ素子２１’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、各列の方向に垂直な方向に配置される。   FIG. 2 shows a configuration example of an antenna device using a conventional technique. The antenna device 2 ′ is not disclosed in Patent Documents 1 and 2. In the antenna device 2 ′, antenna elements are arranged in a grid pattern on a plane. The antenna elements arranged in a lattice shape are divided into antenna elements 21 'in each column. The antenna elements 21 'in each row are guided by a single transmission line 12' connected to a waveguide / transmission line converter 1 'that is arranged at substantially the center of each row and performs central feeding for each row. Power is supplied in the opposite direction with the opposite phase across the tube / transmission line converter 1 '. This is because the antenna element in the reverse direction across the waveguide / transmission line converter 1 ′ obtains the same electric field and directivity in the same direction. The dielectric substrate 13 'is a plane on which the antenna elements are arranged in a lattice pattern. The cross section of the wide wall surface of the waveguide 11 ′ is arranged in a direction parallel to the direction of each row. The cross section of the narrow wall surface of the waveguide 11 'is arranged in a direction perpendicular to the direction of each row.

各列のアンテナ素子２１’が各列の中央で給電されることにより、アンテナ装置２’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。   Since the antenna elements 21 'in each column are fed 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 antenna device 2', As a result of combining the antenna elements constituting the column, directivity with high gain can be formed 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’の狭壁面の断面に沿う方向のサイズｐ’（図１を参照。）は、大きくならざるを得ない。よって、アンテナ装置２’において、互いに隣り合う各列のアンテナ素子２１’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、アレーアンテナにおける可視領域は、広くならざるを得ず、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、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は、発生しやすくなる。 However, in the waveguide / transmission line converter 1 ′, the size p ′ in the direction along the cross section of the narrow wall surface of the waveguide 11 ′ among the sizes of the patterns arranged on the surface of the dielectric substrate 13 ′ (see FIG. 1)) must be large. Therefore, 'in each column of the antenna elements 21 adjacent to each other' antenna device 2 distance d 'is inevitably wider than the length lambda 0/2 is equal to half the wavelength lambda 0 of the electromagnetic wave having radiated . As a result, the visible region in the array antenna must be wide, and in the directivity of the array antenna formed by each antenna element constituting each column, in particular, the phase information of each antenna element is adjusted to a wide angle. Grating lobes are likely to occur when scanning the beam.

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のうち、導波管の狭壁面の断面に沿う方向のサイズを小さくして、アンテナ装置において、互いに隣り合う各列のアンテナ素子の間隔を狭くして、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、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。   Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a waveguide / transmission line converter in a direction along a cross section of a narrow wall surface of a waveguide among the sizes of patterns arranged on the surface of a dielectric substrate. In the antenna device, in the antenna device, the interval between the antenna elements adjacent to each other is narrowed, and in the directivity of the array antenna formed by each antenna element constituting each column, in particular, each antenna element It is an object of the present invention to make it difficult to generate a grating lobe when the phase information is adjusted and the beam is scanned to a wide angle.

上記目的を達成するために、誘電体基板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、整合素子は、誘電体基板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、導波管内の電界方向及び伝送線路の給電方向に有し、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導波管と同電位に保持される。   In order to achieve the above object, one end in the direction of the resonance length is formed by a metal member having a resonance length substantially equal to ¼ of the effective wavelength of the electromagnetic wave in the environment around the dielectric substrate, and penetrating the dielectric substrate. A patch antenna that is held at the same potential as the metal ground plane was applied. In other words, the matching element has a resonance length equal to approximately ¼ of the effective wavelength of the electromagnetic wave in the environment around the dielectric substrate in the direction of the electric field in the waveguide and the feeding direction of the transmission line, and penetrates the dielectric substrate. One end of the resonance length direction is held at the same potential as the waveguide by the metal member.

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内部に配置され、前記伝送線路と結合され、前記誘電体基板の周囲の環境における電磁波の実効波長のほぼ１／４に等しい共振長を前記導波管内の電界方向及び前記伝送線路の給電方向に有し、前記誘電体基板を貫通する金属部材により、前記共振長の方向の一端を前記導波管と同電位に保持される整合素子と、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。   The present invention is a waveguide / transmission line converter that mutually converts power transmitted by a waveguide and power transmitted by a transmission line so as to close the opening of the waveguide. A dielectric substrate disposed on the dielectric substrate, disposed on the surface of the dielectric substrate and inside the waveguide, coupled to the transmission line, and approximately 1 / of an effective wavelength of electromagnetic waves in an environment around the dielectric substrate. 4 has a resonance length equal to 4 in the direction of the electric field in the waveguide and in the direction of feeding the transmission line, and one end in the direction of the resonance length is at the same potential as the waveguide by a metal member penetrating the dielectric substrate. A waveguide / transmission line converter.

この構成によれば、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、導波管の狭壁面の断面に沿う方向のサイズを小さくすることができる。   According to this configuration, the size of the pattern arranged on the surface of the dielectric substrate can be reduced in the direction along the cross section of the narrow wall surface of the waveguide.

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アンテナ装置であって、格子状に配置されるアンテナ素子は、各列状に配置されるアンテナ素子に分割され、各列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以上に記載の導波管／伝送線路変換器に接続される１本の前記伝送線路により、以上に記載の導波管／伝送線路変換器を挟んで逆方向に逆位相で給電され、前記誘電体基板は、アンテナ素子が格子状に配置される平面であり、前記導波管の広壁面の断面は、各列の方向に平行な方向に配置され、前記導波管の狭壁面の断面は、各列の方向に垂直な方向に配置されることを特徴とするアンテナ装置である。   Further, the present invention is an antenna device in which antenna elements are arranged in a grid pattern on a plane, and the antenna elements arranged in a grid pattern are divided into antenna elements arranged in each column shape. The antenna element arranged at the center is arranged at substantially the center of each row, and the transmission line connected to the waveguide / transmission line converter as described above performs the central feeding for each row. The dielectric substrate is a plane on which antenna elements are arranged in a lattice shape, and a cross-section of a wide wall surface of the waveguide. Are arranged in a direction parallel to the direction of each row, and the cross-section of the narrow wall surface of the waveguide is arranged in a direction perpendicular to the direction of each row.

この構成によれば、互いに隣り合う各列のアンテナ素子の間隔を狭くして、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、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, the distance between the antenna elements in each column adjacent to each other is narrowed, and in particular, the phase information of each antenna element is adjusted in the directivity of the array antenna formed by each antenna element constituting each column. However, it is possible to make it difficult to generate a grating lobe when the beam is scanned to a wide angle.

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のうち、導波管の狭壁面の断面に沿う方向のサイズを小さくして、アンテナ装置において、互いに隣り合う各列のアンテナ素子の間隔を狭くして、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、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, the present invention reduces the size of the pattern arranged on the surface of the dielectric substrate in the direction along the cross section of the narrow wall surface of the waveguide. In the antenna apparatus, the distance between the antenna elements in each column adjacent to each other is narrowed, and the phase information of each antenna element is adjusted particularly in the directivity of the array antenna formed by each antenna element constituting each column. When scanning the beam to a wide angle, it is possible to make it difficult to generate grating lobes.

従来技術の導波管／伝送線路変換器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the waveguide / transmission line converter of a prior art. 従来技術を利用したアンテナ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the antenna apparatus using a prior art. 本発明の導波管／伝送線路変換器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the waveguide / transmission line converter of this invention. 本発明の導波管／伝送線路変換器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the waveguide / transmission line converter of this invention. 本発明の導波管／伝送線路変換器の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the waveguide / transmission line converter of this invention. 本発明のアンテナ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the antenna apparatus of this invention.

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.

本発明の導波管／伝送線路変換器の構成を図３、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。   The configuration of the waveguide / transmission line converter of the present invention is shown in FIGS. 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 element 17 described later.

図３では、導波管／伝送線路変換器１は、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及び金属部材１８を備える。図４では、導波管／伝送線路変換器１は、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。   In FIG. 3, the waveguide / transmission line converter 1 includes a dielectric substrate 13, a short-circuit metal layer 14, a metal member 15, a ground metal layer 16, a matching element 17, and a metal member 18. In FIG. 4, the waveguide / transmission line converter 1 includes a dielectric substrate 13, a short-circuit metal layer 14, a metal member 15, a ground metal layer 16, and a matching element 17.

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３、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 dielectric substrate 13 is disposed so as to close the opening of the waveguide 11. The surface of the dielectric substrate 13 is a surface perpendicular to the waveguide direction of the waveguide 11. In the second and third stages of FIGS. 3 and 4, the portion of the dielectric substrate 13 where the pattern is arranged is shown in white, and the portion of the dielectric substrate 13 where the pattern is not arranged is shown by diagonal lines.

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 is disposed on the surface of the metal member 15 penetrating the dielectric substrate 13 and the surface of the dielectric substrate 13 and on the outer frame of the waveguide 11. The ground metal layer 16 is held at the same potential as the waveguide 11.

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、誘電体基板１３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（ほぼλｇ／４）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。図３では、整合素子１７は、誘電体基板１３を貫通する金属部材１８により、共振長の方向の一端を、導波管１１と同電位に保持される。図４では、整合素子１７は、接地金属層１６に接続され、誘電体基板１３を貫通する金属部材１５により、共振長の方向の一端を、導波管１１と同電位に保持される。 The matching element 17 is disposed on the surface of the dielectric substrate 13 and inside the waveguide 11, and is electromagnetically coupled to the transmission line 12 via the dielectric substrate 13. A resonance length (approximately λ g / 4) equal to approximately ¼ of the effective wavelength λ g is provided in the electric field direction in the waveguide 11 and the feeding direction of the transmission line 12. In FIG. 3, the matching element 17 is held at the same potential as the waveguide 11 at one end in the resonance length direction by the metal member 18 penetrating the dielectric substrate 13. In FIG. 4, the matching element 17 is connected to the ground metal layer 16, and one end in the direction of the resonance length is held at the same potential as the waveguide 11 by the metal member 15 penetrating the dielectric substrate 13.

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 element 17 and the transmission line 12 exist in different layers. And the front-end | tip shape of the transmission line 12 is a stub or slot with a notch. Therefore, the matching element 17 and the transmission line 12 can realize electromagnetic coupling.

図３、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３の説明では、金属部材１８は、整合素子１７の共振長の方向の一端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３、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。図３の変形例としては、金属部材１８は、整合素子１７の共振長の方向の一端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 FIGS. 3 and 4, the metal member 15 is formed as a “through hole” that penetrates the dielectric substrate 13 along the cross sections of the two wide wall surfaces and the two narrow wall surfaces of the waveguide 11. . In the description of FIG. 3, the metal member 18 is formed as a “through hole” that penetrates the dielectric substrate 13 along one end in the resonance length direction of the matching element 17. As a modification of FIGS. 3 and 4, the metal member 15 is a “conductor wall” that penetrates the dielectric substrate 13 along the cross sections of the two wide wall surfaces and the two narrow wall surfaces of the waveguide 11. Also good. As a modification of FIG. 3, the metal member 18 may be a “conductor wall” that penetrates the dielectric substrate 13 along one end in the resonance length direction of the matching element 17.

本発明の導波管／伝送線路変換器の特性を図５に示す。このように、本発明では、従来技術と同様に、導波管／伝送線路変換器１の中心周波数から帯域幅分だけずれた周波数においても、低い反射特性及び高い透過特性を実現可能である。これに加え、本発明では、従来技術と比べて、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の狭壁面の断面に沿う方向のサイズｐ（図３、４を参照。）は、小さくすることができる。具体的には、図３、４のサイズｐは、図１のサイズｐ’と比べて、約１／２となる。   The characteristics of the waveguide / transmission line converter of the present invention are shown in FIG. Thus, in the present invention, low reflection characteristics and high transmission characteristics can be realized even at a frequency shifted from the center frequency of the waveguide / transmission line converter 1 by the bandwidth, as in the prior art. In addition, in the present invention, the size p in the direction along the cross section of the narrow wall surface of the waveguide 11 out of the size of the pattern arranged on the surface of the dielectric substrate 13 as compared with the prior art (see FIGS. 3 and 4). Can be made smaller. Specifically, the size p in FIGS. 3 and 4 is about ½ of the size p ′ in FIG.

本発明のアンテナ装置の構成を図６に示す。アンテナ装置２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、各列のアンテナ素子２１に分割される。各列のアンテナ素子２１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、各列の方向に垂直な方向に配置される。   The configuration of the antenna device of the present invention is shown in FIG. In the antenna device 2, the antenna elements are arranged in a grid pattern on a plane. The antenna elements arranged in a lattice shape are divided into antenna elements 21 in each column. The antenna elements 21 in each row are arranged in substantially the center of each row and are guided / transmitted by one transmission line 12 connected to the waveguide / transmission line converter 1 that performs central feeding for each row. Electric power is fed in the opposite phase with the line converter 1 in between. This is because an antenna element in the opposite direction across the waveguide / transmission line converter 1 can obtain an electric field in the same direction and directivity in the same direction. The dielectric substrate 13 is a plane on which antenna elements are arranged in a lattice pattern. The cross section of the wide wall surface of the waveguide 11 is arranged in a direction parallel to the direction of each row. The cross section of the narrow wall surface of the waveguide 11 is arranged in a direction perpendicular to the direction of each row.

例えば、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の給電箇所は、各列の中央位置から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、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に接続される１本の伝送線路１２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。   For example, the feeding point of one transmission line 12 connected to the waveguide / transmission line converter 1 is a position shifted by the line length corresponding to the phase rotation of 90 degrees from the center position of each row. . Alternatively, the transmission path length from the feeding point of one transmission line 12 connected to the waveguide / transmission line converter 1 to the antenna element in one direction and the waveguide / transmission line converter 1 are connected. The transmission path length from the feeding point of one transmission line 12 to the antenna element in the other direction has a line length difference corresponding to the phase rotation of 90 degrees.

各列のアンテナ素子２１が各列の中央で給電されることにより、アンテナ装置２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 antenna elements 21 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 antenna device 2, As a result of synthesizing the respective antenna elements, a directivity having a high gain can be formed in one arbitrary direction in a wide frequency range.

そして、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の狭壁面の断面に沿う方向のサイズｐ（図３、４を参照。）は、小さくすることができる。具体的には、図３、４のサイズｐは、図１のサイズｐ’と比べて、約１／２となる。よって、アンテナ装置２において、互いに隣り合う各列のアンテナ素子２１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、アレーアンテナにおける可視領域は、狭くすることができ、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、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、アレーアンテナにおけるグレーティングローブは、発生しにくくなる。 In the waveguide / transmission line converter 1, the size p in the direction along the cross-section of the narrow wall surface of the waveguide 11 among the sizes of the patterns arranged on the surface of the dielectric substrate 13 (see FIGS. 3 and 4). See.) Can be small. Specifically, the size p in FIGS. 3 and 4 is about ½ of the size p ′ in FIG. Thus, in the antenna device 2, the distance d of each column of antenna elements 21 adjacent to each other, can be narrower than a half length equal to lambda 0/2 of the wavelength lambda 0 of the electromagnetic wave has emitted, in the array antenna The visible region can be narrowed, and in the directivity of the array antenna formed by each antenna element constituting each column, especially when adjusting the phase information of each antenna element and scanning the beam to a wide angle, Grating lobes in the array antenna are less likely to occur.

本発明の導波管／伝送線路変換器及びアンテナ装置は、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アンテナ装置を、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 and the antenna device of the present invention can form a high directivity with a high gain in any one direction in a wide frequency range with a combined result, hardly generate a grating lobe, and an antenna element on a plane The antenna device arranged in a lattice shape can be applied for the purpose of downsizing and cost reduction.

１、１’：導波管／伝送線路変換器
２、２’：アンテナ装置
１１、１１’：導波管
１２、１２’：伝送線路
１３、１３’：誘電体基板
１４、１４’：短絡金属層
１５、１５’：金属部材
１６、１６’：接地金属層
１７、１７’：整合素子
１８：金属部材
２１、２１’：各列のアンテナ素子

1, 1 ': Waveguide / transmission line converter 2, 2': Antenna device 11, 11 ': Waveguide 12, 12': Transmission line 13, 13 ': Dielectric substrate 14, 14': Short-circuit metal Layers 15, 15 ': Metal members 16, 16': Ground metal layers 17, 17 ': Matching element 18: Metal members 21, 21': Antenna elements in each row

Claims (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と、を相互に変換する導波管／伝送線路変換器と、
平面上に格子状に配置されるアンテナ素子と、を備え、
前記導波管／伝送線路変換器は、
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内部に配置され、前記伝送線路と結合され、前記誘電体基板の周囲の環境における電磁波の実効波長のほぼ１／４に等しい共振長を前記導波管内の電界方向及び前記伝送線路の給電方向に有し、前記誘電体基板を貫通する金属部材により、前記共振長の方向の一端を前記導波管と同電位に保持される整合素子と、を備え、
格子状に配置されるアンテナ素子は、各列状に配置されるアンテナ素子に分割され、
各列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前記導波管／伝送線路変換器に接続される１本の前記伝送線路により、前記導波管／伝送線路変換器を挟んで逆方向に逆位相で給電され、
前記誘電体基板は、アンテナ素子が格子状に配置される平面であり、
前記導波管の広壁面の断面は、各列の方向に平行な方向に配置され、
前記導波管の狭壁面の断面は、各列の方向に垂直な方向に配置される
ことを特徴とするアンテナ装置。 A waveguide / transmission line converter that mutually converts power transmitted by the waveguide and power transmitted by the transmission line ;
An antenna element arranged in a grid on a plane,
The waveguide / transmission line converter is
A dielectric substrate disposed to close the opening of the waveguide;
The waveguide is disposed on the surface of the dielectric substrate and inside the waveguide, coupled to the transmission line, and has a resonance length equal to approximately ¼ of the effective wavelength of the electromagnetic wave in the environment around the dielectric substrate. A matching element having one end in the direction of the resonance length held at the same potential as that of the waveguide by a metal member having an electric field direction in the tube and a feeding direction of the transmission line and penetrating the dielectric substrate; Prepared ,
The antenna elements arranged in a grid are divided into antenna elements arranged in each row,
The antenna elements arranged in rows are arranged in the center by one transmission line connected to the waveguide / transmission line converter that is arranged in the approximate center of each row and performs central feeding for each row. Power is supplied in the opposite direction across the wave tube / transmission line converter,
The dielectric substrate is a plane on which antenna elements are arranged in a lattice pattern,
The cross section of the wide wall surface of the waveguide is arranged in a direction parallel to the direction of each row,
The cross section of the narrow wall surface of the waveguide is arranged in a direction perpendicular to the direction of each row.
An antenna device characterized by that.
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