JP6899942B2 - Planar antenna and antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、平面アンテナ及びアンテナ装置に関する。 The present invention relates to a planar antenna and an antenna device.
特許文献1には、誘電体層を挟んで両面に導体層を配置した平面アンテナが開示されている。この平面アンテナでは、誘電体として、従来の誘電体の材料として用いられていた発砲ポリエチレンに代えて、ポリオレフィン樹脂及びガラスファイバーを積層した材料が用いられている。これにより、特許文献1の平面アンテナは、高いアンテナ特性を得ることができる。
しかしながら、特許文献1の平面アンテナでは、誘電体の材料及び構成を従来の材料から変更することで高いアンテナ特性を得ているものの、誘電体の存在によるアンテナ特性への影響が少なからずあった。つまり、特許文献1のアンテナでは、誘電体を挟んだ両導体間を電磁波が反射しながら誘電体内を進むことで、電磁波の送受信が行われる。よって、電磁波の強度は、誘電体の存在によって損失を受け、結果としてアンテナの送受信特性が損失を受けるという問題があった。そのため、さらなるアンテナ損失の抑制が可能な構成が求められていた。
However, in the planar antenna of
そこで、本発明は、アンテナ損失を抑制可能な平面アンテナ及びアンテナ装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a planar antenna and an antenna device capable of suppressing antenna loss.
本発明の一観点に係る平面アンテナは、少なくとも1つのアンテナ導体と、対向導体と、少なくとも1つの支持部と、を備える。アンテナ導体は、電磁波を送受信し、前記電磁波の反射壁を構成する。対向導体は、前記アンテナ導体に対向し、前記電磁波の反射壁を構成する。支持部は、前記少なくとも1つの前記アンテナ導体と前記対向導体との間に隙間を形成する。 A planar antenna according to one aspect of the present invention includes at least one antenna conductor, an opposing conductor, and at least one support. The antenna conductor transmits and receives electromagnetic waves and constitutes a reflection wall of the electromagnetic waves. The opposing conductor faces the antenna conductor and constitutes a reflecting wall for the electromagnetic wave. The support portion forms a gap between the at least one antenna conductor and the opposing conductor.
上記構成によれば、互いに電磁波の反射壁となるアンテナ導体と対向導体とは、それらの間に隙間を有するよう支持部により支持されているため、アンテナ導体と対向導体との間には、比誘電率が約1.0である空気が介在する。空気は、アンテナ導体と対向導体との間に誘電体材料を介在させる場合よりも比誘電率が小さいため、アンテナ導体と対向導体との間を伝搬する電磁波の電力損失を抑えることができる。 According to the above configuration, since the antenna conductor and the opposing conductor, which are mutually electromagnetic wave reflecting walls, are supported by the support portion so as to have a gap between them, the ratio between the antenna conductor and the opposing conductor is Intervening is air having a dielectric constant of about 1.0. Since the relative permittivity of air is smaller than that in the case where a dielectric material is interposed between the antenna conductor and the opposing conductor, it is possible to suppress the power loss of the electromagnetic wave propagating between the antenna conductor and the opposing conductor.
また、支持部は、対向導体に対してアンテナ導体を支持すればよいため、簡単な構成でアンテナ導体と対向導体との間に空気を介在させることができる。さらに、アンテナ導体を別途の基板で支持する必要がないため、平面アンテナの小型化、軽量化及び低コスト化を実現できる。 Further, since the support portion only needs to support the antenna conductor with respect to the opposing conductor, air can be interposed between the antenna conductor and the opposing conductor with a simple configuration. Further, since it is not necessary to support the antenna conductor with a separate substrate, it is possible to realize miniaturization, weight reduction, and cost reduction of the flat antenna.
上記平面アンテナにおいては、前記平面アンテナの平面視において、前記アンテナ導体の中央近傍を通り、前記電磁波の共振方向と直交する直交方向に延びる直線上に、前記少なくとも1つの支持部が設けられていることができる。 In the plane antenna, at least one support portion is provided on a straight line extending in a direction orthogonal to the resonance direction of the electromagnetic wave, passing near the center of the antenna conductor in the plan view of the plane antenna. be able to.
アンテナ導体を反射壁とする電磁波は共振状態にあり、定在波が生じている。このとき、アンテナ素子の共振方向の中央部では、定在波の節が位置する。そして、アンテナ導体の中央近傍を通り、共振方向と直交する直線は、定在波の節の位置に対応して延びている。よって、中央近傍を通る直線上では、電磁波の電界強度が中央近傍以外の他の領域に比べて小さい。そこで、この直線上において支持部とアンテナ導体とを接続することで、支持部を設けることにより生じる、アンテナ導体と対向導体との間を伝搬する電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。 The electromagnetic wave whose reflection wall is the antenna conductor is in a resonance state, and a standing wave is generated. At this time, a standing wave node is located at the center of the antenna element in the resonance direction. Then, a straight line passing near the center of the antenna conductor and orthogonal to the resonance direction extends corresponding to the position of the node of the standing wave. Therefore, on the straight line passing near the center, the electric field strength of the electromagnetic wave is smaller than that of other regions other than the vicinity of the center. Therefore, by connecting the support portion and the antenna conductor on this straight line, it is possible to suppress the influence on the electromagnetic wave propagating between the antenna conductor and the opposite conductor, which is caused by providing the support portion, and suppress the antenna loss. ..
なお、「中央近傍」とは、アンテナ導体のうち電界強度の小さい領域であればよく、アンテナ導体の中心部のみならず、中心部及びその近傍を含む意味である。また、「直交」には、概ね直交を含み、例えば、共振方向と直線とが約80°〜約100°の角度で交差する場合も含む。また、支持部は、少なくともアンテナ導体との接続部分が直線上に位置すればよく、必ずしも支持部全体が直線上に位置する必要はない。 The term "near the center" may be any region of the antenna conductor where the electric field strength is small, and includes not only the central portion of the antenna conductor but also the central portion and its vicinity. Further, "orthogonal" includes generally orthogonal, and includes, for example, a case where the resonance direction and the straight line intersect at an angle of about 80 ° to about 100 °. Further, as for the support portion, at least the connection portion with the antenna conductor needs to be located on a straight line, and the entire support portion does not necessarily have to be located on a straight line.
上記平面アンテナにおいては、前記平面アンテナの平面視において、前記少なくとも1つの支持部は、前記アンテナ導体の中央近傍のうち、前記アンテナ導体の外周縁の辺を除く領域に配置されていることができる。 In the plane antenna, in the plan view of the plane antenna, the at least one support portion may be arranged in a region of the vicinity of the center of the antenna conductor excluding the side of the outer peripheral edge of the antenna conductor. ..
アンテナ導体の中央近傍は電磁波の電界強度が、中央近傍以外の領域よりも電界強度が小さい。しかし、アンテナ導体の辺は中央部に比べて、電磁波の強度が強くなる傾向にある。これは、アンテナ導体の辺では、アンテナ導体が空気と接することで、アンテナ導体の実効誘電率が変化し、この変化によって電磁波が集中し易くなることによると考えられる。上記構成では、支持部は、アンテナ導体の辺とは異なり、電磁波の強度が小さいアンテナ導体の辺を除く領域に配置されている。これにより、支持部を設けることにより生じる、アンテナ導体における電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。 The electric field strength of the electromagnetic wave in the vicinity of the center of the antenna conductor is smaller than that in the region other than the vicinity of the center. However, the strength of electromagnetic waves tends to be stronger at the sides of the antenna conductor than at the center. It is considered that this is because the effective permittivity of the antenna conductor changes when the antenna conductor comes into contact with air on the side of the antenna conductor, and this change makes it easier for electromagnetic waves to concentrate. In the above configuration, the support portion is arranged in a region excluding the side of the antenna conductor where the intensity of the electromagnetic wave is small, unlike the side of the antenna conductor. As a result, the influence of the antenna conductor on the electromagnetic wave caused by the provision of the support portion can be suppressed, and the antenna loss can be suppressed.
上記平面アンテナにおいては、平面視において、前記アンテナ導体は、前記共振方向に沿って延びて互いに対向する一組の第1辺を含むことができる。このとき、前記支持部は、前記一組の第1辺それぞれの中央近傍に設けられており、前記対向導体に向かって延びる。 In the planar antenna, in plan view, the antenna conductor may include a set of first sides extending along the resonance direction and facing each other. At this time, the support portion is provided near the center of each of the first side of the set and extends toward the opposing conductor.
アンテナ導体の共振方向の中央近傍は、上述の通り、定在波の節の位置に対応しており、電磁波の電界強度が中央近傍以外の他の領域に比べて小さい。上記構成では、このアンテナ導体の共振方向の中央近傍において、各支持部が一組の第1辺それぞれから対向導体に向かって延びる。よって、支持部を設けることにより生じる、アンテナ導体における電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。 As described above, the vicinity of the center of the antenna conductor in the resonance direction corresponds to the position of the node of the standing wave, and the electric field strength of the electromagnetic wave is smaller than that of other regions other than the vicinity of the center. In the above configuration, in the vicinity of the center of the antenna conductor in the resonance direction, each support portion extends from each of the first side of the set toward the opposite conductor. Therefore, it is possible to suppress the influence of the antenna conductor on the electromagnetic wave caused by providing the support portion and suppress the antenna loss.
上記平面アンテナにおいては、平面視において、前記アンテナ導体は、前記共振方向に沿って延びて互いに対向する一組の第1辺を含むことができる。このとき、前記支持部は、前記一組の第1辺それぞれに接続されている。そして、前記支持部それぞれは、前記第1辺の中央近傍を始端として、前記アンテナ導体の平面方向に沿って前記アンテナ導体から離れた終端に向かって延びる水平部と、前記水平部の終端から前記対向導体に向かって延びる垂直部と、を含む。 In the planar antenna, in plan view, the antenna conductor may include a set of first sides extending along the resonance direction and facing each other. At this time, the support portion is connected to each of the first side of the set. Then, each of the support portions has a horizontal portion extending from the vicinity of the center of the first side toward the end distant from the antenna conductor along the plane direction of the antenna conductor, and the horizontal portion extending from the end of the horizontal portion. Includes a vertical portion extending towards the opposing conductor.
アンテナ導体の共振方向の中央近傍は、上述の通り、定在波の節の位置に対応しており、電磁波の電界強度が中央近傍以外の他の領域に比べて小さい。しかし、アンテナ導体の第1辺では、アンテナ導体の中央部に比べて、電磁波の強度が大きくなる傾向にある。これは、第1辺では、アンテナ導体が空気と接することで、アンテナ導体の実効誘電率が変化し、この変化によって電磁波が集中し易くなることによると考えられる。 As described above, the vicinity of the center of the antenna conductor in the resonance direction corresponds to the position of the node of the standing wave, and the electric field strength of the electromagnetic wave is smaller than that of other regions other than the vicinity of the center. However, on the first side of the antenna conductor, the intensity of the electromagnetic wave tends to be higher than that in the central portion of the antenna conductor. It is considered that this is because, on the first side, the effective dielectric constant of the antenna conductor changes when the antenna conductor comes into contact with air, and this change makes it easier for electromagnetic waves to concentrate.
上記構成では、まず、支持部の水平部が、アンテナ導体の共振方向の中央近傍の第1辺を始点として、アンテナ導体から離れる終端に向かって平面に沿って延びる。つまり、支持部において、水平部がまず、電磁波の強度が大きいアンテナ導体の第1辺から離れるように、アンテナ導体の平面に沿って延びる。これにより、水平部において、電界強度の大きな電磁波が集中するのを抑制できる。そして、支持部の垂直部は、支持部の水平部の終端から対向導体に向かって延びる。これにより、支持部を設けることにより生じる、アンテナ導体における電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。 In the above configuration, first, the horizontal portion of the support portion extends along a plane toward the end point away from the antenna conductor, starting from the first side near the center in the resonance direction of the antenna conductor. That is, in the support portion, the horizontal portion first extends along the plane of the antenna conductor so as to be separated from the first side of the antenna conductor having a high intensity of electromagnetic waves. As a result, it is possible to suppress the concentration of electromagnetic waves having a large electric field strength in the horizontal portion. Then, the vertical portion of the support portion extends from the end of the horizontal portion of the support portion toward the opposing conductor. As a result, the influence of the antenna conductor on the electromagnetic wave caused by the provision of the support portion can be suppressed, and the antenna loss can be suppressed.
上記平面アンテナにおいては、平面視において、前記一組の第1辺それぞれと各支持部の接続部分とは、前記アンテナ導体の中心を通り、前記電磁波の共振方向に沿う直線に対して対称であることができる。 In the planar antenna, in a planar view, each of the first side of the set and the connecting portion of each support portion are symmetrical with respect to a straight line passing through the center of the antenna conductor and along the resonance direction of the electromagnetic wave. be able to.
上記構成では、アンテナ導体と各支持部との接続部分は、共振方向に沿う直線に対して対称に位置する。よって、互いに対向する各支持部が、アンテナ導体における電磁波に与える影響が対称となる。これにより、アンテナ導体での電磁波の共振状態を、中央近傍に対して対称に維持できる。そのため、共振状態の不均一によるアンテナ損失を抑制できる。 In the above configuration, the connecting portion between the antenna conductor and each support portion is located symmetrically with respect to a straight line along the resonance direction. Therefore, the influences of the supporting portions facing each other on the electromagnetic waves in the antenna conductor are symmetrical. As a result, the resonance state of the electromagnetic wave in the antenna conductor can be maintained symmetrically with respect to the vicinity of the center. Therefore, the antenna loss due to the non-uniform resonance state can be suppressed.
上記平面アンテナにおいては、前記アンテナ導体のうち電界強度の小さい領域に、前記少なくとも1つの支持部と前記アンテナ導体との接続部分が位置していることができる。 In the flat antenna, the connection portion between the at least one support portion and the antenna conductor may be located in a region of the antenna conductor where the electric field strength is small.
上記構成では、アンテナ導体のうち電界強度の小さい領域に支持部が接続されている。よって、支持部を設けることにより生じる、アンテナ導体における電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。 In the above configuration, the support portion is connected to the region of the antenna conductor where the electric field strength is small. Therefore, it is possible to suppress the influence of the antenna conductor on the electromagnetic wave caused by providing the support portion and suppress the antenna loss.
上記平面アンテナにおいては、平面視において、前記アンテナ導体は、前記電磁波の前記共振方向と直交する互いに平行な少なくとも一組の第2辺を含むことができる。 In the plane antenna, the antenna conductor may include at least a set of second sides parallel to each other orthogonal to the resonance direction of the electromagnetic wave in a plane view.
上記構成では、アンテナ導体において平行な一組の第2辺を端縁として、電磁波が共振状態となり定在波が形成される。そして、一組の第2辺の端縁において定在波の腹が位置し、一組の第2辺の中央部においては定在波の節が位置する。このとき、アンテナ導体における電磁波はある共振周波数で共振し、電力損失を最小化できる。 In the above configuration, the electromagnetic wave is in a resonance state and a standing wave is formed with a pair of parallel second sides of the antenna conductor as the edge. The antinode of the standing wave is located at the edge of the second side of the set, and the node of the standing wave is located at the center of the second side of the set. At this time, the electromagnetic wave in the antenna conductor resonates at a certain resonance frequency, and the power loss can be minimized.
上記平面アンテナにおいては、前記アンテナ導体における電磁波の管内波長をλgとすると、前記一組の第2辺の間隔はλg/2であることができる。 In the plane antenna, if the in-tube wavelength of the electromagnetic wave in the antenna conductor is λg, the distance between the second sides of the set can be λg / 2.
上記構成によれば、一組の第2辺を腹とし、一組の第2辺の中央を節とする定在波が生じる。このとき、アンテナ導体における電磁波はある共振周波数で共振し、電力損失を最小化できる。 According to the above configuration, a standing wave is generated with the second side of the set as the antinode and the center of the second side of the set as the node. At this time, the electromagnetic wave in the antenna conductor resonates at a certain resonance frequency, and the power loss can be minimized.
上記平面アンテナにおいては、前記少なくとも1つの支持部は、前記アンテナ導体の中央近傍で、且つ前記一組の第2辺からλg/4の近傍に接続されていることができる。 In the plane antenna, the at least one support portion can be connected in the vicinity of the center of the antenna conductor and in the vicinity of λg / 4 from the second side of the set.
一組の第2辺からλg/4の近傍とは、一組の第2辺間の中央部である。この一組の第2辺からλg/4の近傍では、定在波の節が位置しており、電磁波の電界強度が他の領域
に比べて小さい。この位置に支持部を設けることで、支持部を設けることによるアンテナ
導体における電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。
なお、一組の第2辺からλg/4の近傍とは、例えば、一組の第2辺からλg/4を中心として、±λg/8の範囲内であってもよい。
The neighborhood of λg / 4 from the second side of the set is the central portion between the second sides of the set. In the vicinity of λg / 4 from the second side of this set, the node of the standing wave is located, and the electric field strength of the electromagnetic wave is smaller than that of the other regions. By providing the support portion at this position, the influence of the support portion on the electromagnetic wave in the antenna conductor can be suppressed, and the antenna loss can be suppressed.
The neighborhood of λg / 4 from the second side of the set may be, for example, within the range of ± λg / 8 centered on λg / 4 from the second side of the set.
上記平面アンテナにおいては、前記アンテナ導体の平面形状は矩形状であることができる。 In the plane antenna, the plane shape of the antenna conductor can be rectangular.
アンテナ導体は、例えば、長方形、正方形及び台形等の矩形状である。このような矩形状であると、例えば互いに平行に対向する辺を端縁とする定在波が形成され、電磁波が共振状態となる。これにより、アンテナ損失を抑制できる。 The antenna conductor has a rectangular shape such as a rectangle, a square, and a trapezoid. With such a rectangular shape, for example, a standing wave having sides parallel to each other as end edges is formed, and the electromagnetic wave is in a resonance state. As a result, antenna loss can be suppressed.
上記平面アンテナにおいては、複数のアンテナ導体が設けられており、隣接するアンテナ導体を接続する接続導体をさらに備えることができる。 In the above-mentioned planar antenna, a plurality of antenna conductors are provided, and a connecting conductor for connecting adjacent antenna conductors can be further provided.
複数のアンテナ導体を接続導体で接続して配置することで、電磁波の送受信の感度を向
上できる。
By connecting and arranging a plurality of antenna conductors with connecting conductors, the sensitivity of transmitting and receiving electromagnetic waves can be improved.
本発明の一観点に係るアンテナ装置は、上記のいずれかに記載の平面アンテナと、前記平面アンテナにおいて送受信される電磁波の電力変換を行う電力変換器と、を備える。 The antenna device according to one aspect of the present invention includes the planar antenna according to any one of the above, and a power converter that converts the power of electromagnetic waves transmitted and received by the planar antenna.
上記アンテナ装置においては、前記電力変換器に接続される高周波回路をさらに備えることができる。 The antenna device may further include a high frequency circuit connected to the power converter.
本発明によれば、アンテナ損失を抑制可能な平面アンテナ及びアンテナ装置を提供する
ことができる。
According to the present invention, it is possible to provide a planar antenna and an antenna device capable of suppressing antenna loss.
以下、図面を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る平面アンテナ及びこれを含むアンテナ装置について説明する。 Hereinafter, the planar antenna according to the first embodiment of the present invention and the antenna device including the planar antenna will be described with reference to the drawings.
<1.第1実施形態>
(1)アンテナ装置の概略構成
図1は、第1実施形態に係る平面アンテナを含むアンテナ装置の斜視図である。図2は、図1の平面アンテナのうち第1アンテナ導体及び第2アンテナ導体を含む領域の拡大図である。図3は、図2のA−A線断面図である。
<1. First Embodiment>
(1) Schematic Configuration of Antenna Device FIG. 1 is a perspective view of an antenna device including a planar antenna according to the first embodiment. FIG. 2 is an enlarged view of a region of the planar antenna of FIG. 1 including the first antenna conductor and the second antenna conductor. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
図1に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置1000は、電磁波を受送信する平面アンテナ100と、ミリ波及びマイクロ波などの高周波を送受信する高周波回路300と、平面アンテナ100と高周波回路300との間で電力の変換を行う電力変換器200と、を含む。高周波回路300は、例えばMMIC(monolithic microwave integrated circuit:モノシリックマイクロ波集積回路)であり、上記のように、ミリ波及びマイクロ波などの高周波を送受信する。そして、平面アンテナ100は、高周波回路300から送信され、電力変換器200において電力変換された電磁波を放射する。一方、平面アンテナ100は、電磁波を受信すると、受信した電磁波を電力変換器200を介して、高周波回路300に送信する。以下、各部材について、詳細に説明する。
As shown in FIG. 1, the
(2)平面アンテナの全体構成
まず、第1実施形態に係る平面アンテナ100の全体構成について説明する。以下では、図1等に示す方向、つまり上、下、前、後、右、左にしたがって説明を行う。但し、この向きによって、本発明が限定されるものではないが、本実施形態の「前後方向」が本発明の共振方向に相当し、「左右方向」が本発明の共振方向と直交する方向に相当する。
(2) Overall Configuration of Planar Antenna First, the overall configuration of the
また、以下の説明において、ある部分の管内波長という場合には、ある部分に隣接するあらゆる構成によって影響を受けた、ある部分の電磁波の波長を意味するものとする。例えば、後述するように、アンテナ導体13における電磁波の管内波長とは、アンテナ導体13に隣接する空気等、アンテナ導体13の周囲のあらゆる構成によって影響を受けた、アンテナ導体13における電磁波の波長を意味するものとする。
Further, in the following description, the wavelength in the tube of a certain part means the wavelength of the electromagnetic wave of a certain part influenced by all the configurations adjacent to the certain part. For example, as will be described later, the in-tube wavelength of the electromagnetic wave in the
図1に示すように、平面アンテナ100は、電磁波を送受信する4個のアンテナ導体13(13a〜13d)と、接地されたグランド導体(対向導体)16と、各アンテナ導体13をグランド導体16に対して支持する支持部15とを含む。また、4個のアンテナ導体13a〜13dは、一直線上に並び、互いに接続導体11b〜11dによって接続されている。そして、最後尾に配置されたアンテナ導体13aが接続導体11aを介して電力変換器200に接続されている。各アンテナ導体13及びグランド導体16は平板状の導体で形成されており、上下方向に互いに対向して配置されている。よって、アンテナ導体13とグランド導体16との間を電磁波が反射されながら伝搬する。なお、以下では、説明の便宜のため、後方から前方に向かって並ぶアンテナ導体を、それぞれ、第1アンテナ導体13a、第2アンテナ導体13b、第3アンテナ導体13c、及び第4アンテナ導体14dと称することとする。また、後方から前方に向かって並ぶ接続導体11を、それぞれ、第1接続導体11a、第2接続導体11b、第3接続導体11c、及び第4接続導体11dと称することとする。このように複数のアンテナ導体13と接続導体11とが一列に交互に接続されることで、電磁波の送受信感度を向上できる。
As shown in FIG. 1, the
また、各アンテナ導体13は、グランド導体16との間に隙間を有するように上述した支持部15(15a〜15d)により支持されている。例えば、第1アンテナ導体13aは、左側に接続された左第1支持部15La、及び右側に接続された右第1支持部15Raによって、グランド導体16に対して支持されるようになっている。これら左第1支持部15La及び右第1支持部15Raは、第1アンテナ導体13aと一体的に形成されており、グランド導体16に対して、第1アンテナ導体13aの左右を概ね均一に安定良く支持している。
Further, each
同様に、第2アンテナ導体13bは、左第2支持部15Lb及び右第2支持部15Rbを有する第2支持部15bにより支持されている。その他の第3アンテナ導体13cも同様に第3支持部15c(15Lc、15Rc)により支持され、第4アンテナ導体13dも同様に第4支持部15d(15Ld、15Rd)により支持されている。
Similarly, the
(3)平面アンテナの各部の構成
次に、平面アンテナ100の各部である、アンテナ導体13、接続導体11、支持部15及びグランド導体16についてさらに説明する。各第1〜第4アンテナ導体13a〜13d、各接続導体11a〜11d及び各支持部15a〜15dは、それぞれ概ね同一の構成である。よって、第1アンテナ導体13a、第1接続導体11a、第2接続導体11b及び第1支持部15aについて説明し、その他の第2〜第4アンテナ導体13b〜13d、第3〜第4接続導体11c〜11d及び第2〜第4支持部15b〜15dについては説明を省略する。
(3) Configuration of Each Part of the Planar Antenna Next, the
(3−1)第1アンテナ導体13a
第1アンテナ導体13aは図2に示すように、4つの辺、つまり、前後方向に延びる一組の第1辺19aと、左右方向に延びる一組の第2辺17aとを有する長方形状の板状によって形成されている。一組の第1辺19aは、左右方向に対向し、かつ互いに平行な左第1辺19Laと右第1辺19Raとを有する。一組の第2辺17aは、前後方向に対向し、かつ互いに平行な前第2辺17Faと後第2辺17Baとを有する。
(3-1)
As shown in FIG. 2, the
前第2辺17Faと後第2辺17Baとの間隔の長さL1は、第1アンテナ導体13aにおける電磁波の管内波長をλgとすると、1/2λgとすることができる。換言すると、左第1辺19La及び右第1辺19Raのそれぞれの前後方向の長さL1は1/2λgとすることができる。長さL1は、例えば1.5mm〜1.9mmとすることができる。長さL1が1/2λgである場合、第1アンテナ導体13aにおける電磁波は前後方向を共振方向とする共振状態となり定在波が生じる。具体的には、第1接続導体11aを後ろから前に進行して第1アンテナ導体13aに進入した電磁波は、第1アンテナ導体13aの前後方向において反射を繰り返す定在波となる。このとき、前後方向に対向する前第2辺17Fa及び後第2辺17Baには、定在波の腹が位置する。一方、第1アンテナ導体13aの前後方向及び左右方向の中心である中心点βを通り、左右方向に延びる直線γを規定すると、この直線γ上には、定在波の節が位置する。このようにアンテナ導体13において電磁波がある共振周波数で共振して定在波が形成されることで、電力損失を最小化できる。なお、直線γは、中心点βを通り共振方向に沿って延びる直線αと直交する。ここで、「直交」には、概ね直交も含まれ、例えば、直線αと直線γとが約80°〜約100°の角度で交差する場合も含む。
The length L1 of the distance between the front
また、左第1辺19Laと右第1辺19Raとの間隔の長さL2は、後述の第1接続導体11a及び第2接続導体11bの左右方向の長さL3より長ければ特に限定されない。長さL2は、例えば、長さL3より長く、長さL1より短くすることができ、例えば1mmとすることができる。
The length L2 of the distance between the left first side 19La and the right first side 19Ra is not particularly limited as long as it is longer than the lateral length L3 of the first connecting
第1アンテナ導体13aは概ね均一の厚みW2を有している。厚みW2は、特に限定されない。ただし、W2が小さいほど第1アンテナ導体13aを薄板状に形成でき、平面アンテナ100を薄型化することができる。厚みW2は、例えば0.012mm〜0.300mmとすることができる。
The
(3−2)第1接続導体11a及び第2接続導体11b
第1接続導体11aは、前後方向に延びる直方体状の棒状部材である。第1接続導体11aは、電力変換器200と平面アンテナ100とを接続する。よって、第1接続導体11aは、電力変換器200から出力された電磁波を平面アンテナ100に出力する。さらに、これとは反対に、第1接続導体11aは、平面アンテナ100から出力された電磁波を電力変換器200に出力する。
(3-2) First connecting
The first connecting
第1接続導体11aは、第1アンテナ導体13aの後第2辺17Baの中心から後ろに突出するように接続されている。具体的には、第1接続導体11aは、第1アンテナ導体13aの中心点βを通り、前後方向に延びる直線αに沿って、延びている。
The first connecting
第1接続導体11aの左右方向の長さL3は、第1接続導体11aに要求されるインピーダンスの大きさ等によって決まる。例えば、長さL3は、インピーダンスが約100Ωとなる距離であり、0.2mm〜0.25mmとすることができる。ただし、第1接続導体11aの左右方向の長さL3は、前第2辺17Fa及び後第2辺17Baの左右方向の長さL2よりも小さい。特に、長さL3は長さL2よりも十分に小さいのが好ましい。これにより、第1接続導体11aと第1アンテナ導体13aとの間で電磁波を伝搬させつつ、第1アンテナ導体13aの前第2辺17Fa及び後第2辺17Baを端面として電磁波を反射させることができる。よって、第1アンテナ導体13a内において電磁波を前後方向を共振方向とする共振状態とし、定在波を発生させることができる。一方、長さL3が長さL2以上である場合には、第1アンテナ導体13aにおいて電磁波を前後方向に反射させるための壁面が無い。そのため、第1アンテナ導体13aにおいて電磁波を共振状態として定在波を発生させることができない。
The length L3 of the first connecting
また、第1接続導体11aの上下方向の厚みW3は、第1アンテナ導体13aの厚みW2と概ね同一である。例えば、厚みW3は、第1接続導体11aに要求されるインピーダンスの大きさ等によって決定されてもよい。
Further, the vertical thickness W3 of the first connecting
第1接続導体11aの前後方向の長さL4は、第1アンテナ導体13aと電力変換器200との距離等によって決まる。ただし、長さL4は、後述の第2接続導体11bの前後方向の長さL5と同じであってもよい。
The length L4 of the first connecting
第2接続導体11bは、第1接続導体11aと同様に前後方向に延びる直方体状の棒状部材である。第2接続導体11bは、隣接する第1アンテナ導体13aと第2アンテナ導体13bとを接続し、これらの第1アンテナ導体13a及び第2アンテナ導体13bとの間で電磁波を伝搬させる。第2接続導体11bは、第1アンテナ導体13a及び第2アンテナ導体13bの左右方向の中心に接続され、第1接続導体11aと同様に直線αに沿って延びている。また、第2接続導体11bの寸法は、第1接続導体11aとほぼ同じであ
る。
The second connecting
(3−3)第1支持部15a
第1支持部15aを構成する左第1支持部15La及び右第1支持部15Raは、第1アンテナ導体13aがグランド導体16との間に隙間を有するようにアンテナ導体13aを支持している。左第1支持部15Laと右第1支持部15Raとは直線αを中心として左右対称であるので、右第1支持部15Raについてのみ説明する。
(3-3)
The left first support portion 15La and the right first support portion 15Ra constituting the
右第1支持部15Raは、右第1水平部15HRa及び右第1垂直部15VRaを有するL字型に形成されている。右第1水平部15HRaは、左右方向に延びる直方体状の棒状部材であり、第1アンテナ導体13aの右第1辺19Raの中心に接続され、直線γに沿って延びている。そして、右第1水平部15HRaの右端部に、右第1垂直部15VRaが接続されている。右第1垂直部15VRaは、上下方向に延びており、その下端がグランド導体16に接続されている。例えば、右第1垂直部15VRaの下端は、グランド導体16に設けた開口に挿入されて固定することができる。
The right first support portion 15Ra is formed in an L shape having a right first horizontal portion 15HRa and a right first vertical portion 15VRa. The right first horizontal portion 15HRa is a rectangular parallelepiped rod-shaped member extending in the left-right direction, is connected to the center of the right first side 19Ra of the
ここで、右第1水平部15HRaが直線γに沿って接続されている理由について以下に説明する。図4は、平面アンテナを平面視した場合における電界強度分布を示す解析図である。図4では、例えば、第1接続導体11aから電力1W、76GHzの電磁波を供給している。第1アンテナ導体13aを拡大した電界強度分布を参照すると、第1アンテナ導体13aの4つの角部を含む領域I、II、III及びIVにおいて、電界強度が最も大きい。一方、直線γを含む領域Vは、電界強度が最も小さくなった。つまり、領域Vは、領域I、II、III及びIVに比べて、電界強度が小さい。これは、第1アンテナ導体13aにおける電磁波の定在波の腹が、前第2辺17Fa及び後第2辺17Baに位置し、定在波の節が直線γを含む第1アンテナ導体13aの中央近傍(領域V)に位置するからである。この定在波の節が位置する領域では電位がゼロとなりショートした状態となる。そして、上記のように、直線γ上において右第1水平部15HRaと第1アンテナ導体13aとを接続することで、右第1支持部15Raを設けることにより生じる、第1アンテナ導体13aとグランド導体16との間を伝搬する電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。
Here, the reason why the right first horizontal portion 15HRa is connected along the straight line γ will be described below. FIG. 4 is an analysis diagram showing the electric field strength distribution when the plane antenna is viewed in a plane. In FIG. 4, for example, an electromagnetic wave having a power of 1 W and 76 GHz is supplied from the first connecting
右第1水平部15HRaの前後方向の長さL6は、特に限定されない。しかし、長さL6が小さいほど、右第1支持部15Raが第1アンテナ導体13aにおける電磁波に与える影響が小さく好ましい。例えば、長さL6は、右第1辺19Raの前後方向の長さL1よりも十分に小さいのが好ましく、例えば0.100mm〜0.400mmとすることができる。
The length L6 of the right first horizontal portion 15HRa in the front-rear direction is not particularly limited. However, the smaller the length L6, the smaller the influence of the right first support portion 15Ra on the electromagnetic waves in the
右第1水平部15HRaの上下方向の厚みW4は、第1アンテナ導体13aの厚みW2及び第1接続導体11aの厚みW3と概ね同一とすることができる。ただし、厚みW4と、厚みW3及び厚みW2とは異なっていてもよい。
The vertical thickness W4 of the right first horizontal portion 15HRa can be substantially the same as the thickness W2 of the
ここで、長さL9は、直線αから右第1水平部15HRaの右端までの距離であり、右第1水平部15HRaの左右方向の長さL8は、長さL9から長さL2/2を引いた長さである(L8=L9−L2/2)。この長さL9は、概ね(1/4)λg×k(kは1以上の整数)である。長さL9は、例えば0.600mm〜2mmとすることができる。よって、左第1水平部15HLaの左端から右第1水平部15HRaの右端までの左右方向の長さL10は、2×L9である(L10=2×L9)。 Here, the length L9 is the distance from the straight line α to the right end of the right first horizontal portion 15HRa, and the length L8 in the left-right direction of the right first horizontal portion 15HRa is from the length L9 to the length L2 / 2. It is the subtracted length (L8 = L9-L2 / 2). This length L9 is approximately (1/4) λg × k (k is an integer of 1 or more). The length L9 can be, for example, 0.600 mm to 2 mm. Therefore, the length L10 in the left-right direction from the left end of the left first horizontal portion 15HRa to the right end of the right first horizontal portion 15HRa is 2 × L9 (L10 = 2 × L9).
右第1垂直部15VRaの前後方向の長さは、右第1水平部15HRaの前後方向の長さL6と概ね同一である。また、右第1垂直部15VRaの上下方向の長さL7は、第1アンテナ導体13aとグランド導体16との間に隙間を形成できるように、第1アンテナ導体13aの厚みW2よりも大きく、右第1水平部15HRaの上下方向の厚みW4よりも大きい。また、長さL7は、第1アンテナ導体13aとグランド導体16との間に電磁波を閉じ込めることができる長さであるのが好ましい。具体的には、長さL7は、例えば0.080mm〜0.250mmとすることができる。一方、図3に示す、右第1垂直部15VRaの左右方向の長さL11は、例えば、第1アンテナ導体13a及び右第1水平部15HRaを支持できる強度等に基づいて決定される。具体的には、長さL11は、例えば0.020mm〜0.200mmとすることができる。
The length of the right first vertical portion 15VRa in the front-rear direction is substantially the same as the length L6 of the right first horizontal portion 15HRa in the front-rear direction. Further, the vertical length L7 of the right first vertical portion 15VRa is larger than the thickness W2 of the
(3−4)グランド導体16
グランド導体16は、各アンテナ導体13a〜13d、各接続導体11a〜11d及び各支持部15a〜15dに対向しており、これらとの重畳面積よりも大きな一枚の平板状の導体から形成されている。グランド導体16の上下方向の厚みW1は、例えば0.012mm〜1mmとすることができる。
(3-4)
The
(3−5)平面アンテナ100の材料及び加工方法
上記のアンテナ導体13、グランド導体16、接続導体11及び支持部15は導体から形成されており、例えば金、銀、銅、銅合金、アルミニウム等の金属から適切な材料が選択される。アンテナ導体13、接続導体11及び支持部15は、例えば打ち抜き加工等により一体に形成することができる。その他、アンテナ導体13、接続導体11及び支持部15は、メッキ処理及びフォトレジストリソグラフィ等により基体上に薄膜状に一体に導体を形成した後、形成された導体を基体から剥離することで得られてもよい。グランド導体16も同様に形成されてもよい。
(3-5) Material and Processing Method of
また、アンテナ導体13、接続導体11及び支持部15と、グランド導体16とは、異なる材料であってもよい。さらに、支持部15は導体ではなく、例えば絶縁材料であってもよい。支持部15を絶縁材料で形成する場合には、支持部15をアンテナ導体13に設けても、アンテナ導体13と支持部15との導電率の違いによって、アンテナ導体13における電磁波が支持部15によって影響を受けるのを抑制できる。
Further, the
(4)電力変換器
次に、上記の平面アンテナ100が接続される電力変換器200の構成について説明する。以下では、電力変換器の例として、構成1、2を挙げて説明する。すなわち、電力変換器として、構成1,2のいずれかを用いることができるが、これ以外の構成の電力変換器を用いることができる。但し、電力変換器200は、平面アンテナ100と高周波回路300との間で電力を変換できればよく、これらの構成に限定されない。なお、以下では、電力変換器200に接続される高周波回路300については省略している。高周波回路300は、例えば、電力変換器200に搭載されるか、電力変換器200と配線等を介して接続される等して電力変換器200と電気的に接続される。
(4) Power Converter Next, the configuration of the
(4−1)構成1
まず、電力変換器200の構成1について説明する。図5は、平面アンテナ100が電力変換器200に接続された構成1を示す斜視図である。図6は、図5の直線αにおける断面図である。図5、図6において、平面アンテナ100は、上記第1実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
(4-1)
First,
図5及び図6に示すように、電力変換器200は、板状の第1基板ユニット101と、この第1基板ユニット101の上側に対向配置される板状の第2基板ユニット102と、これら基板ユニット101、102間に挟まれた誘電体基板130と、を含む。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
第1基板ユニット101は、矩形状の第1基板110を備え、この第1基板110の第1上面110aに、矩形状の結合素子111と、第1伝送パターン112と、接地電位を有する第1上面グラウンド113とが配置されている。第1伝送パターン112は前後方向に延びており、後側の第1端部112aには、図視しない高周波回路300が接続可能となっている。また、第1伝送パターン112は、前側の第2端部112bにおいて、結合素子111と接続されている。一方、第1基板110の第1下面110bには、概ね全体に亘って接地電位を有する第1下面グラウンド114が配置されている。また、第1基板110には、これを貫通する複数のスルーホール116が形成されている。複数のスルーホール116は、結合素子111、及び第1伝送パターン112の周囲を囲むように配置されている。
The
第2基板ユニット102は、第2基板120を備え、この第2基板120の第2上面120aに、矩形状のシールド板127と、第2伝送パターン128とが配置されている。シールド板127の前端部には切欠き127aが形成されており、第2伝送パターン128の第1端部128aが挿入されている。第2伝送パターン128は、前方に延びており、第2端部128bが平面アンテナ100の第1接続導体11aに接続されている。一方、第2基板120の第2下面120bには、整合素子121と、接地電位を有し、第2伝送パターン128と対向する第2伝送グラウンド123と、が配置されている。整合素子121と結合素子111とは、誘電体基板130を介して対向している。また、第2伝送パターン128の第1端部128aの一部は、整合素子121に対向している。
The
上記の電力変換器200では、高周波回路300から第1伝送パターン112の第1端部112aに電磁波が入力される。入力された電磁波は、第1伝送パターン112の第2端部112bに伝送され、これに連続する結合素子111に供給される。次に、結合素子111と整合素子121とは誘電体基板130を介して互いに電磁的に結合し、結合素子111と整合素子121との間で電力変換が行われる。整合素子121を経た電磁波は、第2伝送パターン128の第1端部128aから第2端部128bに向かって伝送され、平面アンテナ100の第1接続導体11aに供給される。なお、第2伝送パターン128と第1接続導体11aとは一体的に形成された導体であってもよい。第1接続導体11aに電磁波が供給されると、平面アンテナ100のアンテナ導体13から電磁波が放射される。一方、平面アンテナ100がアンテナ導体13から電磁波を受信する場合は、前述と逆の順序で電磁波が電力変換器200を経て高周波回路300に伝送される。
In the
(4−2)構成2
次に、平面アンテナ100が接続される電力変換器200の構成2について説明する。図7は、平面アンテナ100が電力変換器200に接続された構成2を示す分解斜視図である。但し、実際には図7に示す各部材は接触した積層構造となっている。図7において、平面アンテナ100は、上記第1実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
(4-2) Configuration 2
Next, configuration 2 of the
図7に示すように、この電力変換器200は、矩形状のシールド板141と、このシールド板141の下面に接する誘電体基板143と、この誘電体基板143の下面に接するグランド基板145と、を備えている。さらに、この電力変換器200は、グランド基板145の下方に接触して配置される導波管149と、この導波管149の下方に配置され、結合素子160を含む帯状の導体パターン165と、を備えている。具体的には、次のように構成されている。
As shown in FIG. 7, the
まず、シールド板141の前端部には、切欠き141aが形成されており、この切欠き141a内に、平面アンテナ100の第1接続導体11aが配置される。誘電体基板143の下方に配置されるグランド基板145には、シールド板141の切欠き141aと対応する位置に矩形状の開口146が形成されており、この開口146内に整合素子147が配置されている。また、グランド基板145の下方に配置される導波管149には、上下方向に貫通する中空部150が形成されており、この中空部150の上部開口が、グランド基板145の開口146と一致するように位置合わせされている。また、中空部150の下方には、上述した結合素子160が配置されている。結合素子160には、上述した導体パターン165の第2端部165bが接続されており、導体パターン165の第1端部165aは、高周波回路300に接続されている。
First, a
上記の電力変換器200では、高周波回路300から導体パターン165の第1端部165aに電磁波が入力される。入力された電磁波は、導体パターン165の第2端部165bから結合素子160を経て導波管149の中空部150に導入される。中空部150内を伝送した電磁波は、整合素子147、誘電体基板143を経て第1接続導体11aに伝送される。第1接続導体11aに電磁波が供給されると、平面アンテナ100のアンテナ導体13から電磁波が放射される。一方、平面アンテナ100がアンテナ導体13から電磁波を受信する場合は、前述と逆の順序で電磁波が電力変換器200を経て高周波回路300に伝送される。
In the
(5)その他のアンテナ装置
上記では、図5〜図7に示すように、電力変換器200に平面アンテナ100が接続されている。しかし、平面アンテナ100は電力変換器200を経ずに高周波回路300に接続されてもよい。また、平面アンテナ100は、同軸ケーブル400等のケーブルを介して高周波回路300に接続されてもよい。図8は、平面アンテナに同軸ケーブルが接続されている構成を示す斜視図である。図8では、平面アンテナ100の第1接続導体11aが、同軸ケーブル400内の導線に接続されている。同軸ケーブル400は高周波回路300に接続されており、平面アンテナ100と高周波回路300との間で電磁波の送受信が行われる。
(5) Other Antenna Devices In the above, as shown in FIGS. 5 to 7, a
(6)特徴
(6−1)
上記第1実施形態の平面アンテナ100では、左右に延びる支持部15により、互いに電磁波の反射壁となるアンテナ導体13とグランド導体16との間に隙間が形成されている。そのため、アンテナ導体13とグランド導体16との間には、比誘電率が約1.0である空気が介在する。空気は、アンテナ導体13とグランド導体16との間に誘電体材料を介在させる場合よりも比誘電率が小さいため、アンテナ導体13とグランド導体16との間を伝搬する電磁波の電力損失を抑えることができる。
(6) Features (6-1)
In the
また、支持部15は、グランド導体16に対してアンテナ導体13を支持すればよいため、簡単な構成でアンテナ導体13とグランド導体16との間に空気を介在させることができる。さらに、アンテナ導体13を別途の基板で支持する必要がないため、平面アンテナ100の小型化、軽量化及び低コスト化を実現できる。
Further, since the support portion 15 only needs to support the
(6−2)
上記第1実施形態の平面アンテナ100において、第1支持部15aは、第1アンテナ導体13aの中心点βを通り、左右方向に延びる直線γ上に位置する。ここで、第1アンテナ導体13aにおける電磁波は共振状態にあり、第1アンテナ導体13aの共振方向の中央部では、定在波の節が位置する。そして、直線γは、定在波の節の位置に対応して延びている。よって、第1アンテナ導体13aの中央近傍を通る直線γ上では、電磁波の電界強度が中央近傍以外の他の領域に比べて小さい。しかし、第1アンテナ導体13aの左第1辺19Laと右第1辺19Raでは、第1アンテナ導体13aの中央部に比べて、電磁波の強度が大きくなる傾向にある。これは、第1辺19aでは、第1アンテナ導体13aが空気と接することで、第1アンテナ導体13aの実効誘電率が変化し、この変化によって電磁波が集中し易くなることによると考えられる。
(6-2)
In the
そこで、上記の平面アンテナ100では、まず、右第1支持部15Raの右第1水平部15HRaが、第1アンテナ導体13aの共振方向の中央近傍の右第1辺19Raを始点として、第1アンテナ導体13aの平面上で左右方向に延びるように形成されている。つまり、第1支持部15aにおいて、右第1水平部15HRaが、電磁波の強度が大きい第1アンテナ導体13aの右第1辺19Raから離れるように、第1アンテナ導体13aの平面に沿って延びている。これにより、右第1水平部15HRaにおいて、電界強度の大きな電磁波が集中するのを抑制できる。そして、右第1垂直部15VRaは、右第1水平部15HRaの終端からグランド導体16に向かって延びるように形成されている。左第1支持部15Laは、右第1支持部15Raとは左右対称である。これにより、第1支持部15aを設けることにより生じる、第1アンテナ導体13aにおける電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。なお、上記では、第1アンテナ導体13aについて説明したが、その他のアンテナ導体13b〜13dについても同様のことが言える。
Therefore, in the above-mentioned
(6−3)
上記第1実施形態の第1アンテナ導体13aでは、左第1支持部15Laと右第1支持部15Raとは直線αを中心として左右対称である。よって、互いに対向する左第1支持部15Laと右第1支持部15Raとが、第1アンテナ導体13aにおける電磁波に与える影響が対称となる。これにより、第1アンテナ導体13aでの電磁波の共振状態を、中央近傍に対して対称に維持できる。そのため、共振状態の不均一によるアンテナ損失を抑制できる。なお、上記では、第1アンテナ導体13aについて説明したが、その他のアンテナ導体13b〜13dについても同様のことが言える。
(6-3)
In the
(7)変形例
以下に、第1実施形態の平面アンテナ100の変形例について説明する。なお、以下の第2、第3実施係形態と同様の変形例については、共通の変形例として後述する。
(7−1)
上記第1実施形態では、支持部15(15a〜15d)において、左支持部15L(15La〜15Ld)及び右支持部15R(15Ra〜15Rd)は、左右方向に沿って直線状に延びている。しかし、左支持部15L及び右支持部15Rは、湾曲又は屈曲していてもよい。
(7) Modification Example A modification of the
(7-1)
In the first embodiment, in the support portion 15 (15a to 15d), the
(7−2)
支持部15は、少なくともアンテナ導体13との接続部分が直線γ上に位置すればよく、必ずしも支持部15全体が直線γ上に位置する必要はない。
(7-2)
As for the support portion 15, at least the connection portion with the
(7−3)
上記第1実施形態では、左支持部15L(15La〜15Ld)と右支持部15R(15Ra〜15Rd)とは、直線αを中心として左右対称である。しかし、少なくとも、左支持部15Lとアンテナ導体13との接続部分と、右支持部15Rとアンテナ導体13との接続部分とが左右対称であればよい。そのような例として図9を用いて説明する。図9は、左支持部15L及び右支持部15Rのアンテナ導体13に対する配置関係を示す平面図である。図9では、左支持部15Lとアンテナ導体13との接続部分と、右支持部15Rとアンテナ導体13との接続部分とは、直線αに対して左右対称である。しかし、左支持部15Lと右支持部15Rとは反転対称に配置されている。少なくとも、支持部15とアンテナ導体13との接続部分が左右対称であるため、アンテナ導体13における電磁波の共振状態の不均一によるアンテナ損失を抑制できる。さらには、アンテナ導体13における電磁波の共振状態が不均一とならない程度であれば、支持部15とアンテナ導体13との接続部分が完全な左右対称である必要はない。
(7-3)
In the first embodiment, the
また、例えば、左支持部15Lと右支持部15Rとは、例えば、図10のように直線αを中心として非対称に配置されていてもよい。図10は、左支持部15L及び右支持部15Rのアンテナ導体13に対する配置関係を示す平面図である。図9と同様に、左支持部15Lとアンテナ導体13との接続部分と、右支持部15Rとアンテナ導体13との接続部分とは、直線αに対して左右対称である。しかし、図9とは異なり、左支持部15Lと右支持部15Rとは非対称に配置されている。さらには、上記実施形態では、右水平部15HR(15HRa〜15HRd)と、左水平部15HL(15HLa〜15HLd)とは同じ長さであるが、異なっていてもよい。ただし、これらの長さが左右で同一である場合には、アンテナ導体13における電磁波の共振状態が概ね均一となり好ましい。
Further, for example, the
(7−4)
上記第1実施形態では、接続導体11は直方体状の棒状部材である。しかし、接続導体11はアンテナ導体13を接続する部材であれば形状は限定されず、例えば円筒状の棒状部材であってもよい。ただし、アンテナ導体13及び接続導体11等を打ち抜き加工等で一体に形成する場合には、加工の容易性から接続導体11は直方体状の棒状部材であるのが好ましい。
(7-4)
In the first embodiment, the connecting
(7−5)
上記第1実施形態では、右垂直部15VR(15VRa〜15VRd)は上下方向に延びる板状部材である。しかし、右垂直部15VRは、右水平部15HR(15HRa〜15HRd)を介してアンテナ導体13を支持できればよく、形状は限定されない。例えば、右垂直部15VRは、棒状及び円筒状などの棒状部材であってもよい。ただし、右水平部15HRに対して、右垂直部15VRを折り曲げ加工する場合には、加工の容易性から右垂直部15VRが板状部材であるのが好ましい。
(7-5)
In the first embodiment, the right vertical portion 15VR (15VRa to 15VRd) is a plate-shaped member extending in the vertical direction. However, the shape of the right vertical portion 15VR is not limited as long as the
<2.第2実施形態>
次に、図面を参照しつつ、本発明の第2実施形態に係る平面アンテナ及びこれを含むアンテナ装置について説明する。第2実施形態が第1実施形態と異なるのは支持部の構成であり、その他の構成は第1実施形態とほぼ同様であるため、同一構成には同一の符号を付して説明を省略する。図11は、第2実施形態に係る平面アンテナを含むアンテナ装置の斜視図である。図12は、図11の平面アンテナのうち第1アンテナ導体及び第2アンテナ導体を含む領域の拡大図である。図13は、図12のA−A線断面図である。
<2. Second Embodiment>
Next, a planar antenna according to a second embodiment of the present invention and an antenna device including the planar antenna will be described with reference to the drawings. The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the support portion, and the other configurations are almost the same as those in the first embodiment. Therefore, the same configurations are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. .. FIG. 11 is a perspective view of an antenna device including a planar antenna according to the second embodiment. FIG. 12 is an enlarged view of a region of the planar antenna of FIG. 11 including the first antenna conductor and the second antenna conductor. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
(1)支持部の構成
以下では、第1〜第4アンテナ導体13a〜13dを支持する支持部151を、それぞれ第1〜第4支持部151a〜151dと称することとする。図11〜図13に示すように、第2実施形態の支持部151は、アンテナ導体13の下面から下方に延びる棒状に形成されており、支持部151の下端がグランド導体16に接続されている。これにより、アンテナ導体13とグランド導体16との間に隙間が形成される。例えば、第1アンテナ導体13aを支持する第1支持部151aは、四角柱状に形成されている。この第1支持部151aは、図12等に示すように、第1アンテナ導体13aの前後方向及び左右方向の中心である中心点βと、第1支持部151aの中心とが一致するように配置されている。
(1) Configuration of Support Parts In the following, the
ここで、第1支持部151aが中心点βに配置されている理由について以下に説明する。図14は、平面アンテナを平面視した場合における電界強度分布を示す解析図である。図14では、例えば、第1接続導体11aから電力1W、76GHzの電磁波を供給している。図14の電界強度分布は、第1実施形態の図4の電界強度分布と概ね同様である。つまり、図14において、第1アンテナ導体13aにおける電磁波の定在波の節は領域Vに位置するため、直線γが含まれる領域Vの電界強度は小さい。しかし、図4及び図14を参照すると、左第1辺19La及び右第1辺19Raにおいても電界強度が大きい。これは、左第1辺19La及び右第1辺19Raでは、第1アンテナ導体13aが空気と接することで、第1アンテナ導体13aの実効誘電率が変化し、この変化によって電磁波が集中し易くなることによると考えられる。
Here, the reason why the
そこで、電界強度の小さい領域Vのうち、電界強度が大きい左第1辺19La及び右第1辺19Raから離れた中心点βに支持部151を配置する。これにより、第1支持部151aを設けることにより生じる、第1アンテナ導体13aとグランド導体16との間を伝搬する電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。
Therefore, in the region V where the electric field strength is small, the
第1支持部151aの前後方向の長さL61及び左右方向の長さL62は、アンテナ導体13aを支持できればよく、特に限定されない。しかし、長さL61及び長さL62が小さいほど、第1支持部151aが第1アンテナ導体13aにおける電磁波に与える影響が小さく好ましい。例えば、長さL61は、第1アンテナ導体13aの前後方向の長さL1よりも十分に小さいのが好ましく、例えば0.100mm〜0.400mmとすることができる。例えば、長さL62は、第1アンテナ導体13aの左右方向の長さL2よりも十分に小さいのが好ましく、例えば0.100mm〜0.400mmとすることができる。
The length L61 in the front-rear direction and the length L62 in the left-right direction of the
第1支持部151aの長さL71は、特に限定されないが、例えば第1アンテナ導体13aとグランド導体16との間に電磁波を閉じ込めることができる長さであるのが好ましい。具体的には、長さL71は、例えば0.080mm〜0.250mmとすることができる。
The length L71 of the
その他の第2〜第4アンテナ導体13b〜13dも同様の構成であり、第2〜第4支持部151b〜151dによってグランド導体16に対して支持されている。
The other second to
(2)特徴
(2−1)
上記第2実施形態の平面アンテナ180では、互いに電磁波の反射壁となるアンテナ導体13とグランド導体16との間に、棒状の支持部151が配置されている。そのため、アンテナ導体13とグランド導体16との間には、比誘電率が約1.0である空気が介在する。空気は、誘電体材料よりも比誘電率が小さいため、アンテナ導体13とグランド導体16との間を伝搬する電磁波の電力損失を抑えることができる。
(2) Features (2-1)
In the
また、アンテナ導体13を支持部151で支持するという簡単な構成でアンテナ導体13とグランド導体16との間に空気を介在させることができる。さらに、アンテナ導体13を別途の基板で支持する必要がないため、平面アンテナ180の小型化、軽量化及び低コスト化を実現できる。
Further, air can be interposed between the
(2−2)
上記第2実施形態の平面アンテナ180において、第1アンテナ導体13aの中心点βに第1支持部151aが位置する。中心点βは、定在波の節が位置し、かつ電界強度が大きい第1アンテナ導体13aの第1辺19aから離れているため、電磁波の電界強度が中央近傍以外の他の領域に比べて小さい。よって、上述の位置に第1支持部151aを設けることで、第1支持部15aを設けることにより生じる、第1アンテナ導体13aにおける電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。なお、上記では、第1アンテナ導体13aについて説明したが、その他のアンテナ導体13b〜13dについても同様のことが言える。
(2-2)
In the
(2−3)
支持部151は、アンテナ導体13の中心点βを支持するため、アンテナ導体13をバランスよく安定に支持することができる。
(2-3)
Since the
(3)変形例
以下に、第2実施形態の平面アンテナ180の変形例について説明する。なお、第1、第3実施係形態と同様の変形例については、共通の変形例として後述する。
(3−1)
上記第2実施形態では、支持部151は中心点βに配置されている。しかし、中心点βを通り、左右方向に延びる直線γのいずれの位置に配置されていてもよい。また、例えば、各アンテナ導体13a〜13dによって、直線γ上での支持部151の配置位置が異なっていてもよい。
(3) Modification Example A modification of the
(3-1)
In the second embodiment, the
(3−2)
上記第2実施形態では、1つのアンテナ導体13に対して1つの支持部151のみが設けられている。しかし、1つのアンテナ導体13に対して複数の支持部151が設けられていてもよい。例えば、直線γ上の複数個所に支持部151が設けられてもよい。その他、4つのアンテナ導体13a〜13dが全体としてグランド導体16に対して支持されればよく、全てのアンテナ導体13に対して支持部151を設ける必要はない。例えば、隣接するアンテナ導体13のいずれかに支持部151を設けてもよい。
(3-2)
In the second embodiment, only one
(3−3)
上記第2実施形態では、支持部151は四角柱状であるが、支持部151はアンテナ導体13を支持できればよく形状は限定されてない。例えば、支持部151は円柱状、楕円形状、多角形状などであってもよい。
(3-3)
In the second embodiment, the
<3.第3実施形態>
次に、図面を参照しつつ、本発明の第3実施形態に係る平面アンテナ及びこれを含むアンテナ装置について説明する。第3実施形態が第1実施形態と異なるのは支持部の構成であり、その他の構成は第1実施形態とほぼ同じであるため、第1実施形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する図15は、第3実施形態に係る平面アンテナを含むアンテナ装置の斜視図である。図16は、図15の平面アンテナのうち第1アンテナ導体及び第2アンテナ導体を含む領域の拡大図である。図17は、図16のA−A線断面図である。
<3. Third Embodiment>
Next, a planar antenna according to a third embodiment of the present invention and an antenna device including the planar antenna will be described with reference to the drawings. The third embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the support portion, and the other configurations are almost the same as those in the first embodiment. Therefore, the same configurations as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals. FIG. 15 is a perspective view of an antenna device including a planar antenna according to a third embodiment. FIG. 16 is an enlarged view of a region of the planar antenna of FIG. 15 including the first antenna conductor and the second antenna conductor. FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
(1)支持部の構成
以下では、第1〜第4アンテナ導体13a〜13dを支持する支持部152を、それぞれ第1〜第4支持部152a〜152dと称することとする。図15〜図17に示すように、第3実施形態の支持部15は、左水平部15HL及び左垂直部15VLを有する左支持部15Lと、右水平部15HR及び右垂直部15VRを有する右支持部15Rとから形成されている。しかし、第3実施形態の支持部152は、アンテナ導体13の左右に対向する辺からグランド導体16に延びるように形成されており、これにより、アンテナ導体13とグランド導体16との間に隙間が形成される。
(1) Configuration of Support Parts In the following, the support parts 152 that support the first to
例えば、第1アンテナ導体13aは、平板状の左第1支持部152La及び右第1支持部152Raを含む第1支持部152aによって、グランド導体16に対して支持されている。左第1支持部152Laは、第1アンテナ導体13aの左第1辺19Laと直線γとが交差する中心部分に接続され、グランド導体16に向かって延びている。同様に、右第1支持部152Raは、右第1辺19Raと直線γとが交差する中心部分に接続され、グランド導体16に向かって延びている。左第1支持部152Laと左第1辺19Laとの接続部分と、右第1支持部152Raと右第1辺19Raとの接続部分とは、直線αに対して左右対称である。
For example, the
ここで、左第1支持部152Laが左第1辺19Laの中心に、右第1支持部152Raが右第1辺19Raの中心に接続されている理由について以下に説明する。図18は、平面アンテナを平面視した場合における電界強度分布を示す解析図である。図18では、例えば、第1接続導体11aから電力1W、76GHzの電磁波を供給している。図18の電界強度分布は、第1実施形態の図4の電界強度分布と概ね同様である。つまり、図18において、第1アンテナ導体13aにおける電磁波の定在波の節は領域Vに位置するため、直線γが含まれる領域Vの電界強度は小さい。よって、左第1辺19La及び右第1辺19Raのうち直線γと交差する部分において、左第1支持部152La及び右第1支持部152Raを設けることで、第1支持部152aを設けることにより生じる、第1アンテナ導体13aとグランド導体16との間を伝搬する電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。
Here, the reason why the left first support portion 152La is connected to the center of the left first side 19La and the right first support portion 152Ra is connected to the center of the right first side 19Ra will be described below. FIG. 18 is an analysis diagram showing the electric field strength distribution when the plane antenna is viewed in a plane. In FIG. 18, for example, an electromagnetic wave having a power of 1 W and 76 GHz is supplied from the first connecting
第1支持部152aの前後方向の長さL65及び左右方向の長さL66は、アンテナ導体13aを支持できればよく、特に限定されない。しかし、長さL65及び長さL66が小さいほど、第1支持部152aが第1アンテナ導体13aにおける電磁波に与える影響が小さく好ましい。例えば、長さL65は、第1アンテナ導体13aの前後方向の長さL1よりも十分に小さいのが好ましく、例えば0.100mm〜0.400mmとすることができる。また、長さL66は、例えば0.020mm〜0.200mmとすることができる。
The length L65 in the front-rear direction and the length L66 in the left-right direction of the
第1支持部152aの長さL72は、特に限定されないが、例えば第1アンテナ導体13aとグランド導体16との間に電磁波を閉じ込めることができる長さであるのが好ましい。具体的には、長さL72は、例えば0.080mm〜0.250mmとすることができる。
The length L72 of the
その他の第2〜第4アンテナ導体13b〜13dも同様の構成であり、第2〜第4支持部151b〜151dによってグランド導体16に対して支持されている。
(2)特徴
(2−1)
上記第3実施形態では、第2実施形態と同様に、アンテナ導体13とグランド導体16との間に、上下に延びる支持部152が配置されている。したがって、アンテナ導体13とグランド導体16との間には、比誘電率が約1.0である空気が介在するため、アンテナ導体13とグランド導体16との間を伝搬する電磁波の電力損失を抑えることができる。
The other second to
(2) Features (2-1)
In the third embodiment, similarly to the second embodiment, a support portion 152 extending vertically is arranged between the
また、第2実施形態と同様に、簡易な構成により、平面アンテナ190の小型化、軽量化及び低コスト化を実現できる。
Further, as in the second embodiment, the
(2−2)
上記第3実施形態の平面アンテナ190において、アンテナ導体13の第1辺19と直線γ上との交差部分に支持部152が位置する。直線γは、定在波の節の位置に対応して延びており、直線γ上では、電磁波の電界強度が中央近傍以外の他の領域に比べて小さい。よって、上述の位置に支持部15を設けることにより生じる、アンテナ導体13における電磁波への影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。
(2-2)
In the
(2−3)
上記第3実施形態の第1アンテナ導体13aでは、左第1支持部152Laと右第1支持部152Raとは、直線αに対して左右対称である。よって、上記第1実施形態で説明したのと同様に、第1アンテナ導体13aでの電磁波の共振状態の不均一によるアンテナ損失を抑制できる。なお、上記では、第1アンテナ導体13aについて説明したが、その他のアンテナ導体13b〜13dについても同様のことが言える。
(2-3)
In the
(2−4)
各支持部15がアンテナ導体13の第1辺19の中央近傍を互いに対向するように支持するため、アンテナ導体13をバランスよく安定に支持することができる。
(2-4)
Since each of the support portions 15 supports the vicinity of the center of the first side 19 of the
(3)変形例
以下に、第3実施形態の平面アンテナ190の変形例について説明する。なお、第1、第2実施係形態と同様の変形例については、共通の変形例として後述する。
(3) Modification Example A modification of the
(3−1)
上記第3実施形態では、左第1支持部152Laと右第1支持部152Raとは、直線αに対して左右対称である。しかし、アンテナ導体13における電磁波の共振状態が不均一とならない程度であれば、左第1支持部152Laと右第1支持部152Raとは、直線αに対して完全な左右対称である必要はない。
(3-1)
In the third embodiment, the left first support portion 152La and the right first support portion 152Ra are symmetrical with respect to the straight line α. However, the left first support portion 152La and the right first support portion 152Ra do not need to be completely symmetrical with respect to the straight line α as long as the resonance state of the electromagnetic wave in the
(3−2)
上記第3実施形態では、支持部152は平板状であるが、アンテナ導体13を支持できればよく形状は限定されない。例えば、支持部152は、四角柱状、円柱状、楕円形状、多角形状などであってもよい。
(3-2)
In the third embodiment, the support portion 152 has a flat plate shape, but the shape is not limited as long as the
<4.変形例>
以上、本発明の第1〜第3実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、以下のような種々の変更が可能である。以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。なお、各実施形態における特有の変形例については各実施形態において述べたが、ここでは、第1〜第3実施形態に共通の変形例を述べる。
<4. Modification example>
Although the first to third embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications such as the following can be made without departing from the spirit of the present invention. .. The gist of the following modifications can be combined as appropriate. The specific modification examples in each embodiment have been described in each embodiment, but here, the modification common to the first to third embodiments will be described.
<4−1>
上記第1〜第3実施形態では、支持部15、151、152は直線γ上に位置するが、必ずしも直線γ上に位置する必要はない。例えば、支持部15、151、152は、電磁波が形成する定在波の節が位置するアンテナ導体13の中央近傍に位置すればよい。なお、「中央近傍」とは、アンテナ導体13のうち電界強度の小さい領域であればよく、アンテナ導体13の中心点βのみならず、中心点β及びその近傍を含む意味である。さらには、支持部15、151、152は、アンテナ導体13における電磁波の定在波の節を通って左右方向に延びる直線上に位置すれば、必ずしもアンテナ導体13の中央近傍に位置する必要はない。
<4-1>
In the first to third embodiments, the
<4−2>
上記実施形態では、アンテナ導体13は、グランド導体16との間に隙間を有するように支持部15により支持されている。しかし、接続導体11によってアンテナ導体13を支持してもよい。この場合、接続導体11のうち電界強度の小さい領域に支持部を設ける。接続導体11のうち電界強度の小さい領域とは、図4、図14及び図18に示す領域VIである。領域VIは、前後方向の長さL5が1/2λgの接続導体11の中央部分に位置する。この領域VIに支持部153(153a〜153d)、154(154a〜154d)、155(155a〜155d)を設けた構成を図19〜図21に示す。図19は、第1実施形態の支持部を接続導体に設けた場合のアンテナ装置の斜視図である。図20は、第2実施形態の支持部を接続導体に設けた場合のアンテナ装置の斜視図である。図21は、第3実施形態の支持部を接続導体に設けた場合のアンテナ装置の斜視図である。
<4-2>
In the above embodiment, the
このように接続導体11のうち領域VIに支持部153(図19)、支持部154(図20)、支持部155(図21)を設けることで、支持部153、154、155が接続導体11の電磁波に与える影響を抑制できる。ひいては、接続導体11がアンテナ導体13における電磁波に与える影響を抑制し、アンテナ損失を抑制できる。また、アンテナ導体13に支持部15が設けられないため、アンテナ導体13における電磁波が影響を受けてアンテナ損失が生じるのをさらに抑制できる。なお、支持部153、154、155によりアンテナ導体13を支持できればよく、全ての接続導体11(11a〜11d)に支持部15を設ける必要はない。
By providing the support portion 153 (FIG. 19), the support portion 154 (FIG. 20), and the support portion 155 (FIG. 21) in the region VI of the connecting
<4−3>
上記実施形態では、アンテナ導体13の前後方向の長さL1はλg/2である。しかし、アンテナ導体13の前後方向において電磁波が共振状態にあればよく、長さL1はλg/2に限定されない。例えば、アンテナ導体13の前後方向の長さL1は(λg/2)×l(lは2以上の整数)であってもよい。同様に、上記実施形態では、接続導体11の前後方向の長さL5は、λg/2である。しかし、上記と同様に、長さL5はλg/2に限定されず、(λg/2)×m(mは2以上の整数)であってもよい。
<4-3>
In the above embodiment, the length L1 of the
<4−4>
上記実施形態では、アンテナ導体13は長方形状であるが、例えば図22及び図23に示す長方形状以外の正方形状及び台形状などの矩形状でもよい。また、アンテナ導体13は、共振方向において対向する一組の辺が互いに平行であるのが好ましい。その他、アンテナ導体13は、共振方向において対向する一組の辺が互いに平行であれば、四角形よりも多角形状及び円弧を含む形状であってもよい。
<4-4>
In the above embodiment, the
<4−5>
上記実施形態では、アンテナ導体13に対向する対向導体としてグランド導体16を例示している。しかし、対向導体は接地されている必要はなく、例えば、所定の電位を有する導体であってもよい。ただし、接地されたグランド導体16を用いると、電磁波の電界を安定化できるので好ましい。
<4-5>
In the above embodiment, the
<4−6>
上記実施形態では、平面アンテナ100は、4個のアンテナ導体13を含む。しかし、アンテナ導体13の数はこれに限定されず、1個であってもよく、5個以上であってもよい。同様に接続導体11の数は4個に限定されず、1個であってもよく、5個以上であってもよい。
<4-6>
In the above embodiment, the
<4−7>
上記実施形態では、全てのアンテナ導体13に支持部15、151、152を設けている。しかし、アンテナ導体13とグランド導体16との間に隙間を設けることができれば、全てのアンテナ導体13に支持部15、151、152を設ける必要はなく、また、支持部15、151、152の数も限定されない。
<4-7>
In the above embodiment, the
<4−8>
上記実施形態では、複数のアンテナ導体13を1列に配置した例を示した。しかし、複数のアンテナ導体を複数列に配置してもよい。そのような例として、図24A〜24Cを用いて説明する。図24A〜24Cは、複数のアンテナ導体を複数列に配置した場合の説明図である。
<4-8>
In the above embodiment, an example in which a plurality of
図24Aに示す平面アンテナ1011では、3列のセット900a〜900c(900)を含む。1列のセット900には、前後方向に沿って、4個のアンテナ導体13、4個の接続導体11及び4組の左支持部15L(15HL及び15VL)及び右支持部15R(15HR及び15VR)が、グランド導体16に対して配置されている。各アンテナ導体13は、左右に設けられた支持部15により支持されている。そして、左右方向に隣接するアンテナ導体13の支持部15どうしが接続されている。例えば、セット900aのアンテナ導体13は、左水平部15HL及び右水平部HRと、左垂直部15VL及び右垂直部15VRとにより支持されている。そして、セット900aのアンテナ導体13の右水平部15HRと、セット900bのアンテナ導体13の左水平部15HLとは互いに接続されている。
The
図24Bに示す平面アンテナ1012では、図24Aに示す平面アンテナ1011とは異なり、左右に隣接するアンテナ導体13の支持部15(15HL、15HR、15VL、15VR)は互いに接続されていない。その他の構成は平面アンテナ1011と同様である。
In the
図24Cに示す平面アンテナ1013では、図24Aに示す平面アンテナ1011とは異なり、左右方向の左端部のセット900a及び右端部のセット900cにおけるアンテナ導体13のみが、それぞれ左垂直部15VL及び右垂直部15VRを有する。そして、左右に隣接するアンテナ導体13は、左水平部15HLと右水平部HRとが接続されている。この左右に隣接するアンテナ導体13間では垂直部は設けられていない。その他の構成は平面アンテナ1011と同様である。
In the
<4−9>
アンテナ装置において、上記第1〜第3実施形態の平面アンテナ100、180、190を組み合わせてもよい。
<4-9>
In the antenna device, the
以下に、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されない。そして、(1)電界強度分布及び指向性をシミュレーションにより取得した。その他、(2)長さL9についての評価を行った。以下に、まず、(1)電界強度分布及び指向性についての評価を説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following examples. Then, (1) the electric field strength distribution and directivity were acquired by simulation. In addition, (2) length L9 was evaluated. First, (1) evaluation of the electric field strength distribution and directivity will be described.
(1)電界強度分布及び指向性についての評価
(1−1)実施例1−1〜1−3の平面アンテナ、理想平面アンテナ
(a)構成
実施例1−1〜1−3の平面アンテナとして、それぞれ上記の第1〜第3実施形態の平面アンテナ100、180、190と同様の構成を有するアンテナを準備した。また、これら実施例との対比のため、理想平面アンテナと称する理想状態の平面アンテナを準備した。この理想平面アンテナというは、図25〜図27に示すものである。図25は、理想平面アンテナを含むアンテナ装置の斜視図である。図26は、図25の理想平面アンテナのうち第1アンテナ導体及び第2アンテナ導体を含む領域の拡大図である。図27は、図26のA−A線断面図である。
(1) Evaluation of electric field strength distribution and directivity (1-1) Planar antenna of Examples 1-1 to 1-3, ideal plane antenna (a) Configuration As a plane antenna of Examples 1-1 to 1-3 , Antennas having the same configurations as the
図25〜図27に示すように、理想平面アンテナ195はアンテナ装置4000の構成要素であり、第1実施形態の平面アンテナ100において、支持部15を含まないものである。つまり、アンテナ導体13及び接続導体11が、支持部15を介することなく、グランド導体16と空気を介して対向している。なお、支持部15を設けない構成が最もアンテナ導体13における電磁波に影響が少ないと考えられるため、理想平面アンテナと称している。その他の構成については、第1実施形態の平面アンテナ100と同様であるので説明を省略する。
As shown in FIGS. 25 to 27, the ideal
実施例1−1〜1−3の平面アンテナ及び理想平面アンテナ195において、各アンテナ導体13に関連する各寸法は、以下の表1の通りである。
続いて、実施例1−1〜1−3の平面アンテナ(第1〜第3実施形態の平面アンテナ100、180、190に相当)と、理想平面アンテナ195に対して、第1接続導体11から電力1W、周波数76GHzの電磁波を供給した。各平面アンテナにおける電界強度分布及び指向性は、次の通りである。
Subsequently, from the first connecting
(b)電界強度分布
上記図4、図14、図18は、それぞれ各実施例1−1〜1−3の平面アンテナの電界強度分布である。図28は、理想平面アンテナ195の電界強度分布である。実施例1−1〜1−3については、既に図4、図14、及び図18で説明したが、これら実施例と同様、理想平面アンテナ195においても、図28に示す通り、定在波の節が位置する領域Vにおいて最も電界強度が小さかった。一方、各平面アンテナにおいて、定在波の腹が位置する領域I〜IVにおいて最も電界強度が大きかった。
(B) Electric field strength distribution FIGS. 4, 14, and 18 are the electric field strength distributions of the planar antennas of Examples 1-1 to 1-3, respectively. FIG. 28 shows the electric field strength distribution of the
(c)指向性
図29〜図31は、各実施例1−1〜1−3の平面アンテナの指向性(角度毎の利得分布)である。図32は、理想平面アンテナの指向性である。各図29〜図32において、実線はアンテナ導体13における前後方向の指向性及び左右方向の指向性である。前後方向の指向性とは、例えば図2においてアンテナ導体13を左右方向から側面視した場合における前後方向の利得である。一方、左右方向の利得とは、例えば図2においてアンテナ導体13を前後方向から正面視した場合における左右方向の利得である。
(C) Directivity FIGS. 29 to 31 show the directivity (gain distribution for each angle) of the planar antennas of Examples 1-1 to 1-3. FIG. 32 shows the directivity of the ideal plane antenna. In FIGS. 29 to 32, the solid line is the directivity in the front-rear direction and the directivity in the left-right direction of the
具体的には、実線では、直線αを通りアンテナ導体に垂直な平面において、中心点βを0°とし、ここから前側をプラスとして+90°まで利得を取得し、中心点βから後側をマイナスとして−90°まで利得を取得している。一方、破線では、直線γを通りアンテナ導体13に垂直な平面において、中心点βを0°とし、ここから左側をプラスとして+90°まで利得を取得し、中心点βから右側をマイナスとして−90°まで利得を取得している。
Specifically, in the solid line, in the plane passing through the straight line α and perpendicular to the antenna conductor, the center point β is set to 0 °, the gain is acquired from here to + 90 ° with the front side as a plus, and the rear side is minus from the center point β. The gain is acquired up to -90 °. On the other hand, in the broken line, in the plane passing through the straight line γ and perpendicular to the
図29〜図32によれば、各実施例1−1〜1−3の平面アンテナ及び理想平面アンテ
ナ195のピーク利得は、以下の表2の通りであった。
(1−2)比較例1
(a)構成
比較例として、比較例1の平面アンテナ5000は、図33の構成を有する。図33は、比較例1の平面アンテナを含むアンテナ装置の斜視図である。図34は、図33のA−A線断面図である。比較例1の平面アンテナ5000は、第1実施形態の平面アンテナ100において、アンテナ導体13及び接続導体11が、誘電体を介してグランド導体16と対向している。よって、比較例1の平面アンテナ5000は支持部を含まない。その他の構成については、第1〜第3実施形態の平面アンテナ100、180、190と同様であるので説明を省略する。
(1-2) Comparative Example 1
(A) Configuration As a comparative example, the
また、実施例1−1〜1−3と同様に、比較例1の平面アンテナ5000に対して、第1接続導体11から電力1W、周波数76GHzの電磁波を供給した。比較例1の平面アンテナ5000における電界強度分布及び指向性は、次の通りである。
Further, similarly to Examples 1-1 to 1-3, an electromagnetic wave having a power of 1 W and a frequency of 76 GHz was supplied from the first connecting
(b)電界強度分布
図35は、比較例1の平面アンテナ5000での電界強度分布である。比較例1の平面アンテナ5000においても、アンテナ導体13の中央部分である領域Vにおいて最も電界強度が小さく、領域I〜IVにおいて最も電界強度が大きかった。
(B) Electric field strength distribution FIG. 35 shows the electric field strength distribution of the
(c)指向性
比較例1の平面アンテナ5000について指向性を取得した。図36は、比較例1の平面アンテナ5000の指向性である。図36に示すように、比較例1の平面アンテナ5000において、ピーク利得が10.9dBとなった。
(C) Directivity The directivity was acquired for the
(1−3)考察
電界強度分布及び指向性から以下の点が分かった。実施例1−1〜1−3(第1〜第3実施形態の平面アンテナ100、180、190に相当)それぞれでは、図4、図14、図18に示すように、領域Vのアンテナ導体13の直線γを含む中央近傍に支持部15、151、152を配置している。領域Vは、前述も通り電界強度が弱い領域である。この場合に、上記に示す通り、実施例1−1〜1−3において、ピーク利得が比較例1の10.9dBよりも高くなっている。特に、実施例1−1(第1実施形態の平面アンテナ100)においては、図32に示す理想平面アンテナ195と同程度のピーク利得を確保できている。また、実施例1−2(第2実施形態の平面アンテナ180)においては、理想平面アンテナ195よりは下がるものの同程度のピーク利得を確保できている。また、実施例1−3(第3実施形態の平面アンテナ190)においても、比較例1のピーク利得よりも高く、ある程度高いピーク利得を有する平面アンテナを得ることができている。よって、実施例1−1〜1−3において、支持部15、151、152を設けることにより生じる、アンテナ導体13とグランド導体16との間を伝搬する電磁波への影響が抑制されている。そして、その結果として、アンテナ損失を抑制できていると分かる。
(1-3) Discussion The following points were found from the electric field strength distribution and directivity. In Examples 1-1 to 1-3 (corresponding to the
(2)長さL9についての評価
次に、実施例2−1、2−2を用いて、支持部15の長さと関連のある長さL9の最適値について評価した。長さL9とは、上記第1実施形態の図3で示したように、アンテナ導体13の中心点βを通る直線αから右水平部15HR(15HRa〜15HRd)の右端までの距離であり、あるいは、直線αから左水平部15HL(15HLa〜15HLd)の左端までの距離である。以下では、図37A及び図37Bを用いてこの点について説明する。図37A及び図37Bは、それぞれ以下に示す実施例2−1、2−2の各平面アンテナ1001、1002の電界強度分布を示す説明図である。この図37A及び図37Bでは、各平面アンテナ1001、1002において、支持部15が設けられた部分の断面における電界強度分布が示されている。
(2) Evaluation of Length L9 Next, using Examples 2-1 and 2-2, the optimum value of the length L9 related to the length of the support portion 15 was evaluated. As shown in FIG. 3 of the first embodiment, the length L9 is the distance from the straight line α passing through the center point β of the
(2−1)実施例2−1、2−2
(a)構成
図37A及び図37Bに示すように、本発明の実施例2−1、2−2の平面アンテナ1001、1002は、上記の第1実施形態の平面アンテナ100において、長さL9、L10が以下の表3の通りである。その他の構成については第1実施形態の平面アンテナ100と同様であるので説明を省略する。
(2-1) Examples 2-1 and 2-2
(A) Configuration As shown in FIGS. 37A and 37B, the
上記の実施例2−1、2−2の平面アンテナ1001、1002に対して、第1接続導体11から電力1W、76GHzの電磁波を供給した。実施例2−1、2−2の平面アンテナ1001、1002における電界強度分布及び指向性は、次の通りである。
An electromagnetic wave having a power of 1 W and 76 GHz was supplied from the first connecting
(b)電界強度分布
図37Aに示すように、実施例2−1の平面アンテナ1001では、支持部15(15L、15R)の右端部から左端部までの領域VII全体が、1つの電界強度の弱い領域となっている。
(B) Electric Field Strength Distribution As shown in FIG. 37A, in the
また、実施例2−2の平面アンテナ1002では、図37Bに示すように、に示すように、支持部15(15L、15R)の右端部から左端部までの領域は、領域VIIIと、2つの領域VXとを含む。領域VIIIは、アンテナ導体13が位置する領域である。2つの領域VXそれぞれは、右支持部15R及び左支持部15Lが位置する。領域VIII及び2つの領域VXの左右方向の長さは概ね同じである。つまり、領域VIIIの左右方向の長さL102と、2つの領域VXの左右方向の長さL101とは、概ね同一である。領域VIII及び2つの各領域VXは、それぞれ電界強度の弱い領域となっている。
Further, in the
(c)指向性
実施例2−1の平面アンテナ1001は、ピーク利得が約12.5dBであった。また、実施例2−2の平面アンテナ1002も同様に、ピーク利得が約12.5dBであった。
(C) Directivity The
(2−2)考察
図37A及び図37Bに示すように、実施例2−1、2−2の平面アンテナ1001、1002では、L10がそれぞれλg×1/2(約1.8mm)及びλg×3/2(約5.6mm)であり、L10=λg×(n/2)(nは1以上の奇数)である。さらには、実施例2−1、2−2の平面アンテナ1001、1002では、L9がそれぞれλg×1/4(約0.9mm)及びλg×3/4(約2.8mm)であり、L9=λg×(o/4)(oは1以上の奇数)である。この場合、図33に示すように、支持部15の右端部から左端部までの領域VII、VIII、VXは、電界強度が弱い。そして、実施例2−1、2−2の平面アンテナ1001、1002のピーク利得は、いずれも約12.5dBであり優れていた。つまり、支持部15を設けることにより生じる、アンテナ導体13とグランド導体16との間を伝搬する電磁波への影響が抑制されていると分かった。よって、長さL10はλg×(n/2)(nは1以上の奇数)であるのが好ましく、長さL9はλg×(o/4)(oは1以上の奇数)であるのが好ましいと分かった。
(2-2) Consideration As shown in FIGS. 37A and 37B, in the
11a〜11d :接続導体
13a〜13d :アンテナ導体
15a〜15d :支持部
15HL :左水平部
15HR :右水平部
15VL :左垂直部
15VR :右垂直部
16 :グランド導体
100 :平面アンテナ
180 :平面アンテナ
190 :平面アンテナ
195 :理想平面アンテナ
200 :電力変換器
300 :高周波回路
11a to 11d: Connecting
Claims (3)
前記複数のアンテナ導体を接続する接続導体と、
前記複数のアンテナ導体および前記接続導体に対向し、前記電磁波の反射壁を構成する対向導体と、
前記複数の前記アンテナ導体と前記対向導体との間に隙間が形成されるように、前記接続導体を支持する支持部と、
を備え、
前記アンテナ導体における電磁波の管内波長をλgとすると、前記接続導体の長さは、λg/2、又は、(λg/2)×m(mは、2以上の整数)であり、
前記支持部は、前記接続導体の長手方向端部からλg/4、又は、λg/4+(λg/2)×(m−n)(nは、m−1までの整数)となる位置と、前記対向導体とを接続する、平面アンテナ。 A plurality of antenna conductors that transmit and receive electromagnetic waves and form a reflection wall of the electromagnetic waves,
A connecting conductor that connects the plurality of antenna conductors,
The facing conductors facing the plurality of antenna conductors and the connecting conductors and forming the electromagnetic wave reflecting wall,
A support portion that supports the connecting conductor so that a gap is formed between the plurality of antenna conductors and the opposing conductor.
With
Assuming that the in-tube wavelength of the electromagnetic wave in the antenna conductor is λg, the length of the connecting conductor is λg / 2 or (λg / 2) × m (m is an integer of 2 or more).
The support portion is located at a position at λg / 4 or λg / 4 + (λg / 2) × (mn) (n is an integer up to m-1) from the longitudinal end of the connecting conductor. A planar antenna that connects to the opposite conductor.
前記平面アンテナにおいて送受信される電磁波の電力変換を行う電力変換器と、
を備えるアンテナ装置。 The planar antenna according to claim 1 and
A power converter that converts the power of electromagnetic waves transmitted and received by the flat antenna, and
An antenna device equipped with.
The antenna device according to claim 2, further comprising a high frequency circuit connected to the power converter.
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