JP7106019B2 - アンテナ装置及びアレーアンテナ装置 - Google Patents
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Description
本開示は、複数のマイクロストリップアンテナを備えるアンテナ装置及びアレーアンテナ装置に関するものである。
以下の非特許文献１には、複数のマイクロストリップアンテナを備えるアンテナ装置が開示されている。当該マイクロストリップアンテナは、ＴＭ１０モードで動作するアンテナである。それぞれのマイクロストリップアンテナが配置されている平面と直交する方向が０度、当該平面と平行な方向が９０度であるとすると、それぞれのマイクロストリップアンテナからの電磁波の放射方向は、３０～４５度の方向である。
G. R. DeJean and M. M. Tentzeris, "A New High-Gain Microstrip Yagi Array Antenna With a High Front-to-Back (F/B) Ratio for WLAN and Millimeter-Wave Applications," IEEE Trans. on Antennas and Propagat., Vol. 55, No. 2, 2007.
非特許文献１に開示されているアンテナ装置では、それぞれのマイクロストリップアンテナが配置されている平面と平行な方向に電磁波を放射することができないという課題があった。
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、それぞれのマイクロストリップアンテナが配置されている平面と平行な方向に電磁波を放射することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
本開示に係るアンテナ装置は、第１の平面及び第２の平面を有しており、第２の平面に接地導体が施されている誘電体基板と、誘電体基板における前記第１の平面に一列に配置されており、ＴＭ２０モードで動作する複数のマイクロストリップアンテナと、複数のマイクロストリップアンテナが一列に並んでいる方向に配置されている導体壁と、を備え、導体壁が配置されている位置は、複数のマイクロストリップアンテナのうち、端部に配置されているマイクロストリップアンテナの中心から、当該マイクロストリップアンテナから放射される電磁波の波長の４分の１の長さと、波長の２分の１の長さの整数倍の長さとの和の距離だけ離れている位置である。
本開示によれば、それぞれのマイクロストリップアンテナが配置されている平面と平行な方向に電磁波を放射することができる。
以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置１を示す平面図である。
図２は、図１に示すアンテナ装置１におけるＣ１－Ｃ２断面を示す断面図である。
図１に示すアンテナ装置１は、ｘ－ｙ－ｚの座標軸によって表される３次元空間において、ｘｚ面と平行な平面に配置されている。
誘電体基板１１は、第１の平面１１ａ及び第２の平面１１ｂを有している。
誘電体基板１１の第２の平面１１ｂには、接地導体が施されている。
誘電体基板１１の第１の平面１１ａには、４つのマイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４が配置されている。
図１に示すアンテナ装置１は、４つのマイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４が配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、２つ以上のマイクロストリップアンテナ１２が配置されていればよい。
以下、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４を区別しない場合は、マイクロストリップアンテナ１２のように表記する。
図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置１を示す平面図である。
図２は、図１に示すアンテナ装置１におけるＣ１－Ｃ２断面を示す断面図である。
図１に示すアンテナ装置１は、ｘ－ｙ－ｚの座標軸によって表される３次元空間において、ｘｚ面と平行な平面に配置されている。
誘電体基板１１は、第１の平面１１ａ及び第２の平面１１ｂを有している。
誘電体基板１１の第２の平面１１ｂには、接地導体が施されている。
誘電体基板１１の第１の平面１１ａには、４つのマイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４が配置されている。
図１に示すアンテナ装置１は、４つのマイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４が配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、２つ以上のマイクロストリップアンテナ１２が配置されていればよい。
以下、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４を区別しない場合は、マイクロストリップアンテナ１２のように表記する。
マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４は、誘電体基板１１における第１の平面１１ａに一列に配置されている。
マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４は、ＴＭ２０モードで動作するアンテナであり、第１の平面１１ａと平行な方向に電磁波を放射する。
マイクロストリップアンテナ１２からの電磁波は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４が一列に並んでいる方向と平行な方向に放射される。
マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４におけるそれぞれの配置の間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、電磁波の波長λの長さである。
間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、電磁波の波長λの長さと厳密に一致しているものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で波長λの長さと異なっていてもよい。
マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４は、ＴＭ２０モードで動作するアンテナであり、第１の平面１１ａと平行な方向に電磁波を放射する。
マイクロストリップアンテナ１２からの電磁波は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４が一列に並んでいる方向と平行な方向に放射される。
マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４におけるそれぞれの配置の間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、電磁波の波長λの長さである。
間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、電磁波の波長λの長さと厳密に一致しているものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で波長λの長さと異なっていてもよい。
給電部１３－ｎ（ｎ＝１，２，３，４）は、給電線路１４－ｎを介して、マイクロストリップアンテナ１２－ｎと接続されている。
給電部１３－ｎは、給電線路１４－ｎを介して、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を給電する。
給電線路１４－ｎの一端は、給電部１３－ｎと接続され、給電線路１４－ｎの他端は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎと接続されている。
給電線路１４－ｎは、給電部１３－ｎから出力された電磁波が伝搬する。
給電部１３－ｎは、給電線路１４－ｎを介して、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を給電する。
給電線路１４－ｎの一端は、給電部１３－ｎと接続され、給電線路１４－ｎの他端は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎと接続されている。
給電線路１４－ｎは、給電部１３－ｎから出力された電磁波が伝搬する。
スリット１５－ｎは、マイクロストリップアンテナ１２－ｎと給電線路１４－ｎとの間の隙間である。
スリット１６－ｎは、マイクロストリップアンテナ１２－ｎと給電線路１４－ｎとの間の隙間である。
スリット１６－ｎは、マイクロストリップアンテナ１２－ｎと給電線路１４－ｎとの間の隙間である。
導体壁１７は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４が一列に並んでいる方向に配置されており、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波を反射させる。
導体壁１７が配置されている位置は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のうち、端部に配置されているマイクロストリップアンテナ１２－１の中心から、波長λの４分の１の長さと、波長λの２分の１の長さの整数倍の長さとの和の距離だけ離れている位置である。
即ち、マイクロストリップアンテナ１２－１の中心から導体壁１７までの距離Ｄ１は、以下の式（１）のように表される。
式（１）において、ｍは、１以上の整数である。
導体壁１７が配置されている位置は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のうち、端部に配置されているマイクロストリップアンテナ１２－１の中心から、波長λの４分の１の長さと、波長λの２分の１の長さの整数倍の長さとの和の距離だけ離れている位置である。
即ち、マイクロストリップアンテナ１２－１の中心から導体壁１７までの距離Ｄ１は、以下の式（１）のように表される。
導体壁１８は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波が、ｘ軸と平行な方向である＋ｘ方向に漏れ出るのを防ぐために設けられている。
導体壁１９は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波が、ｘ軸と平行な方向である－ｘ方向に漏れ出るのを防ぐために設けられている。
導体壁２０は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波が、ｙ軸と平行な方向である＋ｙ方向に漏れ出るのを防ぐために設けられている。
導体壁２１は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれをパッチアンテナとして動作させるために設けられている。
導体壁１７～２１によって、誘電体基板１１及びマイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４を含む空間が形成されている。
開口部２２は、アンテナ装置１の外部空間との境界面であり、開口部２２から、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波が外部に放射される。
Ｄ５は、マイクロストリップアンテナ１２－４の中心から開口部２２までの距離であり、距離Ｄ５は、どのような距離でもよい。
導体壁１９は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波が、ｘ軸と平行な方向である－ｘ方向に漏れ出るのを防ぐために設けられている。
導体壁２０は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波が、ｙ軸と平行な方向である＋ｙ方向に漏れ出るのを防ぐために設けられている。
導体壁２１は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれをパッチアンテナとして動作させるために設けられている。
導体壁１７～２１によって、誘電体基板１１及びマイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４を含む空間が形成されている。
開口部２２は、アンテナ装置１の外部空間との境界面であり、開口部２２から、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波が外部に放射される。
Ｄ５は、マイクロストリップアンテナ１２－４の中心から開口部２２までの距離であり、距離Ｄ５は、どのような距離でもよい。
次に、図１に示すアンテナ装置１の動作について説明する。
ここでは、アンテナ装置１が、送信アンテナとして動作する例を説明する。
給電部１３－ｎ（ｎ＝１，２，３，４）は、給電線路１４－ｎを介して、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を給電する。
即ち、給電部１３－ｎから給電された電磁波は、給電線路１４－ｎをｚ軸と平行な方向である＋ｚ方向に伝搬し、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに到達する。
マイクロストリップアンテナ１２－ｎに到達した電磁波のうち、一部の電磁波は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射される。
マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射されていない電磁波は、給電線路１４－ｎを介して、給電部１３－ｎに反射波として戻る。
なお、給電部１３－ｎから給電された電磁波の一部の電力は、給電線路１４－ｎ、あるいは、マイクロストリップアンテナ１２－ｎにおいて、熱損となる。
ここでは、アンテナ装置１が、送信アンテナとして動作する例を説明する。
給電部１３－ｎ（ｎ＝１，２，３，４）は、給電線路１４－ｎを介して、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を給電する。
即ち、給電部１３－ｎから給電された電磁波は、給電線路１４－ｎをｚ軸と平行な方向である＋ｚ方向に伝搬し、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに到達する。
マイクロストリップアンテナ１２－ｎに到達した電磁波のうち、一部の電磁波は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射される。
マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射されていない電磁波は、給電線路１４－ｎを介して、給電部１３－ｎに反射波として戻る。
なお、給電部１３－ｎから給電された電磁波の一部の電力は、給電線路１４－ｎ、あるいは、マイクロストリップアンテナ１２－ｎにおいて、熱損となる。
図１に示すアンテナ装置１では、スリット１５－ｎ及びスリット１６－ｎが設けられている。
スリット１５－ｎのｚ方向の長さ及びスリット１６－ｎのｚ方向の長さのそれぞれを調整することによって、アンテナ装置１の入力インピーダンスの実部である抵抗値を調整することができる。
また、スリット１５－ｎのｘ方向の長さ及びスリット１６－ｎのｘ方向の長さのそれぞれを調整することによって、アンテナ装置１の入力インピーダンスの虚部であるリアクタンス値を調整することができる。
したがって、図１に示すアンテナ装置１では、スリット１５－ｎ及びスリット１６－ｎにおけるそれぞれのサイズを調整することによって、給電部１３－ｎに戻る反射波を低減することができる。サイズの調整は、ｘ方向の寸法と、ｚ方向の寸法との調整を意味する。
スリット１５－ｎのｚ方向の長さ及びスリット１６－ｎのｚ方向の長さのそれぞれを調整することによって、アンテナ装置１の入力インピーダンスの実部である抵抗値を調整することができる。
また、スリット１５－ｎのｘ方向の長さ及びスリット１６－ｎのｘ方向の長さのそれぞれを調整することによって、アンテナ装置１の入力インピーダンスの虚部であるリアクタンス値を調整することができる。
したがって、図１に示すアンテナ装置１では、スリット１５－ｎ及びスリット１６－ｎにおけるそれぞれのサイズを調整することによって、給電部１３－ｎに戻る反射波を低減することができる。サイズの調整は、ｘ方向の寸法と、ｚ方向の寸法との調整を意味する。
マイクロストリップアンテナ１２－ｎは、ＴＭ２０モードで動作するアンテナであり、給電部１３－ｎから、給電線路１４－ｎを介して、電磁波の給電を受けると、第１の平面１１ａと平行な方向に電磁波を放射する。
即ち、マイクロストリップアンテナ１２－ｎは、＋ｚ方向と－ｚ方向とに電磁波を放射する。
即ち、マイクロストリップアンテナ１２－ｎは、＋ｚ方向と－ｚ方向とに電磁波を放射する。
図３は、ＴＭ２０モードで動作するマイクロストリップアンテナ１２－ｎの動作イメージを示す説明図である。
マイクロストリップアンテナ１２－ｎは、給電部１３－ｎから、給電線路１４－ｎを介して、電磁波の給電を受けると、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの両端に電界ベクトル３１，３２が生じる。
電界ベクトル３１と電界ベクトル３２とは、同相の電界ベクトルであり、電界ベクトル３１，３２の向きは、＋ｙ方向である。
また、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの中央部に、電界ベクトル３１，３２と逆相の電界ベクトル３３が生じる。電界ベクトル３３の向きは、－ｙ方向である。
さらに、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの上部である＋ｙ方向には、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの中心軸１２ａに関して、軸対称の電界ベクトルとして、電界ベクトル３４と電界ベクトル３５とが生じる。
マイクロストリップアンテナ１２－ｎは、給電部１３－ｎから、給電線路１４－ｎを介して、電磁波の給電を受けると、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの両端に電界ベクトル３１，３２が生じる。
電界ベクトル３１と電界ベクトル３２とは、同相の電界ベクトルであり、電界ベクトル３１，３２の向きは、＋ｙ方向である。
また、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの中央部に、電界ベクトル３１，３２と逆相の電界ベクトル３３が生じる。電界ベクトル３３の向きは、－ｙ方向である。
さらに、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの上部である＋ｙ方向には、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの中心軸１２ａに関して、軸対称の電界ベクトルとして、電界ベクトル３４と電界ベクトル３５とが生じる。
電界ベクトル３１～３５が生じる結果、マイクロストリップアンテナ１２－ｎから、アンテナ正面方向である＋ｙ方向には電磁波が放射されず、＋ｘ方向と－ｘ方向とに電磁波が放射される。
図３において、３６は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎからの電磁波の放射方向であり、放射方向３６は、＋ｘ方向である。
３７は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎからの電磁波の放射方向であり、放射方向３７は、－ｘ方向である。
図３において、３６は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎからの電磁波の放射方向であり、放射方向３６は、＋ｘ方向である。
３７は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎからの電磁波の放射方向であり、放射方向３７は、－ｘ方向である。
それぞれのマイクロストリップアンテナ１２－ｎから、放射方向３６に放射された電磁波は、開口部２２から外部に放射される。
それぞれのマイクロストリップアンテナ１２－ｎから、放射方向３７に放射された電磁波は、導体壁１７に反射される。
導体壁１７による反射後の電磁波は、開口部２２から外部に放射される。
マイクロストリップアンテナ１２－１の中心から導体壁１７までの距離Ｄ１が、式（１）によって表される距離であるため、鏡像の原理によって、導体壁１７による反射後の電磁波と、マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射方向３６に放射された電磁波とが、互いに弱め合う等の影響を及ぼすことなく、開口部２２から外部に放射される電磁波が強められる。開口部２２から電磁波が外部に放射されることにより、放射方向３６にビームが形成される。
導体壁１８～２０は、アンテナ装置１の周囲の環境に電磁波の影響を受け難くするために設けられており、マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射された電磁波を開口部２２側に反射させるために設けられているものではない。したがって、導体壁１８～２０は、必ずしも、アンテナ装置１に設けられていなくてもよい。
それぞれのマイクロストリップアンテナ１２－ｎから、放射方向３７に放射された電磁波は、導体壁１７に反射される。
導体壁１７による反射後の電磁波は、開口部２２から外部に放射される。
マイクロストリップアンテナ１２－１の中心から導体壁１７までの距離Ｄ１が、式（１）によって表される距離であるため、鏡像の原理によって、導体壁１７による反射後の電磁波と、マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射方向３６に放射された電磁波とが、互いに弱め合う等の影響を及ぼすことなく、開口部２２から外部に放射される電磁波が強められる。開口部２２から電磁波が外部に放射されることにより、放射方向３６にビームが形成される。
導体壁１８～２０は、アンテナ装置１の周囲の環境に電磁波の影響を受け難くするために設けられており、マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射された電磁波を開口部２２側に反射させるために設けられているものではない。したがって、導体壁１８～２０は、必ずしも、アンテナ装置１に設けられていなくてもよい。
次に、図１に示すアンテナ装置１の有用性を示すために、アンテナ装置１の特性を説明する。
図４は、図１に示すアンテナ装置１における反射特性の電磁界シミュレーション結果を示す説明図である。
反射特性の電磁界シミュレーションでは、誘電体基板１１の比誘電率が３．０、誘電体基板１１の厚さが０．０２６λ、距離Ｄ１が３λ／４としている。
また、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれには、図５に示すように、１つの給電部４１から、給電線路４２を介して、電磁波が給電されるものとして、電磁界シミュレーションを行っている。図５は、反射特性の電磁界シミュレーションが行われたアンテナ装置１を示す平面図である。
図４において、横軸は、正規化周波数を示し、縦軸は、反射係数の振幅を示している。
図４に示す曲線５１は、アンテナ装置１の反射特性を示しており、反射係数の振幅が－１０ｄＢ以下となる比帯域が１％以上存在している。
図４は、図１に示すアンテナ装置１における反射特性の電磁界シミュレーション結果を示す説明図である。
反射特性の電磁界シミュレーションでは、誘電体基板１１の比誘電率が３．０、誘電体基板１１の厚さが０．０２６λ、距離Ｄ１が３λ／４としている。
また、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれには、図５に示すように、１つの給電部４１から、給電線路４２を介して、電磁波が給電されるものとして、電磁界シミュレーションを行っている。図５は、反射特性の電磁界シミュレーションが行われたアンテナ装置１を示す平面図である。
図４において、横軸は、正規化周波数を示し、縦軸は、反射係数の振幅を示している。
図４に示す曲線５１は、アンテナ装置１の反射特性を示しており、反射係数の振幅が－１０ｄＢ以下となる比帯域が１％以上存在している。
図６は、図１に示すアンテナ装置１の中心周波数における放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示す説明図である。
図６Ａは、ｙｚ面における放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示し、図６Ｂは、ｘｚ面における放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示している。
図６Ａ及び図６Ｂにおいて、横軸は、角度を示し、縦軸は、利得を示している。
曲線５２は、ｙｚ面における主偏波を示しており、ｙｚ面における主偏波は、ｙ方向成分を表している。
曲線５３は、ｙｚ面における交差偏波を示しており、ｙｚ面における交差偏波は、ｘ方向成分を表している。
曲線５４は、ｘｚ面における主偏波を示しており、ｘｚ面における主偏波は、ｙ方向成分を表している。
曲線５５は、ｘｚ面における交差偏波を示しており、ｘｚ面における交差偏波は、ｘ方向成分を表している。
図６Ａは、ｙｚ面における放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示し、図６Ｂは、ｘｚ面における放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示している。
図６Ａ及び図６Ｂにおいて、横軸は、角度を示し、縦軸は、利得を示している。
曲線５２は、ｙｚ面における主偏波を示しており、ｙｚ面における主偏波は、ｙ方向成分を表している。
曲線５３は、ｙｚ面における交差偏波を示しており、ｙｚ面における交差偏波は、ｘ方向成分を表している。
曲線５４は、ｘｚ面における主偏波を示しており、ｘｚ面における主偏波は、ｙ方向成分を表している。
曲線５５は、ｘｚ面における交差偏波を示しており、ｘｚ面における交差偏波は、ｘ方向成分を表している。
図６Ａの曲線５２が示すように、ｙｚ面における主偏波は、誘電体基板１１の第１の平面１１ａと平行な方向である＋ｚ方向、即ち、Ａｎｇｌｅ＝０（ｄｅｇｒｅｅ）を指向していることが分かる。
図６Ａの曲線５３が示すように、ｙｚ面における交差偏波は、±９０度の範囲内で主偏波のピーク利得に対して、－２０ｄＢ以下である。
図６Ｂの曲線５４が示すように、ｘｚ面における主偏波は、誘電体基板１１の第１の平面１１ａと平行な方向である＋ｚ方向、即ち、Ａｎｇｌｅ＝０（ｄｅｇｒｅｅ）を指向していることが分かる。
図６Ｂの曲線５５が示すように、ｘｚ面における交差偏波は、±９０度の範囲内で主偏波のピーク利得に対して、－２０ｄＢ以下である。
したがって、図１に示すアンテナ装置１は、誘電体基板１１の第１の平面１１ａと平行な方向に電磁波を放射できることが分かる。
図６Ａの曲線５３が示すように、ｙｚ面における交差偏波は、±９０度の範囲内で主偏波のピーク利得に対して、－２０ｄＢ以下である。
図６Ｂの曲線５４が示すように、ｘｚ面における主偏波は、誘電体基板１１の第１の平面１１ａと平行な方向である＋ｚ方向、即ち、Ａｎｇｌｅ＝０（ｄｅｇｒｅｅ）を指向していることが分かる。
図６Ｂの曲線５５が示すように、ｘｚ面における交差偏波は、±９０度の範囲内で主偏波のピーク利得に対して、－２０ｄＢ以下である。
したがって、図１に示すアンテナ装置１は、誘電体基板１１の第１の平面１１ａと平行な方向に電磁波を放射できることが分かる。
以上の実施の形態１では、第１の平面１１ａ及び第２の平面１１ｂを有しており、第２の平面１１ｂに接地導体が施されている誘電体基板１１と、誘電体基板１１における第１の平面１１ａに一列に配置されており、ＴＭ２０モードで動作する複数のマイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４とを備えるように、アンテナ装置１を構成した。したがって、アンテナ装置１は、それぞれのマイクロストリップアンテナが配置されている平面と平行な方向に電磁波を放射することができる。
図１に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４の形状が方形であるものを示している。しかし、これは一例に過ぎず、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４の形状が、例えば、楕円形、又は、方形以外の多角形であってもよい。
図１に示すアンテナ装置１では、スリット１５－１～１５－４及びスリット１６－１～１６－４におけるそれぞれのコーナー部分が直角であるものを示している。しかし、これは一例に過ぎず、スリット１５－１～１５－４及びスリット１６－－１～１６－４におけるそれぞれのコーナー部分に、微小の丸みが施されていてもよい。コーナー部分における微小の丸みは、例えば、エッチング加工、又は、ドリル加工によって施される。
図１に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれが電磁波を放射している。マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４の＋ｚ方向に、ポラライザが配置されていてもよい。ポラライザが配置されることによって、図１に示すアンテナ装置１を円偏波アンテナとして動作させることが可能である。
図１に示すアンテナ装置１では、給電部１３－ｎ（ｎ＝１，２，３，４）が、給電線路１４－ｎを介して、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を給電している。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、給電部１３－ｎが、ＲＦコネクタを用いて、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を直接給電するようにしてもよい。この場合、給電線路１４－ｎ、スリット１５－ｎ及びスリット１６－ｎは、不要である。
また、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに対する電磁結合によって、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を給電するようにしてもよい。
即ち、誘電体基板１１における第２の平面１１ｂ側に、別の誘電体基板を配置し、別の誘電体基板に形成されているマイクロストリップ線路に電磁波が伝搬することによって、当該マイクロストリップ線路と、マイクロストリップアンテナ１２－ｎとが電磁結合する構成が考えられる。
また、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに対する電磁結合によって、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を給電するようにしてもよい。
即ち、誘電体基板１１における第２の平面１１ｂ側に、別の誘電体基板を配置し、別の誘電体基板に形成されているマイクロストリップ線路に電磁波が伝搬することによって、当該マイクロストリップ線路と、マイクロストリップアンテナ１２－ｎとが電磁結合する構成が考えられる。
図１に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４におけるそれぞれの配置の間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が、電磁波の波長λの長さである。しかし、これは一例に過ぎず、隣り合う２つのマイクロストリップアンテナ１２同士が物理的に干渉しなければよく、それぞれの配置の間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が、電磁波の波長λの長さに限るものではない。
図１では、アンテナ装置１が、送信アンテナとして動作する例を説明している。しかし、これは一例に過ぎず、アンテナ装置１が、受信アンテナとして動作することもできる。
図１に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４及び給電部１３－１～１３－４のそれぞれが、導体パターンとして、誘電体基板１１の第１の平面１１ａに形成されているものを想定している。しかし、これは一例に過ぎず、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４及び給電部１３－１～１３－４のそれぞれを金属導体によって形成し、誘電体基板１１の代わりにスペーサを用いるようにしてもよい。
実施の形態２．
実施の形態２では、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のうち、いずれか１つのマイクロストリップアンテナ１２に電磁波を給電するための給電線路１４を備えるアンテナ装置１について説明する。
実施の形態２では、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のうち、いずれか１つのマイクロストリップアンテナ１２に電磁波を給電するための給電線路１４を備えるアンテナ装置１について説明する。
図７は、実施の形態２に係るアンテナ装置１を示す平面図である。図７において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、ＴＭ２０モードで動作するアンテナである。
マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、誘電体基板１１における第１の平面１１ａに一列に配置されている。
マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３からの電磁波は、マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３が一列に並んでいる方向と平行な方向に放射される。
マイクロストリップアンテナ１２－１とマイクロストリップアンテナ６１－１との配置の間隔はＤ２であり、マイクロストリップアンテナ６１－１とマイクロストリップアンテナ６１－２との配置の間隔はＤ３である。また、マイクロストリップアンテナ６１－２とマイクロストリップアンテナ６１－３との配置の間隔はＤ４である。
マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３には、給電線路が接続されていないため、マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、励振しない。
マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、マイクロストリップアンテナ１２－１と素子間相互結合される。したがって、マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、マイクロストリップアンテナ１２－１が励振することによって励起される。
マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、励起されることによって、第１の平面１１ａと平行な方向に電磁波を放射する。
マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、ＴＭ２０モードで動作するアンテナである。
マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、誘電体基板１１における第１の平面１１ａに一列に配置されている。
マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３からの電磁波は、マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３が一列に並んでいる方向と平行な方向に放射される。
マイクロストリップアンテナ１２－１とマイクロストリップアンテナ６１－１との配置の間隔はＤ２であり、マイクロストリップアンテナ６１－１とマイクロストリップアンテナ６１－２との配置の間隔はＤ３である。また、マイクロストリップアンテナ６１－２とマイクロストリップアンテナ６１－３との配置の間隔はＤ４である。
マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３には、給電線路が接続されていないため、マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、励振しない。
マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、マイクロストリップアンテナ１２－１と素子間相互結合される。したがって、マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、マイクロストリップアンテナ１２－１が励振することによって励起される。
マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、励起されることによって、第１の平面１１ａと平行な方向に電磁波を放射する。
図７に示すアンテナ装置１では、それぞれの配置の間隔がＤ２，Ｄ３，Ｄ４であり、間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、電磁波の波長λの長さであってもよいが、電磁波の波長λの長さよりも短くてもよい。間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が電磁波の波長λの長さよりも短ければ、マイクロストリップアンテナ１２－１とマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３との素子間相互結合を強めることができる。
図７に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３の中で、マイクロストリップアンテナ１２－１が、開口部２２から最も遠い位置に配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、マイクロストリップアンテナ１２－１は、例えば、図８に示すように、開口部２２から最も遠い位置以外の位置に配置されていてもよい。
図８は、実施の形態２に係る他のアンテナ装置１を示す平面図である。
図８に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３の中で、マイクロストリップアンテナ６１－１が、開口部２２から最も遠い位置以外の位置に配置されている。マイクロストリップアンテナ１２－１は、開口部２２から、２番目に遠い位置に配置されている。
図８は、実施の形態２に係る他のアンテナ装置１を示す平面図である。
図８に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３の中で、マイクロストリップアンテナ６１－１が、開口部２２から最も遠い位置以外の位置に配置されている。マイクロストリップアンテナ１２－１は、開口部２２から、２番目に遠い位置に配置されている。
実施の形態３．
実施の形態３では、図１、図７又は図８に示すアンテナ装置１が同一の平面上に複数配置されているアレーアンテナ装置について説明する。
実施の形態３では、図１、図７又は図８に示すアンテナ装置１が同一の平面上に複数配置されているアレーアンテナ装置について説明する。
図９は、実施の形態３に係るアレーアンテナ装置を示す平面図である。
図９に示すアレーアンテナ装置では、複数のアンテナ装置１が同一の平面上に一列に配置されている。
複数のアンテナ装置１のそれぞれから放射される電磁波の放射方向が同一方向になるように、複数のアンテナ装置１が配置されていてもよいし、複数のアンテナ装置１のそれぞれから放射される電磁波の放射方向が異なる方向になるように、複数のアンテナ装置１が配置されていてもよい。
図９に示すアレーアンテナ装置では、複数のアンテナ装置１が同一の平面上に一列に配置されている。
複数のアンテナ装置１のそれぞれから放射される電磁波の放射方向が同一方向になるように、複数のアンテナ装置１が配置されていてもよいし、複数のアンテナ装置１のそれぞれから放射される電磁波の放射方向が異なる方向になるように、複数のアンテナ装置１が配置されていてもよい。
図９に示すアレーアンテナ装置では、複数のアンテナ装置１が同一の平面上に一列に配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、図１０に示すように、複数のアンテナ装置１が同一の平面上に格子状に配置されていてもよい。
図１０は、実施の形態３に係る他のアレーアンテナ装置を示す平面図である。
図１０は、実施の形態３に係る他のアレーアンテナ装置を示す平面図である。
なお、本開示は、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
本開示は、複数のマイクロストリップアンテナを備えるアンテナ装置及びアレーアンテナ装置に適している。
１ アンテナ装置、１１ 誘電体基板、１１ａ 第１の平面、１１ｂ 第２の平面、１２－１～１２－４ マイクロストリップアンテナ、１２ａ 中心軸、１３－１～１３－４ 給電部、１４－１～１４－４ 給電線路、１５－１～１５－４ スリット、１６－１～１６－４ スリット、１７～２１ 導体壁、２２ 開口部、３１～３５ 電界ベクトル、３６，３７ 放射方向、４１ 給電部、４２ 給電線路、５１～５５ 曲線、６１－１～６１－３ マイクロストリップアンテナ。
Claims (4)
- 第１の平面及び第２の平面を有しており、前記第２の平面に接地導体が施されている誘電体基板と、
前記誘電体基板における前記第１の平面に一列に配置されており、ＴＭ２０モードで動作する複数のマイクロストリップアンテナと、
前記複数のマイクロストリップアンテナが一列に並んでいる方向に配置されている導体壁と、を備え、
前記導体壁が配置されている位置は、
前記複数のマイクロストリップアンテナのうち、端部に配置されているマイクロストリップアンテナの中心から、当該マイクロストリップアンテナから放射される電磁波の波長の４分の１の長さと、前記波長の２分の１の長さの整数倍の長さとの和の距離だけ離れている位置である、
ことを特徴とするアンテナ装置。 - それぞれのマイクロストリップアンテナに電磁波を給電するための複数の給電線路を備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
- 前記複数のマイクロストリップアンテナのうち、いずれか１つのマイクロストリップアンテナに電磁波を給電するための給電線路を備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
- 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置が同一の平面上に複数配置されていることを特徴とするアレーアンテナ装置。
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-
2020
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