JP7514682B2 - アレイアンテナ - Google Patents
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Description
本開示は、アレイアンテナに関する。
アレイアンテナにおいて、個々のアンテナ素子を電気的に分離する構造が設けられることがある。上記の構造として、特許文献1には、地導体にスリットを有するアレイアンテナが示されている。また、特許文献2には、地導体に接地された分離壁を有するアレイアンテナが示されている。
個々のアンテナ素子を電気的に分離する従来の構造には改善の余地があった。例えば地導体にスリットを有する構造は、スリットを介して別の信号がアンテナ素子に伝播しやすいという課題がある。また、接地された分離壁は、分離壁で囲まれた領域に無線周波数に近い帯域の共振が生じやすいという課題がある。
本開示は、個々のアンテナ素子を電気的に分離する構造の改善が図られたアンテナアレイを提供することを目的とする。
(1)
本開示の一態様のアレイアンテナは、
地導体、膜状の放射導体及び前記放射導体に接続された給電導体を有する複数のパッチアンテナを備え、前記複数のパッチアンテナが、電波の放射側を同一方向に向け、かつ、前記放射導体の膜面に沿った一軸方向又は二軸方向に配列されたアレイアンテナであって、
前記複数のパッチアンテナのうち隣り合う2つのパッチアンテナの間に位置し、前記地導体と非導通にされた長尺導体を備え、
前記長尺導体は、長手方向が、前記膜面に沿った方向で、かつ、前記隣り合う2つのパッチアンテナの配列方向と交差する方向を向き、前記配列方向から透視したときに、前記地導体から前記放射側の範囲内に位置し、
前記地導体は、前記隣り合う2つのパッチアンテナの間にスリットを有し、
前記長尺導体の少なくとも一部が前記スリットに位置する。
(2)
本開示のもう一つの態様のアレイアンテナは、
地導体、膜状の放射導体及び前記放射導体に接続された給電導体を有する複数のパッチアンテナを備え、前記複数のパッチアンテナが、電波の放射側を同一方向に向け、かつ、前記放射導体の膜面に沿った一軸方向又は二軸方向に配列されたアレイアンテナであって、
前記複数のパッチアンテナのうち隣り合う2つのパッチアンテナの間に位置し、前記地導体と非導通にされた長尺導体を備え、
前記長尺導体は、長手方向が、前記膜面に沿った方向で、かつ、前記隣り合う2つのパッチアンテナの配列方向と交差する方向を向き、前記配列方向から透視したときに、前記地導体から前記放射側の範囲内に位置し、
さらに、前記長尺導体は、前記放射導体の膜面に垂直な方向に、間隔を開けて積層された複数の膜状導体を有する。
本開示の一態様のアレイアンテナは、
地導体、膜状の放射導体及び前記放射導体に接続された給電導体を有する複数のパッチアンテナを備え、前記複数のパッチアンテナが、電波の放射側を同一方向に向け、かつ、前記放射導体の膜面に沿った一軸方向又は二軸方向に配列されたアレイアンテナであって、
前記複数のパッチアンテナのうち隣り合う2つのパッチアンテナの間に位置し、前記地導体と非導通にされた長尺導体を備え、
前記長尺導体は、長手方向が、前記膜面に沿った方向で、かつ、前記隣り合う2つのパッチアンテナの配列方向と交差する方向を向き、前記配列方向から透視したときに、前記地導体から前記放射側の範囲内に位置し、
前記地導体は、前記隣り合う2つのパッチアンテナの間にスリットを有し、
前記長尺導体の少なくとも一部が前記スリットに位置する。
(2)
本開示のもう一つの態様のアレイアンテナは、
地導体、膜状の放射導体及び前記放射導体に接続された給電導体を有する複数のパッチアンテナを備え、前記複数のパッチアンテナが、電波の放射側を同一方向に向け、かつ、前記放射導体の膜面に沿った一軸方向又は二軸方向に配列されたアレイアンテナであって、
前記複数のパッチアンテナのうち隣り合う2つのパッチアンテナの間に位置し、前記地導体と非導通にされた長尺導体を備え、
前記長尺導体は、長手方向が、前記膜面に沿った方向で、かつ、前記隣り合う2つのパッチアンテナの配列方向と交差する方向を向き、前記配列方向から透視したときに、前記地導体から前記放射側の範囲内に位置し、
さらに、前記長尺導体は、前記放射導体の膜面に垂直な方向に、間隔を開けて積層された複数の膜状導体を有する。
本開示によれば、個々のアンテナ素子を電気的に分離する改善された構造を有するアンテナアレイを提供できる。
以下、本開示の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本開示の実施形態1に係るアレイアンテナを示す斜視図(A)、平面図(B)及び側面図(C)である。図1では、誘電体基板11が透明であるものとして各部を描いている。図9(C)及び図11(A)、(B)を除いて、以下の図において同様である。
図1は、本開示の実施形態1に係るアレイアンテナを示す斜視図(A)、平面図(B)及び側面図(C)である。図1では、誘電体基板11が透明であるものとして各部を描いている。図9(C)及び図11(A)、(B)を除いて、以下の図において同様である。
以下の説明では、アレイアンテナ1の各方向を、図示されたXYZの三軸方向を用いて説明する。上記の三軸方向は互いに直交し、Z方向は、放射導体21の膜面に垂直で、電波の放射側を向く方向である。X方向とY方向は、隣り合う2つのアンテナが並ぶ方向である。-Y方向は、給電導体24と放射導体21との接続点が放射導体21の中心から偏心する方向であり、Y方向はアンテナから放射される電波の偏波方向に相当する。Z方向を高さ方向として説明する場合もある。
実施形態1のアレイアンテナ1は、X-Yの2軸方向に2行2列に配列された複数のアンテナ素子10を有する。各アンテナ素子10は、パッチアンテナであり、誘電体基板11と、誘電体基板11に位置する地導体23と、膜状の放射導体21と、給電導体24とを有する。複数のアンテナ素子10は、電波の放射方向を同一方向に向けて配列されている。
誘電体基板11は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ムライト質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体などのセラミック材料から構成されてもよい。複数のアンテナ素子10において、誘電体基板11は単一の基板として一体化されている。
地導体23は、X-Y方向に拡がり放射導体21に対向する平面を有する。地導体23は、X-Y方向に拡がる膜状の導体であってもよい。複数のアンテナ素子10において、地導体23は連続する導体として一体化されている。
放射導体21は、X-Y方向に拡がる膜状の導体であり、矩形又は正方形の平面形状を有していてもよい。実施形態1において放射導体21は、誘電体基板11の基板面上に位置する。
給電導体24は、送信又は受信される信号が伝送される導体であり、Z方向に延在し、放射導体21に接続される。地導体23は給電導体24を非接触に通す貫通孔を有する。放射導体21と給電導体24との接続点は、放射導体21の中央から-Y方向に偏心している。
アレイアンテナ1は、さらに、X方向に隣り合う2つのアンテナ素子10の間に位置する長尺導体31を備える。長尺導体31は、膜状で一方に長い導体であり、長手方向がY方向を向き、膜面がX-Yの2軸方向に拡がる。Y方向は、放射導体21の膜面に沿った方向で、かつ、長尺導体31を挟んで隣り合う2つのアンテナ素子10の配列方向と交差する。長尺導体31は、Z方向において、地導体23から放射導体21までの高さ範囲のいずれかの高さに位置する。すなわち、X方向(長尺導体31を挟んで隣り合う2つのアンテナ素子10の配列方向)から透視したとき、長尺導体31は、地導体23からアンテナ素子10の放射側の範囲内に位置する。長尺導体31は、地導体23及び放射導体21と非導通である。
ここでは、長尺導体31の長手方向(Y方向)を左右方向と呼んで説明する。長尺導体31は、長尺導体31と隣り合う放射導体21の左端よりも左方の位置から、当該放射導体21の右端よりも右方の位置にかけて延在する。隣り合う2つの長尺導体31は、同一直線上に位置するが、端部間が離間している。
なお、長尺導体31の長さ及び配置は、次のように変更されてもよい。図3(A)~図3(C)は、長尺導体の変形例1~3をそれぞれ示すアレイアンテナの平面図である。図3(A)は、同一直線上に隣り合う長尺導体31、31が連結された例である。長尺導体31は、誘電体基板11の端から端まで延在してもよい。図3(B)は、長尺導体31が給電点寄りに位置する例である。詳細には、図3(B)の長尺導体31は、隣り合う放射導体21の左端よりも左方から当該放射導体21の左端と右端との間までの範囲W1に延在する。図3(C)は、長尺導体31が給電点から離れた位置に配置される例である。詳細には、図3(C)の長尺導体31は、隣り合う放射導体21の左端と右端との間からから当該放射導体の右端よりも右方までの範囲W2に延在する。給電点とは、放射導体21と給電導体24との接続点を意味する。
<放射特性>
図2は、実施形態1のアレイアンテナの放射特性を示すグラフである。図2のグラフは、実施形態1のアレイアンテナ1のシミュレーション結果であり、XZ面の放射パターンとYZ面の放射パターンとを示す。角度0°はZ方向に相当する。
図2は、実施形態1のアレイアンテナの放射特性を示すグラフである。図2のグラフは、実施形態1のアレイアンテナ1のシミュレーション結果であり、XZ面の放射パターンとYZ面の放射パターンとを示す。角度0°はZ方向に相当する。
パッチアンテナであるアンテナ素子10は、Z方向の放射において高い利得が得られる。一方、隣り合うアンテナ素子10同士が干渉すると、放射導体21の平面方向、特に偏波方向であるY方向の放射の利得が高くなり、その分、Z方向の放射の利得が低下する。
しかし、実施形態1のアレイアンテナ1によれば、長尺導体31を有することで、X方向に隣り合う2つのアンテナ素子10同士のアイソレーション特性が向上し、図2のYZ面放射パターンに示すように、YZ面90°及び-90°の利得が非常に低く、その分、Z方向の放射の利得が向上する。
長尺導体31が有るアレイアンテナ1と、長尺導体31が無い比較例のアレイアンテナとについて、シミュレーションを行ったところ、上述の放射特性が確認された。ここで、比較例のアレイアンテナは、無線周波数に整合した構成とし、長尺導体31を有するアレイアンテナ1は上記比較例のアレイアンテナに長尺導体31を追加した構成とした。
なお、長尺導体31のZ方向の位置を、地導体23の位置から放射導体21の位置の間で変化させることで、アイソレーション特性は変化する。さらに、長尺導体31の長さ変え、図3(A)~(C)の変形例1~3のようにY方向の位置を変更することで、アイソレーション特性は変化する。そして、長尺導体31のZ方向の位置、及び、Y方向の位置によっては、長尺導体31を有する方が、比較例のアレイアンテナよりもZ方向利得が低下することもある。しかし、長尺導体31のZ方向の位置、及び、Y方向の位置を適宜選択することで、比較表1に示すように、アイソレーション特性が向上し、Z方向の放射の利得が向上する。長尺導体31の適宜な配置は、長尺導体31のZ方向の位置及びY方向の位置を変化させて複数通りのシミュレーションを行い、上記の利得を比較することで、容易に見つけることができる。
以上のように、実施形態1のアレイアンテナ1によれば、パッチアンテナである複数のアンテナ素子10の間に、地導体23及び放射導体21と非導通にされた長尺導体31が位置する。長尺導体31の長手方向は、放射導体21の膜面に沿った方向で、かつ、Y方向(長尺導体31を挟んで隣り合う2つのアンテナ素子10の配列方向と交差する方向)を向く。さらに、長尺導体31は、X方向(上記2つのアンテナ素子10の配列方向)から見て、地導体23から電波の放射側の範囲内の高さに位置する。このような条件の中から、シミュレーションで最適な特性を有する長尺導体31の配置を見つけることで、個々のアンテナ素子10のアイソレーション特性が向上したアレイアンテナ1を実現できる。
ここで、比較例として、個々のアンテナ素子10のアイソレーション特性を向上するために、2つのアンテナ素子10の間において地導体23にスリットを設けた構成について検討する。この構成では、スリットを介して電界が通過するため、地導体23の裏側のスリットの近傍に信号線を配置することができない。よって、信号線の配線の自由度が低下してしまう。一方、実施形態1のアレイアンテナ1によれば、地導体23に電界を通すスリットを要さないので、地導体23の裏側に信号線を自由に配置できるなど、配線の自由度を向上できる。
また、比較例として、個々のアンテナ素子10の周囲に地導体23に導通した接地壁を配置してアイソレーション特性を向上させる構成について検討する。この構成では、接地壁に囲まれた部分で電界の共振が生じる場合がある。さらに、Z方向から見て、接地壁で囲まれた平面領域は放射導体21の平面領域よりも少し大きい程度となるため、接地壁に囲まれた部分の電界の共振周波数が、放射導体21から放射する電波の共振周波数に近づき、電波の放射特性に影響を及ぼしてしまうという課題を生じる。一方、実施形態1のアレイアンテナ1によれば、アイソレーション特性を向上させるための長尺導体31が地導体23と非導通であり、長尺導体31の周囲に電界の共振が生じにくい。したがって、電界の共振によりアンテナ素子10の放射特性に悪影響を及ぼすことが抑制される。
さらに、実施形態1のアレイアンテナ1によれば、アンテナ素子10の給電点が、長尺導体31の長手方向に偏心している。言い換えれば、長尺導体31は、アンテナ素子10が放射する電波の偏波方向と平行な方向に沿って延在するように配置される。このような配置により、放射導体21の偏波方向に平行な方向おける放射の利得を下げるといったアイソレーション特性が得られる。偏波方向を有する個々のアンテナ素子が干渉すると偏波方向に平行な方向の放射の利得が上昇してしまい、その分、要求された放射方向の利得が低下してしまう。したがって、上記の長尺導体31の作用により、偏波方向を有するアレイアンテナ1において、特に有効なアイソレーション特性が得られる。
(変形例4~6)
図4(A)から図4(C)は、長尺導体の変形例4~6を示すアレイアンテナの平面図である。アレイアンテナ1は、X方向に隣り合う2つのアンテナ素子10の間の長尺導体31に加えて、Y方向に隣り合う2つのアンテナ素子10の間にも長尺導体32を有してもよい。
図4(A)から図4(C)は、長尺導体の変形例4~6を示すアレイアンテナの平面図である。アレイアンテナ1は、X方向に隣り合う2つのアンテナ素子10の間の長尺導体31に加えて、Y方向に隣り合う2つのアンテナ素子10の間にも長尺導体32を有してもよい。
長尺導体32は、膜状で一方に長い導体であり、長手方向がX方向を向き、膜面がX-Yの2軸方向に拡がる。X方向は、放射導体21の膜面に沿った方向で、かつ、長尺導体32を挟んで隣り合う2つのアンテナ素子10の配列方向と交差する。長尺導体32は、地導体23及び放射導体21と非導通である。
長尺導体32の長さ及びX方向の配置は、Z方向から見て、長尺導体32を挟んで隣り合う2つの放射導体21の間に位置すれば、様々な長さ及び配置であってもよい。長尺導体32のY方向の配置は、図4(A)に示すように、隣接する2つの放射導体21の中間としてもよいし、図4(B)に示すように、一方の放射導体21に寄った配置としてもよい。さらに、逆方に寄った配置としてもよい。
図4(A)に示すようなX方向に延在する長尺導体32は、Y方向に隣り合う2つのアンテナ素子10に同一の送信信号が供給された場合に、2つのアンテナ素子10の間で放射される電波の位相がずれるような作用を及ぼす。しかし、図4(B)に示すように、長尺導体32のY方向の配置を調整することで、上記の位相のずれをゼロとしたり、好ましいずれ量に変更することができる。
2行2列に位置する4つの長尺導体31、31、32、32は、図4(C)に示すように、端部同士が連結されてもよい。このような結合により、2行2列の4つのアンテナ素子10の中央における電界の結合を緩和し、個々のアンテナ素子10のアイソレーション特性を向上できる。
長尺導体32は、Z方向において、地導体23から放射導体21までの高さ範囲のいずれかの高さに位置する。すなわち、Y方向(長尺導体32を挟んで隣り合う2つのアンテナ素子10の配列方向)に透視したとき、長尺導体32は、地導体23からアンテナ素子10の放射側の範囲内の高さに位置する。アイソレーション特性を向上する長尺導体32のZ方向の位置は、長尺導体32のZ方向の位置を変化させて複数通りのシミュレーションを行い、アイソレーション特性を比較することで、容易に見つけることができる。
図4(B)のアレイアンテナ1(長尺導体の追加、Y方向の調整有り)、並びに、図4(C)のアレイアンテナ1(連結及び交差した長尺導体有り)について、シミュレーションにより得られた特性を比較表2に示す。比較表2には、長尺導体31、32を有さない比較例のアレイアンテナの特性も示す。比較例のアレイアンテナは無線周波数に整合した構成とし、実施形態のアレイアンテナ1は上記比較例のアレイアンテナに長尺導体31、32を追加し、長尺導体31、32の高さ、長さ及び配置のみを最適化した。
比較表2は、長尺導体31、32を有することで、X方向とY方向とに隣り合う4つのアンテナ素子10同士のアイソレーション特性が向上し、干渉の放射が現れやすいYZ面90°及び-90°の利得が低下し、さらに、Z方向の放射の利得が向上していることを示している。
以上のように、Y方向に隣り合う2つのアンテナ素子10の間にも長尺導体32を追加することで、個々のアンテナ素子10のアイソレーション特性を向上できる。さらに、Z方向から見て2行2列のアンテナ素子10の各行各列に位置する4つの長尺導体31、31、32、32を連結させても個々のアンテナ素子10のアイソレーション特性を向上できる。
(実施形態2)
図5実施形態2のアレイアンテナを示す斜視図(A)、平面図(B)及び側面図(C)である。実施形態2のアレイアンテナ1Aは、アンテナ素子10Aに、無給電放射導体22とエアキャビティ15とが加わっている点が、実施形態1と異なる。さらに、長尺導体31のZ方向(高さ方向)の位置について実施形態1から拡張されている。その他の要素は、実施形態1と同様である。
図5実施形態2のアレイアンテナを示す斜視図(A)、平面図(B)及び側面図(C)である。実施形態2のアレイアンテナ1Aは、アンテナ素子10Aに、無給電放射導体22とエアキャビティ15とが加わっている点が、実施形態1と異なる。さらに、長尺導体31のZ方向(高さ方向)の位置について実施形態1から拡張されている。その他の要素は、実施形態1と同様である。
無給電放射導体22は、膜状であり、放射導体21を挟んで地導体23の反対側に位置する。無給電放射導体22の膜面は、放射導体21と同様にX-Yの2軸方向に広がる。無給電放射導体22は、放射導体21と電界結合し、給電導体24の信号に基づき周囲の電界を変化させ無線を放射する。エアキャビティ15は、誘電体基板11に設けられた空洞であり、放射導体21と無給電放射導体22との間に位置する。エアキャビティ15は、放射導体21と無給電放射導体22との電界結合を弱くしアンテナ素子10Aの共振周波数帯を広げ、利得を向上させる。Z方向から見てエアキャビティ15は無給電放射導体22及び放射導体21より大きく、無給電放射導体22の全体に重なっていてもよい。
長尺導体31は、X方向(長尺導体31を挟んで隣り合う2つのアンテナ素子10Aの配列方向)から透視したとき、地導体23から無給電放射導体22までの範囲内の高さに位置する。アイソレーション特性を向上する長尺導体31の高さ位置は、長尺導体31のZ方向の位置を変化させて複数通りのシミュレーションを行い、アイソレーション特性を比較することで、容易に見つけることができる。
実施形態2のアレイアンテナ1Aについて、シミュレーションにより得られた特性を比較表3に示す。比較表3には、長尺導体31を有さない比較例のアレイアンテナの特性も示す。比較例のアレイアンテナはエアキャビティと無給電放射導体とを有するパッチアンテナで、無線周波数に整合している。地導体23から無給電放射導体22までの誘電体基板11の厚みが1mm、エアキャビティ15の平面形状が4mm×4mmの正方形、エアキャビティ15の厚みが0.2mmとした。さらに、エアキャビティ15の上端と無給電放射導体22との高さ方向の間隔が0.1mm、放射導体21から無給電放射導体22までの高さ方向の間隔が0.7mm、無線信号の周波数を28GHzとした。実施形態2のアレイアンテナ1Aは上記比較例のアレイアンテナに長尺導体31を追加し、長尺導体31、32の高さ、長さ及び配置のみを最適化している。
比較表3は、長尺導体31を有することで、アンテナ素子10Aのアイソレーション特性が向上し、隣り合うアンテナ素子10A同士の干渉による放射が現れやすいYZ面90°及び-90°の利得が低下し、さらに、Z方向の放射の利得が向上していることを示している。
以上のように、実施形態2のアレイアンテナ1Aによれば、各アンテナ素子10Aがエアキャビティ15及び無給電放射導体22を有していても、長尺導体31が有ることで、個々のアンテナ素子10Aのアイソレーション特性を向上できる。
さらに、実施形態2のアレイアンテナ1Aによれば、アイソレーション特性を向上するために、地導体23に電界を通すスリットを要さないので、地導体23の裏側に信号線を自由に配置できるなど、配線の自由度が向上する。
さらに、個々のアンテナ素子10Aを地導体23に導通した接地壁で囲むことでアイソレーション特性を向上させる場合と比較して、長尺導体31の周囲には無用な電界の共振が生じにくいので、電界の共振によりアンテナ素子10Aの放射特性に悪影響を及ぼすことが抑制される。
(変形例7、8)
図6(A)及び図6(B)は長尺導体の変形例7、8を示すアレイアンテナの平面図である。変形例7、8は長尺導体32が追加されており、その他の構成要素は、図5の実施形態2のアレイアンテナ1Aと同様である。長尺導体32は、高さ方向の配置条件が異なる他は、実施形態1の変形例4、5、6の長尺導体32と同様である。長尺導体32は、Y方向(長尺導体32を挟んで隣り合う2つのアンテナ素子10Aの配列方向)から透視したとき、地導体23から無給電放射導体22までの範囲内の高さに位置する。
図6(A)及び図6(B)は長尺導体の変形例7、8を示すアレイアンテナの平面図である。変形例7、8は長尺導体32が追加されており、その他の構成要素は、図5の実施形態2のアレイアンテナ1Aと同様である。長尺導体32は、高さ方向の配置条件が異なる他は、実施形態1の変形例4、5、6の長尺導体32と同様である。長尺導体32は、Y方向(長尺導体32を挟んで隣り合う2つのアンテナ素子10Aの配列方向)から透視したとき、地導体23から無給電放射導体22までの範囲内の高さに位置する。
変形例7のアレイアンテナ1A(2行2列に長尺導体有り)と、変形例8のアレイアンテナ1A(連結及び交差した長尺導体有り)とについて、シミュレーションにより得られた特性を比較表4に示す。比較表4には、長尺導体31、32を有さない比較例のアレイアンテナの特性も示す。比較例のアレイアンテナはエアキャビティと無給電放射導体とを有するパッチアンテナで、無線周波数に整合している。変形例7、8のアレイアンテナ1Aは上記比較例のアレイアンテナに長尺導体31、32を追加し、長尺導体31、32の高さ、長さ及び配置のみを最適化している。
比較表4は、長尺導体31、32を有することで、アンテナ素子10Aのアイソレーション特性が向上し、隣り合うアンテナ素子10A同士の干渉による放射が現れやすいYZ面90°及び-90°の利得が低下し、さらに、Z方向の放射の利得が向上していることを示している。
(変形例9、10)
図7は、長尺導体の変形例9を示すアレイアンテナの側面図(A)及び斜視図(B)である。変形例9では、長尺導体31Jが、Z方向に間隔を開けて積層された複数の膜状導体31aを有し、長尺導体32Jが、Z方向に間隔を開けて積層された複数の膜状導体32aを有する。複数の膜状導体31a、32aが積層された長尺導体31J、32Jの配置及び長さの条件は、変形例7、8の長尺導体31、32の条件と同一である。その他の構成要素は、図5のアレイアンテナ1Aと同様である。
図7は、長尺導体の変形例9を示すアレイアンテナの側面図(A)及び斜視図(B)である。変形例9では、長尺導体31Jが、Z方向に間隔を開けて積層された複数の膜状導体31aを有し、長尺導体32Jが、Z方向に間隔を開けて積層された複数の膜状導体32aを有する。複数の膜状導体31a、32aが積層された長尺導体31J、32Jの配置及び長さの条件は、変形例7、8の長尺導体31、32の条件と同一である。その他の構成要素は、図5のアレイアンテナ1Aと同様である。
積層される複数の膜状導体31aを1組の長尺導体31J、積層される複数の膜状導体32aを1組の長尺導体32Jと呼ぶ。このとき、各組の長尺導体31Jにおいて、複数層の膜状導体31aは同じ長さ、同じ幅で、Z方向から透視したときに全て重なる構成であってよい。各組の長尺導体32Jにおいて、複数層の膜状導体31aは同じ長さ、同じ幅で、Z方向から透視したときに全て重なる構成であってよい。
図7の例では、長尺導体31J、32Jは、3層の膜状導体31a、32aを有し、より詳細には、各層は、放射導体21とエアキャビティ15との間の2つの高さと、エアキャビティ15と重なる1つの高さに位置する。
図8は、長尺導体の変形例10を示すアレイアンテナの側面図(A)及び斜視図(B)である。変形例10では、長尺導体31K、32Kが、放射導体21又はエアキャビティ15よりも大きな厚み(Z方向における寸法)を有する。長尺導体31K、32Kの配置及び長さの条件は、変形例7、8の長尺導体31、32の条件と同一である。その他の構成要素は、図5のアレイアンテナ1Aと同様である。
図8の例では、長尺導体31K、32Kは、エアキャビティ15よりも厚く、X方向又はY方向から透視したときに、一部がエアキャビティ15と重なる高さ範囲に位置する。詳細には、長尺導体31K、32Kの上端がエアキャビティ15の上端と下端との間の高さに位置し、長尺導体31K、32Kの下端がエアキャビティ15の下端と放射導体21の上端との間の高さに位置する。
変形例9のアレイアンテナ1A(2行2列に複数層の長尺導体有り)と、変形例10のアレイアンテナ1A(2行2列に厚い長尺導体有り)とについて、シミュレーションにより得られた特性を比較表5に示す。比較表5には、長尺導体を有さない比較例のアレイアンテナの特性も示す。比較例のアレイアンテナはエアキャビティと無給電放射導体とを有するパッチアンテナで、無線周波数に整合している。変形例9、10のアレイアンテナ1Aは上記比較例のアレイアンテナに長尺導体31J、32J又は長尺導体31K、32Kを追加し、その長さ及び配置のみを最適化している。
比較表5は、長尺導体31J、32J又は長尺導体31K、32Kを有することで、アンテナ素子10Aのアイソレーション特性が向上し、隣り合うアンテナ素子10A同士の干渉による放射が現れやすいYZ面90°及び-90°の利得が低下し、さらに、Z方向の放射の利得が向上していることを示している。
なお、変形例9、10の長尺導体31J、32J、31K、32K、のうち、電波の偏波方向(給電点が偏心する方向)と交差する方向に長手方向が向いた長尺導体32J、32Kが省略されてもよい。さらに、長尺導体31J、32Jが複数層の膜状導体を含む構成、並びに、長尺導体32K、32KがZ方向に厚い構成は、実施形態1の長尺導体31、32に適用されてもよい。また、変形例9、10の長尺導体31J、32J、31K、32Kは、中央で連結されてもよい。また、Z方向に厚みを有する長尺導体31K、32Kは、λ/4(λは送受信電波の実効波長)以下の間隔であれば、長手方向の連なりを分断する間隙を有していてもよい。上記の間隙であれば電界の漏れが小さく、特性に影響を与えない。
(変形例11、12)
図9は、長尺導体の変形例11を示すアレイアンテナの斜視図(A)、平面図(B)及びC-C線における断面図(C)である。変形例11の長尺導体31L、32Lは、Z方向に厚みを有し、下端が地導体23の高さに位置する。地導体23は、長尺導体31L、32Lを避けるスリット23aを有し、長尺導体31L、32Lと導通しない。長尺導体31K、32Kの配置及び長さの条件は、変形例7、8の長尺導体31、32の条件と同一である。その他の構成要素は、図5のアレイアンテナ1Aと同様である。
図9は、長尺導体の変形例11を示すアレイアンテナの斜視図(A)、平面図(B)及びC-C線における断面図(C)である。変形例11の長尺導体31L、32Lは、Z方向に厚みを有し、下端が地導体23の高さに位置する。地導体23は、長尺導体31L、32Lを避けるスリット23aを有し、長尺導体31L、32Lと導通しない。長尺導体31K、32Kの配置及び長さの条件は、変形例7、8の長尺導体31、32の条件と同一である。その他の構成要素は、図5のアレイアンテナ1Aと同様である。
図9の例では、長尺導体31L、32Lは、X方向又はY方向から透視したとき、地導体23、放射導体21及びエアキャビティ15に重なる。より詳細には、長尺導体31L、32Lの上端は、エアキャビティ15の上端と下端との間の高さに位置する。
図10は、長尺導体の変形例12を示すアレイアンテナの斜視図である。変形例12の長尺導体31M、32Mは、X-Yの2軸方向に膜面が広がる膜状の導体であり、地導体23と同一の高さに位置する。地導体23は、長尺導体31M、32Mを避けるスリット23aを有し、長尺導体31M、32Mと導通しない。長尺導体31M、32Mの配置及び長さの条件は、変形例7、8の長尺導体31、32の条件と同一である。その他の構成要素は、図5のアレイアンテナ1Aと同様である。
変形例11のアレイアンテナ1A(2行2列に地導体の高さから厚い長尺導体有り)と、変形例12のアレイアンテナ1A(2行2列に地導体の高さに位置する膜状の長尺導体有り)とについて、シミュレーションにより得られた特性を比較表6に示す。変形例11、12のアレイアンテナ1Aは、前述した比較表5の比較例のアレイアンテナに、地導体23のスリット23aと、長尺導体31L、32L又は長尺導体31M、32Mとを追加し、長尺導体の長さ及び配置のみを最適化している。
比較表6は、長尺導体31L、32L又は長尺導体31M、32Mを有することで、アンテナ素子10Aのアイソレーション特性が向上し、隣り合うアンテナ素子10A同士の干渉による放射が現れやすいYZ面90°及び-90°の利得が低下し、さらに、Z方向の放射の利得が向上していることを示している。
変形例11、12のアレイアンテナ1Aは、地導体23がスリット23aを有する。しかし、スリット23a内には、長尺導体31L、32L、31M、32Mが位置するので、地導体23の裏からスリット23aを介して電波の放射側に伝わる電界の強度は低減される。したがって、変形例11、12のアレイアンテナ1Aにおいても、地導体23の裏側に信号線を自由に配置できるなど、配線の自由度が低下しない。
なお、変形例11、12の長尺導体31L、32L、31M、32Mのうち、電波の偏波方向(給電点が偏心する方向)と交差する方向に長手方向が向いた長尺導体32L、32Mが省略されてもよい。また、Z方向に厚みを有する長尺導体31L、32Lは、λ/4(λは送受信電波の実効波長)以下の間隔であれば、長手方向の連なりを分断する間隙を有していてもよい。上記の間隙であれば電界の漏れが小さく、特性に影響を与えない。さらに、地導体23にスリット23aを有し、長尺導体31L、32L、31M、32Mがスリット23a内に位置する構成は、実施形態1の長尺導体31、32に適用されてもよい。また、変形例11、12の長尺導体31L、32L、31M、32Mは、中央で連結されてもよい。
(実施形態3)
図11は、実施形態3のアレイアンテナを示す斜視図(A)及びB-B線における断面図(B)である。実施形態3のアレイアンテナ1Bは、地導体23の裏側の信号線120を有する。信号線120は、地導体23の貫通孔23hを介して給電導体24と繋がる。誘電体基板11において、地導体23、放射導体21、エアキャビティ15及び無給電放射導体22が位置する層と、信号線120が位置する層とは、同一の素材であり、一体化されている。信号線120の他端は、半田等の接合材130を介して、送信信号又は受信信号を入出力する集積回路200に接続される。
図11は、実施形態3のアレイアンテナを示す斜視図(A)及びB-B線における断面図(B)である。実施形態3のアレイアンテナ1Bは、地導体23の裏側の信号線120を有する。信号線120は、地導体23の貫通孔23hを介して給電導体24と繋がる。誘電体基板11において、地導体23、放射導体21、エアキャビティ15及び無給電放射導体22が位置する層と、信号線120が位置する層とは、同一の素材であり、一体化されている。信号線120の他端は、半田等の接合材130を介して、送信信号又は受信信号を入出力する集積回路200に接続される。
図11の例では、各アンテナ素子10Aとして、実施形態2のアンテナ素子10Aが適用されている。隣り合う2つのアンテナ素子10Aの間には長尺導体31が位置する。長尺導体31により、個々のアンテナ素子10Aのアイソレーション特性を向上できる。
なお、アンテナ素子10Aは、実施形態1のアンテナ素子10に代替されてもよいし、変形例1~12の長尺導体31、32、31J~31M、32J~32Mが適用されてもよい。
アレイアンテナ1Bは、4行4列の16個のアンテナ素子10Aが電波の放射側を同一方向に向けて配列されるが、実施形態1、2のように2行2列の4個のアンテナ素子10Aが配列された構成が適用されてもよいし、より多くのアンテナ素子10Aが配列された構成としてもよい。
以上、本開示の各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、放射導体の給電点が1つの例を示したが、2つの直交する偏波方向の電波を送受信するアンテナ素子であれば、放射導体が2つの給電点を有し、2つの給電点が2方向(例えばX方向とY方向)にそれぞれ偏心して配置される。このような放射導体を有するアレイアンテナにおいては、Y方向に長手方向が向いた長尺導体31と、X方向に長手方向が向いた長尺導体32との両方を有してもよい。両方を有することで、一方の給電点は一方の長尺導体31の長手方向に偏心した給電点となり、他方の給電点は他方の長尺導体32の長手方向に偏心した給電点となり、それぞれ2つの偏波方向の電波の干渉を抑制することができる。また、上記実施形態では、誘電体基板の素材など幾つかの細部を示した。しかし、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
1、1A、1B アレイアンテナ
10、10A アンテナ素子
11 誘電体基板
15 エアキャビティ
21 放射導体
22 無給電放射導体
23 地導体
23h 貫通孔
23a スリット
24 給電導体
31、31J~31M 長尺導体
31a 膜状導体
32、32J~32M 長尺導体
32a 膜状導体
120 信号線
200 集積回路
10、10A アンテナ素子
11 誘電体基板
15 エアキャビティ
21 放射導体
22 無給電放射導体
23 地導体
23h 貫通孔
23a スリット
24 給電導体
31、31J~31M 長尺導体
31a 膜状導体
32、32J~32M 長尺導体
32a 膜状導体
120 信号線
200 集積回路
Claims (8)
- 地導体、膜状の放射導体及び前記放射導体に接続された給電導体を有する複数のパッチアンテナを備え、前記複数のパッチアンテナが、電波の放射側を同一方向に向け、かつ、前記放射導体の膜面に沿った一軸方向又は二軸方向に配列されたアレイアンテナであって、
前記複数のパッチアンテナのうち隣り合う2つのパッチアンテナの間に位置し、前記地導体と非導通にされた長尺導体を備え、
前記長尺導体は、長手方向が、前記膜面に沿った方向で、かつ、前記隣り合う2つのパッチアンテナの配列方向と交差する方向を向き、前記配列方向から透視したときに、前記地導体から前記放射側の範囲内に位置し、
前記地導体は、前記隣り合う2つのパッチアンテナの間にスリットを有し、
前記長尺導体の少なくとも一部が前記スリットに位置する、
アレイアンテナ。 - 前記放射導体の厚み方向において前記長尺導体の寸法が前記放射導体の厚みよりも大きい、
請求項1記載のアレイアンテナ。 - 地導体、膜状の放射導体及び前記放射導体に接続された給電導体を有する複数のパッチアンテナを備え、前記複数のパッチアンテナが、電波の放射側を同一方向に向け、かつ、前記放射導体の膜面に沿った一軸方向又は二軸方向に配列されたアレイアンテナであって、
前記複数のパッチアンテナのうち隣り合う2つのパッチアンテナの間に位置し、前記地導体と非導通にされた長尺導体を備え、
前記長尺導体は、長手方向が、前記膜面に沿った方向で、かつ、前記隣り合う2つのパッチアンテナの配列方向と交差する方向を向き、前記配列方向から透視したときに、前記地導体から前記放射側の範囲内に位置し、
さらに、前記長尺導体は、前記放射導体の膜面に垂直な方向に、間隔を開けて積層された複数の膜状導体を有する、
アレイアンテナ。 - 前記隣り合う2つのパッチアンテナは、前記給電導体の接続点が、前記放射導体の中央よりも、前記長尺導体の長手方向に偏心している、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアレイアンテナ。 - 前記隣り合う2つのパッチアンテナの各々は、前記放射導体を挟んで前記地導体の反対側に位置する無給電放射導体と、前記放射導体と前記無給電放射導体との間に位置するエアキャビティとを有し、
前記長尺導体は、前記配列方向から透視したときに、前記地導体から前記無給電放射導体までの範囲内に位置する、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のアレイアンテナ。 - 前記長尺導体は、前記配列方向から透視したときに、前記地導体、前記放射導体及び前記エアキャビティに重なる、
請求項5記載のアレイアンテナ。 - 前記複数のパッチアンテナは、前記放射側から見て、2行2列に配列された4つのパッチアンテナを含み、
前記4つのパッチアンテナのうち、行方向に隣り合う2つのパッチアンテナの間と、列方向に隣り合う2つのパッチアンテナの間とに、それぞれ位置する複数の前記長尺導体を備える、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のアレイアンテナ。 - 前記複数の長尺導体は、前記4つのパッチアンテナの2つの行及び2つの列にそれぞれ位置する4つの長尺導体を有し、
前記4つの長尺導体が連結している、
請求項7記載のアレイアンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020127034A JP7514682B2 (ja) | 2020-07-28 | アレイアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020127034A JP7514682B2 (ja) | 2020-07-28 | アレイアンテナ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022024435A JP2022024435A (ja) | 2022-02-09 |
JP7514682B2 true JP7514682B2 (ja) | 2024-07-11 |
Family
ID=
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019130771A1 (ja) | 2017-12-28 | 2019-07-04 | 株式会社村田製作所 | アンテナアレイおよびアンテナモジュール |
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019130771A1 (ja) | 2017-12-28 | 2019-07-04 | 株式会社村田製作所 | アンテナアレイおよびアンテナモジュール |
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