JPH04122103A

JPH04122103A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JPH04122103A
Application number: JP24353090A
Authority: JP
Inventors: Takuya Fujimoto; 卓也藤本; Masao Mizuno; 水野　雅男; Kazuo Kaneko; 一男金子; Seiji Kado; 誠司嘉戸; Mitsuru Hirao; 充平尾
Original assignee: Omron Corp; Hitachi Chemical Co Ltd; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp; Resonac Corp
Priority date: 1990-09-12
Filing date: 1990-09-12
Publication date: 1992-04-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、マイクロ波を用いた車両感知器に使用するビ
ーム切り換え型の平面アンテナに関する。

（ロ）従来の技術マイクロ波帯に使用するアンテナとして、第一に、地導
体と、この地導体の表面に形成された誘電体と、この誘
電体表面に形成された複数のバッチ状放射素子と、給電
線路とを備えた平面アンテナが開発され、利用し始めら
れている。

この平面アンテナの放射特性は、１つのバッチ状放射素
子の放射特性と、複数の放射素子の配列、給電方法によ
って決定され、さまざまな特性を有するものが提案され
ている。特に指向性は、それぞれの放射素子に給電する
位相と、放射素子間の間隔に左右され、指向性を示す代
表的なものとして、ビームの鋭さを表す半値角（ビーム
の中心での最大利得から１／２になる角度であり、狭い
方が指向性が高い。）が使用される。この半値角は、そ
れぞれ放射素子に給電される信号が同相である場合には
、１つの放射素子の半値角と、放射素子の間隔によって
決定されるものである。

このような平面アンテナのうち、その複数のパッチ状放
射素子のうち２つ以上を直列に接続した平面アンテナが
、文献アイ・イー・イー・イートランザクション（ＩＥ
ＥＥ　　Ｔｒａｎｓ、Ａ。

Ｐ、　Ａｎｔｅｎｎａｓ　Ｐｒｏｐａｇａｔ、、ｖｏｌ
、ＡＰ−２４，ｐｐ、８４６−８５１゜Ｎｏｖ、１９７
６、）によって知られている。このアンテナは、第４図
（ａ）および第４図（ｂ）にその上面図を示す形状であ
り、アンテナ効率が高いものである。

このような平面アンテナを用いたアンテナとして、第二
に、先に本願出願人のうちの一人が提出した［多車線対
応型車両感知器」に示すように、車線を走行する車両の
速度と車両の有無を感知するために、複数の受信エレメ
ントを有し、その各エレメントに得られる受信信号を車
線数に対応して分配する分配器と、分配された信号を各
車線に対応する指向特性が得られるように、それぞれ所
定の位相だけ遅らせる複数の位相器を備え、同時に各車
線に対応する指向特性で各車線毎の受信信号を得るよう
にしたアンテナが知られている。

（ハ）発明が解決しようとする課題光に示した第一の従来のアンテナをマイクロ波センサと
して用いる場合に、センシングエリアは、アンテナの放
射指向性、特に主ビームの幅を示す半値角に依存してお
り、感度を設定するためには、この半値角を自由に選択
できるような構造にする必要がある。

ところで、前述の地導体と、この地導体の表面に形成さ
れた誘電体と、この誘電体表面に形成された複数のパッ
チ状放射素子と、給電線路とを備え、前記複数のパッチ
状放射素子のうち２つ以上を直列に接続した平面アンテ
ナにおいては、その接続のための給電線路の長さが使用
周波数と給電線路の材質および線路幅によって決定され
る波長（以下、線路波長という。）の約１／２程度が伝
送損失を小さくできるものとして知られ、しかも、半値
角は直列に接続されるパッチ数が多い程狭くなることが
知られている。このことから、前述の直列に放射素子を
接続したアンテナは、放射素子の間隔が変えられず、放
射素子の数によって半値角が離散的に決まることをも示
している。

したがって、このような平面アンテナを用いた場合には
、例えば放射素子３個分の半値角と放射素子４個分の半
値角の中間のものを得ることができないという問題があ
り、センサーとして設計の自由度が小さく、また、平面
アンテナの大きさは、必要とされる感度によって直列に
接続される放射素子の数によって決定されるので、その
間の接続の給電線路の長さが自動的に決まり、アンテナ
を小型化することもできなかった。

また、第二の従来のアンテナは、分配器の分配数に反比
例して伝送される電力が小さいことが分かった。すなわ
ち、伝送される電力が、二分配器であれば１／２に、二
分配器であれば１／３になるのである。

本発明は、このような平面アンテナにおいても伝送され
る電力の損失が少なく、放射特性を低下させることなく
半値角を自由に設定でき、また小型化も可能なビーム切
り換え型の平面アンテナを提供することを目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段本発明者らは、マイクロ波信号を伝送するマイクロスト
リップで接続する点間の距離を縮めるために屈曲できる
ことは知っていたので、第２図（ａ）に示すように、単
にパッチ状放射素子のうち２つ以上を直列に接続した平
面アンテナの接続する給電線路を屈曲して作成したが、
その屈曲した線路部分から不要放射が起こり、アンテナ
として使用できなかった。

そして、その不要放射が起こる理由が、第２図（ｂ）に
示すように、屈曲した給電線路から、その屈曲した形状
に応じて放射が起こっており、−見その放射成分１６と
１７は互いに逆向きであるため打ち消し合うように見え
るが、伝送される信号の位相が異なっているため、合成
されると不要放射を形成していると推測し、これを抑制
するためには、同じ位相で逆向きの信号を近くに発生さ
せることに効果があることをつきとめた。

本発明者らは、以上の知見に基づいて、鋭意研究工夫し
、直列に接続されるパッチ状放射素子の接続に用いる給
電線路を屈曲させ、しかも屈曲によって発生する不要放
射を抑制できる構造を見出すことに成功した。

さらに、本発明者らは、ハイブリッド回路と分配器とを
組み合わせたビーム切り換え回路（副回路板）を用いる
ことによって、異なる方向からの電波を損失することな
く、かつ選択して受信できる構造をみいだした。

すなわち、本発明のビーム切り換え型の平面アンテナは
、第１図（ａ）および第１図Φ）に示すように、地導体
３と、この地導体３表面に形成された誘電体４と、この
誘電体４の表面に形成された複数のパッチ状放射素子５
と、給電線路８とを備え、前記複数のパッチ状放射素子
５のうち２つ以上を直列に接続した平面アンテナにおい
て、誘電体層４の表面にパッチ状放射素子５を２以上直
列に接続した複数のアンテナ列３３、・・・、３６を有
すると共に、直列に接続した給電線路８を、その電気長
を変−えずに屈曲した構造とし、かつ、隣接するその屈
曲部の屈曲方向が互いに逆向きであるように配置した主
回路板１と、第１図（ロ）、第１図（Ｃ）に示すように
、地導体６と、この地導体６の表面に設けられた誘電体
層７と、この誘電体層７の表面に形成された２つの電力
を供給する供給端子２７および２８と、この供給端子２
７．２８のそれぞれに接続された分配器２３および２４
と、この分配器２３．２４に接続され、かつ一方の分配
器２３からの供給電力の位相は変えずに他方の分配器２
４からの供給電力のみの位相を９０°変える出力端子１
０または１２と、その一方の分配器２３からの供給電力
のみの位相を９０°変え前記他方の分配器２４からの供
給電力の位相は変えない出力端子１１または１３とを有
するハイブリッド回路２５または２６とを備えた副回路
板２と、第１図（ｂ）に示すように、前記副回路板２か
らの出力を前記主回路板１のアンテナ列へ接続する伝送
線路１４とを備え、第１図（ａ）、・・・、第１図（Ｃ
）に示す前記副回路板２の上の前記一方の供給端子２７
から前記主回路板ｌの一方のアンテナ列３３または３５
までの給電線路の電気長が、隣接する他方のアテナ列３
４または３６との間で１／４λｇ（λｇ二線路波長）異
なり、他方の供給端子２８から同一のアンテナ列までの
電気長が、一方のアンテナ列３３または３５には前記一
方の供給端子２７からの信号と同相となり、かつ他方の
アンテナ列３４または３６には逆相となるように設けら
れたことを特徴とする。

また、本発明の平面アンテナは、第１図（ｄ）にその主
要部を示すように、第１図（ａ）の主回路板ｌに代えて
、直列に接続した給電線路８を、その電気長を変えずに
２本の給電線路８ａ、８ｂに分岐し、それぞれの分岐し
た給電線路８ａ、８ｂに屈曲部を設け、かつ、その２つ
の屈曲部が互いに対向するように配置した主回路板１０
１を有することを特徴とする。

前記給電線路８の屈曲部は、第３図（Ｃ）に示すように
、滑らかな曲線としてもよく、また、前記直列に接続し
た給電線路８は、第３図（ｄ）に示すように、連続して
２以上の繰り返し屈曲部を有するものでもよい。

本発明に用いるパッチ状放射素子５は、導体であればど
のようなものでも使用することができ、損失が少なく形
成し易いものを選択して用いる。

このような放射素子を２以上直列に接続したアンテナ列
３３、・・・　３６としては、従来より知られた給電線
路によって接続することができる。この給電線路の材料
は放射素子と同様に、導体であればどのようなものでも
使用でき、適宜選択して用いる。そのアンテナ列に電力
を供給する供給端子１９、・・・　２２としても、前記
放射素子および給電線路と同様であり、これらを複数配
列した主回路板１は、第１図伽）に示すように、誘電体
層４によって支持され、さらにこの誘電体層４は地導体
３によって支持される。

この誘電体層４は、ポリエチレン、ポリイミド、ポリエ
ステル、ポリフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリ
エーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン等、比誘
電率、誘電正接の低いものを使用することができ、また
、通常のエポキシ系、アクリル系の樹脂であっても、気
泡を多く含むように構成されたもの、あるいは無機質の
絶縁材料であって多孔質のものも使用できる。さらには
、前記の有機絶縁材料をフィルムにしたものをアンテナ
回路を支持するものとして使用し、これらの絶縁材料を
スペーサとして、空気層を誘電体に代えて使用できる。

本発明の平面アンテナに使用する地導体３の材質は、導
体であればどのようなものでも使用でき、銅、アルミニ
ウム、鉄、青銅、真鍮、等必要とされる導電率、機械強
度に応じて選択し、その厚さも材質と必要とされる特性
に応じて選択することができる。

２つの位相の異なる電力を供給する供給端子２７および
２８と、この供給端子２７．２８に接続された分配器２
３および２４と、この分配器２３．２４に接続され、か
つ一方の分配器２３からの供給電力の位相は変えずに他
方の分配器２４からの供給電力のみの位相を９０°変え
る出力端子１０または１２と、一方の分配器２３からの
供給電力のみの位相を９０°変え前記他方の分配器２４
からの供給電力の位相は変えない出力端子１１または１
３とを有するハイブリッド回路２５または２６とを備え
た副回路板２も、前記主回路板１と同様にして作ること
ができる。

このハイブリッド回路２５または２６は、詳細には第３
図（ａ）に示すような形状をしており、線路２９から供
給された電力は、同一線上にある線路３１へは位相を変
えずに取り出され、対角線上にある線路３２へは９０°
位相が遅れて取り出されるもので、線路３０から供給さ
れた電力は、同一線上にある線路３２へは位相を変えず
に取り出され、対角線上にある線路３１へは９０°位相
が遅れて取り出されるものである。

また、第１図（ｂ）に示すように、その副回路板２は、
誘電体層７に支持され、その誘電体層７は、地導体６に
よって支持されている。

この誘電体層７は、前記誘電体層４と同様にでき、地導
体６も、前記地導体３と同様にできる。

前記副回路板２からの出力を前記主回路板１のアンテナ
列へ接続する伝送線路１４としては、同軸ケーブルある
いは同軸構造にした接続具が使用でき、伝送損失が少な
いものが好ましい。

前記副回路板２の上の前記一方の供給端子２７から前記
主回路板１の一方のアンテナ列３３または３５までの給
電線路の電気長が、隣接する他方のアンテナ列３４また
は３６との間で１／４λｇ異なるようにするために、前
記ハイブリッド回路２５または２６を用いる。

また、他方の電力の供給端子２８から同一のアンテナ列
３３または３５までの電気長が、前記一方の供給端子２
７からの信号と同相となり、かつ他方のアンテナ列３４
または３６には、逆相となるように設けるためには、前
記各供給端子２７および２８からハイブリッド回路２５
または２６までの電気長を等しくし、かつハイブリッド
回路２５および２６から各アンテナ列３３〜３６までの
電気長を等しくすることによって実現できる。

（ホ）作用本発明の構造により、直列に接続されるパッチ状放射素
子の接続に用いる給電線路を屈曲させ、しかも屈曲によ
って発生する不要放射を抑制できる。

さらに、このように構成することによって、第３図ら）
に示すように、この平面アンテナに対して一θの方向か
らの電波を受信すると、アンテナ列３３によって受信さ
れた電波は端子１０を介してハイブリッド回路２５から
位相が遅れずに端子２７へ出力され、同時にハイブリッ
ド回路２５から位相が９０°遅れて端子２８へ出力され
る。このとき、アンテナ列３４によって受信された電波
は、アンテナ列３３との間隔！、と電波の入射角度−θ
から計算される！、・ｓｉｎθだけアンテナ列３３での
信号より位相の遅れた信号となる。このｌ、・ｓｉｎθ
の位相が、その周波数でλｇ／４すなわち９０°に相当
する場合には、端子１１を介してハイブリッド回路２５
から端子２８へはアンテナ列３３の信号が９０°遅れた
信号となり、端子２７へはさらに９０”遅れて１８０６
遅れた信号となる。したがって、端子２８にはアンテナ
列３３から９０°遅れた信号とアンテナ列３４からはア
ンテナ列３３に対してやはり９０°遅れた信号が現れ、
合成するとアンテナ列３３で受信した信号の９０”位相
が遅れた大きな信号が現れる。

ところが、端子２７には、アンテナ列３３で受信した信
号が位相が遅れずに現れるが、アンテナ列３４からの信
号は、アンテナ列３３に対して１８０°位相が遅れてお
り、合成するとちょっど消去されてしまい、端子２７に
出力は現れない。

アンテナ列３５およびアンテナ列３６の出力も同じよう
に作用する。

逆に、電波の入射角度がθである場合には、端子２７に
は信号が現れ、端子２８には信号が現れない。

このようにして、アンテナは２方向に等しい大きさの損
失が極めて小さいビームを形成でき、そのどちらを使用
するか選択することができる。

（へ）実施例〈実施例１〉第１図（ａ）、・・・、第１図（Ｃ）に本発明の一実施
例平面アンテナを示す。

誘電体層４および７は発泡ポリエチレンを用い、地導体
３および６はアルミニウム板を用いた。主回路板１と副
回路板２は、同軸構造の接続を行った。

このときに、アンテナを受信用にして測定したところ、
各端子２７および２８への出力の損失は、０．５〜１ｄ
Ｂであり、損失が極めて低いビーム切り換え型のアンテ
ナとすることができた。

このときさらに、第１図（ａ）に示す直列に接続された
放射素子の間隔！１を変えたものを作成したところ、給
電線路８を直線状にしたものの放射素子を３個接続した
ものと４個接続したものの中間の半値角を有するアンテ
ナとすることができた。

また、面積も前記直線状の給電線路を用いて放射素子を
４個使用したものに比べ小さくすることができた。

さらにまた、交差偏波特性が優れていることが分かった
。この理由は、２つの隣接する給電線路が、同じ位相の
箇所において互いに逆向きの２方向に配置されているこ
とによって、必要とする方向における偏波と９０度異層
る偏波成分が打ち消し合うように作用しているものと考
えられる。

〈実施例２〉第１図（ｄ）に、本発明の他の実施例平面アンテナの主
要部を示す、このような主回路板１０１を用いたほかは
、実施例１と同様にアンテナを作成した。

このときに、第１図（ｄ）に示す直列に接続された放射
素子の間隔１２を変えたものを作成したところ、給電線
路８を直線状にしたものの放射素子を３個接続したもの
と４個接続したものの中間の半値角を有するアンテナと
することができた。

また、面積も前記直線状の給電’ＪＡＮを用いて放射素
子を４個使用したものに比べ小さくすることができた。

さらにまた、交差偏波特性が優れていることが分かった
。この理由は、１つの給電線路が互いに逆向きの２方向
に分岐されていることによって、必要とする方向におけ
る偏波と９０度異層る偏波成分が、同じ位相の箇所にお
いて打ち消し合うように作用しているものと考えられる
。

〈実施例３〉第３図（Ｃ）に示すように、給ｔｉＩＩＡ路８の屈曲部
が、円弧状となるように形成した以外は、実施例１と同
様の平面アンテナを作成した。

この結果、実施例１とほぼ同様の結果が得られ、実施例
１に比べると、不要放射に多少の改良が見られた。この
理由としては、実施例１では、屈曲部がある角度を持っ
たパターンであるので、その部分からの不要放射があっ
たのを、滑らかな曲線に変えるため少なくなったと考え
られる。

〈実施例４〉第３図（ｄ）に示すように、直列に接続した給電線路に
、連続して２つの繰り返し屈曲部を設けた以外は、実施
例１と同様に作成した。

この結果、実施例１とほぼ同様の結果が得られ、実施例
１に比べると、不要放射に多少の改良が見られた。

この理由は、実施例３と同様にパターンの形状が滑らか
になったことと考えられる。

（ト）発明の効果以上に説明したように、本発明によって、損失が極めて
少なく、平面アンテナの放射特性を低下させることなく
半値角を自由に設定でき、また小型化も可能なビーム切
り換え型の平面アンテナを提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の一実施例平面アンテナを示す
上面図、第１図（ｂ）は、同実施例平面アンテナの側面
図、第１図（Ｃ）は、同実施例平面アンテナの裏面図、
第１図（ｄ）は本発明の他の実施例平面アンテナの主要
部を示す上面図、第２図（ａ）は、本発明の詳細な説明
するための上面図、第２図（ｂ）は、本発明の詳細な説
明するための斜視図、第３図（ａ）は、本発明の一実施
例に用いたハイブリッド回路の上面図、第３図（ｂ）は
、本発明の詳細な説明するために用いた概念図、第３図
（Ｃ）および第３図（ｃｌ）は本発明の他の実施例の給
電線路を示す上面図、第４図（ａ）および第４図（ｂ）
は、従来例を示す上面図である。符号の説明１：主回路板、　　　　　２：副回路板、３・６：地導
体、　　　４・７：誘電体層、５：パッチ状放射素子、８：給電線路、１０、・・・、１３：ビーム切り換え回路板上の接続端
子、ｌ９、・・・、２２：アンテナ回路板上の接続端子、２
５・２６：ハイブリッド回路、３３、・・・、３６：アンテナ列。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）地導体と、この地導体表面に形成された誘電体と
、この誘電体表面に形成された複数のパッチ状放射素子
と、給電線路とを備え、前記複数のパッチ状放射素子の
うち２つ以上を直列に接続した平面アンテナにおいて、直列に接続したアンテナ列を２以上有すると共に、直列
に接続した給電線路を、その電気長を変えずに屈曲した
形状とし、かつ、隣接するその屈曲部の屈曲方向が互い
に逆向きであるように配置した主回路板と、地導体と、この地導体表面に設けられた誘電体層と、こ
の誘電体層表面に形成された２つの電力を供給する供給
端子と、この供給端子のそれぞれに接続された分配器と
、この分配器に接続され、かつ一方の分配器からの供給
電力の位相は変えずに他方の分配器からの供給電力のみ
の位相を９０゜変える出力端子と、前記一方の分配器か
らの供給電力のみの位相を９０゜変え前記他方の分配器
からの供給電力の位相は変えない出力端子とを有するハ
イブリッド回路とを備えた副回路板と、前記副回路板か
らの出力を前記主回路板のアンテナ列へ接続する伝送線
路とを備え、前記副回路板の上の前記一方の供給端子から前記副回路
板の一方のアンテナ列までの給電線路の電気長が、隣接
する他方のアンテナ列間で１／４λｇ（λｇ：線路波長
）異なり、他方の給電端子から同一のアンテナ列までの
電気長が、一方のアンテナ列には前記一方の供給端子か
らの信号と同相となり、かつ他方のアンテナ列には逆相
となるように設けられたことを特徴とする平面アンテナ
。
（２）地導体と、この地導体の表面に形成された誘電体
と、この誘電体表面に形成された複数のパッチ状放射素
子と、給電線路とを備え、前記複数のパッチ状放射素子
のうち２つ以上を直列に接続した平面アンテナにおいて
、直列に接続した給電線路を、その電気長を変えずに２本
の給電線路に分岐し、それぞれの分岐した給電線路に屈
曲部を設け、かつ、その２つの屈曲部が互いに対向する
ように配置した主回路板と、地導体と、この地導体の表
面に設けられた誘電体層と、この誘電体層表面に形成さ
れた２つの電力を供給する供給端子と、この供給端子の
それぞれに接続された分配器と、この分配器に接続され
、かつ一方の分配器からの供給電力の位相は変えずに他
方の分配器からの供給電力のみの位相を９０゜変える出
力端子と、前記一方の分配器からの供給電力のみの位相
を９０゜変え前記他方の分配器からの供給電力の位相は
変えない出力端子とを有するハイブリッド回路とを備え
た副回路板と、前記副回路板からの出力を前記主回路板
のアンテナ列へ接続する伝送線路とを備え、前記副回路板の上の前記一方の供給端子から前記主回路
板の一方のアンテナ列までの給電線路の電気長が、隣接
する他方のアンテナ列間で１／４λｇ異なり、他方の給
電端子から同一のアンテナ列までの電気長が、一方のア
ンテナ列には前記一方の供給端子からの信号と同相とな
り、かつ他方のアンテナ列には逆相となるように設けら
れたことを特徴とする平面アンテナ。
（３）前記屈曲部が、滑らかな曲線であることを特徴と
する請求項１または２に記載の平面アンテナ。
（４）前記直列に接続した給電線路が、連続して２以上
の繰り返し屈曲部を有することを特徴とする請求項１、
２または３に記載の平面アンテナ。