JPH11330846A - 平面アンテナおよびアンテナアレイ - Google Patents

平面アンテナおよびアンテナアレイ

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JPH11330846A
JPH11330846A JP13192098A JP13192098A JPH11330846A JP H11330846 A JPH11330846 A JP H11330846A JP 13192098 A JP13192098 A JP 13192098A JP 13192098 A JP13192098 A JP 13192098A JP H11330846 A JPH11330846 A JP H11330846A
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planar antenna
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plane
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悟 菅原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コルゲート構造がどのようなものかを明らか
にすることにより、平面アンテナの小型化を容易に達成
可能にすること。 【解決手段】 電磁波の放射方向に平行な両側端の導体
部12にコルゲート構造部14を設けた平面アンテナ1
0において、コルゲート構造部14の溝の深さをCL、
自由空間での波長をλ0 とした場合に、溝の深さCLお
よび波長λ0 が、0.05λ0 ≦CLの関係になるよう
にコルゲート構造部14を構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は移動体通信機器や小
型情報端末、その他平面アンテナを内蔵する無線装置へ
応用可能な平面アンテナおよびアンテナアレイに関し、
より詳細には、平面アンテナの指向性の向上と小型化と
を容易に達成することができるようにすると共に、平面
アンテナのE面およびH面の指向性を独立に、かつ、連
続的に変化させることができるようにした平面アンテナ
およびアンテナアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】平面アンテナの一形態であるテーパード
スロットアンテナは、スロットラインのスロット幅が傾
きを持って(テーパー状に)広くなる構造を備え、アン
テナ面に対して平行な方向(スロットラインの進行方
向)に電磁波を放射するものである。以下では、テーパ
ードスロットアンテナのことを単に平面アンテナと記述
することにする。
【0003】図18は、従来の平面アンテナの一例を示
す上面図である。図18に示す平面アンテナ90は、誘
電体からなる基板11と、基板11上に形成され、電磁
波を放射または入射するテーパー状スロット部13を有
する導体部12とを用いて構成されている。テーパー状
スロット部13は、入力部13aと、曲線部13bと、
開口部13cとから構成される。この平面アンテナ10
のアンテナ長は4波長、開口部13cの幅は1波長、開
口部13cの端部(アンテナ開口端)とアンテナ端との
間の長さD1 ,D2 はそれぞれ2波長である。なお、図
18において、16は、コプレーナー線路の給電線17
にモード変換するバランを示している。
【0004】この平面アンテナ90は、構造がスロット
ラインと同様であるため、マイクロストリップラインの
ように裏面に接地導体を必要とせず、ユニプレーナー構
造の給電線や整合回路と容易に一体化させることができ
るという特徴を有している。
【0005】ところが、平面アンテナ90は、アンテナ
の大きさ、特にアンテナの幅について次のような制限が
ある。一般に、平面アンテナ90の開口部13cの幅は
1波長程度であるが、開口部13cの端部からアンテナ
端部までの長さD1 ,D2 はそれぞれ2波長程度必要で
あるといわれている。もし、開口部13cの端部からア
ンテナ端部までの長さD1 ,D2 を2波長より短くした
場合には、平面アンテナ90の指向性が劣化するといわ
れている。
【0006】例えば、Ramakrishna Janaswamy and Dani
el H. Schaubert,“Analysis of the Tapered Slot Ant
enna IEEE" Trans on Antennas and Propagation, Vol.
AP-35, No.9, 1987 p.1058-1065には、上述したよう
に、開口部13cの端部からアンテナ端までの長さを短
くしていくと、平面アンテナ90の指向性が劣化すると
いう例が開示されている。また、この論文によれば、開
口部13cの端部からアンテナ端までの長さを一定に保
った状態で、アンテナの中心からアンテナ端までの長さ
が3波長以上あれば、アンテナ端の影響は無視でき、ア
ンテナの指向性を良好に保つことができる旨が開示され
ている。
【0007】このように、従来の平面アンテナでは、開
口部13cの幅は1波長程度であるが、開口部13cの
端部からアンテナ端部までの長さD1 ,D2 はそれぞれ
2波長程度必要であるため、平面アンテナ全体の幅が5
波長程度と大きなものになっていた。換言すれば、指向
性を維持することを考慮すると、平面アンテナの小型化
を図ることは困難であった。
【0008】そのため、導体部12の電磁波の放射方向
に平行な両側端にコルゲート構造を設けた平面アンテナ
が提案されている(Satoru Sugawara, Yutaka Maita, Ka
zuhiko Adachi, Koji Mori, and Koji Mizuno,“A MM-W
AVE TAPERED SLOT ANTENNA WITH IMPROVED RADIATION P
ATTERN" IEEE 1997 MTT-S IMS Digest pp.959)。このよ
うに、導体部12にコルゲート構造を設けることによ
り、平面アンテナの開口部13cの端部からアンテナ端
までの長さD1 ,D2 を短くした場合であっても、指向
性が劣化しないアンテナが実現可能となる。
【0009】以上では、平面アンテナのサイズと指向性
との関係について説明したが、以下では、平面アンテナ
の指向性を制御するための従来の方法について説明す
る。平面アンテナの指向性を変える(制御する)ための
方法としては以下の3つが知られている。
【0010】第1の方法は、平面アンテナのテーパー状
スロット部の形状を変えることにより指向性を変えると
いうものである。標準的な平面アンテナとして知られて
いる図19に示すLTSA(Linearly Tapered Slot Ant
enna) と比較した場合、図20に示すvivaldi(e
xponentially tapered slot antenna)はより広い指向性
を持つ傾向があることが知られており、また、図21に
示すCWSA(Constant Width Slot Antenna) はより狭
い指向性を持つ傾向があることが知られている。
【0011】また、第2の方法は、平面アンテナのアン
テナ長を変えることにより指向性を変えるというもので
ある。平面アンテナのアンテナ長を変えることにより指
向性を変えるということは、平面アンテナが進行波型の
アンテナであることに由来するものである。
【0012】さらに、第3の方法は、平面アンテナの基
板幅を短くすることにより、指向性を変えるというもの
である。すなわち、この第3の方法は、平面アンテナの
基板幅を短くすると、E面の指向性が狭くなるという傾
向を利用するものである。なお、平面アンテナの基板幅
とE面の指向性との関係については、上記論文におい
て、JanaswamyおよびSchaubertによ
って指摘されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記コ
ルゲート構造を有する平面アンテナにおいては、平面ア
ンテナの開口部の端部からアンテナ端までの長さをそれ
ぞれ短くした場合であっても、指向性が劣化しないアン
テナが実現可能であるというものの、どのようなコルゲ
ート構造を形成すれば指向性の劣化を効果的に防止する
ことができるのかが未だ明らかにされていないため、コ
ルゲート構造を有する平面アンテナを容易に製造するこ
とができず、平面アンテナの小型化を図ることは困難で
あるという問題点があった。そのため、複数の平面アン
テナを配列して構成したアンテナアレイについても、コ
ルゲート構造を設けて小型化を図ることは困難であっ
た。
【0014】また、平面アンテナの指向性を変えるため
の第1の方法にあっては、大まかに指向性を変えること
ができるものの、指向性を連続的に変化させることは非
常に困難であるため、所望の指向性を有する平面アンテ
ナを得ることは困難であるという問題点があった。
【0015】また、平面アンテナの指向性を変えるため
の第2の方法にあっては、指向性を連続的に変化させる
ことは可能であるが、E面およびH面の指向性が同時に
変化してしまうため、E面およびH面のいずれか一方の
指向性を独立して制御することはできないという問題点
があった。加えて、指向性を狭くするためには平面アン
テナのアンテナ長を長くしなければならないため、平面
アンテナの小型化を図ることが困難となるという問題点
があった。
【0016】さらに、平面アンテナの指向性を変えるた
めの第3の方法にあっては、基板幅を狭くすることによ
ってE面のみの指向性を狭くすることができるものの、
それに伴ってE面およびH面のサイドロブレベルが高く
なるため、この方法を実際に利用することは困難である
という問題点があった。
【0017】本発明は上記に鑑みてなされたものであっ
て、指向性の劣化を効果的に防止することができるコル
ゲート構造がどのようなものかを明らかにすることによ
り、平面アンテナおよびアンテナアレイの小型化を容易
に達成し、小型の平面アンテナおよびアンテナアレイを
容易に製造することができるようにすることを第1の目
的とする。
【0018】また、本発明は上記に鑑みてなされたもの
であって、平面アンテナのテーパードスロット部の形状
や平面アンテナ自身の大きさを変化させることなく、平
面アンテナのE面およびH面の指向性を独立に、かつ、
連続的に変化させることができるようにして、所望の指
向性を有する平面アンテナおよびアンテナアレイを容易
に製造することができるようにすることを第2の目的と
する。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の平面アンテナにあっては、電磁波の放射
方向に平行な両側端の導体部分にコルゲート構造を設け
た平面アンテナにおいて、前記コルゲート構造の溝の深
さをCL、自由空間での波長をλ0 とした場合に、前記
溝の深さCLおよび波長λ0 が、0.05λ0 ≦CLの
関係になるように前記コルゲート構造を構成したもので
ある。
【0020】また、請求項2の平面アンテナにあって
は、電磁波の放射方向に平行な両側端の導体部分にコル
ゲート構造を設けた平面アンテナにおいて、前記コルゲ
ート構造の溝の深さをCL、自由空間での波長をλ0
した場合に、前記溝の深さCLおよび波長λ0 が、0.
05λ0 ≦CL≦0.15λ0 の関係になるように前記
コルゲート構造を構成したものである。
【0021】また、請求項3の平面アンテナにあって
は、請求項1または2に記載の平面アンテナにおいて、
さらに、前記平面アンテナの開口端から前記コルゲート
構造を設けた側のアンテナ端までの長さをDとした場合
に、前記溝の深さCL,波長λ 0 および長さDが、D−
CL≧0.1λ0 の関係になるように前記コルゲート構
造を構成したものである。
【0022】さらに、請求項4のアンテナアレイにあっ
ては、前記請求項1〜3のいずれか一つに記載の平面ア
ンテナを同一平面上に複数配列して構成したものであ
る。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る平面アンテナ
およびアンテナアレイの実施の形態について、図面を参
照しつつ詳細に説明する。
【0024】〔実施の形態1〕実施の形態1において
は、平面アンテナについて説明する。図1は、実施の形
態1に係る平面アンテナの上面図である。図1に示す平
面アンテナ10は、誘電体からなる基板11と、基板1
1上に形成され、電磁波を放射または入射するテーパー
状スロット部13を有する導体部12とを用いて構成さ
れている。テーパー状スロット部13は、入力部13a
と、曲線部13bと、開口部13cとから構成される。
また、導体部12の電磁波の放射方向に平行な両側端に
は、導体部12を周期的に矩形状に取り除いて形成され
た複数の溝からなるコルゲート構造部14が設けられて
いる。なお、図1において、16は、コプレーナー線路
の給電線17にモード変換するバランを示している。
【0025】図2は、図1中の領域Aの拡大図であり、
コルゲート構造部14を説明するためのものである。図
2において、20は基板11上の導体部12を周期的に
矩形状に取り除くことによって形成されたコルゲート構
造部14を構成する溝を示し、CL(Corrugation Lengt
h)は溝20の深さを、CW(Corrugation Width) は溝2
0の幅をそれぞれ示している。
【0026】つぎに、コルゲート構造部14をどのよう
に構成するかについて詳細に説明する。本発明の発明者
は、コルゲート構造部14をどのように構成することが
平面アンテナ10の指向性の向上を図るために効果的か
を確認するため、コルゲート構造部14を構成する溝2
0の深さCLおよび幅CWの寸法がそれぞれ異なる複数
の平面アンテナ10を作製し、それぞれの特性を調べる
実験を行った。以下に、(1)溝20の深さCLを変化
させた場合の実験結果,(2)溝20の幅CWを変化さ
せた場合の実験結果,(3)結論の順で本発明の発明者
が行った実験について詳細に説明することにより、コル
ゲート構造部14の構成について説明する。
【0027】(1)溝20の深さCLを変化させた場合
の実験結果 CL実験1 本実験に使用した平面アンテナは、図1および図2に示
したものと同様の形状であり、厚さ50μmのポリイミ
ド(カプトン)からなる基板11と、基板11上に積層
された厚さ5μmの銅のパターン(導体部12)とで形
成されている。寸法については、設計周波数60GHz
の自由空間での波長5mmをλ0 とし、平面アンテナ全
体の長さを5λ0 ,幅を2λ0 とし、テーパー状スロッ
ト部13の長さを4λ0 ,開口部13cの幅をλ0 ,開
口端から基板端までの長さD1 およびD2 をそれぞれ
0.5λ0 とした(この場合において、λ0 は5mmに
該当する)。なお、以下の説明において、平面アンテナ
の寸法について特に明示しない寸法は上記寸法と同一で
ある。
【0028】ここでは、コルゲート構造部14における
溝20の幅CWを0.04λ0 とし、溝20の深さCL
について自由空間での波長λ0 の0〜0.4倍の範囲で
異なるように作製した各平面アンテナの指向性をそれぞ
れ測定し、溝20の深さCLを自由空間での波長λ0
0〜0.4(一部0〜0.25倍)倍に変化させた場合
のE面およびH面における10dBビーム幅の変化につ
いて検討した。なお、CLが自由空間での波長λ0 の0
倍の平面アンテナとは、コルゲート構造部14がない平
面アンテナを意味する。
【0029】図3〜図6は、アンテナ指向性についての
測定結果の例を示すグラフである。ここで、図3はCL
=0λ0 の場合を、図4はCL=0.02λ0 の場合
を、図5はCL=0.08λ0 の場合を、図6はCL=
0.2λ0 の場合をそれぞれ示し、各図において、
(a)はE面についての測定結果を、(b)はH面につ
いての測定結果をそれぞれ示している。
【0030】図7は、指向性の測定結果から得たE面お
よびH面における10dBビーム幅の変化の様子を示す
グラフである。この図7より、0.15λ0 ≦CLでは
10dBビーム幅はほぼ一定の値となり、一方、CL≦
0.15λ0 ではE面の10dBビーム幅が大きく変化
しており、CLの寸法を変化させることによりE面の指
向性を制御することが可能であることがわかる。
【0031】 CL実験2 ここでは、コルゲート構造部14における溝20の幅C
Wを0.08λ0 とし、溝20の深さCLについて自由
空間での波長λ0 の0〜0.4倍の範囲で異なるように
作製した各平面アンテナの指向性をそれぞれ測定し、溝
20の深さCLを自由空間での波長λ0 の0〜0.4倍
に変化させた場合のE面およびH面における10dBビ
ーム幅の変化について検討した。
【0032】図8は、CL実験2のE面およびH面にお
ける10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフであ
る。この図8においても、図7の場合と同様に、0.1
5λ0≦CLでは10dBビーム幅はほぼ一定の値とな
り、一方、CL≦0.15λ0ではE面の10dBビー
ム幅が大きく変化しており、CLの寸法を変化させるこ
とによりE面の指向性を制御することが可能であること
がわかる。
【0033】 CL実験3 ここでは、平面アンテナの開口端から基板端までの長さ
1 およびD2 をそれぞれ0.4λ0 、コルゲート構造
部14における溝20の幅CWを0.04λ0とし、溝
20の深さCLについて自由空間での波長λ0 の0〜
0.25倍の範囲で異なるように作製した各平面アンテ
ナの指向性をそれぞれ測定し、溝20の深さCLを自由
空間での波長λ0 の0〜0.25倍に変化させた場合の
E面およびH面における10dBビーム幅の変化につい
て検討した。
【0034】図9は、CL実験3のE面およびH面にお
ける10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフであ
る。この図9においても、図7および図8の場合と同様
に、0.15λ0 ≦CLでは10dBビーム幅はほぼ一
定の値となり、一方、CL≦0.15λ0 ではE面の1
0dBビーム幅が大きく変化しており、CLを変化させ
ることによりE面の指向性を制御することが可能である
ことがわかる。また、平面アンテナの開口端から基板端
までの長さD1 およびD2 の寸法を変化させても、E面
およびH面における10dBビーム幅の変化に対する影
響がほとんどないことがわかる。
【0035】 CL実験4 ここでは、平面アンテナのテーパー状スロット部13の
長さを5λ0 、コルゲート構造部14の溝20の幅CW
を0.04λ0 とし、溝20の深さCLについて自由空
間での波長λ0 の0〜0.4倍の範囲で異なるように作
製した各平面アンテナの指向性をそれぞれ測定し、溝2
0の深さCLを自由空間での波長λ0 の0〜0.4倍に
変化させた場合におけるE面およびH面における10d
Bビーム幅の変化について検討した。
【0036】図10は、CL実験4のE面およびH面に
おける10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフであ
る。この図10においても、図7〜図9の場合と同様
に、0.15λ0 ≦CLでは10dBビーム幅はほぼ一
定の値となり、一方、CL≦0.15λ0 ではE面の1
0dBビーム幅が大きく変化しており、CLを変化させ
ることによりE面の指向性を制御することが可能である
ことがわかる。また、平面アンテナのテーパー状スロッ
ト部13の長さの寸法を変化させても、E面およびH面
における10dBビーム幅の変化に対する影響がほとん
どないことがわかる。
【0037】 CL実験1〜4のまとめ CL実験1〜4において、様々な条件の下、溝20の深
さCLの寸法を変化させてE面およびH面における10
dBビーム幅の変化を検討した結果、いずれの場合にお
いてもほぼ同様の変化を示し、E面およびH面における
10dBビーム幅の変化は溝20の深さCLの寸法に依
存することがわかった。
【0038】また、図11は、上記実験に用いた平面ア
ンテナの指向性のサイドロブレベルをまとめて示したグ
ラフであり、図11(a)はE面におけるサイドロブレ
ベルを、図11(b)はH面におけるサイドロブレベル
をそれぞれ示している。この図11より、CL≦0.0
5λ0 の場合、E面のサイドロブレベルが非常に高くな
ることがわかる。
【0039】したがって、以上の実験結果より、 CL≦0.05λ0 E面のサイドロブレベルが非常に高くなってしまう領域 0.05λ0 ≦CL≦0.15λ0 E面のサイドロブレベルが低く、E面の指向性をCLに
より制御可能である領域 0.15λ0 ≦CL E面のサイドロブレベルが低く、E面の指向性がほぼ一
定の領域ということがわかる。
【0040】(2)溝20の幅CWを変化させた場合の
実験結果 CW実験1 ここでは、コルゲート構造部14の溝20の深さCLを
CL=0.2λ0 とし、溝20の幅CWについて自由空
間での波長λ0 の0.04〜0.2倍の範囲で異なるよ
うに作製した各平面アンテナの指向性を測定し、溝20
の幅CWを自由空間での波長λ0 の0.04〜0.2倍
に変化させた場合のE面およびH面における10dBビ
ーム幅の変化について検討した。
【0041】図12は、CW実験1のE面およびH面に
おける10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフであ
る。この図12により、溝20の幅CWに対するE面お
よびH面における10dBビーム幅の依存性はほとんど
認められないことがわかる。
【0042】 CW実験2 ここでは、コルゲート構造部14の溝20の深さCLを
CL=0.15λ0 とし、溝20の幅CWについて自由
空間での波長λ0 の0.04〜0.2倍の範囲で異なる
ように作製した各平面アンテナの指向性を測定し、溝2
0の幅CWを自由空間での波長λ0 の0.04〜0.2
倍に変化させた場合のE面およびH面における10dB
ビーム幅の変化について検討した。
【0043】図13は、CW実験2のE面およびH面に
おける10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフであ
る。この図13においても、図12と同様に、溝20の
幅CWに対するE面およびH面における10dBビーム
幅の依存性はほとんど認められないことがわかる。
【0044】 CW実験3 ここでは、平面アンテナの開口端から基板端までの長さ
1 およびD2 をそれぞれ0.4λ0 、コルゲート構造
部14の溝20の深さCLをCL=0.2λ0とし、溝
20の幅CWについて自由空間での波長λ0 の0.04
〜0.2倍の範囲で異なるように作製した各平面アンテ
ナの指向性を測定し、溝20の幅CWを自由空間での波
長λ0 の0.04〜0.2倍に変化させた場合のE面お
よびH面における10dBビーム幅の変化について検討
した。
【0045】図14は、CW実験3のE面およびH面に
おける10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフであ
る。この図14においても、図12および図13と同様
に、溝20の幅CWに対するE面およびH面における1
0dBビーム幅の依存性はほとんど認められないことが
わかる。
【0046】 CW実験4 ここでは、平面アンテナのテーパー状スロット部13の
長さを5λ0 、コルゲート構造部14の溝20の深さC
LをCL=0.2λ0 とし、溝20の幅CWについて自
由空間での波長λ0 の0.04〜0.2倍の範囲で異な
るように作製した各平面アンテナの指向性を測定し、溝
20の幅CWを自由空間での波長λ0 の0.04〜0.
2倍に変化させた場合のE面およびH面における10d
Bビーム幅の変化について検討した。
【0047】図15は、CW実験4のE面およびH面に
おける10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフであ
る。この図15においても、図12〜図15と同様に、
溝20の幅CWに対するE面およびH面における10d
Bビーム幅の依存性はほとんど認められないことがわか
る。
【0048】 CW実験1〜4のまとめ 図16は、CW実験1〜4で用いた平面アンテナの指向
性のサイドロブレベルをまとめて示したグラフであり、
図16(a)はE面におけるサイドロブレベルを、図1
6(b)はH面におけるサイドロブレベルをそれぞれ示
している。図12〜図15に示した10dBビーム幅お
よび図16に示したサイドロブレベルともに、溝20の
幅CWに依存して変化するという明らかな傾向は認めら
れないことがわかった。
【0049】(3)結論 以上の実験結果より、溝20の深さCLを(1)0.0
5λ0 ≦CL(より好ましくは0.15λ0 ≦CL)と
することにより、E面のサイドロブレベルを低く抑える
ことができ、また、(2)0.05λ0 ≦CL≦0.1
5λ0 とすることにより、E面のサイドロブレベルを低
く押さえつつ、E面の指向性をCLにより制御すること
が可能であるという結論を得ることができた。この
(2)の結論は、図5(a)および図6(a)を比較す
ると良く理解することができる。ここで図5(a)はC
L=0.08λ0 、図6(a)はCL=0.2λ0 の場
合の平面アンテナのE面における指向性をそれぞれ示し
ており、図5(a)の場合が上記(2)の結論を満たす
平面アンテナに該当する。両方の図を比較すると、CL
=0.08λ0 (図5(a))にした平面アンテナのE
面の指向性は、CL=0.2λ0 (図6(a))のもの
と比べて狭くなっており、CLでE面の指向性を制御可
能であることが明確に理解できる。また、平面アンテナ
の指向性はCLのみに依存し、平面アンテナの他の部分
の寸法には影響を受けないという結論も得ることができ
た。
【0050】ただし、溝20の深さCLの寸法は、平面
アンテナ本来の機能を考えると、当然のことながら開口
端から基板端までの長さD1 およびD2 より長くするこ
とはできない。そのため、溝20がアンテナ本来の機能
を妨げないようにするためには、少なくともD−CL≧
0.1λ0 (DはD1 およびD2 を指す)程度の寸法的
な余裕が必要となる。
【0051】このように、実施の形態1に係る平面アン
テナによれば、コルゲート構造部14における溝20の
深さCLを0.05λ0 ≦CLとすることにより、E面
のサイドロブレベルを低く抑えることができるため、平
面アンテナ10の指向性の劣化を防止することができ
る。換言すれば、コルゲート構造部14における溝20
の深さCLが0.05λ0 ≦CLとなるように平面アン
テナ10を作製することにより、指向性を劣化させるこ
となく平面アンテナ10の開口部13cからアンテナ端
の長さD1 ,D2 を短くして小型化した平面アンテナ1
0を容易に製造することができる。
【0052】また、コルゲート構造部14における溝2
0の深さCLを0.05λ0 ≦CL≦0.15λ0 とす
ることにより、H面の指向性に影響を与えることなく、
E面の指向性のみを連続的に変化させることができる。
したがって、所望の指向性を有する平面アンテナを容易
に製造することができる。加えて、コルゲート構造部1
4における溝20の深さCLを0.05λ0 ≦CL≦
0.15λ0 とすることにより、E面のサイドロブレベ
ルを低く抑えることができるため、平面アンテナ10の
指向性の劣化を防止することができる。
【0053】なお、上述した実施の形態1に係る平面ア
ンテナ10において、コルゲート構造部14における溝
20の深さCLは、アンテナ両側端で同一でなくても良
い。すなわち、コルゲート構造部14の形状は、非対象
的な関係であっても良い。こうすることにより、様々な
特性を有する平面アンテナ10を得ることができる。
【0054】〔実施の形態2〕本発明の実施の形態2に
おいては、実施の形態1で説明したコルゲート構造部を
有する平面アンテナ10を適用したアンテナアレイにつ
いて説明する。
【0055】図17は、実施の形態2に係るアンテナア
レイの上面図である。図17に示すアンテナアレイ80
は、同一基板上に実施の形態1で説明したコルゲート構
造部を有する平面アンテナ10が複数形成されたもので
ある。すなわち、誘電体からなる基板81と、基板81
上に形成され、電磁波を放射または入射する複数のテー
パー状スロット部82を有する導体部82とによって、
複数の平面アンテナ10が形成されたものである。ま
た、導体部82における各平面アンテナ10の間には、
コルゲート構造部84が設けられたスリット83が形成
されている。
【0056】図17に示すアンテナアレイ80は、厚さ
50μmのカプトンからなる基板81と、基板81上に
積層された厚さ5μmの銅からなる導体部82とを用い
て形成されている。各平面アンテナ10の設計周波数を
60GHzとし、アンテナ長は20mm(4λ0 )、開
口部85の幅は5mm(λ0 )、隣接する平面アンテナ
の開口部85の端部間の長さD3 は5mm(λ0 )であ
る。さらに、各平面アンテナ10間に設けられたスリッ
ト83は、幅が200μm(0.04λ0 )、長さが2
0mm(4λ0 )であって、スリット83の両側に設け
られたコルゲート構造部84は、幅CWが0.2mm
(0.04λ0 )で深さCLが0.4mm(0.08λ
0 )の溝を0.4mm(0.08λ0 )周期で配列する
ことによって構成されている。
【0057】なお、図17中のアンテナアレイ80が備
える平面アンテナ10は4つであるが、平面アンテナの
数を3つに限定するものではない。また、上記アンテナ
アレイの寸法は一例を示すものであって、実施の形態1
で説明したコルゲート構造部の寸法の条件に従ってアン
テナアレイ80の寸法を変化させることが可能である。
【0058】このように、実施の形態2に係るアンテナ
アレイ80によれば、実施の形態1に係る平面アンテナ
10を用いたことにより、隣接する平面アンテナ10の
開口部85の端部間の長さD3 を短くした場合であって
も、各平面アンテナ10の指向性が劣化することを防止
することができる。すなわち、コルゲート構造部84の
溝の深さCLが0.05λ0 ≦CLとなるようにアンテ
ナアレイ80を形成することにより、隣接する平面アン
テナ10の開口部85の端部間の長さD3 を短くした場
合であっても、各平面アンテナ10の指向性が劣化しな
いようにすることができ、アンテナアレイの小型化を容
易に達成することができる。
【0059】また、コルゲート構造部84における溝の
深さCLを0.05λ0 ≦CL≦0.15λ0 の範囲で
変化させることにより、各平面アンテナ10について、
H面の指向性に影響を与えることなく、E面の指向性を
のみを制御することができる。したがって、所望の指向
性を有するアンテナアレイを容易に製造することができ
る。
【0060】なお、本発明に係る平面アンテナおよびア
ンテナアレイは、実施の形態1および2で説明した構成
に限定されるものではなく、アンテナ形状や材質、動作
周波数等、用途によって適宜変更可能なものである。ま
た、実施の形態1および2においては、矩形の溝でコル
ゲート構造部を構成することにしているが、指向性の劣
化を防止する機能を有する形状であれば、矩形以外の形
状の溝でコルゲート構造部を構成しても良いことは明ら
かである。
【0061】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る平面
アンテナ(請求項1)によれば、コルゲート構造の溝の
深さをCL、自由空間での波長をλ0 とした場合に、溝
の深さCLおよび波長λ0 が、0.05λ0 ≦CLの関
係になるようにコルゲート構造を構成したことにより、
平面アンテナの開口部からアンテナ端の長さを短くして
も平面アンテナの指向性の劣化を防止することができる
ため、小型の平面アンテナを容易に製造することができ
る。
【0062】また、本発明に係る平面アンテナ(請求項
2)によれば、コルゲート構造の溝の深さをCL、自由
空間での波長をλ0 とした場合に、溝の深さCLおよび
波長λ0 が、0.05λ0 ≦CL≦0.15λ0 の関係
になるようにコルゲート構造を構成したことにより、H
面の指向性に影響を与えることなく、E面の指向性のみ
を連続的に変化させることができるため、所望の指向性
を有する平面アンテナを容易に製造することができ、ま
た、平面アンテナの開口部からアンテナ端の長さを短く
しても平面アンテナの指向性の劣化を防止することがで
きるため、小型の平面アンテナを容易に製造することが
できる。
【0063】また、本発明に係る平面アンテナ(請求項
3)によれば、請求項1または2に記載の平面アンテナ
において、さらに、平面アンテナの開口端からコルゲー
ト構造を設けた側のアンテナ端までの長さをDとした場
合に、溝の深さCL,波長λ 0 および長さDが、D−C
L≧0.1λ0 の関係になるようにコルゲート構造を構
成したため、コルゲート構造を設けたことを原因として
アンテナ本来の機能を妨げることを防止することができ
る。
【0064】さらに、本発明に係るアンテナアレイ(請
求項4)によれば、請求項1〜3のいずれか一つに記載
の平面アンテナを同一平面上に複数配列して構成したこ
とにより、小型のアンテナアレイを容易に製造すること
ができると共に、各平面アンテナについて、H面の指向
性に影響を与えることなく、E面の指向性をのみを変化
させたアンテナアレイを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナの上
面図である。
【図2】図1中の領域Aの拡大図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナのコ
ルゲート構造の構成を特定するために行ったCL実験1
におけるアンテナ指向性についての測定結果の例を示す
グラフである(CL=0λ0 )。
【図4】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナのコ
ルゲート構造の構成を特定するために行ったCL実験1
におけるアンテナ指向性についての測定結果の例を示す
グラフである(CL=0.02λ0 )。
【図5】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナのコ
ルゲート構造の構成を特定するために行ったCL実験1
におけるアンテナ指向性についての測定結果の例を示す
グラフである(CL=0.08λ0 )。
【図6】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナのコ
ルゲート構造の構成を特定するために行ったCL実験1
におけるアンテナ指向性についての測定結果の例を示す
グラフである(CL=0.2λ0 )。
【図7】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナのコ
ルゲート構造の構成を特定するために行ったCL実験1
において、溝の深さCLを自由空間での波長λ0 の0〜
0.4倍に変化させた場合のE面およびH面における1
0dBビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図8】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナのコ
ルゲート構造の構成を特定するために行ったCL実験2
において、溝の深さCLを自由空間での波長λ0 の0〜
0.4倍に変化させた場合のE面およびH面における1
0dBビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図9】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナのコ
ルゲート構造の構成を特定するために行ったCL実験3
において、溝の深さCLを自由空間での波長λ0 の0〜
0.25倍に変化させた場合のE面およびH面における
10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図10】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナの
コルゲート構造の構成を特定するために行ったCL実験
4において、溝の深さCLを自由空間での波長λ0 の0
〜0.4倍に変化させた場合のE面およびH面における
10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図11】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナの
コルゲート構造の構成を特定するために行ったCL実験
1〜4で用いた各平面アンテナの指向性のサイドロブレ
ベルを示すグラフである。
【図12】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナの
コルゲート構造の構成を特定するために行ったCW実験
1において、溝の深さCWを自由空間での波長λ0
0.04〜0.2倍に変化させた場合のE面およびH面
における10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフで
ある。
【図13】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナの
コルゲート構造の構成を特定するために行ったCW実験
2において、溝の深さCWを自由空間での波長λ0
0.04〜0.2倍に変化させた場合のE面およびH面
における10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフで
ある。
【図14】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナの
コルゲート構造の構成を特定するために行ったCW実験
3において、溝の深さCWを自由空間での波長λ0
0.04〜0.2倍に変化させた場合のE面およびH面
における10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフで
ある。
【図15】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナの
コルゲート構造の構成を特定するために行ったCW実験
4において、溝の深さCWを自由空間での波長λ0
0.04〜0.2倍に変化させた場合のE面およびH面
における10dBビーム幅の変化の様子を示すグラフで
ある。
【図16】本発明の実施の形態1に係る平面アンテナの
コルゲート構造の構成を特定するために行ったCW実験
1〜4で用いた各平面アンテナの指向性のサイドロブレ
ベルを示すグラフである。
【図17】本発明の実施の形態2に係るアンテナアレイ
の上面図である。
【図18】従来の平面アンテナの一例を示す上面図であ
る。
【図19】従来の平面アンテナ(LTSA)の上面図で
ある。
【図20】従来の平面アンテナ(vivaldi)の上
面図である。
【図21】従来の平面アンテナ(CWSA)の上面図で
ある。
【符号の説明】
10,90 平面アンテナ 11,81 基板 12,82 導体部 13 テーパー状スロット部 13c 開口部 14,84 コルゲート構造部 20 溝 80 アンテナアレイ 83 スリット

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電磁波の放射方向に平行な両側端の導体
    部分にコルゲート構造を設けた平面アンテナにおいて、 前記コルゲート構造の溝の深さをCL、自由空間での波
    長をλ0 とした場合に、前記溝の深さCLおよび波長λ
    0 が、 0.05λ0 ≦CL の関係になるように前記コルゲート構造を構成したこと
    を特徴とする平面アンテナ。
  2. 【請求項2】 電磁波の放射方向に平行な両側端の導体
    部分にコルゲート構造を設けた平面アンテナにおいて、 前記コルゲート構造の溝の深さをCL、自由空間での波
    長をλ0 とした場合に、前記溝の深さCLおよび波長λ
    0 が、 0.05λ0 ≦CL≦0.15λ0 の関係になるように前記コルゲート構造を構成したこと
    を特徴とする平面アンテナ。
  3. 【請求項3】 さらに、前記平面アンテナの開口端から
    前記コルゲート構造を設けた側のアンテナ端までの長さ
    をDとした場合に、前記溝の深さCL,波長λ0 および
    長さDが、 D−CL≧0.1λ0 の関係になるように前記コルゲート構造を構成したこと
    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. 【請求項4】 前記請求項1〜3のいずれか一つに記載
    の平面アンテナを同一平面上に複数配列して構成したこ
    とを特徴とするアンテナアレイ。
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