JPWO2019198714A1 - Slot array antenna - Google Patents
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Abstract
誘電体層と、給電部と、前記誘電体層の一方の表面に設けられる導体層に形成される第1のコプレーナ線路と、前記導体層に形成される第2のコプレーナ線路とを備え、前記第1のコプレーナ線路と前記第2のコプレーナ線路は、夫々、前記給電部に接続される又は近接する箇所に接続される第1の端部と、前記導体層に形成される少なくとも一つのスロットが接続される少なくとも一つの第2の端部とを有する、スロットアレイアンテナ。A dielectric layer, a feeding portion, a first coplanar line formed on a conductor layer provided on one surface of the dielectric layer, and a second coplanar line formed on the conductor layer are provided. The first coplanar line and the second coplanar line each have a first end connected to or close to the power feed portion and at least one slot formed in the conductor layer. A slot array antenna having at least one second end to be connected.
Description
本発明は、スロットアレイアンテナに関する。 The present invention relates to a slot array antenna.
近年、4G LTEから5G(sub6)への移行など、マイクロ波やミリ波の周波数帯を使用する高速・大容量の無線通信システムを利用するサービスが拡がる動きがある。このような周波数帯で使用されるアンテナとして、複数のスロットにコプレーナ線路を利用して給電するスロットアレイアンテナが知られている(例えば、非特許文献1参照)。 In recent years, there has been a movement to expand services using high-speed, large-capacity wireless communication systems that use microwave and millimeter-wave frequency bands, such as the shift from 4G LTE to 5G (sub6). As an antenna used in such a frequency band, a slot array antenna that feeds a plurality of slots using a coplanar line is known (see, for example, Non-Patent Document 1).
しかしながら、非特許文献1のようなスロットアレイアンテナでは、一方向に配列された複数のスロットに共通のコプレーナ線路で給電するので、指向性の方向がその配列方向に限られてしまう。
However, in a slot array antenna as in Non-Patent
そこで、本開示は、指向性の方向の設計自由度を向上させたスロットアレイアンテナを提供する。 Therefore, the present disclosure provides a slot array antenna with improved design freedom in the direction of directivity.
本開示は、
誘電体層と、給電部と、前記誘電体層の一方の表面に設けられる導体層に形成される第1のコプレーナ線路と、前記導体層に形成される第2のコプレーナ線路とを備え、
前記第1のコプレーナ線路と前記第2のコプレーナ線路は、夫々、前記給電部に接続される又は近接する箇所に接続される第1の端部と、前記導体層に形成される少なくとも一つのスロットが接続される少なくとも一つの第2の端部とを有する、スロットアレイアンテナを提供する。This disclosure is
A dielectric layer, a feeding portion, a first coplanar line formed on a conductor layer provided on one surface of the dielectric layer, and a second coplanar line formed on the conductor layer are provided.
The first coplanar line and the second coplanar line are each a first end connected to or close to the power feeding portion and at least one slot formed in the conductor layer. Provides a slot array antenna having at least one second end to which the is connected.
本開示によれば、指向性の方向の設計自由度が向上する。 According to the present disclosure, the degree of freedom in designing the direction of directivity is improved.
以下、図面を参照して、本開示に係る実施形態の説明を行う。なお、各形態において、平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、本発明の効果を損なわない程度のずれが許容される。また、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向は、それぞれ、X軸に平行な方向、Y軸に平行な方向、Z軸に平行な方向を表す。X軸方向とY軸方向とZ軸方向は、互いに直交する。XY平面、YZ平面、ZX平面は、それぞれ、X軸方向及びY軸方向に平行な仮想平面、Y軸方向及びZ軸方向に平行な仮想平面、Z軸方向及びX軸方向に平行な仮想平面を表す。 Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each form, deviations to the extent that the effects of the present invention are not impaired are allowed in the directions of parallel, right angle, orthogonal, horizontal, vertical, up / down, left / right, and the like. Further, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction represent a direction parallel to the X-axis, a direction parallel to the Y-axis, and a direction parallel to the Z-axis, respectively. The X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are orthogonal to each other. The XY plane, YZ plane, and ZX plane are a virtual plane parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction, a virtual plane parallel to the Y-axis direction and the Z-axis direction, and a virtual plane parallel to the Z-axis direction and the X-axis direction, respectively. Represents.
本開示に係る実施形態のスロットアレイアンテナは、複数のスロットに複数のコプレーナ線路を利用して給電する、コプレーナ給電型の平面的なアレイアンテナであり、マイクロ波やミリ波等の高周波帯(例えば、0.3GHz〜300GHz)の電波の送受に好適である。本開示に係る実施形態のスロットアレイアンテナは、例えば、第5世代移動通信システム(いわゆる、5G)、車載レーダーシステムなどに適用可能であるが、適用可能なシステムはこれらに限られない。 The slot array antenna of the embodiment according to the present disclosure is a coplanar-fed flat array antenna that feeds a plurality of slots using a plurality of coplanar lines, and is a high-frequency band such as a microwave or a millimeter wave (for example). , 0.3 GHz to 300 GHz) is suitable for transmitting and receiving radio waves. The slot array antenna of the embodiment according to the present disclosure can be applied to, for example, a fifth generation mobile communication system (so-called 5G), an in-vehicle radar system, and the like, but the applicable system is not limited thereto.
図1は、本開示に係る第1の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。図2は、第1の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する側面図である。図1,2に示すスロットアレイアンテナ101は、誘電体層40の片面に設けられる導体層43に少なくとも一箇所で分岐するように形成されるコプレーナ線路を介して、複数のスロット形状のアンテナ素子に結合給電するアレイアンテナである。中心導体層と接地導体層を同一平面上に設けるコプレーナ線路を、複数のスロット形状のアンテナ素子への給電路として用いることにより、一平面上でアレイアンテナの構成が可能となる。一平面上でアレイアンテナを構成できるため、例えば、誘電体層の両面を利用するマイクロストリップアレイアンテナに比べて、構成が簡便であり高い生産性が実現できる。
FIG. 1 is a plan view illustrating the slot array antenna of the first embodiment according to the present disclosure. FIG. 2 is a side view illustrating the slot array antenna of the first embodiment. The
図1,2に示すスロットアレイアンテナ101は、誘電体層40と、複数のコプレーナ線路10,20,30と、複数のスロット51〜54とを備える。
The
誘電体層40は、誘電体を主成分とする板状又はシート状の基材である。誘電体層40は、第1の表面41と、第1の表面41とは反対側の第2の表面42とを有する。第1の表面41は、XY平面に平行である。第2の表面42は、XY平面に平行でもよいが、非平行でもよい。つまり、図2における断面模式図(YZ平面)において、誘電体層40は、一定の厚さ、すなわち長方形状を示しているがこれに限らない。誘電体層40は、その断面が三角形や台形など、第1の表面41に対して第2の表面42が非平行な面を有するものでもよい。さらに、誘電体層40は、この他に例えば、平凸状や平凹状等の形状を有する誘電体レンズでもよく、この場合、第2の表面42が曲面を含んでもよい。このように、誘電体層40が、その厚さに分布を有することで、アンテナの指向性を所望の仕様に合わせて調整できる。なお、誘電体層40が、その厚さの分布を有する態様は、図2に限らず、後述する図3の説明においても適用できる。また、誘電体層40は、例えば、誘電体基板でもよいし、誘電体シートでもよい。誘電体層40の材料は、例えば、石英ガラス等のガラス、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマーなどが挙げられるが、その材料は、これらに限られない。誘電体層40の一方の表面である表面41には、導体層43が設けられている。
The
導体層43は、その表面がXY平面に平行な平面状の層である。導体層43は、例えば、導体シートでもよいし、導体基板でもよく、厚さが均一ではなく分布を有するものでもよい。導体層43に使用される導体の材料として、例えば、銀、銅などが挙げられるが、これらに限られない。さらに、導体層43は、誘電体層の一部が見えるような、メッシュ状のパターンで配置されてもよい。このようにすることで、例えば、誘電体層40として可視光に対して高透過性のガラスや樹脂を用いると、メッシュ状のパターンを配したスロットアレイアンテナ101を透明又は半透明に見せることができる。ここで、透明とは、例えば、可視光において透過率90%以上が得られる状態をいう。なお、メッシュの形状は、コプレーナ線路を電気的に接続できれば種々の形状を適用でき、その形状はとくに限定されず、導体層43をメッシュ状とする部分は、一部分でも全部でもよい。
The
コプレーナ線路30は、給電部の一例であり、導体層43に形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路30は、Y軸方向に並走する一対のスロット34,35と、一対のスロット34,35に挟まれてY軸方向に延在する中心導体31とを有する。導体層43のうち一対のスロット34,35の外側の導体領域は、接地導体45として機能する。コプレーナ線路30は、コプレーナ線路10,20への分岐点となる箇所(分岐箇所36)に接続される一方の端部32と、アンプ等の不図示の外部装置に接続される給電端となる他方の端部33とを有する。給電端となる他方の端部33は、誘電体層40及び導体層43の縁部に位置する。
The
コプレーナ線路10は、第1のコプレーナ線路の一例であり、導体層43の平面視において、T字状に形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路10は、X軸方向に延在する第1の線路と、Y軸方向に延在する第2の線路とを有する。コプレーナ線路10は、X軸方向に並走する一対のスロット16,17と、Y軸方向に並走する一対のスロット18,19と、スロット16〜19に挟まれてT字状に延在する中心導体11とを有する。
The
図1に示すスロットアレイアンテナ101では、スロット16〜19は、いずれも幅の一部が異なるようにしてもよく、このようにすることで、アンテナインピーダンスとの整合、線路インピーダンスの整合が可能となる。なお、スロット16〜19に限らず、コプレーナ線路20のスロット26〜29やコプレーナ線路30のスロット34、35も含め、これらのスロットの少なくとも1つ以上のスロットの幅の一部を異なるようにして、上記のインピーダンス整合をしてもよい。
In the
導体層43のうちスロット16〜19の外側の導体領域は、接地導体45として機能する。コプレーナ線路10は、分岐箇所36に接続される端部12と、スロット51に接続される端部13と、スロット52に接続される端部14とを有する。端部12は、第1の端部の一例であり、端部13,14は、第2の端部の一例である。コプレーナ線路10は、端部12と端部13,14との間に、スロット51,52への分岐点となる箇所を一つ有する(分岐箇所15)。
The outer conductor region of
コプレーナ線路20は、第2のコプレーナ線路の一例であり、導体層43の平面視において、T字状に形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路20は、X軸方向に延在する第3の線路と、Y軸方向に延在する第4の線路とを有する。コプレーナ線路20は、X軸方向に並走する一対のスロット26,27と、Y軸方向に並走する一対のスロット28,29と、スロット26〜29に挟まれてT字状に延在する中心導体21とを有する。
The
導体層43のうちスロット26〜29の外側の導体領域は、接地導体45として機能する。コプレーナ線路20は、分岐箇所36に接続される端部22と、スロット53に接続される端部23と、スロット54に接続される端部24とを有する。端部22は、第1の端部の一例であり、端部23,24は、第2の端部の一例である。コプレーナ線路20は、端部22と端部23,24との間に、スロット53,54への分岐点となる箇所を一つ有する(分岐箇所25)。
The outer conductor region of
スロット51〜54は、夫々、導体層43に形成されるスロット状のアンテナ素子である。スロット51〜54は、夫々、半波長ダイポールアンテナとして機能し、例えば、スロット51〜54の動作周波数における波長をλgとするとき、スロット51〜54の夫々の長手方向の長さdを約λg/2に設定する。これにより、スロットアレイアンテナ101のアンテナ利得が向上する。The
このように、コプレーナ線路10,20は、夫々、第3のコプレーナ線路であるコプレーナ線路30に接続される分岐箇所36に共通に接続される端部を有する。つまり、コプレーナ線路10,20は、夫々、給電部であるコプレーナ線路30に接続される共通の分岐箇所36から分岐している。よって、コプレーナ線路10,20は、夫々が延在する方向を別々に設計できるので、コプレーナ線路10,20の夫々の端部に接続されるスロット51〜54の夫々の向きの設計自由度も高くできる。したがって、指向性の方向を設計する自由度を向上させたスロットアレイアンテナとして、スロットアレイアンテナ101を提供できる。
As described above, the
なお、スロット51〜54は、夫々に流れる高周波電流の位相が全て揃うように(スロット51〜54が同じ位相で給電されるように)、給電部であるコプレーナ線路30の位置を調整するとよい。図1の場合、コプレーナ線路30は、コプレーナ線路10,20によって形成されるH字状のコプレーナ線路の中心軸上に位置している。スロット51〜54が同じ位相で給電されることにより、スロットアレイアンテナ101のアンテナ利得を向上できる。
In the
図1において、スロット51〜54は、それぞれ、線状のスロットアンテナである。しかしながら、スロット51〜54のうち少なくとも一つは、それ以外の形状でもよく、例えば、楕円状、ボウタイ状又は折り返し状などの形状が挙げられる。これらの形状で形成されることにより、スロットアレイアンテナ101の広帯域化が可能となる。なお、線状以外のスロットアンテナの場合、その形状において延伸する方向を長手方向とし、例えば、楕円状のスロットアンテナの場合、長軸方向が長手方向に相当する。
In FIG. 1,
スロット51〜54のうち一部又は全部は、互いに平行であると、スロットアレイアンテナ101のアンテナ利得の向上の点で好ましい。図1の場合、スロット51〜54の全部は、X軸方向に延在し、互いに平行である。
It is preferable that some or all of the
スロット51〜54のうち一部又は全部は、一の対称軸に関して線対称に位置することが、スロットアレイアンテナ101のアンテナ利得の向上の点で好ましい。図1の場合、平面視で、分岐箇所36を通る一本の仮想直線を対称軸とするとき、スロット51,53は、当該仮想直線に関して線対称に位置し、スロット52,54は、当該仮想直線に関して線対称に位置する。
It is preferable that some or all of the
コプレーナ線路10,20は、夫々、その端部でその端部に接続される少なくとも一つのスロット(の長手方向)と直角に接続されることが、スロットアレイアンテナ101のアンテナ利得の向上の点で好ましい。図1の場合、コプレーナ線路10は、端部13でスロット51と直角に接続され、端部14でスロット52と直角に接続されており、コプレーナ線路20は、端部23でスロット53と直角に接続され、端部24でスロット54と直角に接続されている。
The
スロット51〜54は、分岐箇所36で直交する二本の仮想直線によって区分けされる四つの領域の夫々に位置していると、アンテナ利得が極大となる指向性の方向を増やすことができる。例えば図1において、X軸方向に延在する第1の仮想直線とY軸方向に延在する第2の仮想直線が分岐箇所36で直交する場合を想定、つまり、分岐箇所36を原点とするXY座標平面を想定する。この場合、スロット51は第一象限に位置し、スロット53は第二象限に位置し、スロット54は第三象限に位置し、スロット52は第四象限に位置する。このように、四つの領域のそれぞれに少なくとも一つのスロット状のアンテナ素子が配置されることにより、X軸方向とY軸方向の指向性が向上する。
When the
図3は、本開示に係る実施形態のスロットアレイアンテナの他の構成例を例示する側面図である。図3に示されるように、誘電体層40の他方の表面である第2の表面42の一部または全部には、導体層44が設けられてもよい。図3の場合、導体層44は、第1の表面41とは反対側の第2の表面42に形成され、XY平面に平行な平面状の導体層として示しているが、これに限らない。導体層44は、図2における説明のように、誘電体層40が、その厚さに分布を有する場合、第2の表面42がXY平面に平行ではない表面に沿って配置された導体層でもよい。導体層44は、例えば、導体シートでもよいし、導体基板でもよい。導体層44に使用される導体の材料として、例えば、銀、銅などが挙げられるが、その材料は、これらに限られない。また、導体層44も、均一厚の導体を設ける構成に限らず、スロットアレイアンテナ101を透明又は半透明にするため、導体層43の他の構成例と同様にメッシュで形成してもよい。
FIG. 3 is a side view illustrating another configuration example of the slot array antenna of the embodiment according to the present disclosure. As shown in FIG. 3, a
図3に示すように、第2の表面42側の導体層44は、第1の表面41側の導体層43に接続されていない。つまり、導体層44は、誘電体層40を貫通するビア等の接続導体によって導通可能に導体層43に接続されていない。しかし、導体層44は、接地導体45と電気的に接続してもよい。このような導体層44を、スロット51〜54のうちの少なくとも一つのスロットに誘電体層40を挟んで対向するように配置させる。これにより、導体層44は、その少なくとも一つのスロットから放射される電波を反射する反射導体として機能するので、Z軸方向の正側への指向性が向上する。後述の実施形態に適用しても、同様の効果がある。
As shown in FIG. 3, the
上述のように、導体層44のような無給電素子(無給電導体)は、誘電体層40の第2の表面42の一部に設けられてもよい。その場合、無給電導体は、第1の表面41の法線方向(Z軸方向)から見て、例えば、複数個あるスロット51〜54のうち少なくとも1つのスロットの位置、好ましくは全てのスロットの位置に合わせるなどして、所望の指向性を有するアンテナ利得が得られるように、所定の領域に設けてもよい。例えば、無給電導体を誘電体層40の第2の表面42の一部に設ける場合、第1の表面41の法線方向(Z軸方向)から見て、スロット51〜54のうち少なくとも1つのスロットと重なるようにするとよい。このように配すると、誘電体層40を基準にZ軸方向の負側への指向性が高まり、無給電導体を導波器として機能させることが可能となる。また、無給電導体を誘電体層40の第2の表面42の一部に設ける場合、その無給電導体の平面形状は、正方形、長方形、多角形、円、楕円などの形状に限られず、任意の外縁を有する領域を形成する形状でもよい。その場合、送受する電波の自由空間波長をλ0とし、誘電体層40の、波長λ0における波長短縮率をkとし、波長λd=k×λ0とする。このとき、無給電導体の平面形状が、例えば、正方形を含む多角形の場合、該多角形の対角線をλd/2以下とし、円形の場合、該円の直径をλd/2以下とし、楕円形の場合、該楕円形の長径をλd/2以下とするとよい。As described above, the non-feeding element (non-feeding conductor) such as the
また、導体層44のような無給電素子(無給電導体)は、誘電体層40に対して第2の表面42側に第2の表面42から(−Z軸方向に)離れて配置してもよく、誘電体層40に対して第1の表面41側に導体層43から(+Z軸方向に)離れて配置してもよい。また、導体層44のような無給電導体が、誘電体層40に対して第2の表面42側に第2の表面42から離れて配置する場合、当該無給電導体は、上記のように少なくとも1つのスロット、好ましくは全てのスロットに重なるように配置してもよい。反射板(反射導体)として機能する導体層44を、誘電体層40に対して第2の表面42側に第2の表面42から離れて配置させる場合、誘電体層40を基準にZ軸方向の正側への指向性が高まる。このように、導体層44を、誘電体層40に対して第2の表面42側に第2の表面42から離れて配置させると、反射導体として機能させることが可能となる。なお、誘電体層40において、第1の表面41、第2の表面42、および導体層44が平行に配置される場合、導体層44は、0よりも大きくλ0/4以下の距離で、第2の表面42から離れて配置するとよい。また、誘電体層40と導体層44を、所定の距離だけ離間させるためには、例えば、スロットアレイアンテナ101の端部にスペーサを設けたり、ブラケット等でスロットアレイアンテナ101を固定したりして、該距離を保持してもよい。Further, the non-feeding element (non-feeding conductor) such as the
図1において、XZ平面を水平面に平行な面とするとき、スロット51〜54のうちの少なくとも一つがX軸方向に延在していると、垂直偏波の電波を送受する点で、Z軸方向のアンテナ利得が向上する。図1の場合、スロット51〜54の夫々の長手方向は、X軸方向に平行である。
In FIG. 1, when the XZ plane is a plane parallel to the horizontal plane, if at least one of
図1において、スロットアレイアンテナ101は、スロット51〜54がX軸方向に沿って延伸しているため、垂直偏波(Y軸方向の偏波)の電波を送受できる。そして、この垂直偏波の電波の指向性は、スロットアレイアンテナ101の平面視(XY平面)において、スロット51〜54の少なくとも一つからスロットの長手方向に平行なスロットアレイアンテナ101の辺(辺A、または、辺B)に至るまでの最短距離(D1、または、D2)によって調整できる。図1では具体的に、最短距離D1、D2は、XY平面において、スロット51〜54の延伸方向に直角な方向における、各スロットから各スロットの長手方向に平行な導体層43の端部(辺)までの最短距離に相当する。そして、送受する電波の波長をλとするとき、D1およびD2は、n・λ/4の距離(nは0以外の任意の値)とすることで、垂直偏波の指向性を調整できる。なお、D1とD2は、n・λ/4の距離であれば異なってもよいが、これらの距離が等しいとアンテナ利得の指向性のバランスを調整しやすいため、好ましい。
In FIG. 1, since the
図18〜22は、28GHzの垂直偏波の電波について、n=1、2,3および4の場合における、スロットアレイアンテナ101のYZ面(垂直面)およびXZ面(水平面)の指向性を示すグラフである。図18〜21は、夫々、
D1,D2= λ/4=2.7mm(図18)
D1,D2=2λ/4=5.4mm(図19)
D1,D2=3λ/4=8.1mm(図20)
D1,D2=4λ/4=10.8mm(図21)
の場合を示す(D1=D2)。図18〜22において、YZ面(垂直面)における主ビームの半値幅は、夫々、32.2°、35.7°、57.1°、53.6°であり、XZ面(水平面)における主ビームの半値幅は、夫々、34.9°、37.3°、47.9°、40.3°である。このように、nの値(D1、D2の距離)を変えることによって、特にYZ面(垂直面)の指向性を調整できる。FIGS. 18 to 22 show the directivity of the YZ plane (vertical plane) and the XZ plane (horizontal plane) of the
D1, D2 = λ / 4 = 2.7 mm (Fig. 18)
D1, D2 = 2λ / 4 = 5.4 mm (Fig. 19)
D1, D2 = 3λ / 4 = 8.1 mm (Fig. 20)
D1, D2 = 4λ / 4 = 10.8mm (Fig. 21)
(D1 = D2). In FIGS. 18 to 22, the full width at half maximum of the main beam in the YZ plane (vertical plane) is 32.2 °, 35.7 °, 57.1 °, and 53.6 °, respectively, and in the XZ plane (horizontal plane). The full width at half maximum of the main beam is 34.9 °, 37.3 °, 47.9 °, and 40.3 °, respectively. By changing the value of n (distance between D1 and D2) in this way, the directivity of the YZ plane (vertical plane) can be adjusted in particular.
図4は、28GHzの垂直偏波の電波について、スロットアレイアンテナ101の指向性を例示する図であり、YZ平面とXZ平面との各々のアンテナ利得を示す。図4に示されるように、指向性の方向は、Z軸方向の正側と負側の両方に向いており、アンテナ利得のピーク値として、11.1dBiが得られた。なお、図4において、D1=D2=4.5mmである。
FIG. 4 is a diagram illustrating the directivity of the
図5は、本開示に係る第2の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図5に示されるスロットアレイアンテナ102は、図1に示されるスロットアレイアンテナ101に対して、スロット51〜54が延在する方向が異なる。
FIG. 5 is a plan view illustrating the slot array antenna of the second embodiment according to the present disclosure. The description of the same configuration and effect as in the above-described embodiment will be omitted by referring to the above-mentioned description. The
図5において、XZ平面を水平面に平行な面とするとき、スロット51〜54のうちの少なくとも一つがY軸方向に延在していると、水平偏波の電波を送受する点で、Z軸方向のアンテナ利得が向上する。図5の場合、スロット51〜54の夫々の長手方向は、Y軸方向に平行である。
In FIG. 5, when the XZ plane is a plane parallel to the horizontal plane, if at least one of the
なお、スロット51〜54の夫々に流れる高周波電流の位相が全て揃うように(スロット51〜54が同じ位相で給電されるように)、コプレーナ線路30の位置を調整するとよい。図5の場合、コプレーナ線路30の端部32は、コプレーナ線路10,20によって形成されるH字状のコプレーナ線路の中心軸からずれた位置で分岐箇所36に接続されている。
The position of the
また、スロット51〜54のうち、全てが同じ方向に延在していなくてもよく、一部のスロットと残りのスロットとが異なる方向に延在していてもよい。例えば、垂直偏波と水平偏波の両方に対応できるように、一部のスロットがX軸方向に延在し、残りのスロットがY軸方向に延在してもよい。ただし、スロット51〜54が、全て同じ方向に延在すると、所定の偏波の送受感度が高められるので好ましい。
Further, not all of the
また、コプレーナ線路30は、直線状でもよいが、アンテナ素子として機能するスロットとの近接による結合によって指向性等の特性が劣化することを抑えるため、当該スロットとの距離が十分に取れるように曲がった部分を有してもよい。図5の場合、コプレーナ線路30は、スロット51との距離が十分に取れるように曲がっており、図示のように曲げた方が曲げない場合に比べて、指向性等の特性を向上できる。
Further, the
図6は、28GHzの水平偏波の電波について、スロットアレイアンテナ102の指向性を例示する図であり、YZ平面とXZ平面との各々のアンテナ利得を示す。図6に示されるように、指向性の方向は、Z軸方向の正側と負側の両方に向いており、アンテナ利得のピーク値として、10.4dBiが得られた。
FIG. 6 is a diagram illustrating the directivity of the
図7は、本開示に係る第3の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。図8は、第3の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する側面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図7,8に示されるスロットアレイアンテナ103は、図1に示されるスロットアレイアンテナ101に対して、コプレーナ線路10,20に給電する給電部の形態が異なる。スロットアレイアンテナ101のコプレーナ線路30は、コプレーナ線路10,20に接触給電するのに対し、スロットアレイアンテナ103のストリップ導体130は、コプレーナ線路10,20に非接触給電する。
FIG. 7 is a plan view illustrating the slot array antenna of the third embodiment according to the present disclosure. FIG. 8 is a side view illustrating the slot array antenna of the third embodiment. The description of the same configuration and effect as in the above-described embodiment will be omitted by referring to the above-mentioned description. The
図7において、ストリップ導体130は、給電部の一例である。ストリップ導体130は、分岐箇所136に近接し、表面42に設けられる。ストリップ導体130と、接地導体45(導体層43の一部)と、誘電体層40とによって、マイクロストリップ線路が形成される。ストリップ導体130は、Y軸方向に延在し、接地導体45に誘電体層40を介して対向する。ストリップ導体130は、コプレーナ線路10,20への分岐点となる箇所(分岐箇所136)に近接する一方の端部132と、アンプ等の不図示の外部装置に接続される給電端となる他方の端部133とを有する。給電端となる他方の端部133は、誘電体層40及び導体層43の縁部に位置する。平面視で、ストリップ導体130は、コプレーナ線路10,20が分岐箇所136から夫々延びる直線状の線路部分と交差し(好ましくは、直交し)、一方の端部132は、分岐箇所136から突き出る。このような構成によって、ストリップ導体130は、コプレーナ線路10,20に非接触に給電できる。
In FIG. 7, the
図9は、LCフィルタを備えるスロットアレイアンテナを例示する平面図である。図10は、図9の拡大図である。少なくとも一つのLCフィルタを、給電部と第1のコプレーナ線路と第2のコプレーナ線路と第3のコプレーナ線路のうち少なくとも一つに備えると、ノイズによるアンテナ利得の低下を抑制できる。図9は、LCフィルタ60を、給電部であるコプレーナ線路30(第3のコプレーナ線路)に付加した構成を示す。
FIG. 9 is a plan view illustrating a slot array antenna including an LC filter. FIG. 10 is an enlarged view of FIG. When at least one LC filter is provided in at least one of the feeding unit, the first coplanar line, the second coplanar line, and the third coplanar line, it is possible to suppress a decrease in antenna gain due to noise. FIG. 9 shows a configuration in which the
LCフィルタ60は、例えば、給電部又はコプレーナ線路を通過する所定の周波数帯域の高周波信号を通過させ、当該周波数帯域以外の周波数帯域の高周波信号を遮断するバンドパスフィルタである。
The
LCフィルタ60は、少なくとも一つのインダクタンス部(L)と少なくとも一つのキャパシタンス部(C)とを有する回路であり、図示の場合、平面的なパターンにより形成されるフィルタである。LCフィルタを平面的なパターンにより形成することで、スロットアレイアンテナのZ軸方向の外形寸法がLCフィルタの付加により大きくなることを防ぐことができる。
The
図10の場合、LCフィルタ60は、3つのインダクタンス部61,63,65と、2つのキャパシタンス部62,64とを有する。インダクタンス部61,65は、スロット34,35から分岐した一対のスロットにより形成されている。キャパシタンス部62,64は、スロット34とスロット35との間を折り曲げ部を介して短絡するスロットにより形成されている。インダクタンス部63は、スロット34,35のそれぞれに直列に挿入される一対のギャップ部により形成されている。
In the case of FIG. 10, the
図11は、図10のLCフィルタ60のフィルタ特性を例示する図である。図11に示すように、LCフィルタ60は、スロットアレイアンテナ101が使用する周波数帯域以外の周波数帯域の高周波信号を遮断する減衰特性を有する。
FIG. 11 is a diagram illustrating the filter characteristics of the
なお、LCフィルタは、その形態が平面的なパターンにより形成される場合に限られず、例えば、複数のディスクリート素子により形成されたフィルタ回路でもよいが、平面的なパターンにより形成されている場合の方が、ディスクリート素子との接続点による損失を低減できる等の点で好ましい。 The LC filter is not limited to the case where the form is formed by a flat pattern, and may be, for example, a filter circuit formed by a plurality of discrete elements, but the case where the LC filter is formed by a flat pattern. However, it is preferable in that the loss due to the connection point with the discrete element can be reduced.
図12は、本開示に係る第4の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図12に示されるスロットアレイアンテナ104は、図1に示されるスロットアレイアンテナ101に対して、スロットの個数が異なる。スロットアレイアンテナ104は、二つのスロット151,153を備える。
FIG. 12 is a plan view illustrating the slot array antenna of the fourth embodiment according to the present disclosure. The description of the same configuration and effect as in the above-described embodiment will be omitted by referring to the above-mentioned description. The
つまり、第1のコプレーナ線路と第2のコプレーナ線路の夫々の端部に接続されるスロットの個数は、少なくとも一つ以上でよく、奇数でも偶数でもよい。 That is, the number of slots connected to the respective ends of the first coplanar line and the second coplanar line may be at least one, and may be odd or even.
図12に示すスロットアレイアンテナ104は、誘電体層40と、複数のコプレーナ線路30,110,120と、二つのスロット151,153とを備える。
The
コプレーナ線路110は、第1のコプレーナ線路の一例であり、導体層43にL字状に形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路110は、X軸方向に延在する第1の線路と、Y軸方向に延在する第2の線路とを有する。コプレーナ線路110は、L字状に曲がる一対のスロットと、当該一対のスロットに挟まれてL字状に延在する中心導体111とを有する。コプレーナ線路110は、分岐箇所36に接続される端部112と、スロット151に接続される端部113とを有する。端部112は、第1の端部の一例であり、端部113は、第2の端部の一例である。コプレーナ線路110は、端部112と端部113との間に分岐箇所はない。
The
コプレーナ線路120は、第2のコプレーナ線路の一例であり、導体層43にL字状に形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路120は、X軸方向に延在する第1の線路と、Y軸方向に延在する第2の線路とを有する。コプレーナ線路120は、L字状に曲がる一対のスロットと、当該一対のスロットに挟まれてL字状に延在する中心導体121とを有する。コプレーナ線路120は、分岐箇所36に接続される端部122と、スロット153に接続される端部123とを有する。端部122は、第1の端部の一例であり、端部123は、第2の端部の一例である。コプレーナ線路120は、端部122と端部123との間に分岐箇所はない。
The
図13は、28GHzの垂直偏波の電波について、スロットアレイアンテナ104の指向性を例示する図であり、YZ平面とXZ平面との各々のアンテナ利得を示す。図13に示すように、指向性の方向は、Z軸方向の正側と負側の両方に向いており、アンテナ利得のピーク値として、7.9dBiが得られた。
FIG. 13 is a diagram illustrating the directivity of the
図14は、第5の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図14に示されるスロットアレイアンテナ105は、図1に示されるスロットアレイアンテナ101に対して、スロットの個数が異なる。スロットアレイアンテナ105は、8つのスロット91〜98を備える。
FIG. 14 is a plan view illustrating the slot array antenna of the fifth embodiment. The description of the same configuration and effect as in the above-described embodiment will be omitted by referring to the above-mentioned description. The
図14に示すスロットアレイアンテナ105は、誘電体層40と、複数のコプレーナ線路30,70,80と、8つのスロット91〜98とを備える。スロットアレイアンテナ105では、コプレーナ線路70,80がY軸方向に配列されている。
The
コプレーナ線路70は、第1のコプレーナ線路の一例であり、導体層43にH字形状を含むように形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路70は、H字形状を含むように形成される一対のスロットと、当該一対のスロットに挟まれて延在する中心導体71とを有する。コプレーナ線路70は、分岐箇所36に接続される端部79と、スロット91に接続される端部72と、スロット92に接続される端部73と、スロット93に接続される端部74と、スロット94に接続される端部75とを有する。端部79は、第1の端部の一例であり、端部72〜75は、第2の端部の一例である。コプレーナ線路70は、端部79と端部72〜75との間に、スロット91〜94への分岐点となる箇所を三つ有する(分岐箇所76,77,78)。
The
コプレーナ線路80は、第2のコプレーナ線路の一例であり、導体層43にH字形状を含むように形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路80は、H字形状を含むように形成される一対のスロットと、当該一対のスロットに挟まれて延在する中心導体81とを有する。コプレーナ線路80は、分岐箇所36に接続される端部89と、スロット95に接続される端部82と、スロット96に接続される端部83と、スロット97に接続される端部84と、スロット98に接続される端部85とを有する。端部89は、第1の端部の一例であり、端部82〜85は、第2の端部の一例である。コプレーナ線路80は、端部89と端部82〜85との間に、スロット95〜98への分岐点となる箇所を三つ有する(分岐箇所86,87,88)。
The
また、コプレーナ線路30は、直線状でもよいが、アンテナ素子として機能するスロットとの近接による結合によって指向性等の特性が劣化することを抑えるため、当該スロットとの距離が十分に取れるように曲がっていてもよい。図14の場合、コプレーナ線路30は、スロット98との距離が十分に取れるように曲がっており、図示のように曲げた方が曲げない場合に比べて、指向性等の特性を向上できる。
Further, the
図15は、第6の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図15に示すスロットアレイアンテナ106は、図14に示すスロットアレイアンテナ105に対して、コプレーナ線路70,80の配列方向が異なる。スロットアレイアンテナ106では、コプレーナ線路70,80がX軸方向に並ぶように配列されている。
FIG. 15 is a plan view illustrating the slot array antenna of the sixth embodiment. The description of the same configuration and effect as in the above-described embodiment will be omitted by referring to the above-mentioned description. The
図16は、複数のスロットアレイアンテナを備えるMIMOアンテナを例示する平面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図16に示すMIMOアンテナ107は、給電部が別々に設けられる二つのスロットアレイアンテナ101A,101Bを備え、2チャンネルのMIMOアンテナとして機能する。スロットアレイアンテナ101A,101Bは、夫々、図1のスロットアレイアンテナ101と同じ形態を有するが、他の形態が適用されてもよい。
FIG. 16 is a plan view illustrating a MIMO antenna including a plurality of slot array antennas. The description of the same configuration and effect as in the above-described embodiment will be omitted by referring to the above-mentioned description. The
また、第1〜第6の実施形態のスロットアレイアンテナは、いずれも、2つのコプレーナ線路に分岐する分岐箇所36、136を備える構成について説明したが、これに限らない。例えば、第1の実施形態のスロットアレイアンテナ101に基づくと、図17に示すように、分岐箇所36から2つのコプレーナ線路に分かれるが、コプレーナ線路30が分岐箇所36を通過して直進する延長コプレーナ線路37を有してもよい。つまり、図17に示す第7の実施形態のスロットアレイアンテナ108のように、延長コプレーナ線路37上に、さらに分岐箇所38があって、そこから分岐する2つのコプレーナ線路を有してもよい。この場合、給電部に相当する第3のコプレーナ線路は、一対(左右)のコプレーナ線路ともう一対のコプレーナ線路を繋ぐ、上記の延長コプレーナ線路37を含むことになる。この例では、分岐箇所36は、十字の中心として位置づけられ、4つのT字状のコプレーナ線路を有するとともに、8つの線状スロットを有する構成となる。なお、上記LCフィルタは、第3のコプレーナ線路のうち、延長コプレーナ線路37上に配置してもよい。
Further, although the slot array antennas of the first to sixth embodiments have been described with the configuration including branching
このように、分岐箇所36、136が、T字の線路形状の構成の場合について説明したが、アンテナの送受感度や指向性の仕様を満たすために、配置させる(線状)スロットの数に合わせて、分岐箇所が、T字だけでなく、十字の線路形状を1つ以上含むスロットアレイアンテナでもよい。このとき、典型的に、十字の形状のN個の分岐箇所と、T字の形状の1個の分岐箇所とが存在し、各分岐箇所から分岐するコプレーナ線路に各M個の(線状)スロットを有する場合、(N+1)×M個の(線状)スロットを有するスロットアレイアンテナとなる。図17は、N=1、M=4の場合を示す。 As described above, the case where the branch points 36 and 136 have a T-shaped line shape has been described, but in order to satisfy the specifications of the transmission / reception sensitivity and directivity of the antenna, the number of (linear) slots to be arranged is adjusted. The branching point may be a slot array antenna that includes not only a T-shape but also one or more cross-shaped line shapes. At this time, typically, there are N cross-shaped branch points and one T-shaped branch point, and each M (linear) line on the coplanar line branching from each branch point. When it has slots, it becomes a slot array antenna having (N + 1) × M (linear) slots. FIG. 17 shows the case where N = 1 and M = 4.
以上、スロットアレイアンテナを実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。 Although the slot array antenna has been described above according to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. Various modifications and improvements, such as combinations and substitutions with some or all of the other embodiments, are possible within the scope of the present invention.
本国際出願は、2018年4月13日に出願した日本国特許出願第2018−077333号及び2018年12月7日に出願した日本国特許出願第2018−229768号に基づく優先権を主張するものであり、両出願の全内容を本国際出願に援用する。 This international application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-077333 filed on April 13, 2018 and Japanese Patent Application No. 2018-229768 filed on December 7, 2018. Therefore, the entire contents of both applications will be incorporated into this international application.
10 コプレーナ線路(第1のコプレーナ線路の一例)
12,22 第1の端部
13,14,23,24 第2の端部
15,25 分岐箇所
16,17,18,19,26,27,28,29 スロット
20 コプレーナ線路(第2のコプレーナ線路の一例)
30 コプレーナ線路(給電部の一例)
34,35 スロット
36 分岐箇所
37 延長コプレーナ線路
38 分岐箇所
40 誘電体層
41 一方の表面
42 他方の表面
43,44 導体層
45 接地導体
51〜54 スロット
60 LCフィルタ
70 コプレーナ線路(第1のコプレーナ線路の一例)
72〜75 第2の端部
76,77,78 分岐箇所
79 第1の端部
80 コプレーナ線路(第2のコプレーナ線路の一例)
82〜85 第2の端部
86,87,88 分岐箇所
89 第1の端部
91〜94 スロット
130 ストリップ導体(給電部の一例)
136 分岐箇所
101,102,103,104,105,106 スロットアレイアンテナ
107 MIMOアンテナ
110 コプレーナ線路(第1のコプレーナ線路の一例)
120 コプレーナ線路(第2のコプレーナ線路の一例)10 Coplanar line (an example of the first coplanar line)
12, 22
30 Coplanar line (example of power supply section)
34, 35
72-75
82-85
136 Branch points 101, 102, 103, 104, 105, 106
120 Coplanar line (an example of the second coplanar line)
Claims (13)
前記第1のコプレーナ線路と前記第2のコプレーナ線路は、夫々、前記給電部に接続される又は近接する箇所に接続される第1の端部と、前記導体層に形成される少なくとも一つのスロットが接続される少なくとも一つの第2の端部とを有する、スロットアレイアンテナ。A dielectric layer, a feeding portion, a first coplanar line formed on a conductor layer provided on one surface of the dielectric layer, and a second coplanar line formed on the conductor layer are provided.
The first coplanar line and the second coplanar line have a first end connected to or close to the power feeding portion, and at least one slot formed in the conductor layer, respectively. A slot array antenna having at least one second end to which the antenna is connected.
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