1258243 ⑴ 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關毫米波帶之送收訊用的三板型平面陣列 天線’尤其，係關於可改善射束寬和廣角側波瓣（ sidelobe)的三板型平面陣列天線。 【先前技術】 用於毫米波帶之車用雷達或高速通訊的平面陣列天線 ，其高增益及低側波瓣特性係爲重要。而可適用於此等用 途之高增益平面陣列天線，係有廣爲週知之可降低供電線 路之損耗，及抑制線路多餘放射的平面陣列天線（例如， 參考日本特開平4-82405號公報）。 以下，根據第1圖至第6圖，說明相關之平面陣列天 線。 第1圖，係表示相關平面陣列天線，尤其三板型平面 陣列天線之槪略構成的分解立體圖。 同圖中，先前之三板型平面陣列天線，係天線電路基 板經由介電質20a、20b，而被狹縫板40和基底導體10 上下包夾所形成。在此，天線電路基板3 0，係以薄膜作 爲基材，其上貼上銅箔之可彎式基板；將多餘之銅箔蝕刻 去除，而形成複數放射元件5 0及連接於該等之供電線路 6 〇。又，狹縫板4 0係於對應付述放射元件5 0之位置，具 有複數狹縫70。 在此，基底導體1 〇及狹縫板40雖可使用任何金屬板 -4- (2) 1258243 或塑膠電鍍板，但若是使用鋁板，則以輕量且可廉價製造 爲理想。又，該等可爲以薄膜作爲基材，其上貼上銅箔之 可彎式基板，並將多餘之銅箔蝕刻去除的構成，更可以於 玻璃織物（glass cloth)浸泡樹脂而形成的薄樹脂板，貼 上銅箔的銅貼合層基板來構成。 又，天線電路基板3 0雖可如上述構成，但亦可以於 玻璃織物浸泡樹脂而形成的薄樹脂板，貼上銅箔的銅貼合 層基板來構成。又，就介電質20a、20b來說，係使用對 空氣相對介電率爲小之發泡體爲佳。 第2圖，先前之三板型平面陣列天線中橫方向傳播成 份的說明圖。第3圖，係表示先前之三板型平面陣列天線 中，元件配列間隔和增益及效率之關係的線圖。第4圖， 係表示先前之三板型平面陣列天線中，元件供電電力分佈 的線圖。第5圖，係表示先前之三板型平面陣列天線中指 向性的線圖。 如上述構成之先前的三板型平面陣列天線，係如第2 圖所示，由供電線路60來激振插線（patch )時，除了由 狹縫7 〇直接向外部空間放射的能量成分以外’亦會產生 傳播於基底導體1 〇和狹縫板4 0間之橫方向的成分。該成 分，係所謂往橫方向之傳導模式（平行板模式）所造成之 成分。此傳播成分，會由相鄰之狹縫7 0向空間放射，故 得知藉由其與由狹縫7 0直接向外部空間放射的能量成分 之相位關係，會對陣列天線之增益造成影響。亦即’陣列 天線之增益，在特殊之元件配列間隔下’會顯示如第3圖 -5- (3) 1258243 所示之增益及效率的極大値，而可實現高增益及高效率的 天線。又，將分別對如第4圖所示而配列之放射元件5 0 的供給電力，分布爲期望之推拔，則得知可如第5圖所示 般，比起供給有平均電力之平均（uniform )情況，可降 低其側波瓣。 如上述般，第1圖所示之三板型平面陣列天線中，將 分別對已配列之放射元件5 0的供給電力，分布爲期望之 推拔，則可如第5圖所示，降低±60度以內之側波瓣。 然而，爲了實現高效率之天線，將配列間隔限制在 0.9λο( λο係自由空間波長）附近，故會如第5圖所不 ，配列元件數在4元件到8元件左右的陣列，難以使其 6 0度以上的廣角方向之側波瓣位準降低到-2 0 d Β左右以下 。又，因將配列間隔限制在〇 · 9 λ ο (又〇係自由空間波長 )附近，故例如配列元件數爲4元件左右的情況下，射束 寬度將會縮減到15度左右，而難以成爲較寬之射束寬度 〇 亦即，先前之三板型平面陣列天線中，不考慮橫方向 傳播成分之影響而使配列間隔窄於〇. 9 λ 〇，例如狹窄爲 0.7 λ 〇的情況下，僅由狹縫直接放射之成份的指向性，係 如第 6圖之實線所示，可得到射束寬度比起配線間隔爲 0.9 λ 〇時之射束寬度更寬的天線；且依元件激振分布之供 給方式，亦應該可降低60度以上之廣角方向的側波瓣。 但是實際上，因爲橫方向傳播成分之影響，當縮小配列間 隔時，自相鄰狹縫所放射之橫方向傳播成分的相位，係與 -6- (4) 1258243 自該狹縫直接放射之成份的相位不同，故會如第6圖之虛 線所示產生指向性混亂，且發生正面方向之增益降低’效 率亦會降低的問題。從而，即使出現降低廣角方向之側波 瓣的要求，或是加寬射束寬度之要求，亦難以對應之。 【發明內容】 根據以上之本發明，其目的係提供一種不損失高增益 ϋ 及高效率之先前三板型平面陣列天線的特性，於期望之放 射面內的射束寬度設定自由度爲高，且即使於廣角方向亦 可確保側波瓣位準的三板型平面陣列天線。 爲達成上述目的，第1型態之發明，其主旨係具備： 包含被二維縱橫配列之放射元件與供電線路之天線電路所 形成的天線電路基板，和由兩面包夾該天線基板之2片介 電質，和與一方之介電質相對重疊之基底導體，和與另一 方之介電質相對重疊之狹縫板；其中上述狹縫板係具有複 φ 數之狹縫開口，而各狹縫開口，係對應並列爲1列之複數 放射元件而被形成。 第2型態之發明，其主旨係於第1型態之發明中，上 述狹縫板，係於上述狹縫開口之長邊方向，形成有複數狹 縫開口者。 第3型態之發明，其主旨係於第2型態之發明中，上 述天線電路基板形成有複數天線電路，而上述狹縫板係於 上述狹縫開口之長邊方向，對應上述複數天線電路之數目 ，形成該數目的狹縫開口者。 (5) 1258243 第4型態之發明，其主旨係於第1型態之發明中，上 述天線電路基板形成有複數天線電路，而上述狹縫板係於 上述狹縫開口之長邊方向，形成有最少跨越2個天線電路 的最少一個狹縫開口者。 第5型態之發明，其主旨係於第1型態至第4型態之 任一個的發明中，在垂直於上述複數狹縫開口之長邊方向 的方向，將上述複數狹縫開口之各配列間隔，設定在所利 用之頻率範圍之中心頻率其被對應之自由空間波長的0.85 〜0.9 3倍者。 第6型態之發明，其主旨係於第1型態至第5型態之 任一個的發明中，將上述複數狹縫開口之長邊方向中上述 複數放射元件的各配列間隔，設定在所利用之頻率範圍之 中心頻率其被對應之自由空間波長的0.85〜0.93倍者。 【實施方式】 以下，根據圖示，詳細說明本發明中三板型平面陣列 天線之實施方式。 第7圖，係用以說明本發明之三板型平面陣列天線之 實施方式的圖，（a)係表示其槪略構成的分解立體圖， (b )係其由上方所見的圖。 第7圖（a )所示之本發明之三板型平面陣列天線的 構成，基本上係與先前相同。亦即，本發明之一實施方式 的三板型平面陣列天線，係天線電路基板3經由介電質 2 a、2 b，而被狹縫板4和基底導體1由上下包夾所形成。 各 (6) 1258243 在此，天線電路基板3，係以薄膜作爲基材，其上貼上銅 箔之可彎式基板；將多餘之銅箔蝕刻去除，而形成複數放 射元件5及連接於該等之供電線路6。 與先前不同的，係如第7圖（a ) 、 （ b )所示’於狹 縫板4，係對應並列爲1列之放射元件5，而形成一具有 矩形狀之狹縫開口 7。 做爲第7圖所示之1個狹縫開口 7的基本構成，本發 明之三板型平面陣列天線的現實構成，典型上係可考慮以 下之實施方式。 <第1實施方式> 第8圖，係用以說明本發明之三板型平面陣列天線之 第1實施方式之構成的圖。以下爲了方便說明’係將狹縫 開口 7之長邊方向稱爲水平方向，而與其垂直的方向則稱 爲垂直方向。 此第1實施方式中，放射元件5在天線電路基板3上 被配列爲典型之二維式（垂直η X水平m )，而構成1 個陣列天線之情況下，係如第8圖所示，使水平方向之總 共m個放射元件5對應於1個狹縫開口 7，而將如此之狹 縫開口 7並列η個以形成之。 此時，將複數狹縫開口 7之各配列（中心）間隔D1 ，亦即垂直方向之配列間隔D 1，定爲所利用之頻率範圍 之中心頻率其被對應之自由空間波長；I 〇的0 · 8 5〜0 · 9 3倍 者爲佳。又，將複數放射元件5之水平方向的配列間隔 -9- (7) 1258243 D2，亦做爲所利用之頻率範圍之中心頻率其被對應之自 由空間波長λ 〇的0.85〜0.93倍者爲佳。 在此，針對以下之具體條件，而進行實驗。 亦即，使用厚度1 mm之鋁板作爲基底導體1，而使 用相對介電率約爲1且厚度〇.3mm之發泡聚乙烯做爲介 電質2a、2b。又，使用厚度25#m之聚醯亞胺薄膜貼上 厚度1 8 // m之銅箔的薄膜基板來做爲天線電路基板3，而 p 藉由蝕刻去除多餘銅箔以形成放射元件5及供電線路6。 又，使用對厚度1 mm之鋁板以壓力工法打穿而形成狹縫 開口 7者，做爲狹縫板4。 又，於天線電路基板3，形成了 一邊的長成爲所利用 頻率76.5GHz其被對應之自由空間波長λ 〇的0.4倍，正 方形之放射元件5。更且，於狹縫板4，形成了短邊成爲 自由空間波長λ 〇的約0.55倍，長方形之狹縫開口 7。 以上之構成中’更將垂直方向之各狹縫開口 7之配列 φ 間隔，做爲自由空間波長λ 〇的0 · 9倍。又，將複數放射 元件5之水平方向之配列間隔，配置爲自由空間波長λ 0 的約〇·9倍。以此等間隔，放射元件5將成爲水平方向24 元件、垂直方向1 6元件，總共3 8 4元件。亦即若改變表 現方式，此時1個狹縫開口 7係對應24個放射元件5， 而設置有1 6個狹縫開口 7。 以上述之條件，可得到第1 1圖至第1 3圖所示之實驗 資料。 第]]圖，係具有上述具體構成之三板型平面陣列天 -10- (8) 1258243 線中，表示3 84個放射元件個別增益之圖。第12圖’係 表示具有上述具體構成之三板型平面陣列天線中，其水平 方向24個元件所佔領之面（水平面）之指向性（側波瓣 位準）的圖。第13圖，係表示具有上述具體構成之三板 型平面陣列天線中，其垂直方向1 6個元件所佔領之面（ 垂直面）之指向性（側波瓣位準）的圖。 如第11圖所示，可得各放射元件之增益係在30.5 dBi _ 以上；又如第12圖及第13圖所示，水平方向及垂直方向 之指向性（側波瓣位準），亦爲安定。 <第2實施方式> 第9圖，係用以說明本發明之三板型平面陣列天線之 第2實施方式之構成的圖。 此第2實施方式中，係於天線電路基板3，複數設置 第1實施方式之陣列天線而構成。從而，與第1實施方式 φ 不同，係於天線電路基板3之水平方向設置複數狹縫開口 7 〇 第2實施方式的情況下，亦和第1實施方式相同，將 複數狹縫開口 7之各配列（中心）間隔d 1，亦即垂直方 向之配列間隔D 1，定爲所利用之頻率範圍之中心頻率其 被對應之自由空間波長λο的0.85〜0.93倍者爲佳。又， 亦和第1實施方式相同，將複數放射元件5之水平方向的 配列間隔〇2，亦做爲所利用之頻率範圍之中心頻率其被 對應之自由空間波長λ 〇的0.8 5〜0.9 3倍者爲佳。 -11- (9) 1258243 在此，針對以下之具體條件，而進行實驗。 亦即，在水平方向並列3個陣列天線而構成。換言之 ’係於水平方向設置3個狹縫開口 7。又，在垂直方向設 置1 6個狹縫開口 7。1個狹縫開口 7係使其對應2個放射 元件5。亦即，1個陣列天線之放射元件5的數目，係2 x 16的32個；因此平面整體來說，放射元件5的數目爲3 X 3 2，96個。除此之外係和第1實施方式的實驗例爲相同 條件。 以上述之條件，可得到第1 4圖至第1 6圖所示之實驗 資料。 第14圖，係具有上述具體構成之三板型平面陣列天 線中，表示3 2個放射元件個別增益之圖。第1 5圖，係表 示具有上述具體構成之三板型平面陣列天線中，其水平方 向2個元件所佔領之面（水平面）之指向性（側波瓣位準 )的圖。第16圖，係表示具有上述具體構成之三板型平 面陣列天線中，其垂直方向1 6個元件所佔領之面（垂直 面）之指向性（側波瓣位準）的圖。 如第14圖所示，可得各放射元件之增益係在18dBi 以上；又如第15圖及第16圖所示，水平方向及垂直方向 之指向性（側波瓣位準），亦爲安定。 <第3實施方式> 第1 0圖，係用以說明本發明之三板型平面陣列天線 之第2實施方式之構成的圖。 -12- (10) 1258243 此第3實施方式中，對於水平方向之複數陣列天線中 任意相鄰之陣列天線，係共通有水平方向之狹縫開口 7。 換言之，狹縫開口 7係跨越複數陣列天線。例如使1個陣 列天線之水平方向的放射元件5之數目爲2，而狹縫開口 7跨越2個陣列天線，則該狹縫開口 7係對應水平方向之 4個放射元件5。 另外，第3實施方式的情況下，亦和第2實施方式相 p 同，將複數狹縫開口 7之各配列（中心）間隔D1，亦即 垂直方向之配列間隔D 1，定爲所利用之頻率範圍之中心 頻率其被對應之自由空間波長λ 〇的0.85〜0.93倍者爲佳 。又’亦和第2實施方式相同，將複數放射元件5之水平 方向的配列間隔D2，亦做爲所利用之頻率範圍之中心頻 率其被對應之自由空間波長λ 〇的0.85〜0/93倍者爲佳。 在此，針對以下之具體條件，而進行實驗。 亦即與第2實施方式相同，在水平方向並列3個陣列 φ 天線而構成。然而與第2實施方式不同的，係對於1個陣 列天線，在水平方向並非對應1個狹縫開口 7，而是使其 跨越左方2個陣列天線地，形成狹縫開口 7。從而換言之 ’係於水平方向，設置長邊方向長度不同的2個狹縫開口 7。亦即，長的狹縫開口 7會對應4個放射元件5，而短 的狹縫開口 7則對應2個放射元件5。於垂直方向設置1 6 個狹縫開口 7者，係和第2實施方式相同。1個陣列天線 之放射元件5的數目係3 2個，而整體放射元件5的數目 爲9 6個者，亦和第2實施方式相同。 -13- (11) 1258243 以上述之條件，可得到第1 7圖至第1 9圖所示之實驗 資料。 第17圖，係具有上述具體構成之三板型平面陣列天 線中，表示3 2個放射元件個別增益之圖。第1 8圖，係表 示具有上述具體構成之三板型平面陣列天線中，其水平方 向2個元件所佔領之面（水平面）之指向性（側波瓣位準 )的圖。第19圖，係表示具有上述具體構成之三板型平 面陣列天線中，其垂直方向1 6個元件所佔領之面（垂直 面）之指向性（側波瓣位準）的圖。 如第17圖所示，與第2實施方式中實驗例的結果幾 乎相同，可得各放射元件之增益係在18dBi以上；又如第 1 8圖及第19圖所示，水平方向及垂直方向之指向性（側 波瓣位準），亦爲安定。 另外，上述之第3實施方式中，雖然越過複數陣列天 線而設置狹縫開口 7，但亦可針對1個陣列天線，而於水 平方向設置複數狹縫開口 7。換言之，亦可爲將1個陣列 天線中水平方向之複數放射元件5，分割爲數個群組，而 使狹縫開口 7對應各群組的構成。 將此者與第3實施方式合倂以一般方式來說的話，就 是指不管陣列天線之數目，皆可於天線電路基板3之水平 方向，設置任意數目的狹縫開口 7。 又，雖將放射元件5和狹縫7之基本形狀當作菱形來 說明，但亦可爲正方形或圓形。 -14- (12) 1258243 產業之可利用性 若依本發明，則可實現一種不損失高增益及高效率之 先前三板型平面陣列天線的特性，於期望之放射面內的射 束寬度設定自由度爲高，且即使於廣角方向亦可確保側波 瓣位準的三板型平面陣列天線。 【圖式簡單說明】 〔第1圖〕第1圖，係表示先前之三板型平面陣列天 線之槪略構成的分解立體圖。 〔第2圖〕第2圖，係表示先前之三板型平面陣列天 線中，橫方向傳播成份的說明圖。 〔第3圖〕第3圖，係表示先前之三板型平面陣列天 線中，元件配列間隔和增益及效率之關係的線圖。 〔第4圖〕第4圖，係表示先前之三板型平面陣列天 線中，元件供電電力分布的線圖。 〔第5圖〕第5圖，係表示先前之三板型平面陣列天 線中指向性的線圖。 〔第6圖〕第6圖，係表示先前之三板型平面陣列天 線中，用以說明指向性之影響的線圖。 〔第7圖〕第7圖，係用以說明本發明之三板型平面 陣列天線之實施方式的圖，（a )係表示其槪略構成的分 解立體圖，（b )係其由上方所見的圖。 〔第8圖〕第8圖，係本發明之三板型平面陣列天線 之第1實施方式中，表示複數放射元件和複數狹縫開口之 -15- (13) 1258243 關係的構成圖。 〔第9圖〕第9圖’係本發明之三板型平面陣列天線 之第2實施方式中，表示複數放射元件和複數狹縫開口之 關係的構成圖。 〔第10圖〕第1〇圖，係本發明之三板型平面陣列天 線之第3實施方式中’表示複數放射元件和複數狹縫開口 之關係的構成圖。 〔第11圖〕第11圖，係表示第1實施方式中，三板 型平面陣列天線之3 8 4個各放射元件之增益的圖。 〔第12圖〕第12圖，係表示第1實施方式中，三板 型平面陣列天線其水平方向24個元件所佔領之面（水平 面）之指向性（側波瓣位準）的圖。 〔第13圖〕第13圖，係表示第1實施方式中，三板 型平面陣列天線其垂直方向1 6個元件所佔領之面（垂直 面）之指向性（側波瓣位準）的圖。 〔第14圖〕第14圖，係表示第2實施方式中，三板 型平面陣列天線之3 2個各放射元件之增益的圖。 〔第15圖〕第15圖，係表示第2實施方式中，三板 型平面陣列天線其水平方向2個元件所佔領之面（水平面 )之指向性（側波瓣位準）的圖。 〔第16圖〕第16圖，係表示第2實施方式中，三板 型平面陣列天線其垂直方向1 6個元件所佔領之面（垂直 面）之指向性（側波瓣位準）的圖。 〔第1 7圖〕第1 7圖，係表示第3實施方式中，三板 -16- (14) 1258243 型平面陣列天線之32個各放射元件之增益的圖。 〔第18圖〕第18圖，係表示第3實施方式中，三板 型平面陣列天線其水平方向2個元件所佔領之面（水平面 )之指向性（側波瓣位準）的圖。 〔第19圖〕第19圖，係表示第3實施方式中，三板 型平面陣列天線其垂直方向1 6個元件所佔領之面（垂直 面）之指向性（側波瓣位準）的圖。
【主要元件符號說明】 1 基底導體 2a 介電質 2b 介電質 3 天線電路基板 4 狹縫板 5 放射元件 6 供電線路 7 狹縫開口 10 基底導體 20a 介電質 20b 介電質 3 0 天線電路基板 4 0 狹縫板 50 放射元件 60 供電線路 -17· 1258243