WO2018198970A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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antenna
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parasitic
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俊哉 境
一正 櫻井
旭 近藤
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株式会社Soken
株式会社デンソー
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14Reflecting surfaces; Equivalent structures

Definitions

  • the present disclosure relates to an antenna device formed using a dielectric substrate.
  • An antenna formed on a dielectric substrate is used in, for example, a radar that monitors the periphery of a moving body such as a vehicle or an aircraft.
  • a radar that monitors the periphery of a moving body such as a vehicle or an aircraft.
  • this type of antenna it is known that radiation different from the main antenna radiation is generated at the substrate edge or the like by surface waves propagating on the substrate surface, and the directivity is disturbed.
  • EBG is an abbreviation for Electromagnetic Band Gap.
  • the EBG has a structure in which hexagonal metal platelets are periodically arranged two-dimensionally on the surface of the substrate and are connected by a metal plate formed on the back surface of the substrate and a through hole formed of metal. Therefore, when using EBG, it is necessary to form a through hole in the substrate, which complicates the structure of the substrate.
  • An antenna device includes a dielectric substrate, a ground plane, an antenna unit, and an additional function unit.
  • the dielectric substrate has a plurality of pattern forming layers.
  • the ground plane is formed on the first pattern forming layer among the plurality of pattern forming layers and functions as an antenna ground plane.
  • the antenna unit has one or more antenna patterns formed in a pattern forming layer different from the first pattern forming layer among the plurality of pattern forming layers and configured to act as a radiating element.
  • the additional function unit has one or more parasitic patterns provided on the propagation path of the surface wave propagating through the dielectric substrate, and the surface wave causes a radiation wave having a polarization different from the radio wave transmitted and received by the antenna unit. Is generated.
  • the surface wave is converted into a radio wave having a polarization different from the radio wave transmitted / received by the antenna unit by the parasitic pattern belonging to the additional function unit, and then radiated. That is, the surface wave is not only attenuated according to the propagation, but also the radiation wave generated by the surface wave does not interfere with the radio wave transmitted and received by the antenna unit, so that the disturbance of the antenna directivity based on the surface wave can be suppressed.
  • the antenna device 1 is used in, for example, a millimeter wave radar for detecting various targets existing around a vehicle.
  • the antenna device 1 includes a rectangular dielectric substrate 2 as shown in FIGS. Both surfaces of the dielectric substrate 2 are used as pattern forming layers.
  • the first surface used as the first pattern forming layer is referred to as a substrate surface 2a.
  • the second surface used as a pattern forming layer different from the first pattern forming layer is referred to as a substrate back surface 2b.
  • a direction along one side of the dielectric substrate 2 is referred to as an x-axis direction.
  • a direction along another side of the dielectric substrate 2 perpendicular to the x-axis direction is referred to as a y-axis direction.
  • the normal direction of the substrate surface 2a is referred to as the z-axis direction.
  • the antenna device 1 includes a ground plane 3, an antenna unit 4, and an additional function unit 3.
  • the ground plane 3 is a copper pattern formed so as to cover the entire back surface 2b of the substrate, and acts as an antenna ground plane.
  • the antenna unit 4 is formed near the center of the substrate surface 2a.
  • the additional function unit 3 is formed on both sides in the x-axis direction with the antenna unit 4 interposed therebetween.
  • the antenna unit 4 includes a plurality of array antennas arranged along the x-axis direction.
  • Each array antenna includes a plurality of rectangular antenna patterns 41 arranged along the y-axis direction, and a feed line 42 that feeds power to each antenna pattern 41.
  • the antenna unit 4 is configured such that the polarization direction of the transmitted / received radio wave coincides with the x-axis direction.
  • the additional function unit 5 has a plurality of parasitic patterns 51 arranged two-dimensionally.
  • the parasitic pattern 51 is a copper pattern formed in a rectangular shape, and is arranged so that each side is inclined by 45 ° with respect to the x-axis.
  • the parasitic pattern 51 resonates with the two sides of the long side and the short side with respect to the surface wave propagating from the antenna unit 4.
  • the size U of the long side and the size V of the short side of the parasitic pattern 51 are such that the phase difference of the phase when resonating at each side (hereinafter referred to as the phase difference during resonance) is reversed, that is, the phase is 180 °. Set differently.
  • the sizes U and V of each side of the parasitic pattern 51 are set such that the average size of both sides is larger than the wavelength ⁇ at the operating frequency of the antenna device 1. That is, the resonance frequency corresponding to the average size is set to be lower than the operating frequency of the antenna device 1.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the size of the side of the parasitic pattern 51 and the phase of the reflected wave from the parasitic pattern 51 measured when a plane wave is incident on the parasitic pattern 51.
  • the frequency of the incident wave is 24.15 GHz
  • the parasitic pattern is a square
  • the size of the side is changed. Note that the non-feed patterns were obtained by simulation assuming that they were arranged infinitely.
  • the resonance frequency corresponding to the average size of both sides of the parasitic pattern 51 is set lower than the operating frequency of the antenna device 1. For this reason, as shown in FIG. 6, the radiation wave from the parasitic pattern 51 becomes a forward wave radiated in the direction in which the surface wave travels.
  • the resonance frequency is set to coincide with the operating frequency
  • the radiation wave from the parasitic pattern 51 is radiated in the front direction orthogonal to the substrate surface 2a.
  • the resonance frequency is higher than the operating frequency
  • the radiated wave from the parasitic pattern 51 becomes a backward wave radiated in the direction opposite to the direction in which the surface wave travels.
  • the size of the parasitic pattern 51 is set so that the radiation wave becomes a forward wave, but the radiation wave is set to radiate in the front direction, or the radiation wave becomes a backward wave. It may be set as follows.
  • the parasitic pattern 51 belonging to the additional function unit 5 attenuates the surface wave by generating a radiation wave having a polarization different from the radio wave transmitted and received by the antenna.
  • the antenna device 1 since unnecessary radiation is suppressed from the substrate end, directivity with suppressed ripple can be realized.
  • FIG. 7 shows the directivity calculation results for Example 1 using the antenna device 1, Comparative Example 1 without the additional function unit 5, and Comparative Example 2 which is a conventional device with an EBG.
  • Example 1 the ripple is suppressed as compared with Comparative Example 1, and the ripple suppressing effect equivalent to Comparative Example 2 is obtained. That is, according to the antenna device 1, an effect equivalent to that of the EBG can be obtained with a simpler configuration than the EBG.
  • the resonance frequency of the parasitic pattern 51 is set lower than its own operating frequency. Therefore, as shown in FIG. 8, the second embodiment is set so that the resonance frequency matches the operating frequency. Compared to, a wider antenna beam width can be realized.
  • the parasitic pattern 51 is arranged so that each side is inclined by 45 ° with respect to the x-axis, but the present disclosure is not limited to this.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • each side of the parasitic pattern 51 is in a range of about ⁇ 10 ° with respect to 45 °, that is, an inclination of about 35 ° to 55 °, the same effect as in the above embodiment is obtained. Can be obtained.
  • the pattern shape of the parasitic pattern 51 is a rectangle, but the present disclosure is not limited to this.
  • a main part 10 formed in a square shape and a pattern shape having notches 11 at both ends of the first diagonal line among two diagonal lines of the main part 10 There may be.
  • the pattern shape which has the protrusion 12 in the both ends of the 1st diagonal of the main part 10 may be sufficient like the parasitic pattern 51b shown in FIG.
  • the parasitic patterns 51a and 51b may be arranged so that both of these two diagonals are inclined with respect to the x-axis.
  • the main portion 20 is formed in a circular shape, and two ends of the first center line out of two orthogonal center lines passing through the center of the main portion 20.
  • the pattern shape which has the notch part 21 may be sufficient.
  • the parasitic pattern 51c may be disposed so that both of these two center lines are inclined with respect to the x-axis.
  • a protrusion may be provided instead of the notch 21.
  • the parasitic pattern 51d may be arranged so that the longitudinal directions of the two linear patterns 31 and 32 are both inclined with respect to the x-axis.
  • the parasitic pattern is not limited to the above-described pattern shape, but may be any shape that can resonate at two locations and adjust the resonance phase difference.
  • the parasitic pattern may be realized by adjusting the resonance phase difference to 180 ° instead of 90 ° according to a known pattern shape that generates circularly polarized waves.
  • the parasitic pattern 51 is configured to radiate a radiation wave whose polarization direction is different by 90 ° with respect to the surface wave, but the present disclosure is not limited to this. It is sufficient that the polarization directions of the surface wave and the radiation wave do not coincide with each other.
  • the radiation wave may be configured to be a circularly polarized wave or an elliptically polarized wave.
  • positioning of the additional function part 8, and the shape of the parasitic pattern 81 which belongs to the additional function part 8 are different from 1st Embodiment.
  • the antenna device 6 of the second embodiment includes a dielectric substrate 2.
  • the antenna device 6 includes a ground plane 3 on the substrate back surface 2b, and includes an antenna unit 7 and an additional function unit 8 on the substrate surface 2a.
  • the antenna unit 7 includes two array antennas 7a and 7b arranged along the x-axis direction.
  • Each array antenna 7a, 7b is provided with a plurality of rectangular antenna patterns 71 arranged along the y-axis direction.
  • the array antennas 7a and 7b are arranged such that the antenna patterns 71 belonging to each of them are aligned along the x-axis.
  • each antenna pattern 71 is fed so that the polarization direction of the transmitted / received radio wave coincides with the x-axis direction.
  • each of the array antennas 7a and 7b is referred to as a channel.
  • Each channel may use one for transmission and the other for reception, or both for transmission or both for reception.
  • the additional function unit 8 is disposed between the two array antennas 7a and 7b.
  • the additional function unit 8 has a plurality of parasitic patterns 81 arranged two-dimensionally.
  • the parasitic pattern 81 has a pattern shape in which two copper patterns (hereinafter, linear patterns) formed in a linear shape are connected in an L shape at an angle of 90 °. Each linear pattern is arranged so as to be inclined by 45 ° with respect to the x-axis.
  • the sizes of the two linear patterns in the longitudinal direction are different from each other.
  • the longer linear pattern is referred to as a long side
  • the shorter linear pattern is referred to as a short side.
  • the size U of the long side and the size V of the short side are set so that the phase difference between the phases when resonating at each side (hereinafter referred to as the phase difference during resonance) is reversed, that is, the phase is 180 ° different.
  • the plurality of parasitic patterns 81 provided along the x-axis direction are arranged so that the connecting portions of the two linear patterns face the same direction. Further, the plurality of parasitic patterns 81 provided along the y-axis direction are arranged so that the directions of the connecting portions are alternately switched. Further, the plurality of parasitic patterns 81 provided along the x-axis are arranged so that the connecting portion is located on a line along the x-axis that connects the centers of the antenna patterns 71 aligned in the x-axis direction. .
  • the parasitic pattern 81 has two linear patterns, that is, a long side and a long side. Resonate at any of the short sides. Since the phase difference during resonance is opposite between the long side and the short side, a radiation wave that is a radio wave having a polarization along the y-axis direction is radiated from the parasitic pattern 81. The surface wave is attenuated by this radiation. Further, the radiation wave has a plane of polarization different from that of the transmission / reception wave, which is a radio wave transmitted / received by the antenna unit 7, so that the radiation wave and the transmission / reception wave do not interfere with each other.
  • the length U of the parasitic pattern 81 is 3.2 mm
  • the size V of the short side is 3.21 mm
  • the arrangement interval Wx in the x-axis direction between adjacent parasitic patterns 81 is 0. This is a result of performing a simulation by setting the arrangement interval Wy at the end in the Y-axis direction to 0.25 mm.
  • the parasitic patterns 81 arranged in the y-axis direction are arranged so that the directions of the coupling units are alternately switched, but the present disclosure is not limited to this.
  • the parasitic patterns 81 arranged in the y-axis direction may be arranged so that the directions of the connecting portions are all in the same direction.
  • the array of parasitic patterns 81 in the additional function unit 8a is used as a base, and a plurality of parasitic patterns 81 arranged in the y-axis direction are used as pattern rows in the x-axis direction.
  • a plurality of arranged pattern rows may be arranged by inverting the left and right directions every other line and shifting in the y-axis direction by 1 ⁇ 2 of the size of the parasitic pattern 81 in the y-axis direction.
  • the array of the parasitic patterns 81 may be rotated by 90 ° so that the connecting portions of the parasitic patterns 81 protrude in the y-axis direction.
  • the parasitic pattern 81 having an L-shaped pattern shape is used as the additional function unit 8, but the present disclosure is not limited to this.
  • two types of linear parasitic patterns 82a and 82b having different lengths may be used as in the additional function unit 8d shown in FIG.
  • what is necessary is just to arrange
  • FIG. 19 shows a case where the arrangement is the same as that in the additional function unit 8a.
  • the non-patterned shape has a pattern shape in which a plurality of the parasitic patterns 81 arranged in the y-axis direction are all connected based on the arrangement of the parasitic patterns 81 in the additional function unit 8a.
  • a plurality of power supply patterns 83 may be arranged in the x-axis direction.
  • the plurality of parasitic patterns 83 in the additional function unit 8e may be arranged by being rotated by 90 °.
  • the present disclosure is not limited to this, and a multilayer dielectric substrate 9 may be used.
  • the antenna unit 7 that is, the antenna pattern 71
  • the additional function unit 8 that is, the parasitic pattern 81
  • the antenna unit 7 and the additional function unit 8 may be provided in different pattern forming layers. In this case, as shown in FIG.
  • the additional function portion 8 is provided on the pattern formation layer P3 located on the opposite side of the pattern formation layer P2 having the ground plane 3 with the pattern formation layer P1 having the antenna portion 7 interposed therebetween. Also good. Further, as shown in FIG. 23, the additional function unit 8 may be provided in the pattern formation layer P4 positioned between the pattern formation layer P1 having the antenna unit 7 and the pattern formation layer P2 having the ground plane 3. 21 to 23, the antenna unit 7 and the additional function unit 8 have been described, but the antenna unit 4 and the additional function unit 5 may be used instead.
  • the first embodiment exemplifies the parasitic patterns 51, 51a to 51d
  • the second embodiment exemplifies the parasitic patterns 81, 82a, 82b, 83
  • the first embodiment The forms may use the non-feed patterns 81, 82a, 82b, and 83, or the second embodiment may use the non-feed patterns 51, 51a to 51d.
  • a plurality of functions of one constituent element in the above embodiment may be realized by a plurality of constituent elements, or a single function of one constituent element may be realized by a plurality of constituent elements. . Further, a plurality of functions possessed by a plurality of constituent elements may be realized by one constituent element, or one function realized by a plurality of constituent elements may be realized by one constituent element. Moreover, you may abbreviate
  • at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other embodiment.
  • all the aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.
  • the present disclosure can be realized in various forms such as a system including the antenna device as a constituent element and an antenna directivity adjustment method.

Abstract

アンテナ装置は、誘電体基板(2)と、地板(3)と、アンテナ部(4)と、付加機能部(5)と、を備える。誘電体基板は、複数のパターン形成層を有する。地板は、複数のパターン形成層のうち、第1のパターン形成層に形成され、アンテナ接地面として作用する。アンテナ部は、複数のパターン形成層のうち、第1のパターン形成層とは別のパターン形成層に形成され、放射素子として作用するように構成された一つ以上のアンテナパターンを有する。付加機能部は、誘電体基板を伝搬する表面波の伝搬経路上に設けられた一つ以上の無給電パターン(51)を有し、表面波により、アンテナ部が送受信する電波とは異なる偏波の輻射波を発生させる。

Description

アンテナ装置 関連出願の相互参照
 本国際出願は、2017年4月24日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2017-085399号および2017年8月30日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2017-166031号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2017-085399号および日本国特許出願第2017-166031号の全内容を参照により本国際出願に援用する。
 本開示は、誘電体基板を用いて形成されるアンテナ装置に関する。
 誘電体基板上に形成されるアンテナは、例えば、車両や航空機などの移動体においてその周囲を監視するレーダなどに用いられている。この種のアンテナでは、基板表面を伝搬する表面波により基板端などにおいて、メインのアンテナ放射とは異なる輻射が発生し、指向性に乱れが生じることが知られている。
 これに対して、例えば下記特許文献1には、アンテナの動作周波数を有する表面波の伝搬を阻止するバンドギャップを有する構造(以下、EBG構造)を基板上に形成することで、指向性の乱れを抑制する技術が開示されている。EBGは、Electromagnetic Band Gapの略である。
特許第3653470号公報
 しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献1に記載の従来技術には、以下の課題が見出された。
 即ち、EBGは、基板の表面に六角形の金属小板を周期的に2次元配置し、基板の裏面に形成された金属板と金属で形成されたスルーホールで結線した構造を有する。従って、EBGを利用する場合、基板にスルーホールを形成する必要があるため、基板の構造が複雑になる。
 本開示の1つの局面は、簡易な構成で、基板を伝搬する表面波によるアンテナ特性の乱れを抑制する技術を提供する。
 本開示の一態様によるアンテナ装置は、誘電体基板と、地板と、アンテナ部と、付加機能部と、を備える。
 誘電体基板は、複数のパターン形成層を有する。地板は、複数のパターン形成層のうち、第1のパターン形成層に形成され、アンテナ接地面として作用する。アンテナ部は、複数のパターン形成層のうち、第1のパターン形成層とは別のパターン形成層に形成され、放射素子として作用するように構成された一つ以上のアンテナパターンを有する。付加機能部は、誘電体基板を伝搬する表面波の伝搬経路上に設けられた一つ以上の無給電パターンを有し、表面波により、アンテナ部が送受信する電波とは異なる偏波の輻射波を発生させる。
 このような構成によれば、表面波は、付加機能部に属する無給電パターンによって、アンテナ部が送受信する電波とは異なる偏波を有する電波に変換され放射される。つまり、表面波は伝搬に従って減衰するだけでなく、表面波により発生する輻射波は、アンテナ部が送受信する電波とは干渉しないため、表面波に基づくアンテナ指向性の乱れを抑制することができる。
 なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
第1実施形態のアンテナ装置の構成を示す平面図である。 アンテナ装置の構成を示す正面図である。 無給電パターンの構成を示す平面図である。 無給電パターンの辺の長さと共振時の反射位相との関係を示すグラフである。 無給電パターンの動作を示す説明図である。 無給電パターンの共振周波数を変化させることによる影響を示す説明図である。 アンテナ装置の指向性を、従来装置と比較して示したグラフである。 無給電パターンの共振周波数とアンテナ装置の指向性との関係を示すグラフである。 無給電パターンの配置の傾きとアンテナ装置の指向性との関係を示すグラフである。 無給電パターンの他のパターン形状を示す説明図である。 無給電パターンの他のパターン形状を示す説明図である。 無給電パターンの他のパターン形状を示す説明図である。 無給電パターンの他のパターン形状を示す説明図である。 第2実施形態のアンテナ装置の構成を示す平面図である。 アンテナ装置のチャネル間アイソレーションを、従来装置と比較して示したグラフである。 付加機能部の他の構成を示す説明図である。 付加機能部の他の構成を示す説明図である。 付加機能部の他の構成を示す説明図である。 付加機能部の他の構成を示す説明図である。 付加機能部の他の構成を示す説明図である。 多層の誘電体基板におけるアンテナ部及び付加機能部の配置を例示する説明図である。 多層の誘電体基板におけるアンテナ部及び付加機能部の配置を例示する説明図である。 多層の誘電体基板におけるアンテナ部及び付加機能部の配置を例示する説明図である。
 以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
 [1.第1実施形態]
 [1-1.構成]
 アンテナ装置1は、例えば、車両の周辺に存在する各種物標を検出するためのミリ波レーダに使用される。
 アンテナ装置1は、図1および図2に示すように、長方形状の誘電体基板2を備える。誘電体基板2の両面は、いずれもパターン形成層として使用される。以下では、誘電体基板2が有する二つの面のうち、第1のパターン形成層として使用される第1の面を基板表面2aという。誘電体基板2が有する二つの面のうち、第1のパターン形成層とは別のパターン形成層として使用される第2の面を基板裏面2bという。誘電体基板2の一つの辺に沿った方向をx軸方向という。x軸方向に直行する誘電体基板2の別の辺に沿った方向をy軸方向という。基板表面2aの法線方向をz軸方向という。
 アンテナ装置1は、地板3と、アンテナ部4と、付加機能部3とを備える。地板3は、基板裏面2bの全面を覆うように形成された銅パターンであり、アンテナ接地面として作用する。アンテナ部4は、基板表面2aの中央付近に形成される。付加機能部3は、アンテナ部4を挟んでx軸方向の両側に形成される。
 アンテナ部4は、x軸方向に沿って配列された複数のアレーアンテナを備える。各アレーアンテナは、y軸方向に沿って配置された矩形状の複数のアンテナパターン41と、各アンテナパターン41への給電を行う給電線42とを備える。アンテナ部4は、送受信される電波の偏波方向が、x軸方向と一致するように構成される。
 付加機能部5は、二次元的に配置された複数の無給電パターン51を有する。無給電パターン51は、図3に示すように、長方形状に形成された銅パターンであり、各辺がx軸に対して45°傾斜するように配置される。これにより、無給電パターン51は、アンテナ部4から伝搬してくる表面波に対して、長辺と短辺の二つの辺で共振する。また、無給電パターン51の長辺のサイズUおよび短辺のサイズVは、各辺で共振したときの位相の位相差(以下、共振時位相差)が逆位相となる、即ち位相が180°異なるように設定される。また、無給電パターン51の各辺のサイズU,Vは、両者の平均サイズが、アンテナ装置1の動作周波数における波長λより大きな値となるように設定される。つまり、平均サイズに対応する共振周波数は、アンテナ装置1の動作周波数よりも低くなるように設定される。
 [1-2.設計]
 ここで、無給電パターン51の各辺のサイズU,Vの設計方法について説明する。
 図4は、無給電パターン51の辺のサイズと、無給電パターン51に平面波を入射したときに計測される無給電パターン51からの反射波の位相との関係を示したグラフである。ここでは、入射波の周波数を24.15GHz、無給電パターンを正方形として、その辺のサイズを変化させている。なお、無給電パターンは、無限に配列されていると仮定して、シミュレーションによって求めた。
 図4には、無給電パターン51の両辺の平均サイズが、アンテナ装置1の動作周波数における波長λと一致するように設定した場合のサイズU=3.23mm,V=3.15mmを示している。本実施形態では、平均サイズが動作周波数より低くなるように、U=3.37mm、V=3.29mmに設定されている。
 [1-3.動作]
 このように構成されたアンテナ装置1では、図5に示すように、アンテナ部4から伝搬してくるx軸方向に沿った偏波を有する表面波が無給電パターン51に入射されると、無給電パターン51では長辺および短辺のいずれでも共振する。但し、長辺と短辺とでは共振時の位相差が逆位相となるため、無給電パターン51からは、y軸方向に沿った偏波を有する電波である輻射波が輻射される。この輻射によって、表面波は基板端に近づくほど減衰する。
 また、アンテナ装置1では、無給電パターン51の両辺の平均サイズに対応する共振周波数が、アンテナ装置1の動作周波数より低く設定されている。このため、図6に示すように、無給電パターン51からの輻射波は、表面波が進む方向に向けて輻射される前進波となる。なお、共振周波数が動作周波数と一致するように設定されている場合、無給電パターン51からの輻射波は基板表面2aに直交する正面方向に輻射される。また、共振周波数が動作周波数より高い場合、無給電パターン51からの輻射波は、表面波が進む方向とは反対方向に向けて輻射される後退波となる。本実施形態では、無給電パターン51のサイズを、輻射波が前進波となるように設定しているが、輻射波が正面方向に輻射されるように設定したり、輻射波が後退波となるように設定したりしてもよい。
 [1-4.効果]
 以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
 (1a)アンテナ装置1では、付加機能部5に属する無給電パターン51が、アンテナにて送受信される電波とは異なる偏波の輻射波を発生させることで、表面波を減衰させている。その結果、アンテナ装置1によれば、基板端から不要な輻射が抑制されるため、リップルが抑制された指向性を実現することができる。
 図7は、アンテナ装置1を用いる実施例1、付加機能部5を備えない比較例1、およびEBGを備えた従来装置である比較例2について、指向性を算出した結果を示す。図7に示すように、実施例1では、比較例1と比較して、リップルが抑制され、比較例2と同等のリップル抑制効果が得られることがわかる。つまり、アンテナ装置1によれば、EBGより簡易な構成でEBGと同等の効果を得ることができる。
 (1b)アンテナ装置1では、無給電パターン51の共振周波数が自身の動作周波数より低く設定されているため、図8に示すように、共振周波数が動作周波数と一致するように設定した実施例2と比較して、広いアンテナビーム幅を実現することができる。
 [1-5.変形例]
 上記実施形態では、無給電パターン51を、各辺がx軸に対して45°傾斜するように配置したが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、図9に示すように、無給電パターン51の各辺が、45°に対して±10°程度の範囲、即ち35°~55°程度の傾斜であれば、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
 上記実施形態では、無給電パターン51のパターン形状を長方形としたが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、図10に示す無給電パターン51aのように、正方形に形成された主部10、および主部10が有する二つの対角線のうち、第1の対角線の両端に切欠部11を有するパターン形状であってもよい。また、図11に示す無給電パターン51bのように、主部10の第1の対角線の両端に突部12を有するパターン形状であってもよい。これらの場合、表面波が無給電パターン51a,51bに入射されると、図10及び図11中の矢印で示すように、無給電パターン51a,51bの二つの対角線に沿ってそれぞれ共振する。このため、無給電パターン51a,51bは、これら二つの対角線がいずれも、x軸に対して傾斜するように配置すればよい。
 また、例えば、図12に示す無給電パターン51cのように、円形に形成された主部20を備え、主部20の中心を通る直交した二つの中心線のうち、第1の中心線の両端に切欠部21を有するパターン形状であってもよい。この場合、表面波が無給電パターン51cに入射されると、図12中の矢印で示すように、無給電パターン51cの二つの中心線に沿ってそれぞれ共振する。このため、無給電パターン51cは、これら二つの中心線がいずれも、x軸に対して傾斜するように配置すればよい。また、切欠部21の代わりに突部を設けてもよい。
 また、例えば、図13に示す無給電パターン51dのように、交差した二つの線状パターン31,32を備えたパターン形状であってもよい。この場合、表面波が無給電パターン51dに入射されると、二つの線状パターン31,32に沿ってそれぞれ共振する。このため、無給電パターン51dは、これら二つの線状パターン31,32の長手方向がいずれも、x軸に対して傾斜するように配置すればよい。
 無給電パターンは、上述したパターン形状に限らず、2箇所で共振し且つ共振位相差を調整可能な形状であればよい。例えば、無給電パターンは、円偏波を発生させる周知のパターン形状に準じ、共振位相差を90°ではなく180°に調整することで実現してもよい。
 上記実施形態では、無給電パターン51は、表面波に対して偏波方向が90°異なる輻射波を放射するように構成したが、本開示は、これに限定されるものではない。表面波と輻射波とで偏波方向が一致していなければよく、例えば、輻射波が円偏波や楕円偏波となるように構成してもよい。
 [2.第2実施形態]
 [2-1.第1実施形態との相違点]
 第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
 第2実施形態では、アンテナ部7の構成、付加機能部8の配置、付加機能部8に属する無給電パターン81の形状が、第1実施形態と相違する。
 図14に示すように、第2実施形態のアンテナ装置6は、誘電体基板2を備える。アンテナ装置6は、基板裏面2bに地板3を備え、基板表面2aに、アンテナ部7と、付加機能部8と、を備える。
 アンテナ部7は、x軸方向に沿って配列された二つのアレーアンテナ7a,7bを備える。各アレーアンテナ7a,7bは、y軸方向に沿って配置された矩形状の複数のアンテナパターン71を備える。アレーアンテナ7a,7bは、それぞれに属するアンテナパターン71が、x軸に沿って整列するように配置される。また、図示は省略するが、各アンテナパターン71は、送受信される電波の偏波方向が、x軸方向と一致するように給電が行われる。以下では、アレーアンテナ7a,7bのそれぞれをチャネルという。各チャネルは、一方を送信、他方を受信に用いてもよいし、両方を送信または両方を受信に用いてもよい。
 付加機能部8は、二つのアレーアンテナ7a,7bの間に配置される。付加機能部8は、二次元的に配置された複数の無給電パターン81を有する。無給電パターン81は、線状に形成された二つの銅パターン(以下、線状パターン)を90°の角度でL字状に連結したパターン形状を有する。各線状パターンは、いずれもx軸に対して45°傾斜するように配置される。二つの線状パターンの長手方向のサイズは互いに異なっている。以下、長い方の線状パターンを長辺、短い方の線状パターンを短辺という。長辺のサイズUおよび短辺のサイズVは、各辺で共振したときの位相の位相差(以下、共振時位相差)が逆位相となる、即ち位相が180°異なるように設定される。
 また、付加機能部8において、x軸方向に沿って設けられた複数の無給電パターン81は、二つの線状パターンの連結部の向きが、同一方向を向くように配置されている。また、y軸方向に沿って設けられた複数の無給電パターン81は、上記連結部の向きが交互に入れ替わるように配置される。更に、x軸に沿って設けられた複数の無給電パターン81は、上記連結部が、x軸方向に整列するアンテナパターン71の中心を結ぶx軸に沿った線上に位置するように配置される。
 [2-2.動作]
 このように構成されたアンテナ装置6では、アレーアンテナ7a,7b間を伝搬する表面波が無給電パターン81に入射されると、無給電パターン81は、二つの線状パターン、即ち、長辺および短辺のいずれでも共振する。長辺と短辺とでは共振時の位相差が逆位相となるため、無給電パターン81からは、y軸方向に沿った偏波を有する電波である輻射波が輻射される。この輻射によって、表面波は減衰する。また、輻射波は、アンテナ部7が送受信する電波である送受信波とは、偏波面が90°異なっているため、輻射波と送受信波とが干渉することがない。
 [2-3.効果]
 以上詳述した第2実施形態によれば、以下の効果を奏する。
 (2a)アンテナ装置6では、付加機能部8に属する無給電パターン81が、アレーアンテナ7a,7b間を伝搬する表面波を減衰させるため、チャネル間のアイソレーションを向上させることができる。
 図15に示すように、アンテナ装置6を用いる実施例3では、アンテナ装置6の構成から付加機能部8を省略した比較例3と比較して、動作周波数である24GHzを中心とした広い範囲でチャネル間のアイソレーションが向上する。なお、図15のグラフは、無給電パターン81の長辺のサイズUを3.2mm、短辺のサイズVを3.21mm、隣接する無給電パターン81同士のx軸方向の配置間隔Wxを0.3mm、Y軸方向端部での配置間隔Wyを0.25mmとして、シミュレーションを行った結果である。
 [2-4.変形例]
 上記アンテナ装置6では、付加機能部8において、y軸方向に並ぶ無給電パターン81を、連結部の向きが交互に入れ替わるように配置したが、本開示は、これに限定されるものではない。
 例えば図16に示す付加機能部8aのように、y軸方向に並ぶ無給電パターン81も、連結部の向きが全て同じ方向となるように配置してもよい。
 また、図17に示す付加機能部8bのように、付加機能部8aでの無給電パターン81の配列をベースとし、y軸方向に並ぶ複数の無給電パターン81をパターン列として、x軸方向に並ぶ複数のパターン列を、一つおきに左右の向きを反転させ、かつ、y軸方向に、無給電パターン81のy軸方向のサイズの1/2だけずらして配置してもよい。
 また、図18に示す付加機能部8cのように、無給電パターン81の配列を、90°回転させて、無給電パターン81の連結部がy軸方向に突出するような配置としてもよい。
 上記アンテナ装置6では、付加機能部8として、L字状のパターン形状を有した無給電パターン81が用いられているが、本開示は、これに限定されるものではない。
 例えば、図19に示す付加機能部8dのように、長さの異なる2種類の線状の無給電パターン82a,82bを用いてもよい。この場合、二つの無給電パターン82a,82bをL字状に配置したものを単位ブロックとし、この単位ブロックを、付加機能部8,8a,8bにおける無給電パターン81と同様に配置すればよい。図19では、付加機能部8aでの配置と同様にした場合を示す。
 また、図20に示す付加機能部8eのように、付加機能部8aでの無給電パターン81の配列をベースとし、y軸方向に並ぶ複数の無給電パターン81を全て連結したパターン形状を有する無給電パターン83を、x軸方向に複数配列してもよい。更に、付加機能部8eにおける複数の無給電パターン83を、90°回転させて配置してもよい。
 [3.他の実施形態]
 以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
 (3a)上記実施形態では、単層の誘電体基板2を用いる例について説明したが、本開示は、これに限定されるものではなく、多層の誘電体基板9を用いてもよい。この場合、例えば、図21に示すように、アンテナ部7(即ち、アンテナパターン71)および付加機能部8(即ち、無給電パターン81)を、誘電体基板9の内部に位置するパターン形成層P1に設けてもよい。また、例えば、図22および図23に示すように、アンテナ部7と付加機能部8とを別のパターン形成層に設けてもよい。この場合、図22に示すように、アンテナ部7を有するパターン形成層P1を挟んで、地板3を有するパターン形成層P2とは反対側に位置するパターン形成層P3に付加機能部8を設けてもよい。また、図23に示すように、アンテナ部7を有するパターン形成層P1と、地板3を有するパターン形成層P2との間に位置するパターン形成層P4に付加機能部8を設けてもよい。なお、図21~図23では、アンテナ部7および付加機能部8を用いて説明したが、これらの代わりに、アンテナ部4および付加機能部5を用いてもよい。
 (3b)上記実施形態では、第1実施形態では、無給電パターン51,51a~51dを例示し、第2実施形態では、無給電パターン81,82a,82b,83を例示したが、第1実施形態に無給電パターン81,82a,82b,83を用いたり、第2実施形態に無給電パターン51,51a~51dを用いたりしてもよい。
 (3c)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
 (3d)上述したアンテナ装置の他、当該アンテナ装置を構成要素とするシステム、アンテナ指向性の調整方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims (17)

  1.  複数のパターン形成層を有する誘電体基板(2,9)と、
     前記複数のパターン形成層のうち、第1のパターン形成層に形成され、アンテナ接地面として作用するように構成された地板(3)と、
     前記複数のパターン形成層のうち、前記第1のパターン形成層とは別のパターン形成層に形成され、放射素子として作用するように構成された一つ以上のアンテナパターンを有するアンテナ部(4,7)と、
     前記誘電体基板を伝搬する表面波の伝搬経路上に設けられた一つ以上の無給電パターン(51,51a~51d,81,82a,82b,83)を有し、前記表面波により、前記アンテナ部が送受信する電波とは異なる偏波の輻射波を発生させるように構成された付加機能部(5、8)と、
     を備えるアンテナ装置。
  2.  請求項1に記載のアンテナ装置であって、
     前記付加機能部(5)は、前記アンテナ部(4)の周囲に配置された、
     アンテナ装置。
  3.  請求項1に記載のアンテナ装置であって、
     前記アンテナ部(7)は、複数のアンテナパターンを有し、
     前記付加機能部(8)は、前記複数のアンテナパターンの間に配置された、
     アンテナ装置。
  4.  請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
     前記一つ以上の無給電パターンは、複数の無給電パターンを有し、
     前記複数の無給電パターンは、それぞれが、前記アンテナ部が送受信する電波の偏波方向に対して傾斜した二つの方向で共振するパターン形状を有する、
     アンテナ装置。
  5.  請求項4に記載のアンテナ装置であって、
     前記複数の無給電パターン(51)は、いずれも、長方形のパターン形状を有し、該長方形の辺に沿って共振するように構成された、
     アンテナ装置。
  6.  請求項4に記載のアンテナ装置であって、
     前記複数の無給電パターン(51a,51b)は、いずれも、正方形に形成された主部(10)、および前記主部が有する二つの対角線のうち、第1の対角線の両端に形成された突部(12)または切欠部(11)を備えたパターン形状を有し、前記二つの対角線に沿ってそれぞれ共振するように構成された、
     アンテナ装置。
  7.  請求項4に記載のアンテナ装置であって、
     前記複数の無給電パターン(51c)は、いずれも、円形に形成された主部(20)、および前記主部の中心を通る直交した二つの中心線のうち、第1の中心線の両端に形成された突部または切欠部(21)を備えたパターン形状を有し、前記二つの中心線に沿ってそれぞれ共振するように構成された、
     アンテナ装置。
  8.  請求項4に記載のアンテナ装置であって、
     前記複数の無給電パターン(51d)は、いずれも、交差した二つの線状パターン(31,32)を備えたパターン形状を有し、前記二つの線状パターンに沿ってそれぞれ共振するように構成された、
     アンテナ装置。
  9.  請求項4に記載のアンテナ装置であって、
     前記複数の無給電パターン(81)は、いずれも、L字状に連結された二つの線状パターンを備えたパターン形状を有し、上記二つの線状パターンに沿ってそれぞれ共振するように構成された、
     アンテナ装置。
  10.  請求項4に記載のアンテナ装置であって、
     前記複数の無給電パターン(83)は、いずれも、L字状に連結された二つの線状パターンを単位パターンとして、前記単位パターンを複数連結したパターン形状を有し、上記二つの線状パターンのそれぞれに沿ってそれぞれ共振するように構成された、
     アンテナ装置。
  11.  請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
     前記一つ以上の無給電パターンは、複数の無給電パターンを有し、
     前記複数の無給電パターンは、前記アンテナ部が送受信する電波の偏波方向に対して傾斜しかつ互いに異なる方向で共振するように構成された2種類の線状パターン(82a,82b)を有する、
     アンテナ装置。
  12.  請求項11に記載のアンテナ装置であって、
     L字状に配置された前記2種類の線状パターンを単位ブロックとして、
     前記付加機能部は、一つ以上の前記単位ブロックを有する、
     アンテナ装置。
  13.  請求項4から請求項12のいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
     前記一つ以上の無給電パターンは、前記アンテナ部の動作周波数より低周波数側で共振するように構成された、
     アンテナ装置。
  14.  請求項4から請求項13のいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
     前記一つ以上の無給電パターンは、二つの共振の位相が互いに逆位相であるように構成された、
     アンテナ装置。
  15.  請求項4から請求項14のいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
     前記一つ以上の無給電パターンは、二つの共振の共振方向が互いに直交するように構成された、
     アンテナ装置。
  16.  請求項15に記載のアンテナ装置であって、
     前記一つ以上の無給電パターンは、前記アンテナ部が送受信する電波の偏波方向に対して、前記二つの共振の共振方向がいずれも35°~55°傾くように配置された、
     アンテナ装置。
  17.  請求項1から請求項16のいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
     前記誘電体基板(9)は前記パターン形成層を3つ以上有し、
     前記付加機能部は、前記地板を有するパターン形成層に対して、前記アンテナ部を有するパターン形成層と同じ側に位置し、且つ、前記アンテナ部を有するパターン形成層とは別のパターン形成層に設けられた、
     アンテナ装置。
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