WO2021100655A1 - 平面アンテナ - Google Patents

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WO2021100655A1
WO2021100655A1 PCT/JP2020/042612 JP2020042612W WO2021100655A1 WO 2021100655 A1 WO2021100655 A1 WO 2021100655A1 JP 2020042612 W JP2020042612 W JP 2020042612W WO 2021100655 A1 WO2021100655 A1 WO 2021100655A1
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patch
line
antenna
inter
conductor
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PCT/JP2020/042612
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Inventor
一正 櫻井
潤三 土屋
和司 川口
Original Assignee
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
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path

Definitions

  • This disclosure relates to a technique for widening the operating frequency of a radar.
  • In-vehicle radar requires a distance resolution of about several cm to detect a pedestrian at a distance (for example, 50 m away). For that purpose, it is necessary to realize a high-gain antenna having a bandwidth of about 5 GHz.
  • Patent Document 1 an electrical coupling generated between a radiating element and a non-feeding element provided in the vicinity thereof is used to cause the radiating element to generate a plurality of resonance states that cannot occur by the radiating element alone. Therefore, a technique for improving radiation efficiency over a wide frequency band has been proposed.
  • the patch that becomes the radiating element has a size of about 1 mm on one side, and the non-feeding element needs to be manufactured with an accuracy of about 0.1 mm.
  • the current manufacturing technology it is difficult to manufacture a non-feeding element with such accuracy, and the frequency characteristic of the antenna changes significantly due to a manufacturing error of the non-feeding element.
  • One aspect of the present disclosure is to provide a technique for achieving radiation efficiency over a wide frequency band without increasing the antenna size.
  • a planar antenna which includes a dielectric substrate, a main plate, and one or more antenna portions.
  • the dielectric substrate has a plurality of pattern layers.
  • the main plate is formed on the first pattern layer, which is one of the pattern layers of the dielectric substrate, and acts as a ground plane.
  • the antenna portion is one of the pattern layers of the dielectric substrate, and is formed in the second pattern layer facing the first pattern layer with the dielectric layer interposed therebetween.
  • the antenna portion includes a plurality of conductor patches and a feeding line.
  • the conductor patches are arranged along a preset patch arrangement direction.
  • the power supply line supplies power to a plurality of conductor patches.
  • the inter-patch line connecting the conductor patches has a structure that is curved or bent with respect to the patch arrangement direction.
  • a path that short-circuits the patch can also be a propagation path for the electric field. That is, the conductor patch can be resonated at a plurality of frequencies by changing the propagation path of the electric field according to the frequency, in other words, it is possible to absorb the phase shift different for each frequency. As a result, it is possible to widen the frequency band in which high radiation efficiency can be obtained without providing a non-feeding element.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of the planar antenna in FIG. It is an electric field distribution diagram which shows the simulation result which calculated the electric field strength on the pattern of a plane antenna by changing the frequency. It is a graph which shows the frequency characteristic of the planar antenna of Example 1 and Comparative Example 1. It is a top view which shows the structure of the plane antenna used as the comparative example 1. FIG. It is a top view which shows the structure of the plane antenna of 2nd Embodiment. It is a graph which shows the frequency characteristic of the planar antenna of Example 1 and Example 2. FIG. It is a top view which shows the structure of the plane antenna of 3rd Embodiment.
  • the planar antenna 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 includes a dielectric substrate 2, a main plate 3, and an antenna portion 4.
  • the dielectric substrate 2 is a rectangular plate material having a thickness formed of a dielectric.
  • the first plate surface is referred to as a substrate surface 2a
  • the second plate surface is referred to as a substrate back surface 2b. Both the substrate front surface 2a and the substrate back surface 2b are used as a pattern layer.
  • the direction along one side of the rectangular dielectric substrate 2 is referred to as the X-axis direction
  • the direction along the side orthogonal to the side is referred to as the Y-axis direction
  • the normal direction of the substrate surface 2a is referred to as the Z-axis direction.
  • the direction along the short side of the rectangular dielectric substrate 2 is the X-axis direction
  • the direction along the long side is the Y-axis direction.
  • the shape of the dielectric substrate 2 is not limited to a rectangle, and can be any shape.
  • the main plate 3 is a copper pattern formed so as to cover the entire surface of the back surface 2b of the substrate, and acts as a ground plane.
  • the antenna portion 4 is formed on the substrate surface 2a and includes a plurality of conductor patches 41 and a feeding line 42.
  • the plurality of conductor patches 41 are all copper patterns formed in a rectangular shape, and are arranged in a row along the Y-axis direction. That is, the Y-axis direction is the patch arrangement direction.
  • the long side of the conductor patch 41 is arranged along the X-axis direction, and the short side is arranged along the Y-axis direction.
  • the conductor patch 41 has a long side set to ⁇ g / 2 with the wavelength in the tube of the signal transmitted / received by the antenna unit 4 being ⁇ g.
  • the in-tube wavelength ⁇ g is the wavelength of a predetermined signal shortened by a shortening rate according to the dielectric constant of the dielectric substrate 2.
  • the power supply line 42 is connected to one of the two sides along the Y-axis direction of each of the plurality of conductor patches 41, here, the side located on the right side in FIG. That is, each conductor patch 41 is fed from one end of both ends in the direction orthogonal to the patch arrangement direction.
  • any two adjacent conductor patches 41 among the plurality of conductor patches 41 will be referred to as target patch pairs.
  • the power supply line 42 has an introduction line 421 and an inter-patch line 422.
  • the introduction line 421 is a straight line wired between the feeding point 43 provided near the lower end of the dielectric substrate 2 and the conductor patch 41 closest to the feeding point 43.
  • the inter-patch line 422 is a line that is wired between the target patch pairs and has a bent structure by combining two straight lines (hereinafter, a first straight line and a second straight line).
  • the first straight line is wired from the right end of the conductor patch 41 located on the lower side of the target patch pair, inclined to the left by about 45 ° toward the central axis of the antenna portion 4 along the patch arrangement direction. ..
  • the second straight line is wired so as to be inclined to the right by about 45 ° from the tip of the first straight line toward the right end of the adjacent conductor patch 41. That is, the inter-patch line 422 has a shape that is bent three times including the portion connected to the conductor patch 41. That is, the inter-patch line 422 is wired in the space between the target patch pairs.
  • the upper side along the Y-axis direction in FIG. 1 is defined as the 0 ° direction.
  • the line length of the inter-patch line 422 is set to n ⁇ ⁇ g with n as a positive integer so that in-phase feeding is performed for each conductor patch 41.
  • the center position of the right end side of the conductor patch 41 in the Y-axis direction is set as the connection point, and the distance between the connection points via the inter-patch line 422 in the two adjacent conductor patches 41 is set as the inter-patch line 422.
  • a path for short-circuiting the two can also be a propagation path for the electric field. That is, it is possible to resonate the antenna unit 4 at a plurality of frequencies by changing the propagation path of the electric field according to the frequency, in other words, to absorb the phase shift different for each frequency.
  • FIG. 3 shows the results of calculating the electric field strength distribution on the patterns of the conductor patch 41 and the feeding line 42 constituting the antenna portion 4 by supplying feeding signals having different frequencies to the planar antenna 1.
  • 76 GHz, 78.5 GHz, and 81 GHz were used as the frequencies of the feeding signals. It can be seen that the distribution of the electric field strength differs depending on the frequency, that is, the position of resonance in the pattern of the antenna portion 4 changes.
  • the wavelength becomes shorter and the electrical length between the conductor patches 41 constituting the antenna portion 4 increases. Then, an electric coupling is generated so as to shorten the propagation path of the electric field propagating between the conductor patches 41 so that the resonance state is maintained, and as shown in FIG. 3, the path A along the inter-patch line 422 occurs. Not only that, a path B for short-circuiting the inter-patch line 422 and the conductor patch 41 is formed. Such a path B is likely to be formed by bending the interpatch line 422.
  • the conductor patch 41 can be resonated at a plurality of frequencies by having the bent interpatch line 422, and as a result, high radiation efficiency can be obtained without providing a non-feeding element.
  • the frequency band to be used can be expanded.
  • FIG. 4 shows the result of calculating the frequency characteristic of the gain of the planar antenna 1 by simulation.
  • Comparative Example 1 power is supplied to each conductor patch 61 by a straight feeding line 62, and a non-feeding element is connected to the end opposite to the side to which the feeding line 62 is connected in the conductor patch 61.
  • the frequency characteristic of the plane antenna 100 provided with 63 is shown.
  • the feeding line 62 wired between the conductor patches 61 is a straight line, when the frequency to be resonated changes, the electric field is followed by the electric field. The propagation path cannot be changed.
  • the planar antenna 100 the radiation from each conductor patch 61 is combined in a state of being out of phase, so that the gain of the planar antenna 100 as a whole is lowered. That is, the planar antenna 100 has a narrow frequency range in which a high gain can be obtained.
  • at least a part of the electric field propagation path between the conductor patches 41 changes from the path A to the path B as shown in FIG.
  • the planar antenna 1 can widen the frequency range in which a high gain can be obtained.
  • the flat antenna 1a of the second embodiment has a different shape of the antenna portion 4a, more specifically, a shape of the inter-patch line 423 constituting the feeding line 42a, from the inter-patch line 422 of the first embodiment.
  • the interpatch line 423 is wired in the space further to the right of the right end of the conductor patch 41 to which the feeding line 42a is connected. It has a shape bent to the opposite side of the inter-patch line 422 of the form. That is, it has a shape in which at least a part of the inter-patch line 423 is wired in a space outside the space sandwiched between the target patch pairs.
  • the flat antenna 1a In the flat antenna 1a, a patch is provided so that the resonance state is maintained when the frequency to be resonated becomes high (that is, the wavelength is short) and the electrical length between the conductor patches 41 constituting the antenna portion 4a increases. Not only the path C along the inter-line 423 but also the path D that shortcuts the bent portion of the inter-patch line 423 is formed. Therefore, in the planar antenna 1a, as in the first embodiment, even if the frequency to be resonated changes, the feeding phases to each conductor patch 41 can be aligned, and the radiation from each conductor patch 41 is synthesized. The gain of the flat antenna 1a as a whole is improved. That is, the planar antenna 1a can widen the frequency range in which a high gain can be obtained.
  • FIG. 7 shows the result of calculating the frequency characteristic of the gain of the planar antenna 1a (hereinafter referred to as Example 2) by simulation. The frequency characteristics of Example 1 are also shown for comparison.
  • the planar antenna 1b of the third embodiment has a different shape of the antenna portion 4b, more specifically, a shape of the inter-patch line 424 constituting the feeding line 42b, from the inter-patch line 422 of the first embodiment.
  • the inter-patch line 422 has a shape that is line-symmetric with respect to a virtual line along the X-axis direction that passes through the center of the space between the target patch pairs.
  • the interpatch line 424 has a shape asymmetrical with respect to the above-mentioned virtual line.
  • the first straight line is wired from the right end of the lower conductor patch 41 toward the left by about 30 °.
  • the second straight line is wired so as to reach the right end of the upper conductor patch 41 from the tip of the first straight line toward the right by about 60 °. That is, the inter-patch line 424 is also wired in the space between the target patch pairs in the same manner as the inter-patch line 422.
  • the flat antenna 1c of the fourth embodiment has a different shape of the antenna portion 4c, more specifically, a shape of the inter-patch line 425 constituting the feeding line 42c, from the inter-patch line 422 of the first embodiment.
  • the interpatch line 422 has a bent shape formed by combining two straight lines.
  • the inter-patch line 425 has a shape curved toward the space between the target patch pairs.
  • the planar antenna 1d of the fifth embodiment has a different shape of the antenna portion 4d, more specifically, the shape of the inter-patch line 426 constituting the feeding line 42d, from the inter-patch line 422 of the first embodiment.
  • the inter-patch line 422 is configured by combining two straight lines, and has a shape bent three times in the line including the connection portion with the conductor patch 41.
  • the interpatch line 426 is configured by combining five straight lines, 90 ° to the left, 90 ° to the right, and right. It has a shape bent four times, 90 ° and 90 ° to the left.
  • the planar antenna 1e of the sixth embodiment has a different shape of the antenna portion 4e, more specifically, the shape of the interpatch line 427 constituting the feeding line 42e, from the interpatch line 422 of the first embodiment.
  • the conductor patch 41 is connected to the inter-patch line 422 so that power is received from the side located at the right end of the two sides along the Y-axis direction.
  • the conductor patch 41 receives power from the opposite side alternately in the arrangement order among the two sides along the Y-axis direction.
  • the inter-patch line 427 is connected as described above.
  • the interpatch line 427 is formed by a straight line inclined with respect to the patch arrangement direction. That is, the inter-patch line 427 has a shape that is bent at each connection point with the conductor patch 41 connected to both ends thereof, and is bent twice in total.
  • the line length of the inter-patch line 427 is set to (1/2 + n) ⁇ g so that the feeding phases to the respective conductor patches 41 are aligned.
  • the plurality of conductor patches 41 may be arranged at positions shifted in the X-axis direction alternately according to the arrangement order.
  • the flat antenna 1f of the seventh embodiment has a different shape of the antenna portion 4f, more specifically, the shape of the inter-patch line 428 constituting the feeding line 42f, from the inter-patch line 422 of the first embodiment.
  • the inter-patch line 422 is composed of one line.
  • the inter-patch line 428 has a line branched near the connection point with the first conductor patch 41, and the line is branched with the second conductor patch 41. It has a shape in which the lines merge near the connection point of. That is, the inter-patch line 428 has a shape in which the line is wired along the contour of the rhombus. Further, the inter-patch line 428 connects the conductor patches 41 with the center position of the side of the conductor patch 41 along the X-axis direction as a connection point. The connection point may be provided on a side along the Y-axis direction.
  • the antenna portion 4 is formed on the pattern layer exposed to the outside by using the dielectric substrate 2 having the pattern layers on both sides has been described, but the position where the antenna portion 4 is formed is determined. It is not limited to the pattern layer exposed to the outside.
  • a multilayer dielectric substrate having a pattern layer (hereinafter, inner layer) 20c sandwiched between dielectric layers on both sides in addition to the pattern layers of the substrate front surface 20a and the substrate back surface 20b. 20 may be used, and the antenna portion 4 may be provided on the inner layer 20c.
  • a plurality of functions possessed by one component in the above embodiment may be realized by a plurality of components, or one function possessed by one component may be realized by a plurality of components. .. Further, a plurality of functions possessed by the plurality of components may be realized by one component, or one function realized by the plurality of components may be realized by one component. Further, a part of the configuration of the above embodiment may be omitted. In addition, at least a part of the configuration of the above embodiment may be added or replaced with the configuration of the other above embodiment.
  • planar antennas 1, 1a to 1g In addition to the above-mentioned planar antennas 1, 1a to 1g, the present disclosure can be realized in various forms such as a system having the planar antennas 1, 1a to 1g as constituent elements, a method for widening the bandwidth of the planar antenna, and the like. ..

Abstract

誘電体基板(2)は、複数のパターン層を有する。地板(3)は、誘電体基板のパターン層の一つである第1パターン層に形成され、接地面として作用する。アンテナ部(4)は、複数の導体パッチ(41)と、給電線路(42)とを備える。アンテナ部は、誘電体基板の第1パターン層とは誘電体層を挟んで対向する第2パターン層に形成される。導体パッチは、パッチ配列方向に沿って配列される。給電線路(42)は、複数の導体パッチへの給電を行う。給電線路において、導体パッチ間を接続するパッチ間線路(422)は、パッチ配列方向に対して湾曲又は屈曲した構造を有する。

Description

平面アンテナ 関連出願の相互参照
 本国際出願は、2019年11月22日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2019-211450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2019-211450号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
 本開示は、レーダの動作周波数を広帯域化する技術に関する。
 車載レーダにおいて、遠方(例えば、50m先)の歩行者を検出するには、数cm程度の距離分解能が必要である。そのためには、5GHz程度の帯域幅を有する高利得のアンテナを実現する必要がある。
 下記特許文献1には、放射素子とその近傍に設けられた無給電素子との間で生じる電気的な結合を利用し、放射素子に、放射素子単体では生じ得ない複数の共振状態を生じさせることで、広い周波数帯域に渡って放射効率を向上させる技術が提案されている。
特開2013-168875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に記載の従来技術では、ものづくり上の制約から所望の性能を実現することが困難であるという課題が見出された。
 すなわち、車載レーダで使用されるミリ波では、放射素子となるパッチは1辺が1mm程度の大きさであり、無給電素子は0.1mm程度の精度で製造する必要がある。ところが、現状の製造技術では、このような精度で無給電素子を製造することが困難であり、無給電素子の製造誤差によって、アンテナの周波数特性が大きく変化してしまうからである。
 また、従来技術では、放射素子とは別に無給電素子を設ける必要があるため、アンテナサイズを増大させてしまうという問題もあった。
 本開示の1つの局面は、アンテナサイズを増大させることなく広い周波数帯域に渡って放射効率を実現する技術を提供することにある。
 本開示の一態様は、平面アンテナであって、誘電体基板と、地板と、一つ以上のアンテナ部と、を備える。誘電体基板は、複数のパターン層を有する。地板は、誘電体基板のパターン層の一つである第1パターン層に形成され、接地面として作用する。アンテナ部は、誘電体基板のパターン層の一つであり、且つ第1パターン層とは誘電体層を挟んで対向する第2パターン層に形成される。また、アンテナ部は、複数の導体パッチと、給電線路と、を備える。導体パッチは、予め設定されたパッチ配列方向に沿って配列される。給電線路は、複数の導体パッチへの給電を行う。給電線路において、導体パッチ間を接続するパッチ間線路は、パッチ配列方向に対して湾曲又は屈曲した構造を有する。
 このような構成によれば、パッチ間線路に沿った経路だけでなく、パッチ間線路の湾曲又は屈曲した部位をショートカットする経路、及び湾曲又は屈曲によって導体パッチに近接したパッチ間線路の部位と導体パッチとを短絡する経路等も、電界の伝搬経路となり得る。つまり、周波数に応じて、電界の伝搬経路が変化することによって導体パッチを複数の周波数で共振させること、換言すれば、周波数ごとに異なる位相のずれを吸収することができる。その結果、無給電素子を設けることなく、高い放射効率高が得られる周波数帯を広げることができる。
第1実施形態の平面アンテナの構成を示す平面図である。 図1における平面アンテナのII-II断面図である。 平面アンテナのパターン上の電界強度を、周波数を変化させて算出したシミュレーション結果を示す電界分布図である。 実施例1及び比較例1の平面アンテナの周波数特性を示すグラフである。 比較例1として使用した平面アンテナの構成を示す平面図である。 第2実施形態の平面アンテナの構成を示す平面図である。 実施例1及び実施例2の平面アンテナの周波数特性を示すグラフである。 第3実施形態の平面アンテナの構成を示す平面図である。 第4実施形態の平面アンテナの構成を示す平面図である。 第5実施形態の平面アンテナの構成を示す平面図である。 第6実施形態の平面アンテナの構成を示す平面図である。 第7実施形態の平面アンテナの構成を示す平面図である。 多層の誘電体基板を使用した場合の平面アンテナの構成例を示す断面図である。
 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]
 図1及び図2に示す第1実施形態の平面アンテナ1は、誘電体基板2と、地板3と、アンテナ部4とを備える。
 誘電体基板2は、誘電体で形成された厚さを有する長方形の板材である。以下では、誘電体基板2の2つの板面のうち、第1の板面を基板表面2a、第2の板面を基板裏面2bと称する。基板表面2a及び基板裏面2bはいずれもパターン層として使用される。また、長方形の誘電体基板2の一つの辺に沿った方向をX軸方向、その辺と直交する辺に沿った方向をY軸方向、基板表面2aの法線方向をZ軸方向と称する。図1では、長方形の誘電体基板2の短辺に沿った方向がX軸方向となり、長辺に沿った方向がY軸方向となる。但し、誘電体基板2の形状は長方形に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。
 地板3は、基板裏面2bの全面を覆うように形成された銅製のパターンであり、接地面として作用する。
 アンテナ部4は、基板表面2aに形成され、複数の導体パッチ41と、給電線路42とを備える。
 複数の導体パッチ41は、いずれも、長方形に形成された銅製のパターンであり、Y軸方向に沿って一列に配置される。つまり、Y軸方向がパッチ配列方向となる。ここでは、導体パッチ41の長辺がX軸方向に沿い、短辺がY軸方向に沿うように配置される。
 導体パッチ41は、アンテナ部4によって送受信される信号の管内波長をλgとして、長辺がλg/2に設定される。管内波長λgは、誘電体基板2の誘電率に応じた短縮率で短縮された所定信号の波長である。
 複数の導体パッチ41は、いずれもY軸方向に沿った二つの辺のうち一つの辺、ここでは図1中の右側に位置する辺に給電線路42が接続される。つまり、各導体パッチ41は、パッチ配列方向に対して直交する方向の両端のうち、一つの端部から給電される。以下では、複数の導体パッチ41のうち、隣接する任意の二つの導体パッチ41を対象パッチペアという。
 給電線路42は、導入線路421と、パッチ間線路422とを有する。導入線路421は、誘電体基板2の下端付近に設けられた給電点43と、給電点43に最も近い導体パッチ41との間に配線される直線線路である。パッチ間線路422は、対象パッチペア間のそれぞれに配線され、2つの直線線路(以下、第1の直線線路、第2の直線線路)を組み合わせることで屈曲した構造を有する線路である。第1の直線線路は、対象パッチペアのうち下側に位置する導体パッチ41の右端から、パッチ配列方向に沿ったアンテナ部4の中心軸に向けて約45°左方向に傾斜して配線される。第2の直線線路は、第1の直線線路の先端から隣接する導体パッチ41の右端に向けて約45°右方向に傾斜して配線される。つまり、パッチ間線路422は、導体パッチ41に接続された部位を含めて3回屈曲した形状を有する。つまり、パッチ間線路422は、対象パッチペア間のスペースに配線される。なお、図1におけるY軸方向に沿った上側を0°方向とする。
 パッチ間線路422の線路長は、各導体パッチ41に対して同相給電が行われるように、nを正整数としてn×λgに設定される。但し、ここでは、導体パッチ41の右端辺のY軸方向における中心位置を接続点として、隣接する二つの導体パッチ41において、パッチ間線路422を経由した接続点間の距離を、パッチ間線路422の線路長とする。
 [1-2.動作]
 平面アンテナ1では、パッチ間線路422に沿った経路だけでなく、パッチ間線路422の屈曲した部位をショートカットする経路、及び屈曲によって導体パッチ41に近接したパッチ間線路422の部位と導体パッチ41とを短絡する経路等も、電界の伝搬経路となり得る。つまり、周波数に応じて、電界の伝搬経路が変化することによってアンテナ部4を複数の周波数で共振させること、換言すれば、周波数ごとに異なる位相のずれを吸収することが可能となる。
 図3は、平面アンテナ1に周波数の異なる給電信号を供給して、アンテナ部4を構成する導体パッチ41及び給電線路42のパターン上の電界強度分布を、シミュレーションによって算出した結果を示す。ここでは、給電信号の周波数として、76GHz,78.5GHz,81GHzを用いた。周波数によって電界強度の分布が異なっていること、すなわち、アンテナ部4のパターン中で共振する位置が変化することがわかる。
 つまり、周波数が高くなると、波長が短くなり、アンテナ部4を構成する導体パッチ41間の電気的な長さが増大する。すると、共振状態が維持されるように、導体パッチ41間を伝搬する電界の伝搬経路を短縮するような電気的な結合が生じ、図3に示すように、パッチ間線路422に沿った経路Aだけでなく、パッチ間線路422と導体パッチ41とを短絡する経路Bが形成される。このような経路Bは、パッチ間線路422が屈曲していることによって形成されやすくなる。
 [1-3.効果]
 以上詳述した第1実施形態によれば、以下の効果を奏する。
 (1a)平面アンテナ1では、屈曲したパッチ間線路422を有することで、導体パッチ41を複数の周波数で共振させることができ、その結果、無給電素子を設けることなく、高い放射効率高が得られる周波数帯を広げることができる。
 図4に、平面アンテナ1の利得の周波数特性をシミュレーションによって算出した結果を示す。比較例1として、図5に示すように、一直線の給電線路62によって各導体パッチ61への給電を行うと共に、導体パッチ61において給電線路62が接続される側とは反対側端に無給電素子63が設けられた平面アンテナ100の周波数特性を示す。
 図4からわかるように、76GHz~81GHzまでの5GHz幅の帯域に着目すると、この帯域内での利得の変動が、平面アンテナ1(すなわち、実施例1)では1.5dBであるのに対して、比較例1では3.5dBである。しかも、この帯域の両端における利得も、比較例1より実施例1の方が大きいことがわかる。
 すなわち、図5に示す従来の平面アンテナ100の構成では、導体パッチ61間に配線される給電線路62が一直線であるため、共振させるべき周波数が変化したときに、これに追従して、電界の伝搬経路を変化させることができない。その結果、平面アンテナ100では、各導体パッチ61からの放射が、位相のずれた状態で合成されることにより、平面アンテナ100全体としての利得が下がってしまう。つまり、平面アンテナ100は、高い利得が得られる周波数範囲が狭くなる。しかし、図1に示す平面アンテナ1では、周波数の変化に応じて、導体パッチ41間における電界の伝搬経路の少なくとも一部が、例えば、図3に示したように、経路Aから経路Bに変化し経路長も変化する。その結果、平面アンテナ1では、共振させるべき周波数が変化しても、各導体パッチ41への給電位相を揃えることができ、各導体パッチ41からの放射を合成した平面アンテナ1全体としての利得が向上する。つまり、平面アンテナ1は、高い利得が得られる周波数範囲を広げることができる。
 [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実施形態の平面アンテナ1aは、アンテナ部4aの形状、より詳しくは、給電線路42aを構成するパッチ間線路423の形状が、第1実施形態におけるパッチ間線路422とは異なる。
 第2実施形態の平面アンテナ1aでは、図6に示すように、パッチ間線路423が、給電線路42aが接続される導体パッチ41の右端より更に右側のスペースに配線されるように、第1実施形態のパッチ間線路422とは反対側に屈曲した形状を有する。すなわち、パッチ間線路423の少なくとも一部が対象パッチペアに挟まれたスペースから外れたスペースに配線される形状を有する。
 [2-2.動作]
 平面アンテナ1aでは、共振すべき周波数が高く(即ち、波長が短く)なり、アンテナ部4aを構成する導体パッチ41間の電気的な長さが増大すると、共振状態が維持されるように、パッチ間線路423に沿った経路Cだけでなく、パッチ間線路423の屈曲した部位をショートカットする経路Dが形成される。このため、平面アンテナ1aでは、第1実施例と同様に、共振させるべき周波数が変化しても、各導体パッチ41への給電位相を揃えることができ、各導体パッチ41からの放射を合成した平面アンテナ1a全体としての利得が向上する。つまり、平面アンテナ1aは、高い利得が得られる周波数範囲を広げることができる。
 図7に、平面アンテナ1a(以下、実施例2)の利得の周波数特性をシミュレーションによって算出した結果を示す。比較のため実施例1の周波数特性も示す。
 図7からわかるように、76GHz~81GHzまでの5GHz幅の帯域に着目すると、帯域内での利得の変動が、実施例1では1.5dBであるのに対して、実施例2では2.2dBである。つまり、実施例2では、実施例1より若干効果が低下するものの、比較例1よりは優れた特性が得られる。
 [2-3.効果]
 以上詳述した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)と同様の効果を得ることができる。
 [3.第3実施形態]
 [3-1.第1実施形態との相違点]
 第3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3実施形態の平面アンテナ1bは、アンテナ部4bの形状、より詳しくは、給電線路42bを構成するパッチ間線路424の形状が、第1実施形態におけるパッチ間線路422とは異なる。第1実施形態では、パッチ間線路422は、対象パッチペア間のスペースの中心を通るX軸方向に沿った仮想線に対して線対称な形状を有する。これに対して、本実施形態の平面アンテナ1bでは、図8に示すように、パッチ間線路424は、前述の仮想線に対して非対称な形状を有する。具体的には、パッチ間線路424を形成する二つの直線線路のうち、第1の直線線路は、下側の導体パッチ41の右端から約30°左方向に向けて配線される。第2の直線線路は、第1の直線線路の先端から約60°右方向に向けて上側の導体パッチ41の右端に到るように配線される。つまり、パッチ間線路424も、パッチ間線路422と同様に、対象パッチペア間のスペースに配線される。
 [3-2.効果]
 以上詳述した第3実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)と同様の効果を得ることができる。
 [4.第4実施形態]
 [4-1.第1実施形態との相違点]
 第4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4実施形態の平面アンテナ1cは、アンテナ部4cの形状、より詳しくは、給電線路42cを構成するパッチ間線路425の形状が、第1実施形態におけるパッチ間線路422とは異なる。
 第1実施形態では、パッチ間線路422は、二つの直線線路を組み合わせることで構成された屈曲した形状を有する。これに対して、本実施形態の平面アンテナ1cでは、図9に示すように、パッチ間線路425は、対象パッチペア間のスペースに向けて湾曲した形状を有する。
 [4-2.効果]
 以上詳述した第4実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)と同様の効果を得ることができる。
 [5.第5実施形態]
 [5-1.第1実施形態との相違点]
 第5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5実施形態の平面アンテナ1dは、アンテナ部4dの形状、より詳しくは、給電線路42dを構成するパッチ間線路426の形状が、第1実施形態におけるパッチ間線路422とは異なる。
 第1実施形態では、パッチ間線路422は、二つの直線線路を組み合わせることで構成され、導体パッチ41との接続部を含めて線路中で3回屈曲した形状を有する。これに対して、本実施形態の平面アンテナ1dでは、図10に示すように、パッチ間線路426は、五つの直線線路を組み合わせることで構成され、左に90°、右に90°、右に90°、左に90°と4回屈曲した形状を有する。
 [5-2.効果]
 以上詳述した第5実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)と同様の効果を得ることができる。
 [6.第6実施形態]
 [6-1.第1実施形態との相違点]
 第6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6実施形態の平面アンテナ1eは、アンテナ部4eの形状、より詳しくは、給電線路42eを構成するパッチ間線路427の形状が、第1実施形態におけるパッチ間線路422とは異なる。
 第1実施形態では、導体パッチ41は、Y軸方向に沿った二つ辺のうち、いずれも右端に位置する辺から給電を受けるようにパッチ間線路422が接続される。これに対して、本実施形態の平面アンテナ1eは、図11に示すように、導体パッチ41は、Y軸方向に沿った二つの辺のうち、配列順に交互に逆側の辺から給電を受けるようにパッチ間線路427が接続される。この場合、パッチ間線路427は、パッチ配列方向に対して傾斜した直線によって形成される。つまり、パッチ間線路427は、その両端に接続される導体パッチ41との接続点のそれぞれにおいて屈曲し、合計2回屈曲した形状を有する。
 また、パッチ間線路427の線路長は、各導体パッチ41への給電位相が揃うように、(1/2+n)λgに設定される。更に、複数の導体パッチ41は、配列順に従って交互にX軸方向にずれた位置に配置されてもよい。
 [6-2.効果]
 以上詳述した第6実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)と同様の効果を得ることができる。
 [7.第7実施形態]
 [7-1.第1実施形態との相違点]
 第7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7実施形態の平面アンテナ1fは、アンテナ部4fの形状、より詳しくは、給電線路42fを構成するパッチ間線路428の形状が、第1実施形態におけるパッチ間線路422とは異なる。
 第1実施形態では、パッチ間線路422が一本の線路で構成される。これに対して本実施形態の平面アンテナ1fでは、図12に示すように、パッチ間線路428は、第1の導体パッチ41との接続点付近で線路が分岐し、第2の導体パッチ41との接続点付近で線路が合流する形状を有する。すなわち、パッチ間線路428は、菱型の輪郭に沿って線路を配線した形状を有する。また、パッチ間線路428は、導体パッチ41のX軸方向に沿った辺の中心位置を接続点として、導体パッチ41間を接続する。なお、接続点は、Y軸方向に沿った辺に設けられてもよい。
 [7-2.効果]
 以上詳述した第7実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)と同様の効果を得ることができる。
 [8.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、本開示は前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。
 (8a)上記実施形態では、両面にパターン層を有する誘電体基板2を用いて、外部に露出したパターン層にアンテナ部4を形成する場合について説明したが、アンテナ部4を形成する位置は、外部に露出したパターン層に限定されない。例えば、図13に示す平面アンテナ1gのように、基板表面20a及び基板裏面20bのパターン層以外に、両面が誘電体層に挟まれたパターン層(以下、内層)20cを有する多層の誘電体基板20を用い、この内層20cにアンテナ部4が設けられてもよい。
 (8b)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。
 (8c)前述した平面アンテナ1,1a~1gの他、当該平面アンテナ1,1a~1gを構成要素とするシステム、平面アンテナの広帯域化方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims (9)

  1.  複数のパターン層を有する誘電体基板(2,20)と、
     前記誘電体基板の前記パターン層の一つである第1パターン層に形成され、接地面として作用する地板(3)と、
     前記誘電体基板の前記パターン層の一つであり、且つ前記第1パターン層とは誘電体層を挟んで対向する第2パターン層に形成された一つ以上のアンテナ部(4)と、
     を備え、
     前記アンテナ部は、
     予め設定されたパッチ配列方向に沿って配列された複数の導体パッチ(41)と、
     前記複数の導体パッチへの給電を行う給電線路(42)と、
     を備え、
     前記給電線路において、前記導体パッチ間を接続するパッチ間線路(422~428)は、前記パッチ配列方向に対して湾曲又は屈曲した構造を有する
     平面アンテナ
  2.  請求項1に記載の平面アンテナであって、
     前記複数の導体パッチのうち、互いに隣接した任意の二つを対象パッチペアとして、
     前記パッチ間線路(422、424~428)は、少なくとも一部が前記対象パッチペア間のスペースに配線された
     平面アンテナ
  3.  請求項2に記載の平面アンテナであって、
     前記対象パッチペアは、前記パターン層内で前記パッチ配列方向に対して直交する方向の両端部の互いに逆方向から給電を受けるように構成され、
     前記パッチ間線路(427)の線路長は、前記アンテナ部によって送受信される信号の管内波長をλg、nを0以上の整数として、(1/2+n)×λgに設定された
     平面アンテナ。
  4.  請求項2に記載の平面アンテナであって、
     前記対象パッチペアは、前記パターン層内で前記パッチ配列方向に対して直交する方向の両端部の互いに同方向から給電を受けるように構成され、
     前記パッチ間線路(422~426)の線路長は、前記アンテナ部によって送受信される信号の管内波長をλg、nを0以上の整数としてn×λgに設定された
     平面アンテナ。
  5.  請求項2に記載の平面アンテナであって、
     前記パッチ間線路(428)は、複数に分岐した後、合流する形状を有する
     平面アンテナ。
  6.  請求項2から請求項5までのいずれか1項に記載の平面アンテナであって、
     前記パッチ間線路(422~424,426,428)は、前記パッチ配列方向に対する傾斜角度が異なる複数の直線を組み合わせた形状を有する
     平面アンテナ。
  7.  複数のパターン層を有する誘電体基板(2,20)と、
     前記誘電体基板の前記パターン層の一つである第1パターン層に形成され、接地面として作用する地板(3)と、
     前記誘電体基板の前記パターン層の一つであり、且つ前記第1パターン層とは誘電体層を挟んで対向する第2パターン層に形成された一つ以上のアンテナ部(4)と、
     を備え、
     前記アンテナ部は、
     予め設定されたパッチ配列方向に沿って配列された複数の導体パッチ(41)と、
     前記複数の導体パッチへの給電を行う給電線路(42)と、
     を備え、
     前記給電線路において、前記導体パッチ間を接続するパッチ間線路(422~428)は、共振させるべき周波数に応じて、電界の伝搬経路が変化するように、前記パッチ配列方向に対して湾曲又は屈曲した構造を有する
     平面アンテナ。
  8.  請求項7に記載の平面アンテナであって、
     前記複数の導体パッチのうち、互いに隣接した任意の二つを対象パッチペアとして、
     前記パッチ間線路(422、424~428)は、少なくとも一部が前記対象パッチペア間のスペースに配線され、前記パッチ間線路に沿った経路だけでなく、前記パッチ間線路と前記導体パッチとを短絡する経路が、前記電界の伝搬経路となる構造を有する
     平面アンテナ。
  9.  請求項7に記載の平面アンテナであって、
     前記複数の導体パッチのうち、互いに隣接した任意の二つを対象パッチペアとして、
     前記パッチ間線路(422~428)は、前記パッチ間線路に沿った経路だけでなく、前記パッチ間線路の湾曲又は屈曲した部位をショートカットする経路が、前記電界の伝搬経路となる構造を有する
     平面アンテナ。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04122103A (ja) * 1990-09-12 1992-04-22 Omron Corp 平面アンテナ
JP2010161543A (ja) * 2009-01-07 2010-07-22 Denso Corp マイクロストリップアレーアンテナ
JP2016139950A (ja) * 2015-01-28 2016-08-04 日本電気株式会社 アレイアンテナ装置、通信装置およびアレイアンテナ構成方法
US20160372832A1 (en) * 2015-06-17 2016-12-22 Mando Corporation Array antenna and radar system for vehicles having the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04122103A (ja) * 1990-09-12 1992-04-22 Omron Corp 平面アンテナ
JP2010161543A (ja) * 2009-01-07 2010-07-22 Denso Corp マイクロストリップアレーアンテナ
JP2016139950A (ja) * 2015-01-28 2016-08-04 日本電気株式会社 アレイアンテナ装置、通信装置およびアレイアンテナ構成方法
US20160372832A1 (en) * 2015-06-17 2016-12-22 Mando Corporation Array antenna and radar system for vehicles having the same

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