JP2001044752A

JP2001044752A - マイクロストリップアレーアンテナ

Info

Publication number: JP2001044752A
Application number: JP2000054606A
Authority: JP
Inventors: Kunitoshi Nishikawa; 訓利西川; Hideo Iizuka; 英男飯塚; Toshiaki Watanabe; 俊明渡辺
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-02-16
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: US6424298B1; EP1058339A1; JP3306592B2

Abstract

(57)【要約】【課題】給電線路に対して傾斜した方向の偏波を得るこ
と。【解決手段】直線状に延びた給電ストリップ線路２３か
ら突出した１０個の放射アンテナ素子24a〜24jが形成さ
れている。給電ストリップ線路２３の一方の第１側辺２
３１には矩形形状の第１放射アンテナ素子24a〜24eが、
略４５度の向きに傾斜して突設されている。その間隔は
管内波長λ_gであり、その長さはλ_g／２である。線路２
３の他方の第２側辺２３２には、同様に、短冊形状の第
２放射アンテナ素子24f〜24jが第１放射アンテナ素子24
a〜24eに平行に配設されている。第１放射アンテナ素子
24a〜24eのそれぞれと、第２放射アンテナ素子24f〜24j
のそれぞれとの間隔は、λ_g／２である。放射アンテナ
素子24a〜24jは、その１つの頂角において、矩形の放射
アンテナ素子の短辺の長さＷの１／２以下の幅で、給電
ストリップ線路２３の側辺に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車に搭載する
レーダの送信及び受信アンテナに用いることができるマ
イクロストリップ導体を用いた平面アレーアンテナに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロストリップ導体を用いた
平面アレーアンテナに関して、U.S.P4063245が知られて
いる。そのアンテナは、図１８に示すように、一方の面
に接地導体層２が形成された誘電体基板１上に、直線状
に平行に伸びて一端が接続され他端が開放され列状に配
置されたマイクロストリップ線路３が形成されている。
各マイクロストリップ線路３には、それに対して横方向
に枝状に突出した複数のアンテナ素子4a〜4eが接続され
直線アレーが構成されている。各直線アレーのマイクロ
ストリップ線路３は給電ストリップ線路５に接続されそ
の合成信号は線路５の中心６から出力され、２次元のア
レーアンテナが構成されている。

【０００３】アンテナ素子4a〜4eは動作周波数における
マイクロストリップ線路を伝播する電波の波長λ_g（以
下、単に管内波長と言う）の間隔で配置され、その長さ
（接続点から開放端までの距離）はλ_gの約半分すなわ
ちλ_g／２に設定されている。また、アンテナ素子4a〜4
eはその幅を変えることで各素子の励振振幅を制御する
ことができるため、アンテナとして要求される指向特
性、即ち、利得やサイドローブのレベルなどを目的（仕
様）に応じたものにすることができる。例えば本図で
は、アンテナ素子4a、4e等の両端の素子ほど幅を狭く
し、励振振幅を小さくし、アンテナ素子4cのように中央
付近の素子の幅を広くすると共に、アンテナ素子4eを開
放終端７からλ_gの位置に配置することにより、定在波
励振を実現し、各直線アレーにおける全体の振幅分布を
中央付近程大きくなる山形とすることができる。この振
幅分布により低サイドローブ特性を実現できる。

【０００４】図１９は、他の従来例によるアレーアンテ
ナの構成を示した平面図である。前記従来例同様に直線
状のマイクロストリップ線路５３と、それに対して横方
向に枝状に突出した複数のアンテナ素子54a〜54tとでア
レーアンテナが構成されている。給電線路５３の一端は
入力／出力ポート５６に接続され、他端は整合終端素子
５８ａに接続され進行波励振を実現している。アンテナ
素子群54a〜54jは給電線路５３の一方の側辺に沿って管
内波長λ_g間隔で、直角方向に突出して給電線路５３に
接続されている。さらにアンテナ素子群54k〜54tは、給
電線路５３の他方の側辺に沿って管内波長λ_g間隔で、
直角方向に突出して給電線路５３に接続されている。ア
ンテナ素子群54a〜54jとアンテナ素子群54k〜54tのそれ
ぞれの給電線路５３に接続される位置はλ_g／２だけず
れている。

【０００５】以上のような構成により、一定線路長内の
アンテナ素子数を増加させることができ、比較的アレー
長の短いアンテナで進行波励振した際に効率低下の原因
となっていた終端に到達する残留電力を小さくすること
ができ、比較的アレー長の短い（図１９では約１０
λ_g）場合でも効率の良いアンテナを実現できる。ま
た、図１８、図１９に示した従来例では、アンテナ素子
4a〜4eや54aから54tは主にその開放端から電波を放射
し、即ち、近似的に磁気ダイポール素子とみることがで
き、マイクロストリップ線路３や５３と直交する方向に
偏波面をもつ。

【０００６】又、図２０に示すようにアンテナ素子を給
電線路に対して傾斜させ、且つ、両側のアンテナ素子の
給電線路との成す角を給電線路に対して±略４５度とす
ることで、円偏波を発生させるようにしたアンテナも知
られている。アンテナ素子74aと74dは、マイクロストリ
ップ線路の中心を通る線A-Aに対して、そのアンテナ形
状が対称でかつその間隔をλ_g／４ずらして配置されて
いる。すなわち、アンテナ素子74aが放射するマイクロ
ストリップ線路73に対して＋45度方向の電界Ｅaと、ア
ンテナ素子74ｄが放射するマイクロストリップ線路73に
対して−45度方向の電界Ｅｄとが９０度の位相差をもっ
て合成されることによって円偏波が放射され垂直な方向
に対し主ビームをもつ。

【０００７】さらに、J.P.Daniel,E.Penard,M.Nedelec
and J.P.Mutzig."Design of Low Cost Printed Antenna
Arrays,"Proc.ISAP,pp.121-124,Aug.1985.には、図２
１(a),(b)に示す構造のアレーアンテナが記載されてい
る。誘電体基板１０１、２０１上には、マイクロストリ
ップ線路１０３、２０３に１０個の正方形のマイクロス
トリップアンテナ素子１０４、２０４が角から給電され
るように接続されている。複数のマイクロストリップア
ンテナ素子１０４、２０４の配置は、マイクロストリッ
プ線路１０３、２０３の中央に形成された入出力端１０
２、２０２に対して左右線対称に配列されている。図２
１(a)では、各マイクロストリップアンテナ素子１０４
はマイクロストリップ線路１０３の管内波長λ_gの間隔
でマイクロストリップ線路１０３の一方の側辺に接続さ
れ、各接続点の前（入出力端１０２に近い側）にはλ_g
／４の長さを持つインピーダンス変換器１０５が形成さ
れている。また、図２１(b)では、各マイクロストリッ
プアンテナ素子２０４はマイクロストリップ線路２０３
の管内波長λ_gの半分の間隔で給電線路２０３の両側の
側辺に交互に接続され、各接続点の前（入出力端２０２
に近い側）にはλ_g／４の長さを持つインピーダンス変
換器２０５が形成されている。

【０００８】以上のような構成とすることにより、図２
１(a)では各マイクロストリップアンテナ素子１０４に
直交するTM₀₁,TM₁₀モードの縮退モードが励振され、合
成偏波として給電線路１０３と直角な方向に偏波した電
波を発生する。同様に、図２１(b)においても、給電線
路２０３と直角な方向に偏波した電波を発生する。ま
た、図２１(a)，(b)ではインピーダンス変換器１０５，
２０５の変換インピーダンスを調整することにより、そ
れぞれ各マイクロストリップアンテナ素子１０４，２０
４の励振振幅を制御し所望の指向性特性を得ることが可
能である。さらに、図２１(b)のような配列にすること
により、マイクロストリップアンテナ素子２０４ａと２
０４ｂの主偏波（給電線路２０３と直角方向の偏波）と
直交する偏波交差成分がそれぞれ逆相で励振され相互に
打ち消し合い、交差偏波レベルを低くすることができ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したマイクロスト
リップアレーアンテナは薄型でかつ生産性に優れている
という特徴を有しており、マイクロ波帯において多くの
システムに応用されている。また、ミリ波帯において
は、衝突防止やACC(Adaptive Cruise Control)のための
センサーとしての車載レーダなどに応用される。

【００１０】車載レーダでは、前方より走行してくるレ
ーダを搭載した対向車からの放射電波との干渉を避ける
ため、地面に対して斜め４５度方向の直線偏波を使用す
る必要がある。しかしながら、従来の構成では、定在波
励振型、進行波励振型に関わらず、アンテナ素子が給電
線路から垂直に延伸した構造であるので、マイクロスト
リップ線路と直角な方向の偏波しか発生することができ
ない。すなわち、所望の偏波方向が得られない。また、
上述したように、アンテナ素子をマイクロストリップ線
路に対して対称な角度で両側に斜め方向に配置する方法
も提案されているが、これは円偏波を発生させるもので
あり、このような配置では直線偏波を発生させることが
できない。

【００１１】また、図２１に示すマイクロストリップア
ンテナ素子を用いるものは、マイクロストリップアンテ
ナ素子の角で給電して、図２２(a)に示すように、縮退
モードを発生しており、等価的には図２２(b)に示す素
子と同じ動作となる。したがって、図１８、１９のアレ
ーアンテナと同様に給電線路に直角な方向の偏波しか発
生させることができない。また、各マイクロストリップ
アンテナ素子の励振振幅の制御をマイクロストリップ線
路に挿入されたインピーダンス変換器で行うためインピ
ーダンスが低い場合には線路幅が太くなり、マイクロス
トリップアンテナ素子配列の妨げになる。また、インピ
ーダンスが高い場合には線路幅が細くなり、製造上の限
界から製作できないなどの問題点もある。

【００１２】本発明は上記した課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、マイクロストリップ線
路に対して傾斜した方向の偏波を得ることを可能とする
ことである。また、他の目的は、反射特性に優れ放射効
率の良いマイクロストリップアレーアンテナを提供する
ことである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項１の発明の構成は、背面に導体の接地板が形成
された誘電体基板と、その誘電体基板上に形成されたス
トリップ導体とから形成されたマイクロストリップアレ
ーアンテナにおいて、ストリップ導体は、線状に配設さ
れた給電ストリップ線路と、給電ストリップ線路の両側
辺のうち少なくとも一方の第１側辺に沿って所定間隔
で、電界放射エッジ線が給電ストリップ線路の長さ方向
に対して０度（平行）でない角度を成すように、その側
辺から接続配列された複数の放射アンテナ素子とから成
り、各放射アンテナ素子は、長さが予め設定された動作
周波数における給電ストリップ線路を伝播する電波波長
の概１／２の整数倍であり、幅が所望の指向特性を提供
するように予め設定された各放射アンテナ素子の励振振
幅の位置に関する分布に対応した幅の分布を有し、一端
が給電ストリップ線路と接続され他端が開放されたスト
リップ導体で構成されることを特徴とする。

【００１４】請求項２の発明は、放射アンテナ素子をそ
の幅が長さよりも小さい短冊形状としたことを特徴とす
る。

【００１５】請求項３の発明は、放射アンテナ素子を矩
形形状とし、その矩形形状の１つの頂角付近でのみ給電
ストリップ線路に接続したことを特徴とする。

【００１６】請求項４の発明は、放射アンテナ素子は、
幅の分布において、放射アンテナ素子の幅を狭くする領
域では、根元部から同一幅で給電ストリップ線路に接続
され幅が長さよりも小さい短冊形状をした素子とし、放
射アンテナ素子の幅を広くする領域では、頂角付近での
み給電ストリップ線路に接続された矩形形状の素子とし
たことを特徴とする。

【００１７】請求項５の発明は、短冊形状の放射アンテ
ナ素子は、幅の分布において、幅が動作周波数の自由空
間波長に対して略０．０７５倍よりも小さい範囲におい
て用いられ、矩形形状の放射アンテナ素子は、幅の分布
において、幅が動作周波数の自由空間波長に対して略
０．０７５倍以上の範囲において用いられることを特徴
とする。

【００１８】請求項６の発明は、放射アンテナ素子の電
界放射エッジ線は、給電ストリップ線路に対して略４５
度をなすことを特徴とする。

【００１９】請求項７の発明は、放射アンテナ素子を長
さと幅とが異なる矩形形状としたことを特徴とする。

【００２０】請求項８の発明は、放射アンテナ素子の給
電ストリップ線路に接続される頂角をなす辺を、給電ス
トリップ線路と略４５度を成すようにしたことを特徴と
する。

【００２１】請求項９の発明は、放射アンテナ素子を、
給電ストリップ線路の第１側辺に沿って形成された第１
放射アンテナ素子と、その第１放射アンテナ素子と同様
に構成されて、それに略平行に前記給電ストリップ線路
の他方の側辺である第２側辺に沿って形成された第２放
射アンテナ素子とで構成したことを特徴とする。

【００２２】請求項１０の発明は、放射アンテナ素子
を、給電ストリップ線路の第１側辺に沿って形成された
第１放射アンテナ素子が放射する電界方向と、他方の側
辺である第２側辺に沿って形成された第２放射アンテナ
素子が放射する電界方向とが略平行となるようにしたこ
とを特徴とする。

【００２３】請求項１１の発明は、第２放射アンテナ素
子のそれぞれは、第１放射アンテナ素子のそれぞれが給
電ストリップ線路に沿って配列されている間隔の略中点
に配置さるようにしたことを特徴とする。

【００２４】

【発明の作用及び効果】複数の放射アンテナ素子を給電
ストリップ線路の両側辺のうち少なくとも一方の第１側
辺に沿って所定間隔で、電界放射エッジ線が給電ストリ
ップ線路の長さ方向に対して０度（平行）でない角度を
成すようにその側辺に接続して配列したので、電界放射
エッジ線に直交する向きの電界は、給電ストリップ線路
に対して直交ではなく斜めに傾斜した方向に向いた偏波
を生成することができる。これにより、自動車のレーダ
のアンテナとして使用した場合において、対向車からの
電波を受信することがない。また、放射アンテナ素子の
幅を所定の励振振幅に対応させて変化せることで、所望
の指向性を持たせることができる。尚、放射アンテナ素
子の電界放射エッジ線とは、放射アンテナ素子の輪郭線
の一部であって、放射する電界の向きと直交する辺を言
う。

【００２５】請求項２の発明では、放射アンテナ素子の
幅をその長さよりも小さい短冊形状としたことで、単一
モードの偏波を得ることができる。

【００２６】請求項３の発明では、放射アンテナ素子を
矩形形状とし、その１つの頂角付近でのみ給電ストリッ
プ線路に接続した構造としたので、長さ方向の平行な両
辺の長さが略同一となり、これにより長さ方向に偏波し
た単一モードの電波を得ることができ、交差偏波レベル
の低い指向特性が得られる。よって、自動車のレーダの
アンテナとして使用した場合において、対向車からの電
波を受信することがない。また、各放射アンテナ素子の
反射量を小さく抑えられるため、アレーアンテナの放射
効率又は受信感度を高くすることができる。また、放射
アンテナ素子の幅を給電ストリップ線路上の位置によっ
て変化せることで、所望の指向性を持たせることができ
る。

【００２７】請求項４の発明によれば、指向性を持たせ
るために給電ストリップ線路に沿って要求される放射ア
ンテナ素子の幅が変化するが、即ち、幅は給電ストリッ
プ線路に沿った位置の関数で分布しているが、この要求
される幅に応じて放射アンテナ素子の形状と給電ストリ
ップ線路に対する接続形状とを変化させることで、各素
子での反射の小さなアレーアンテナが実現できる。よっ
て、放射効率又は受信感度の高いアレーアンテナ素子を
製造することができる。

【００２８】請求項５の発明によれば、幅の分布におい
て、幅が動作周波数の自由空間波長に対して略０．０７
５倍よりも小さい範囲においては短冊形状の放射アンテ
ナ素子を用い、幅が動作周波数の自由空間波長に対して
略０．０７５倍以上の範囲においては、矩形形状の放射
アンテナ素子を用いることより、反射特性の良い放射ア
ンテナ素子となり、要求される様々な指向特性を達成で
きかつ効率の良いアレーアンテナを製造することができ
る。

【００２９】請求項６の発明では、放射アンテナ素子の
電界放射エッジ線を、給電ストリップ線路に対して略４
５度をなす方向としたので、給電ストリップ線路に対し
て略４５度の方向を向いた偏波を生成することができ
る。これにより、給電ストリップ線路を地面に対して垂
直に配置して自動車のレーダのアンテナとして使用した
場合において、対向車からの電波を受信を最も効率良く
排除することができる。

【００３０】請求項７の発明によれば、放射アンテナ素
子を長さと幅の異なる矩形形状、即ち、長方形とするこ
とで、他のモードの励振をいっそう抑圧することがで
き、容易に単一モードとすることができる。

【００３１】請求項８の発明によれば、放射アンテナ素
子が給電ストリップ線路と接続する部分である頂角をな
す辺が給電ストリップ線路の長さ方向に対して略４５度
を成すようにしているので、偏波方向を略４５度とする
ことができ、請求項６と同様な効果を奏する。

【００３２】請求項９の発明によれば、給電ストリップ
線路の両側に、長さ方向の向きを同じとする放射アンテ
ナ素子が配列されているので、電波の放射能力を向上さ
せ、受信感度を向上させることができる。又、請求項１
０の発明においても、第１放射アンテナ素子と第２放射
アンテナ素子による電波の偏波方向が同一となるため、
電波の放射能力と受信感度とを向上させることができ
る。

【００３３】請求項１１の発明によれば、両側の放射ア
ンテナ素子が給電ストリップ線路に沿って交互に等間隔
で配置されているので、効率の良い電波の放射及び受信
が可能となり、所望の指向特性を向上させることができ
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図１は主として請求項１，２，６，
９，１０に記載する発明に関する望ましい実施態様（第
１実施例）に係るマイクロストリップアレーアンテナ１
０の構成を示す斜視図、図２(a)は同平面図、図２(b)は
(a)のA-A断面図である。一方の面に接地導体層(接地板)
１１が形成された誘電体基板１２上に、直線状に延びた
給電ストリップ線路１３と、その線路１３から突出した
１０個の放射アンテナ素子14a〜14jとが形成されてい
る。

【００３５】給電ストリップ線路１３の一方の第１側辺
１３１には、誘電体基板１２上において短冊形状の第１
放射アンテナ素子群14a〜14eが、略４５度の向きに傾斜
して突設されている。その間隔ｄは、例えば動作周波数
における給電ストリップ線路１３の管内波長λ_gであ
り、その長さ（接続点中央ｐから開放端ｑまでの距離）
は管内波長λ_gの約半分に設定されている。突設された
放射アンテナ素子群14aから14eの開放端の１辺はすべて
平行であり給電ストリップ線路に対して略＋４５度をな
している。さらに給電ストリップ線路１３の他方の第２
側辺１３２には、同様に、短冊形状の第２放射アンテナ
素子群14f〜14jが第１放射アンテナ素子群14a〜14eに平
行に配設され、開放端の１辺はすべて平行であり給電ス
トリップ線路に対して略−１３５度をなし、第１放射素
子群の開放端の１辺とは平行である。第１放射アンテナ
素子群14a〜14eのそれぞれと、第２放射アンテナ素子群
14f〜14jのそれぞれとは、例えばｄ／２だけずらして配
置される。電界放射エッジ線は、各放射素子の輪郭エッ
ジ線の一辺であり、辺Ｋがこの電界放射エッジ線に当た
る。尚、他の辺Ｒを電界放射エッジ線とすることもでき
る。どちらが電界放射エッジ線となるかは、動作周波数
により異なる。放射電波の電界方向はこの電界放射エッ
ジ線に直交する方向となる。

【００３６】入力端１５から入力された電力は、その一
部が突設された放射アンテナ素子14a、14f、14b…に順
次結合して放射され、その残された電力は進行方向（図
２の右方向）に伝播し徐々に減衰し、その残留電力が終
端１６に到達する。この動作の様子を放射アンテナ素子
１４単体について、模式的にあらわしたものを図３に示
す。入力端（図中の左側）から入力された電力は、その
一部がアンテナ素子１４に結合し放射され、残された電
力の大部分は出力端（図中の右側）に透過する。また、
インピーダンス不整合により、その一部の電力が反射さ
れ入力端へもどる。すなわち、アンテナ素子からの放射
量は、放射量＝入力−透過量−反射量という式で表さ
れ、放射アンテナ素子の入力に対する透過・反射量が求
まれば一意に求まる。なお、反射が放射や透過など比べ
極めて小さい場合は放射量≒入力−透過量となり、透過
量のみが求まれば放射量が一意に求まる。ここで、本発
明による放射アンテナ素子１４の横幅を変えたときの透
過量および反射量の変化を求めたものをそれぞれ図４お
よび図５に示す。図４の横軸は放射アンテナ素子１４の
横幅をあらわし動作周波数における自由空間波長λで規
格化した値である。また縦軸は出力端への透過量を入力
に対する比で表したものである。図５の横軸は、同様に
放射アンテナ素子１４の横幅をあらわし動作周波数にお
ける自由空間波長λで規格化した値である。また縦軸は
入力端への反射量を入力に対する比で表したものであ
る。また、上述の式より、放射アンテナ素子の放射量を
求めたものを図６に示す。この図を用い必要となる放射
アンテナ素子の励振振幅（放射量）に対する、放射アン
テナ素子の幅を決定することができる。例えば放射量１
０％が必要とされるとき、放射アンテナ素子の幅を０．
１３λとすればよい。図１に示したアレーアンテナの設
計では、予め決定された各放射アンテナ素子の所定の励
振振幅（放射量）に応じて、各々の放射アンテナ素子の
横幅を決定することにより、所望の指向性を実現するこ
とができる。また、図７(a)に示すように終端１６に
は、残留電力を吸収するための整合終端素子６１を設け
たり、有効に電力を放射させるために、例えばマイクロ
ストリップアンテナ素子６２などを設けても良い。

【００３７】以上のような構成により、各放射アンテナ
素子の幅を変えることで各素子の励振振幅（放射量）を
制御することができるため、アンテナとして要求される
指向特性、すなわち利得やサイドローブのレベルなどを
目的（仕様）に応じたものにすることができる。また、
放射アンテナ素子14a〜14jは主にその開放端から、給電
ストリップ線路１３に対し斜め４５度の方向(図２中の
矢印Ｅ方向)に偏波面をもつ電波を放射し又は受信する
ため、このような直線状の給電ストリップ線路１３を用
いることにより斜め４５度に向いた偏波面を有するアレ
ーアンテナを実現できる。

【００３８】尚、放射アンテナ素子14a〜14jの幅が広く
なった場合、図８に示すように、給電ストリップ線路１
３に沿った前後の辺の長さLl,Lrが大きく異なる場合が
ある。このような場合には、インピーダンス不整合や不
要となる高次のモードが発生すると考えられる。

【００３９】図５に示したごとく、横幅が広くなるにつ
れ入力端への反射量が増大し反射特性が悪化していく。
すなわち、相対的に横幅が広い放射アンテナ素子１４が
多く使用されるアレーアンテナでは、反射が大きくなる
ため個々の放射アンテナ素子が有効に動作しなくなるた
めに、全体としての放射効率が悪化するという問題があ
る。

【００４０】また、高次のモードが発生した場合には、
交差偏波レベルの上昇、利得の低下、指向性パターンの
乱れなどのさらなる特性劣化を引き起こす可能性があ
る。

【００４１】そこで、このような問題を解消するため
に、次の第２実施例の構造が有効である。図９は主とし
て請求項１，３〜１１に記載の発明に関する望ましい実
施態様（第２実施例）によるマイクロストリップアレー
アンテナ２０の構成を示す斜視図、図１０(a)は同平面
図、図１０(b)は(a)のA-A断面図、図１１は図１０(a)の
Ｂ部の拡大図である。一方の面に接地導体層２１が形成
された誘電体基板２２上に、直線状に延びた給電ストリ
ップ線路２３と、その線路２３から突出した１０個の放
射アンテナ素子24a〜24jとが形成されている。

【００４２】給電ストリップ線路２３の一方の第１側辺
２３１には、基板２２上において矩形形状の第１放射ア
ンテナ素子群24a〜24eが、略４５度の向きに傾斜して突
設されている。その間隔は、動作周波数における給電ス
トリップ線路２３の管内波長λ_gであり、その長さは
（接続点中央ｐから開放端ｑまでの距離）管内波長λ_g
の約半分に設定されている。突設された放射素子群24a
から24eの開放端の１辺はすべて平行であり給電ストリ
ップ線路に対して略＋４５度をなしている。さらに給電
ストリップ線路２３の他方の第２側辺２３２には、同様
に、短冊形状の第２放射アンテナ素子群24f〜24jが第１
放射アンテナ素子群24a〜24eに平行に配設されている。
開放端の１辺はすべて平行であり給電ストリップ線路に
対して略−１３５度をなし、第１放射素子群の開放端の
１辺とは平行である。第１放射アンテナ素子群24a〜24e
のそれぞれと、第２放射アンテナ素子群24f〜24jのそれ
ぞれと、例えばｄ／２だけずらして配置される。

【００４３】放射アンテナ素子24a〜24jは、図１１に示
すように、その１つの頂角において、矩形の放射アンテ
ナ素子の短辺の長さＷの約１／２以下の幅で、給電スト
リップ線路２３の側辺に接続されている。

【００４４】図１２は第２実施例による放射アンテナ素
子２４の横幅を変えたときの反射特性を示す。前述の第
１実施例による放射アンテナ素子１４の特性も合わせて
示す。ここで、横軸は放射アンテナ素子１４、２４の横
幅をあらわし動作周波数における自由空間波長λで規格
化した値である。また縦軸は入力端への反射量を入力に
対する比で表したものである。このように、第２実施例
の放射アンテナ素子２４では、横幅が大きくなっても入
力端への反射量が増大せず反射特性がほとんど悪化しな
い。すなわち、横幅が広い放射アンテナ素子２４が多く
使用されるアレーアンテナにおいても、個々の放射アン
テナ素子が有効に動作しているため、極めて放射効率の
良いアレーアンテナを実現できる。

【００４５】入力端２５から入力された電力は、矩形の
放射アンテナ素子24a、24f、24b、…に順次結合し放射
され、その残された電力は進行方向（図１０中の右方
向）に伝播し徐々に減衰し、その残留電力が終端２６に
到達する。本実施例によるアレーアンテナでは、上述の
第１実施例と同様に、放射アンテナ素子２４a〜２４ｊ
の幅を変えることにより各素子に分配される励振振幅
（放射量）を制御し、所望の指向特性を得ることができ
る。放射アンテナ素子の幅と放射量との関係は、幅が大
きいほど結合度が大きくなり放射量が大きくなる（図１
３）。ここで、図１１における放射アンテナ素子の幅Ｗ
は、長さＬと一致しない寸法、すなわち幅Ｗ＜長さＬと
しなければならない。ただし、放射アンテナ素子が物理
的に大きくなって隣接素子に接触するなどの悪影響を及
ぼさない範囲に限って素子幅Ｗ＞長さＬでも良い。

【００４６】また、図１０(a)に示すように終端２６に
は、第１実施例と同様に図７(a)に示すように、残留電
力を吸収するための整合終端素子６１を設けたり、図７
(b)に示すように、有効に電力を放射させるためのマイ
クロストリップアンテナ素子６２などを設けても良い。
以上のような構成により、各放射アンテナ素子の幅を変
えることで各素子の励振振幅を制御することができるた
め、アンテナとして要求される指向特性、すなわち利得
やサイドローブのレベルなどを目的（仕様）に応じたも
にすることができる。また、放射アンテナ素子24a〜24j
は、給電ストリップ線路２３に対して斜め４５度の方向
（図１０中の矢印Ｅ方向）に偏波面を持つ電波を放射又
は受信することができる。このように、交差偏波特性に
優れ、給電ストリップ線路２３に対して斜め４５度方向
に偏波面を有するアレーアンテナを実現することができ
る。

【００４７】図１４は主として請求項４、５，９〜１１
に係る発明の望ましい実施態様（第３実施例）によるマ
イクロストリップアレーアンテナ３０の構成を示す斜視
図、図１５(a)は同平面図、図１５(b)は(a)のA-A断面図
である。給電ストリップ線路３３の一方の第１側辺３３
１には、誘電体基板３２上において短冊あるいは矩形形
状が混在する第１放射アンテナ素子群34a〜34eが、略４
５度の向きに傾斜して突設されている。その間隔は、例
えば動作周波数における給電ストリップ線路３３の管内
波長λ_gであり、その長さ（接続点中央ｐから開放端ｑ
または接続点ｐ'から開放端ｑ'までの距離）は管内波長
λ_gの約半分に設定されている。突設された放射素子群3
4aから34eの開放端の１辺はすべて平行であり給電スト
リップ線路に対して略＋４５度をなしている。さらに給
電ストリップ線路３３の他方の第２側辺３３２には、同
様に、短冊あるいは矩形形状が混在する第２放射アンテ
ナ素子群34f〜34jが第１放射アンテナ素子群34a〜34eに
平行に配設され、開放端の１辺はすべて平行であり給電
ストリップ線路に対して略−１３５度をなし、第１放射
素子群の開放端の１辺とは平行である。第１放射アンテ
ナ素子群34a〜34eのそれぞれと、第２放射アンテナ素子
群34f〜34jのそれぞれとの間隔は、例えばλ_g／２であ
る。ここで、放射アンテナ素子34a〜34jの形状は、所望
の指向特性を得るために設計された各放射アンテナ素子
の励振振幅（放射量）を満たすため、それに対応する放
射アンテナ素子の幅が決定されたとき、図１２に示した
反射特性が良好な素子が選択される。すなわち、幅が約
０.０７５λ以下では第１の発明の放射アンテナ素子を
用い、幅が約０．０７５λ以上では第２の放射アンテナ
素子を用いる。たとえば、図１５に示した本実施例で
は、C-Cがその境界線に当たり、境界線の左側では第１
実施例による放射アンテナ素子を用い、境界線の右側で
は第２実施例による放射アンテナ素子を用いている。以
上のような構成とすることにより、比較的弱い結合から
強い結合まで広い範囲にわたる励振振幅（放射量）に対
して反射特性の良い放射アンテナ素子を提供することが
でき、要求される様々な指向特性を達成できかつ効率の
良いアレーアンテナを実現できる。

【００４８】図１６は、本願発明の第４実施例によるマ
イクロストリップアレーアンテナ４０の構成を示す斜視
図、図１７(a)は同平面図、図１７(b)は(a)のA-A断面図
である。給電ストリップ線路４３の一方の第１側辺４３
１には、誘電体基板４２上において短冊あるいは矩形形
状が接触または非接触で混在する第１放射アンテナ素子
群44a〜44eが、略＋４５度の向きに傾斜して突設されて
いる。その間隔は、例えば動作周波数における給電スト
リップ線路４３の管内波長λ_gであり、その長さ（接続
点中央ｐから開放端ｑまたは接続点ｐ'から開放端ｑ'ま
たは両開放端ｒからｓまでの距離）は管内波長λ_gの約
半分に設定されている。突設された放射素子群44aから4
4eの開放端の１辺はすべて平行であり給電ストリップ線
路４３に対して略＋４５度をなしている。さらに給電ス
トリップ線路４３の他方の第２側辺４３２には、同様
に、短冊あるいは矩形形状が接触または非接触で混在す
る第２放射アンテナ素子群44f〜44jが第１放射アンテナ
素子群44a〜44eに平行に配設され、開放端の１辺はすべ
て平行であり給電ストリップ線路に対して略−１３５度
をなし、第１放射素子群の開放端の１辺とは平行であ
る。第１放射アンテナ素子群44a〜44eのそれぞれと、第
２放射アンテナ素子群44f〜44jのそれぞれとの間隔は、
例えばλ_g／２である。ここで、放射アンテナ素子44a〜
44jは、所望の指向特性を得るために設計された各放射
アンテナ素子の励振振幅（放射量）の範囲が約２％以上
の場合には、それに対応する放射アンテナ素子の幅が決
定されたとき、図１２に示した反射特性が良好な素子形
状が選択される。すなわち、幅が約０.０７５λ以下で
は第１実施例の放射アンテナ素子を用い、幅が約０．０
７５λ以上では第２の発明の放射アンテナ素子を用い
る。一方、励振振幅（放射量）の範囲が約２％未満の場
合には、放射アンテナ素子形状を第２実施例である矩形
形状とし、給電ストリップ線路と非接触とし所定間隔ｇ
離して配置してある。前記間隔ｇと励振振幅（放射量）
との関係は間隔ｇが大きくなるほど放射量は減少する。
また、前記間隔が同一の場合では幅が大きくなるほど放
射量は増加する。この間隔と幅は、所要の励振振幅（放
射量）を満足していれば、製造上の寸法精度の制限など
の都合に応じて適宜自由に設定することができる。たと
えば、図１７に示した本実施例では、C-C，D-Dがその境
界線に当たり、境界線C-Cの左側では非接触の放射アン
テナ素子を用い、境界線C-CとD-Dの間では第１実施例に
よる放射アンテナ素子を用い、境界線D-Dの右側では第
２実施例による放射アンテナ素子を用いている。以上の
ような構成とすることにより、極めて小さい励振振幅
（放射量）を得ることができ、比較的素子数が多く各素
子の励振振幅が小さなアレーアンテナや、アレー両端の
励振振幅を小さく抑えた低サイドローブのアレーアンテ
ナを実現できる。

【００４９】上記いずれの実施例においても、給電スト
リップ線路の幅を一定としたが、図２３に示すように，
その幅を変化させても良い（３０３ａ〜３０３ｄ）。こ
れにより、放射量の制御範囲をさらに広くすることがで
きる。又、上記いずれの実施例においても、放射アンテ
ナ素子を給電ストリップ線路の両側にλ_g/２の間隔で設
けたが、図２４に示すように、各放射アンテナ素子３１
４ａ〜３１４ｃからλ_g/４の位置に、さらに放射アンテ
ナ素子３１５ａ〜３１５ｃを設けても良い、これによ
り、λ_g/４の間隔で配置された２つの放射アンテナ素子
（ペア素子）の反射量を小さく抑えることができる。こ
れは、ペア素子を構成する２つの放射アンテナ素子（例
えば３１４ｂと３１５ｂ）の反射位相が逆相となり、両
反射が互いに打ち消すためである。従って、アレーアン
テナの反射量をさらに小さく抑えることができるので、
放射効率又は受信感度の高いアレーアンテナを実現でき
る。又、上記いずれの実施例においても、誘電体基板
の、放射アンテナ素子を設けた面とは反対の面にはグラ
ンドを設けたが、図２５に示すように、そのグランドを
取り除き、上記放射アンテナ素子３２４ａ、３２４ｂと
略同一な面積で、一定の深さを有するキャビティ３２５
ａ、３２５ｂが備えられた金属筐体３２１を設けてもよ
い。これにより、さらに放射効率又は受信感度の高いア
レーアンテナを実現できる。又、上記いずれの実施例に
おいても、給電線路としてストリップ線路を用いたが、
他の線路を給電線路として用いても良い。図２６は、２
本のストリップ線路３３３ａ、３３３ｂが一定の間隙３
３５で平行に配置されたコプレーナストリップ線路を給
電線路としたアレーアンテナである。また、図２７は、
ストリップ線路３４３とグランド３４１ａ、３４１ｂが
一定の間隙３４５ａ、３４５ｂで同一面に配置されたコ
プレーナ線路を給電線路としたアレーアンテナである。
なお、図２７では、スロット３４４ａ、３４４ｂを放射
素子とした。又、上記いずれの実施例においても、放射
アンテナ素子は給電ストリップ線路の両側に設けたが、
少なくとも一方の側に設けたものでも良い。又、放射ア
ンテナ素子の長さ、間隔は、管内波長λ_gとの関係にお
いてアンテナの特性によって決定されるものである。上
述した長さの整数倍も使用することができる。又、給電
ストリップ線路に接続される放射アンテナ素子の数は任
意である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るマイクロストリップ
アレーアンテナの構成を示した斜視図。

【図２】第１実施例に係るマイクロストリップアレーア
ンテナの平面図と断面図。

【図３】本発明のマイクロストリップアレーにおける放
射アンテナ素子の動作を示す原理図。

【図４】第1実施例に係るマイクロストリップアレーア
ンテナの放射アンテナ素子の特性を表す図。

【図５】第1実施例に係るマイクロストリップアレーア
ンテナの放射アンテナ素子の特性を表す図。

【図６】第1実施例に係るマイクロストリップアレーア
ンテナの放射アンテナ素子の特性を表す図。

【図７】第１実施例に係るマイクロストリップアレーア
ンテナの給電ストリップ線路の終端部分を示した平面
図。

【図８】第１実施例に係るマイクロストリップアレーア
ンテナにおいて問題点が発生する寸法関係の詳細を示し
た平面図。

【図９】本発明の第２実施例に係るマイクロストリップ
アレーアンテナの構成を示した斜視図。

【図１０】第２実施例に係るマイクロストリップアレー
アンテナの平面図と断面図。

【図１１】第２実施例に係るマイクロストリップアレー
アンテナの寸法関係の詳細を示した平面図。

【図１２】第２実施例に係るマイクロストリップアレー
アンテナの放射アンテナ素子の特性を表す図。

【図１３】第２実施例に係るマイクロストリップアレー
アンテナの放射アンテナ素子の特性を表す図。

【図１４】本発明の第３実施例に係るマイクロストリッ
プアレーアンテナの構成を示した斜視図。

【図１５】第３実施例に係るマイクロストリップアレー
アンテナの平面図と断面図。

【図１６】本発明の第４実施例に係るマイクロストリッ
プアレーアンテナの構成を示した斜視図。

【図１７】第４実施例に係るマイクロストリップアレー
アンテナの平面図と断面図。

【図１８】従来例に係るマイクロストリップアレーアン
テナの斜視図。

【図１９】他の従来例に係るマイクロストリップアレー
アンテナの平面図。

【図２０】他の従来例に係るマイクロストリップアレー
アンテナの平面図。

【図２１】他の従来例に係るマイクロストリップアレー
アンテナの平面図。

【図２２】従来例に係るマイクロストリップアレーアン
テナの動作原理を示した説明図。

【図２３】本発明の変形例に係る給電ストリップ線路の
幅を変化させたマイクロストリップアレーアンテナの平
面図。

【図２４】本発明の変形例に係る放射アンテナ素子をペ
ア素子としたマイクロストリップアレーアンテナの平面
図。

【図２５】本発明の変形例に係るキャビティを設けたマ
イクロストリップアレーアンテナの斜視図。

【図２６】本発明の変形例に係るコプレーナストリップ
線路を給電線路としたマイクロストリップアレーアンテ
ナの斜視図。

【図２７】本発明の変形例に係るコプレーナ線路を給電
線路としたマイクロストリップアレーアンテナの斜視
図。

【符号の説明】

１０，２０，３０，４０…マイクロストリップアレーア
ンテナ１１，２１，３１，４１…接地導体層(接地板) １２，２２，３２，４２…誘電体基板１３，２３，３３，４３…給電ストリップ線路１４ａ〜１４ｊ…放射アンテナ素子２４ａ〜２４ｊ…放射アンテナ素子３４ａ〜３４ｊ…放射アンテナ素子４４ａ〜４４ｊ…放射アンテナ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺俊明愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】背面に導体の接地板が形成された誘電体
基板と、その誘電体基板上に形成されたストリップ導体
とから形成されたマイクロストリップアレーアンテナに
おいて、前記ストリップ導体は、線状に配設された給電ストリッ
プ線路と、前記給電ストリップ線路の両側辺のうち少な
くとも一方の第１側辺に沿って所定間隔で、電界放射エ
ッジ線が給電ストリップ線路の長さ方向に対して０度
（平行）でない角度を成すように、その側辺から接続配
列された複数の放射アンテナ素子とから成り、前記各放射アンテナ素子は、長さが予め設定された動作
周波数における前記給電ストリップ線路を伝播する電波
波長の概１／２の整数倍であり、幅が所望の指向特性を
提供するように予め設定された各放射アンテナ素子の励
振振幅の位置に関する分布に対応した幅の分布を有し、
一端が前記給電ストリップ線路と接続され他端が開放さ
れたストリップ導体で構成されることを特徴とするマイ
クロストリップアレーアンテナ。
【請求項２】前記放射アンテナ素子は幅がその長さよ
りも小さい短冊形状であることを特徴とする請求項１に
記載のマイクロストリップアレーアンテナ。
【請求項３】前記放射アンテナ素子は矩形形状であ
り、その矩形形状の１つの頂角付近でのみ前記給電スト
リップ線路に接続されることを特徴とする請求項１又は
請求項２に記載のマイクロストリップアレーアンテナ。
【請求項４】前記放射アンテナ素子は、前記幅の分布
において、前記放射アンテナ素子の前記幅を狭くする領
域では、根元部から同一幅で前記給電ストリップ線路に
接続され前記幅が前記長さよりも小さい短冊形状をした
素子とし、前記放射アンテナ素子の前記幅を広くする領
域では、頂角付近でのみ前記給電ストリップ線路に接続
された矩形形状の素子としたことを特徴とする請求項１
に記載のマイクロストリップアレーアンテナ。
【請求項５】前記短冊形状の放射アンテナ素子は、幅
の分布において、幅が動作周波数の自由空間波長に対し
て略０．０７５倍よりも小さい範囲において用いられ、
前記矩形形状の放射アンテナ素子は、幅の分布におい
て、幅が動作周波数の自由空間波長に対して略０．０７
５倍以上の範囲において用いられることを特徴とする請
求項４に記載のマイクロストリップアレーアンテナ。
【請求項６】前記放射アンテナ素子の前記電界放射エ
ッジ線は、前記給電ストリップ線路に対して略４５度を
なすことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか
１項に記載のマイクロストリップアレーアンテナ。
【請求項７】前記放射アンテナ素子は長さと幅とが異
なる矩形形状であることを特徴とする請求項３に記載の
マイクロストリップアレーアンテナ。
【請求項８】前記放射アンテナ素子の前記給電ストリ
ップ線路に接続される頂角をなす辺は、前記給電ストリ
ップ線路と略４５度を成すことを特徴とする請求項３乃
至請求項７のいずれか１項に記載のマイクロストリップ
アレーアンテナ。
【請求項９】前記放射アンテナ素子は、前記給電スト
リップ線路の第１側辺に沿って形成された第１放射アン
テナ素子と、その第１放射アンテナ素子と同様に構成さ
れて、それに略平行に前記給電ストリップ線路の他方の
側辺である第２側辺に沿って形成された第２放射アンテ
ナ素子とから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項
８のいずれか１項に記載のマイクロストリップアレーア
ンテナ。
【請求項１０】前記放射アンテナ素子は、前記給電ス
トリップ線路の第１側辺に沿って形成された第１放射ア
ンテナ素子が放射する電界方向と、他方の側辺である第
２側辺に沿って形成された第２放射アンテナ素子が放射
する電界方向とが略平行であることを特徴とする請求項
９に記載のマイクロストリップアレーアンテナ。
【請求項１１】前記第２放射アンテナ素子のそれぞれ
は、前記第１放射アンテナ素子のそれぞれが前記給電ス
トリップ線路に沿って配列されている間隔の略中点に配
置されていることを特徴とする請求項９又は請求項１０
に記載のマイクロストリップアレーアンテナ。