JP2014187439A - Antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サイドローブレベルを低減させたアンテナに関する。 The present invention relates to an antenna with a reduced side lobe level.
アンテナの指向特性において、サイドローブレベルを抑圧する機構として、下記特許文献１〜３の技術が知られている。特許文献１には、アンテナ素子の４角形の周囲に基板に垂直に金属壁や電波吸収体を設ける構成が開示されている。また、特許文献２には、第１軸方向に延びる複数の導波管スロットアンテナを、第１軸に垂直な第２軸方向に配列させたアンテナにおいて、隣接する各導波管スロットアンテナの間に、第１軸及び第２軸に垂直な第３軸方向に金属板を突出させた構造が開示されている。また、特許文献３には、パッチアンテナの周囲に金属カバーを電磁波の放射方向に突出させた構造が開示されている。従来技術は、これらの基板に対して、電磁波の放射方向に突出した金属板を設けることで、指向性を制御するものである。 As a mechanism for suppressing the side lobe level in the directivity characteristics of the antenna, the following patent documents 1 to 3 are known. Patent Document 1 discloses a configuration in which a metal wall and a radio wave absorber are provided around a rectangular shape of an antenna element perpendicular to a substrate. In Patent Document 2, a plurality of waveguide slot antennas extending in the first axis direction are arranged in a second axis direction perpendicular to the first axis, and between adjacent waveguide slot antennas. Further, a structure in which a metal plate is projected in a third axis direction perpendicular to the first axis and the second axis is disclosed. Patent Document 3 discloses a structure in which a metal cover is protruded in the electromagnetic wave radiation direction around a patch antenna. In the prior art, directivity is controlled by providing a metal plate protruding in the radiation direction of electromagnetic waves on these substrates.
ところが、特許文献１〜３の技術では、指向特性の０°の方向、すなわち、アンテナ素子を配設した基板の主面に垂直な方向に金属体を突出する方法であるので、サイドローブを抑圧するには、その金属体の高さを高くする必要がある。特に、アンテナ素子の周辺には給電回路、送信回路、受信回路などの電子回路が搭載されるために、金属体はアンテナ素子から離れた位置に設ける必要があった。金属体をアンテナ素子から離れた位置に設けるほど、金属体の高さを高くしないと、サイドローブを抑圧することはできなかった。 However, the techniques of Patent Documents 1 to 3 suppress the side lobe because the metal body protrudes in the direction of 0 ° of the directivity, that is, in the direction perpendicular to the main surface of the substrate on which the antenna element is disposed. In order to achieve this, it is necessary to increase the height of the metal body. In particular, since electronic circuits such as a power feeding circuit, a transmission circuit, and a reception circuit are mounted around the antenna element, the metal body has to be provided at a position away from the antenna element. The side lobe cannot be suppressed unless the height of the metal body is increased as the metal body is provided at a position farther away from the antenna element.
そこで、本発明の目的は、サイドローブを抑圧する部材を、アンテナ素子から離れた位置であっても、アンテナ素子を配設した基板に対する高さを可能な限り低くすることで、低減の目標となるサイドローブが効果的に抑圧された、厚さの薄い小型のアンテナを実現することである。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the height of the member for suppressing the side lobe as much as possible with respect to the substrate on which the antenna element is disposed, even at a position away from the antenna element. It is to realize a small antenna with a small thickness in which the side lobe is effectively suppressed.
上記課題を解決するための本第１の発明は、誘電体基板と導体とを有するアンテナにおいて、誘電体基板の主面に配設され、主面の前方に指向性を有するアンテナ素子と、アンテナ素子に対して、アンテナ素子の指向特性における少なくとも一方の側において、主面に対して前方に突出した側壁部と、側壁部からアンテナ素子の方向に、主面への正射影がアンテナ素子には至らない長さで、側壁部に対する角度が７０°より大きく、１２０°より小さい所定角度で突出した屋根部とから成り、電波を反射又は吸収する指向特性制御部材と、を有することを特徴するアンテナである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an antenna having a dielectric substrate and a conductor, wherein the antenna element is disposed on the main surface of the dielectric substrate and has directivity in front of the main surface; On at least one side of the directional characteristics of the antenna element with respect to the element, the antenna element has a side wall portion protruding forward with respect to the main surface, and an orthogonal projection to the main surface from the side wall portion toward the antenna element. An directional characteristic control member that reflects or absorbs radio waves, and has a roof length protruding at a predetermined angle smaller than 120 ° and having an angle with respect to the side wall greater than 70 ° and less than 120 °. It is.
アンテナ素子の指向特性は、ある面内における１次元の特性を想定している。したがって、一般的には、立体空間における３次元の指向特性でも良いが、その３次元の指向特性のある面への正射影を指向特性としても良い。本発明は、例えば、車両に搭載するレーダに応用する場合には、水平面又は水平面に対して所定の仰角だけ傾斜した面内における指向特性を想定している。指向特性制御部材は、この指向特性の一方の側、又は、両側に設けても良い。 The directivity characteristic of the antenna element assumes a one-dimensional characteristic in a certain plane. Therefore, in general, a three-dimensional directivity characteristic in a three-dimensional space may be used, but an orthogonal projection on a surface having the three-dimensional directivity characteristic may be used as the directivity characteristic. For example, when the present invention is applied to a radar mounted on a vehicle, a directivity characteristic in a horizontal plane or a plane inclined by a predetermined elevation angle with respect to the horizontal plane is assumed. The directivity control member may be provided on one side or both sides of the directivity.
本発明のアンテナは、電磁波を放射するアンテナでも、電磁波を受波するアンテナであっても良い。また、送信アンテナ素子と受信アンテナ素子が併設されていても良いし、アンテナ素子は、送受信兼用であっても良い。アンテナ素子の構成や形状は任意である。パッチアンテナや、特許文献２に開示の漏れ波アンテナであっても良い。アンテナ素子は、誘電体基板の主面の前方、例えば、垂直に、主軸（角度０°）を有する指向性を持つアンテナ素子であれば任意である。指向性特性の主軸は、誘電体基板の主面に垂直である必要はなく、任意の角度を有する方向でも良い。アンテナ素子は、例えば、給電線に沿って、パッチを配列したアレーアンテナ、スロットアンテナ、トリプレートアンテナなどである。電波を放出又は受信するパッチの形状は任意である。 The antenna of the present invention may be an antenna that radiates electromagnetic waves or an antenna that receives electromagnetic waves. Moreover, the transmitting antenna element and the receiving antenna element may be provided side by side, or the antenna element may be used for both transmission and reception. The configuration and shape of the antenna element are arbitrary. A patch antenna or a leaky wave antenna disclosed in Patent Document 2 may be used. The antenna element is arbitrary as long as it is a directivity antenna element having a principal axis (angle 0 °) in front of, for example, perpendicularly to the principal surface of the dielectric substrate. The main axis of the directivity characteristic need not be perpendicular to the main surface of the dielectric substrate, and may be a direction having an arbitrary angle. The antenna element is, for example, an array antenna, a slot antenna, or a triplate antenna in which patches are arranged along a feeder line. The shape of the patch that emits or receives radio waves is arbitrary.
また、指向特性制御部材は、金属などの電磁波を反射又は遮蔽する部材、又は、電磁波を吸収する部材であっても良い。例えば、導電性電波吸収材料、誘電性電波吸収材料、磁性電波吸収材料の１種、又は、それらの複合材料を用いることができる。導電性電波吸収材料は、導電性繊維の織物などによる、材料内部の抵抗によって電波によって発生する電流を吸収するものである。また、誘電性電波吸収材料は、分子の分極反応に起因する誘電損失を利用するもので、カーボン粉などをゴム、発泡ウレタン、発泡ポリスチロールなどの誘電体に混合した材料を用いることができる。また、磁性電波吸収材料は、磁性材料の磁気損失によって電波を吸収するものであり、鉄、ニッケル、フェライトの板材、それらの粉末を混練した樹脂を用いることができる。また、指向特性制御部材は、金属、導電性電波吸収材料、誘電性電波吸収材料、磁性電波吸収材料の整形体であっても良く、例えば、樹脂の整形体に、上記の材料をメッキ、塗布、被膜形成したものであっても良い。 The directivity control member may be a member that reflects or shields electromagnetic waves such as metal or a member that absorbs electromagnetic waves. For example, one of a conductive wave absorbing material, a dielectric wave absorbing material, a magnetic wave absorbing material, or a composite material thereof can be used. The conductive radio wave absorbing material absorbs current generated by radio waves due to resistance inside the material, such as a conductive fiber fabric. The dielectric wave absorbing material utilizes dielectric loss due to molecular polarization reaction, and a material in which carbon powder or the like is mixed with a dielectric such as rubber, urethane foam, or polystyrene foam can be used. The magnetic radio wave absorbing material absorbs radio waves due to the magnetic loss of the magnetic material, and iron, nickel, ferrite plate materials, and resins obtained by kneading these powders can be used. Further, the directivity control member may be a shaped body of metal, a conductive wave absorbing material, a dielectric wave absorbing material, or a magnetic wave absorbing material. For example, the above-described material is plated and applied to a shaped body of resin. A film may be formed.
また、側壁部と屋根部との成す所定角度は、７５°以上、１１５°以下であることが望ましい。さらに、望ましくは、１０８°以上、１１２°以下である。これらの範囲の時に、効率良くサイドローブを抑圧することができる。また、指向特性制御部材は、アンテナ素子のサイドローブレベルを１０ｄＢ以上低減させることが望ましい。 Moreover, it is desirable that the predetermined angle formed by the side wall portion and the roof portion is 75 ° or more and 115 ° or less. Furthermore, it is desirably 108 ° or more and 112 ° or less. In these ranges, side lobes can be efficiently suppressed. The directivity control member desirably reduces the side lobe level of the antenna element by 10 dB or more.
また、アンテナ素子における指向特性の原点からサイドローブの表れる最小角度（主軸に対する角度）を傾きとする直線上に、屋根部の先端位置が位置するように、側壁部の高さと、屋根部の長さが決定することで、そのサイドローブを効果的に抑圧することができる。また、指向特性制御部材は、アンテナ素子における指向特性の両側の位置に設けられていても良い。また、指向特性制御部材は、接地されていても、いなくとも良い。また、本発明のアンテナは、誘電体基板の裏面に形成された接地導体を有し、側壁部はこの接地導体に電気的に接続されていることが望ましい。 Also, the height of the side wall and the length of the roof so that the position of the tip of the roof is located on a straight line whose slope is the minimum angle (angle with respect to the main axis) where the side lobe appears from the origin of the directivity of the antenna element. Therefore, the side lobe can be effectively suppressed. Further, the directivity control member may be provided at positions on both sides of the directivity of the antenna element. The directivity control member may or may not be grounded. The antenna of the present invention preferably has a ground conductor formed on the back surface of the dielectric substrate, and the side wall portion is preferably electrically connected to the ground conductor.
本発明の側壁部と屋根部とを有する指向特性制御部材により、指向特性において、サイドローブを効果的に抑圧することができる。指向性制御部が存在しない場合に比べて、１０ｄＢ以上抑圧することができる。また、屋根部がアンテナ素子の方に張り出しているので、サイドローブを抑圧するための側壁部の高さは、屋根部がない場合に比べて、大きく低下させることができる。したがって、アンテナの厚さを薄くでき、小型化できる。 With the directivity control member having the side wall portion and the roof portion of the present invention, side lobes can be effectively suppressed in the directivity characteristics. Compared to the case where there is no directivity control unit, it is possible to suppress 10 dB or more. Moreover, since the roof part protrudes toward the antenna element, the height of the side wall part for suppressing the side lobe can be greatly reduced as compared with the case where there is no roof part. Therefore, the thickness of the antenna can be reduced and the size can be reduced.
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. The present invention is not limited to the following examples.
本発明の具体的な一実施例に係るアンテナ１の構成を図１、図２に示す。直方体薄板形状の誘電体基板１０は、主面（表面）である第１面１１と、誘電体基板１０の裏面であって、第１面１１に平行な第２面１２とを有している。第１面１１に垂直にｚ軸、第１面１１上に誘電体基板１０の長辺に平行にｘ軸、ｘ軸に垂直で誘電体基板１０の短辺に平行にｙ軸をとる。第１面１１には、矩形形状のパッチアンテナ２１のアレーである薄膜導体から成るアンテナ素子２０が形成されている。図２に示すように、パッチアンテナ２１は矩形形状であり、パッチアンナ２１の電磁波を放射又は受波する放射辺２３がｘｚ面に対して−４５°傾斜している。ｚ軸が水平面に平行となるように、誘電体基板１０が車両等に設置されるとすると、ｘｚ面は水平面となる。 1 and 2 show the configuration of an antenna 1 according to a specific embodiment of the present invention. The rectangular parallelepiped thin dielectric substrate 10 has a first surface 11 that is a main surface (front surface) and a second surface 12 that is the back surface of the dielectric substrate 10 and is parallel to the first surface 11. . The z-axis is perpendicular to the first surface 11, the x-axis is parallel to the long side of the dielectric substrate 10 on the first surface 11, and the y-axis is perpendicular to the x-axis and parallel to the short side of the dielectric substrate 10. On the first surface 11, an antenna element 20 made of a thin film conductor that is an array of rectangular patch antennas 21 is formed. As shown in FIG. 2, the patch antenna 21 has a rectangular shape, and the radiation side 23 that radiates or receives the electromagnetic waves of the patch antenna 21 is inclined by −45 ° with respect to the xz plane. If the dielectric substrate 10 is installed in a vehicle or the like so that the z axis is parallel to the horizontal plane, the xz plane is a horizontal plane.
これらの複数のパッチアンテナ２１はｙ軸方向に伸びた給電線２２の片側に接続されている。そして、このｙ軸方向に伸びた１次元アレーが、ｘ軸方向に複数配置されて、アレーのアンテナ素子２０が構成されている。これにより、このアンテナ１は、ｘｚ面において、指向特性を有し、偏波方向が水平面に対して４５°傾斜した電磁波を放射し、受波することができる。ｚ軸が水平面に対して所定の仰角を有するように、アンテナ１が車両等に設置されると、このアンテナ１は、水平面に対して所定の仰角を有した面において、所定の指向特性を有したアンテナとなる。 The plurality of patch antennas 21 are connected to one side of a feeder line 22 extending in the y-axis direction. A plurality of one-dimensional arrays extending in the y-axis direction are arranged in the x-axis direction to constitute an array antenna element 20. As a result, the antenna 1 has directivity characteristics in the xz plane, and can radiate and receive electromagnetic waves whose polarization direction is inclined by 45 ° with respect to the horizontal plane. When the antenna 1 is installed in a vehicle or the like so that the z-axis has a predetermined elevation angle with respect to the horizontal plane, the antenna 1 has a predetermined directivity characteristic on a plane having a predetermined elevation angle with respect to the horizontal plane. Antenna.
また、第２面１２の全面には、矩形面状の薄膜導体から成るグランド層３０が形成されている。そして、給電線２２とグランド層３０は外部の信号源（図示略）に接続されている。アンテナ素子２０とグランド層３０とでパッチアレーアンテナが構成され、信号源から供給された信号により、電磁波が空間に放射される。なお、本アンテナ１を受信アンテナとする場合には、信号源は、外部の受信回路（図示略）である。 A ground layer 30 made of a rectangular thin film conductor is formed on the entire second surface 12. The feeder line 22 and the ground layer 30 are connected to an external signal source (not shown). The antenna element 20 and the ground layer 30 constitute a patch array antenna, and electromagnetic waves are radiated into space by a signal supplied from a signal source. When the antenna 1 is a receiving antenna, the signal source is an external receiving circuit (not shown).
また、誘電体基板１０の両短辺１３ａ、１３ｂの側面に接して金属体から成る側壁部４１ａ、４１ｂが、それぞれ、設けられている。この側壁部４１ａ、４１ｂは、接地層３０と電気的に接続されている。そして、側壁部４１ａ、４１ｂに連続して折り曲げ形成され、アンテナ素子２０に向けて突出した金属体から成る屋根部４２ａ、４２ｂが形成されている。屋根部４２ａ、４２ｂと、側壁部４１ａ、４１ｂとの間の成す角θは、それぞれ、１１０°である。側壁部４１ａと屋根部４２ａとで指向特性制御部材４０ａが、側壁部４１ｂと屋根部４２ｂとで指向特性制御部材４０ｂが構成されている。なお、側壁部４１ａ、４１ｂと屋根部４２ａ、４２ｂは連続した一体物であっても良いが、別体を接着したものであっても良い。また、側壁部４１ａ、４１ｂと屋根部４２ａ、４２ｂは、導体の他、樹脂に表面に金属被膜を形成したものでも良い。 Further, side walls 41a and 41b made of a metal body are provided in contact with the side surfaces of both short sides 13a and 13b of the dielectric substrate 10, respectively. The side wall portions 41 a and 41 b are electrically connected to the ground layer 30. Then, roof portions 42 a and 42 b made of a metal body which is bent continuously from the side wall portions 41 a and 41 b and protrudes toward the antenna element 20 are formed. The angles θ formed between the roof portions 42a and 42b and the side wall portions 41a and 41b are 110 °, respectively. The side wall 41a and the roof 42a constitute a directivity control member 40a, and the side wall 41b and the roof 42b constitute a directivity control member 40b. Note that the side wall portions 41a and 41b and the roof portions 42a and 42b may be a continuous integrated body, or may be formed by bonding separate bodies. Further, the side wall portions 41a and 41b and the roof portions 42a and 42b may be formed by forming a metal film on the surface of the resin in addition to the conductor.
図１において、側壁部４１ａと、この側壁部４１ａに最も近いアンテナ素子２０との距離をＤとする。アンテナ素子２０の原点ｏからの距離ａは、１．６Ｄである。高さＨは０．３Ｄ、屋根部４２ａの長さＬは０．７Ｄである。指向特性制御部材４０ｂについても同様である。 In FIG. 1, D is the distance between the side wall 41a and the antenna element 20 closest to the side wall 41a. The distance a from the origin o of the antenna element 20 is 1.6D. The height H is 0.3D, and the length L of the roof portion 42a is 0.7D. The same applies to the directivity control member 40b.
この構成において、ｘｚ面における指向特性をシミュレーションにより求めた。その結果を図３に示す。横軸はｚ軸（指向特性の主軸）と成す角、すなわち、ｘｚ面上の電磁波の入射角又は放射角である。指向特性が左右対称でないのは、パッチアンテナ２１が−４５°傾斜しており、電磁波の偏波ベクトルがｘｚ面と−４５°で交差しているからである。 In this configuration, the directivity on the xz plane was obtained by simulation. The result is shown in FIG. The horizontal axis is the angle formed with the z-axis (the main axis of directivity), that is, the incident angle or radiation angle of the electromagnetic wave on the xz plane. The reason why the directivity characteristics are not symmetrical is that the patch antenna 21 is inclined by −45 °, and the polarization vector of the electromagnetic wave intersects the xz plane at −45 °.
側壁部４１と屋根部４２との成す角θを、９０°と、１１０°した場合をシミュレーションした。−６０°と−７０°との間及び６０°と７０°との間の２次のサイドローブは、θが１１０°の場合に明らかに大きく抑圧されていることが分かる。−６０°と−７０°の範囲では、θが９０°の場合に比べて、θが１１０°の場合には７ｄＢほど、レベルが低下していることが分かる。右側の６０°と７０°の範囲では、θが９０°の場合に比べて、θが１１０°の場合には１４ｄＢほど、レベルが低下していることが分かる。
なお、−６０°と−７０°との間及び６０°と７０°の角度区間は、本発明をミリ波レーダとして用いた場合に、グレーティングによる誤検知を減少させるために、抑圧が必要なサイドローブの発生する区間である。
A case was simulated in which the angle θ formed between the side wall portion 41 and the roof portion 42 was 90 ° and 110 °. It can be seen that the secondary sidelobes between −60 ° and −70 ° and between 60 ° and 70 ° are clearly significantly suppressed when θ is 110 °. It can be seen that in the range of −60 ° and −70 °, the level is reduced by about 7 dB when θ is 110 ° compared to when θ is 90 °. It can be seen that in the range of 60 ° and 70 ° on the right side, the level is reduced by about 14 dB when θ is 110 °, compared to when θ is 90 °.
In addition, when the present invention is used as a millimeter wave radar, the angle interval between −60 ° and −70 ° is a side that needs to be suppressed in order to reduce false detection by a grating. This is a section where lobes occur.
比較のために、図１の構成において、屋根部４２ａ、４２ｂを設けずに、側壁部４１ａ、４１ｂだけを設けた場合について、指向特性をシミュレーションした。側壁部の高さＨを０．５Ｄとした場合を図４に、高さＨをＤとした場合を図５に示す。それぞれ、側壁部が存在しない場合の指向特性が合わせて表示されている。側壁部の高さＨが０．５Ｄの場合には、−６０°と−７０°との間では、側壁部がない場合に比べて、最大で、４ｄＢ程度、６０°と７０°との間では最大で６ｄＢ程度抑圧されているだけである。また、側壁部の高さＨがＤの場合には、側壁部がない場合に比べて、１０ｄＢ以上、２次のサイドローブが抑圧されているのが分かる。 For comparison, directivity characteristics were simulated for the case where only the side wall portions 41a and 41b were provided in the configuration of FIG. 1 without providing the roof portions 42a and 42b. FIG. 4 shows the case where the height H of the side wall is 0.5D, and FIG. 5 shows the case where the height H is D. In each case, the directivity characteristics when the side wall portion does not exist are also displayed. When the height H of the side wall is 0.5D, the maximum is about 4 dB between -60 ° and -70 °, compared with the case where there is no side wall, between 60 ° and 70 °. In this case, the maximum suppression is only about 6 dB. In addition, it can be seen that when the height H of the side wall portion is D, secondary side lobes are suppressed by 10 dB or more as compared with the case where there is no side wall portion.
また、図３の本実施例のθが１１０°の指向特性と比べると、θが１１０°の場合には、左側の−６０°と−７０°との間では、側壁部の高さＨがＤの場合と同様な抑圧効果が得られているのが分かる。なお、指向特性の２次のサイドローブの抑圧は、必ずしも、正、負の両側で必要とは限らず、電磁波の放射角や入射角が、一方の側だけで使用される場合も多い。その場合に、２次のサイドローブのレベルが高い側のみに、指向特性制御部材４０を設けても良い。本実施例では、側壁部に対して１１０°の角度を成す屋根部を設けたので、同様なサイドローブの抑圧効果を得るのに、側壁部の高さＨが、屋根部を設けない場合の高さに対して３／１０に低減できることが理解される。 Compared with the directivity characteristic of θ of 110 ° in this embodiment of FIG. 3, when θ is 110 °, the height H of the side wall portion is between −60 ° and −70 ° on the left side. It can be seen that the same suppression effect as in the case of D is obtained. Note that suppression of secondary side lobes of directivity characteristics is not necessarily required on both the positive and negative sides, and the radiation angle and incident angle of electromagnetic waves are often used only on one side. In this case, the directivity control member 40 may be provided only on the side where the secondary side lobe level is high. In the present embodiment, since the roof portion having an angle of 110 ° with respect to the side wall portion is provided, in order to obtain the same side lobe suppression effect, the height H of the side wall portion is not provided with the roof portion. It will be understood that the height can be reduced to 3/10.
次に、本実施例のアンテナ１における電磁波の電界分布を図６．Ａに、指向特性制御部材を有さないアンテナにおける電磁波の電界分布を図６．Ｂに示す。指向特性制御部材が接地されているので、側壁部４１の外側では電界が極めて小さく、屋根部４２の先端付近では波面が屋根部４２の傾斜方向に形成されているのが分かる。また、屋根部４２の外側領域Ａ１では、屋根部４２で電磁波が反射して、屋根部４２の方向のサイドローブのレベルが低下しているのが分かる。
また、θを１１０°に対して±２である、１０８°、１１２°にした場合にも、シミュレーションにより同様な効果が得られることが分かった。したがって、側壁部４１と屋根部４２との成す角θは、１０８°以上、１１２°以下が望ましい。
Next, the electric field distribution of electromagnetic waves in the antenna 1 of this embodiment is shown in FIG. FIG. 6A shows the electric field distribution of electromagnetic waves in an antenna that does not have a directivity control member. Shown in B. Since the directivity control member is grounded, it can be seen that the electric field is extremely small outside the side wall portion 41, and the wave front is formed in the inclination direction of the roof portion 42 near the tip of the roof portion 42. In addition, in the outer region A1 of the roof portion 42, it can be seen that electromagnetic waves are reflected by the roof portion 42 and the level of the side lobe in the direction of the roof portion 42 is lowered.
Further, it was found that the same effect can be obtained by simulation even when θ is set to 108 ° and 112 °, which is ± 2 with respect to 110 °. Therefore, the angle θ formed by the side wall portion 41 and the roof portion 42 is desirably 108 ° or more and 112 ° or less.
実施例２として、側壁部４１の高さＨと屋根部４２の長さＬとの関係について、検討した。図７に示すように、指向特性の主軸（ｚ軸）の原点であるアンテナ素子２０の原点ｏと、屋根部４２の先端であって、誘電体基板１０に近い（内側）先端ｐの座標（ｘ，ｚ）とを結ぶ直線Ｓを考える。直線Ｓとｚ軸との成す角αは、指向特性の２次のサイドローブを抑圧するのに必要な最大角度である。例えば、αは６０°である。直線Ｓの方程式は、次式で表される。 As Example 2, the relationship between the height H of the side wall portion 41 and the length L of the roof portion 42 was examined. As shown in FIG. 7, the coordinates of the origin o of the antenna element 20 that is the origin of the principal axis (z-axis) of the directivity and the tip (p) of the roof portion 42 and close to the dielectric substrate 10 (inner side) ( Consider a straight line S connecting x, z). The angle α formed by the straight line S and the z axis is the maximum angle necessary to suppress the secondary side lobe of the directivity. For example, α is 60 °. The equation of the straight line S is expressed by the following equation.
すなわち、側壁部４１の高さＨと屋根部４２の長さＬとの関係は、（５）式を満たす。 与えられたθとαに対して、（５）式を満たす、側壁部４１の高さＨと屋根部４２の長さＬの組が、２次のサイドローブを低減させる。 That is, the relationship between the height H of the side wall portion 41 and the length L of the roof portion 42 satisfies the expression (5). For a given θ and α, a set of the height H of the side wall 41 and the length L of the roof 42 that satisfies the equation (5) reduces the secondary side lobe.
図８は、シュミレーションにより、θ＝１１０°、α＝６０°、ａ＝１．６Ｄとして、２次のサイドローブが−４２ｄＢ以下となるときの（Ｈ，Ｌ）の関係を示している。Ｈが０．６Ｄ以上、０．７Ｄ以下の範囲では、Ｌ＋Ｈ＝１．２Ｄとなり、（５）式の関係を満たしている。しかし、側壁部４１の高さの距離Ｄに対する比Ｈ／Ｄが小さくなるほど、（５）式から乖離し、Ｈ＝０．３Ｄでは、Ｌ＋Ｈ＝Ｄとなる。このことは、側壁部４１の高さの距離Ｄに対する比Ｈ／Ｄが小さくなるほど、屋根部４２の長さＬは、（５）式で表される直線で決定される屋根部４２の長さよりも、短くとも良いことを意味する。すなわち、屋根部４２の先端点ｐが、原点ｏに近づくに連れて、２次のサイドローブを抑圧するための角度αを大きくできることを意味している。換言すれば、屋根部４２の効果は、誘電体基板１０に接近するほど、大きくなることが理解される。この意味で、側壁部の高さＨは、０．３Ｄ以上、０．５Ｄ以下が望ましい。 FIG. 8 shows the relationship (H, L) when the second-order side lobe is −42 dB or less with θ = 110 °, α = 60 °, and a = 1.6D. In the range where H is 0.6D or more and 0.7D or less, L + H = 1.2D, which satisfies the relationship of the expression (5). However, the smaller the ratio H / D of the height of the side wall 41 to the distance D is, the more dissimilar from the equation (5), and when H = 0.3D, L + H = D. This means that as the ratio H / D of the height of the side wall portion 41 to the distance D is smaller, the length L of the roof portion 42 is more than the length of the roof portion 42 determined by the straight line represented by the equation (5). Also means it can be short. That is, it means that the angle α for suppressing the secondary side lobe can be increased as the tip point p of the roof portion 42 approaches the origin o. In other words, it is understood that the effect of the roof portion 42 increases as the distance from the dielectric substrate 10 increases. In this sense, the height H of the side wall is desirably 0.3D or more and 0.5D or less.
このように、本実施例では、２次のサイドローブを効果的に抑圧することができる。アレーアンテナにおいて、サイドローブを抑圧する一般的な方法は、アレーの各素子の給電分布をチェビシェフ等の分布とすることである。しかし、この給電分布を制御する方法は、給電線路の線幅の製造上の制約から、実現可能なサイドローブの抑圧は、主軸方向のレベル（ピーク）に対して−３０ｄＢが程度が限界である。これに対して、本発明では、２次のサイドローブは、主軸方向のレベルに対して、θ＝９０°では、−３６ｄＢ以上、θ＝１１０°では、−３８ｄＢ以上、抑圧されている。 Thus, in the present embodiment, the secondary side lobe can be effectively suppressed. In an array antenna, a general method for suppressing side lobes is to make the power distribution of each element of the array a Chebyshev distribution. However, in this method of controlling the power distribution, the side lobe suppression that can be realized is limited to about −30 dB with respect to the level (peak) in the main axis direction due to restrictions in manufacturing the line width of the power supply line. . On the other hand, in the present invention, the secondary side lobe is suppressed by −36 dB or more at θ = 90 ° and −38 dB or more at θ = 110 ° with respect to the level in the main axis direction.
次に、実施例３として、側壁部４１ａと屋根部４２ａとの成す角θを、７０°、７５°、８０°、９０°、１１０°、１１５°、１２０°と変化させて、指向特性のシミュレーションを行った。その結果を図９Ａ、９Ｂ、１０に示す。なお、側壁部４１ａと屋根部４２ａは、誘電体基板１０の２次のサイドローブを抑圧すべき一方の側にのみ設けた場合で、シミュレーションを行った。側壁部４１ａとこれに最も近いアンテナ素子との距離をＤとして、側壁部４１ａの高さＨは、０．３Ｄであり、屋根部４２ａの長さＬは０．７Ｄである。側壁部４１ａの根元部と原点ｏとの距離ａは１．６Ｄである。 Next, as Example 3, the angle θ formed by the side wall portion 41a and the roof portion 42a is changed to 70 °, 75 °, 80 °, 90 °, 110 °, 115 °, 120 °, and the directivity characteristics are changed. A simulation was performed. The results are shown in FIGS. 9A, 9B, and 10. The simulation was performed in the case where the side wall portion 41a and the roof portion 42a are provided only on one side where the secondary side lobe of the dielectric substrate 10 should be suppressed. The distance H between the side wall 41a and the nearest antenna element is D, the height H of the side wall 41a is 0.3D, and the length L of the roof 42a is 0.7D. The distance a between the base portion of the side wall portion 41a and the origin o is 1.6D.
θが、７５°、８０°、９０°、１１０°、１１５°の場合には、２次のサイドローブのレベルは、主軸方向のピークレベルに対して、−３８ｄＢ以下となったが、θが７０°の場合及び１２０°の場合には、−３５ｄＢ以下であるが、−３８ｄＢを越える部分が存在し、２次のサイドローブレベルの抑圧が十分ではないことが理解される。このことから、θは、７５°以上、１１５°以下とするのが望ましい。 When θ is 75 °, 80 °, 90 °, 110 °, and 115 °, the level of the secondary side lobe is −38 dB or less with respect to the peak level in the main axis direction. It is understood that in the case of 70 ° and 120 °, it is −35 dB or less, but there is a portion exceeding −38 dB, and the suppression of the second-order sidelobe level is not sufficient. Therefore, it is desirable that θ is 75 ° or more and 115 ° or less.
実施例４のアンテナを、図１１に示す。図１１に示すように、側壁部４４ａと屋根分４５ａから成る指向特性制御部材４３を曲線で構成しても良い。この場合に、側壁部４４ａと屋根部４５ａとの成す角θを側壁部４４ａの誘電体基板１０との接続部の内側の最下点Ｑでの接線Ｓ１と、屋根部４５ａの内側最先端ｐにおける接線Ｓ２との成す角で定義する。また、屋根分４５ａの先端ｐは、アレーアンテナの原点ｏを通るｚ軸との成す角αが６０°の直線Ｓ上にある点とする。 The antenna of Example 4 is shown in FIG. As shown in FIG. 11, you may comprise the directional characteristic control member 43 which consists of the side wall part 44a and the roof part 45a with a curve. In this case, the angle θ formed between the side wall portion 44a and the roof portion 45a is set to the tangent S1 at the lowest point Q inside the connecting portion of the side wall portion 44a with the dielectric substrate 10, and the innermost front end p of the roof portion 45a. Is defined by the angle formed by the tangent line S2. The tip p of the roof portion 45a is a point on a straight line S having an angle α formed with the z-axis passing through the origin o of the array antenna.
実施例５のアンテナの構成を図１２に示す。本実施例のアンテナ１は、送信アレーアンテナ５１と受信アレーアンテナ５２とが、同一の誘電体基板１０上に設けられているレーダである。このアンテナ１は、送信アレーアンテナ５１の両側に図１の構成の指向特性制御部材４０ａ、４０ｂを設けたものである。この場合に、指向特性の一方の側の２次のサイドローブを抑圧する必要がある側にのみ、指向特性制御部材を設けても良い。 The configuration of the antenna of Example 5 is shown in FIG. The antenna 1 of the present embodiment is a radar in which a transmission array antenna 51 and a reception array antenna 52 are provided on the same dielectric substrate 10. This antenna 1 is provided with directivity control members 40a and 40b having the configuration shown in FIG. In this case, the directivity control member may be provided only on the side where the secondary side lobe on one side of the directivity needs to be suppressed.
実施例６として、アンテナ素子２０の構成を、図１３に示す。図１３（ａ）に示すように、誘電体基板１０の裏面の接地層３０と主面１１ａ上に形成されたマイクロストリップ線路２７とで給電線路２５を形成し、複数の箇所でマイクロストリップ線路２７が欠落したスロット２６を設けることで、スロットアレーアンテナとすることができる。スロットアレーアンテナを上記全実施例におけるアンテナ素子２０とすることができる。また、図１３（ｂ）に示すように、トリプレート線路２８に、スロット２６とダイポール２９の組を多数設けて、アレイにしたアンテナを上記全実施例におけるアンテナ素子２０とすることができる。 As Example 6, the configuration of the antenna element 20 is shown in FIG. As shown in FIG. 13A, the feed line 25 is formed by the ground layer 30 on the back surface of the dielectric substrate 10 and the microstrip line 27 formed on the main surface 11a, and the microstrip line 27 is formed at a plurality of locations. A slot array antenna can be obtained by providing the slot 26 lacking. The slot array antenna can be the antenna element 20 in all the above embodiments. Further, as shown in FIG. 13B, an antenna formed by arranging a large number of sets of slots 26 and dipoles 29 in the triplate line 28 can be used as the antenna element 20 in all the above embodiments.
１０…誘電体基板
２０…アンテナ素子
３０…接地層
４０ａ、４０ｂ、４３ａ、４３ｂ…指向特性制御部材
４１ａ、４１ｂ…側壁部
４２ａ、４２ｂ…屋根部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Dielectric substrate 20 ... Antenna element 30 ... Grounding layer 40a, 40b, 43a, 43b ... Directional characteristic control member 41a, 41b ... Side wall part 42a, 42b ... Roof part
Claims (7)
前記誘電体基板の主面に配設され、前記主面の前方に指向性を有するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子に対して、アンテナ素子の指向特性における少なくとも一方の側において、前記主面に対して前方に突出した側壁部と、前記側壁部から前記アンテナ素子の方向に、前記主面への正射影が前記アンテナ素子には至らない長さで、前記側壁部に対する角度が７０°より大きく、１２０°より小さい所定角度で突出した屋根部とから成り、電波を反射又は吸収する指向特性制御部材と、
を有することを特徴するアンテナ。 In an antenna having a dielectric substrate and a conductor,
An antenna element disposed on a main surface of the dielectric substrate and having directivity in front of the main surface;
With respect to the antenna element, on at least one side in the directivity of the antenna element, a side wall portion protruding forward with respect to the main surface, and a positive direction from the side wall portion toward the antenna element toward the main surface. A directional characteristic control member that reflects the radio wave and reflects or absorbs a radio wave that has a length that does not reach the antenna element, and has an angle with respect to the side wall that is larger than 70 ° and protrudes at a predetermined angle smaller than 120 °. ,
An antenna characterized by comprising:
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