JP2020005046A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、アンテナ装置に関する。 The present disclosure relates to an antenna device.
広角に物標を監視するレーダシステム用に、広角指向性を有する平面アンテナが開発されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1の平面アンテナは、放射素子の表面に誘電体層を形成することで、放射素子の指向性を広角にする。 A planar antenna having wide-angle directivity has been developed for a radar system that monitors a target at a wide angle (for example, see Patent Document 1). The planar antenna disclosed in Patent Literature 1 widens the directivity of the radiating element by forming a dielectric layer on the surface of the radiating element.
放射素子を広角指向性にすると、指向性にリップルが載る問題が生じていた。そこで、本開示は、指向性のリップルを改善することを目的とする。 When the radiating element is made to have a wide-angle directivity, a problem occurs in that the directivity has a ripple. Therefore, an object of the present disclosure is to improve the directivity ripple.
本開示のアンテナ装置は、放射素子及び前記放射素子に電力を供給する給電回路が誘電体基板上に配置された平面アンテナを備えるアンテナ装置であって、前記給電回路の上の少なくとも一部に、導電性を有するカバーが設けられている。 The antenna device of the present disclosure is an antenna device including a radiating element and a planar antenna in which a power supply circuit that supplies power to the radiating element is disposed on a dielectric substrate, and at least a part of the power supply circuit, A conductive cover is provided.
本開示によれば、指向性のリップルを改善することができる。 According to the present disclosure, the directivity ripple can be improved.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to the embodiments described below. These embodiments are merely examples, and the present disclosure can be implemented in various modified and improved forms based on the knowledge of those skilled in the art. In the specification and the drawings, components having the same reference numerals indicate the same components.
図1に、アンテナ装置の一例を示す。本実施形態のアンテナ装置は、放射素子12及び放射素子12に電力を供給する給電回路11A,11B,11Cが誘電体基板上に配置された平面アンテナ91A,91B,91Cを備える。図1では、一例として、平面アンテナ91A,91B,91Cが水平方向に配列されているアレイアンテナの例を示す。 FIG. 1 shows an example of the antenna device. The antenna device of the present embodiment includes planar antennas 91A, 91B, and 91C in which a radiating element 12 and feed circuits 11A, 11B, and 11C that supply power to the radiating element 12 are disposed on a dielectric substrate. FIG. 1 shows an example of an array antenna in which planar antennas 91A, 91B, and 91C are arranged in a horizontal direction.
給電回路11A,11B,11Cは、導波管/伝送線路変換器として機能し、導波管14から供給される電力を各放射素子12に供給する。本開示では、給電回路11A,11B,11Cに対して導波管14の配置される側を「下」と呼び、「下」の逆側を「上」と呼ぶ。「上」は、放射素子12に対して電波の放射される側に相当する。 The feed circuits 11A, 11B, and 11C function as waveguide / transmission line converters, and supply the power supplied from the waveguide 14 to each radiating element 12. In the present disclosure, the side on which the waveguide 14 is disposed with respect to the power supply circuits 11A, 11B, and 11C is referred to as “down”, and the opposite side of “down” is referred to as “up”. “Up” corresponds to the side of the radiating element 12 from which radio waves are radiated.
各給電回路11A,11B,11Cには、垂直方向に接続された4つの放射素子12が、水平方向に並列に接続されている。給電回路11A,11B,11Cからの電力は、分配器13で分岐され、各放射素子12に供給される。なお、本開示は、給電回路11Aのみの場合であってもよく、また放射素子12の数も1以上であればよい。 Four radiating elements 12 connected in the vertical direction are connected in parallel to the power supply circuits 11A, 11B, and 11C in the horizontal direction. Power from the power supply circuits 11A, 11B, and 11C is split by the distributor 13 and supplied to each radiating element 12. Note that the present disclosure may be applied to the case of only the power supply circuit 11A, and the number of the radiating elements 12 may be one or more.
図2に、本実施形態のアンテナ装置の第一例を示す。本実施形態のアンテナ装置は、図1に示す放射素子12の配置されていない領域に、導電性を有するカバー41を備える。放射素子12の配置されていない領域は、例えば、給電回路11A,11B,11Cの配置されている領域である。図2ではその一例として、平面アンテナ91のうちの給電回路11A,11B,11Cの配置されている領域を、水平方向に横断するようにカバー41が配置されている例を示す。 FIG. 2 shows a first example of the antenna device of the present embodiment. The antenna device of the present embodiment includes a conductive cover 41 in a region where the radiating element 12 shown in FIG. 1 is not arranged. The area where the radiating element 12 is not arranged is, for example, an area where the feed circuits 11A, 11B and 11C are arranged. FIG. 2 shows an example in which the cover 41 is arranged so as to cross the area where the feed circuits 11A, 11B, and 11C of the planar antenna 91 are arranged in the horizontal direction.
カバー41の配置例は、図2に限定されない。例えば、給電回路11A,11B,11Cの少なくとも一つにカバー41が設けられていれば、本開示の効果を得ることができる。また、図2では給電回路11A,11B,11Cに共通のカバー41が設けられているが、個別に設けられていてもよい。また、給電回路11A,11B,11Cの全体を覆うようにカバー41が設けられていることが好ましいが、給電回路11A,11B,11Cの一部と重なるだけであっても本開示の効果を得ることができる。 The arrangement example of the cover 41 is not limited to FIG. For example, if the cover 41 is provided on at least one of the power supply circuits 11A, 11B, and 11C, the effects of the present disclosure can be obtained. In FIG. 2, a common cover 41 is provided for the power supply circuits 11A, 11B, and 11C, but may be provided separately. Further, it is preferable that the cover 41 be provided so as to cover the entire power supply circuits 11A, 11B, and 11C, but the effect of the present disclosure can be obtained even if the cover 41 only partially overlaps the power supply circuits 11A, 11B, and 11C. be able to.
図3に、図2に示すA−A’断面の一例を示す。本実施形態のアンテナ装置は、地板21、誘電体基板22、給電回路11B、誘電体層23、カバー41、が順に積層された構造を有する。 FIG. 3 shows an example of the A-A 'cross section shown in FIG. The antenna device of the present embodiment has a structure in which a ground plane 21, a dielectric substrate 22, a feed circuit 11B, a dielectric layer 23, and a cover 41 are sequentially stacked.
給電回路11Bは、誘電体基板22上に形成されている。図3では、理解の容易のため、導波管/伝送線路変換器として機能させるための給電回路11Bの具体的な構成については省略した。 The power supply circuit 11B is formed on the dielectric substrate 22. In FIG. 3, for the sake of easy understanding, a specific configuration of the power supply circuit 11B for functioning as a waveguide / transmission line converter is omitted.
カバー41は、誘電体層23の表面に、給電回路11Bの少なくとも一部と重なるように配置される。これにより、放射素子12への給電回路11Bへの影響を軽減することができる。カバー41は、給電回路11Bの全体と重なるように配置されていることが好ましい。さらに、カバー41の面積は、図3に示すように、給電回路11Bの面積よりも広いことが好ましい。さらに、カバー41は、分配器13と重なるように配置されていることが好ましい。他の給電回路11A及び11Cについても同様である。 The cover 41 is arranged on the surface of the dielectric layer 23 so as to overlap at least a part of the power supply circuit 11B. Thereby, the influence of the power supply circuit 11B on the radiating element 12 can be reduced. It is preferable that the cover 41 is disposed so as to overlap the entire power supply circuit 11B. Furthermore, as shown in FIG. 3, the area of the cover 41 is preferably larger than the area of the power supply circuit 11B. Further, it is preferable that the cover 41 is disposed so as to overlap the distributor 13. The same applies to the other power supply circuits 11A and 11C.
カバー41と地板21とは、スルーホール42を介して電気的に接続されていることが好ましい。スルーホール42は、電波の伝搬を遮断することが望ましい任意の位置に配置される。例えば、スルーホール42は、給電回路11Aと11Bとの境界、給電回路11Bと11Cとの境界に配置されていることが好ましい。このように、平面アンテナ同士の境界にスルーホール42を配置することで、近接するアンテナとの電磁結合を防止することができる。スルーホール42は、給電回路11Aに接続されている放射素子12と給電回路11Aとの間にも配置されていることが好ましい。 It is preferable that the cover 41 and the base plate 21 are electrically connected via the through hole 42. The through-hole 42 is arranged at an arbitrary position where it is desirable to block propagation of radio waves. For example, it is preferable that the through holes 42 are arranged at the boundary between the power supply circuits 11A and 11B and at the boundary between the power supply circuits 11B and 11C. By arranging the through-hole 42 at the boundary between the planar antennas as described above, it is possible to prevent electromagnetic coupling with an adjacent antenna. It is preferable that the through hole 42 is also arranged between the radiating element 12 connected to the power supply circuit 11A and the power supply circuit 11A.
図2に示すように、カバー41は、さらに、平面アンテナ91Aと91Bとの境界、平面アンテナ91Bと91Cとの境界、に設けられていることが好ましい。 As shown in FIG. 2, it is preferable that the cover 41 is further provided at a boundary between the planar antennas 91A and 91B and a boundary between the planar antennas 91B and 91C.
図4に、図2に示すB−B’断面の一例を示す。本実施形態のアンテナ装置は、地板21、誘電体基板22、放射素子12A,12B、誘電体層23、カバー41、が順に積層された構造を有する。放射素子12Aは平面アンテナ91Aに備わる放射素子であり、12Bは平面アンテナ91Bに備わる放射素子である。放射素子12A,12Bは、誘電体基板22上に形成されている。 FIG. 4 shows an example of a section taken along the line B-B 'shown in FIG. The antenna device of the present embodiment has a structure in which a ground plane 21, a dielectric substrate 22, radiating elements 12A and 12B, a dielectric layer 23, and a cover 41 are sequentially stacked. The radiating element 12A is a radiating element included in the planar antenna 91A, and the radiating element 12B is a radiating element included in the planar antenna 91B. The radiating elements 12A and 12B are formed on the dielectric substrate 22.
誘電体層23は、放射素子12A,12Bの表面に形成される。放射素子12A,12Bの表面に誘電体層23が設けられていることで、指向性を広げることができる(例えば、特許文献1参照。)。誘電体層23は、下層にプリプレグ31が配置され、上層にコア32を備えることが好ましい。 The dielectric layer 23 is formed on the surfaces of the radiating elements 12A and 12B. By providing the dielectric layer 23 on the surfaces of the radiating elements 12A and 12B, the directivity can be widened (for example, see Patent Document 1). The dielectric layer 23 preferably has a prepreg 31 disposed in a lower layer and a core 32 in an upper layer.
ここで、電波の波長によっては、放射素子12から放射した電波が誘電体基板22や誘電体層23を伝搬し、電波の損失が生じる可能性がある。特にミリ波帯では波長が数mmとなるため、誘電体基板22及び誘電体層23が導波路として機能してしまう。この場合、誘電体基板22及び誘電体層23から電波が再放射されてアンテナ本来の指向性パターンを悪化させる原因となる。特に近接するアンテナとの電磁結合が生じた場合、アンテナ間のアイソレーションを悪化させることになる。この点、本開示は、誘電体基板22及び誘電体層23の上にカバー41を備えるため、誘電体基板22及び誘電体層23から電波の再放射を防ぎ、これによって指向性を改善することができる。 Here, depending on the wavelength of the radio wave, the radio wave radiated from the radiating element 12 may propagate through the dielectric substrate 22 and the dielectric layer 23, causing a loss of the radio wave. In particular, since the wavelength is several mm in the millimeter wave band, the dielectric substrate 22 and the dielectric layer 23 function as a waveguide. In this case, radio waves are re-emitted from the dielectric substrate 22 and the dielectric layer 23, which causes deterioration of the original directivity pattern of the antenna. In particular, when electromagnetic coupling with an adjacent antenna occurs, isolation between the antennas is deteriorated. In this regard, in the present disclosure, since the cover 41 is provided on the dielectric substrate 22 and the dielectric layer 23, re-radiation of radio waves from the dielectric substrate 22 and the dielectric layer 23 is prevented, thereby improving the directivity. Can be.
図4に示すように、平面アンテナ91Aに備わる放射素子12Aと平面アンテナ91Bに備わる放射素子12Bとの境界に、スルーホール42を備えることが好ましい。このように、平面アンテナ91Aと91Bとの境界にスルーホール42を備えることで、カバー41、誘電体基板22及び誘電体層23での電波の伝搬を遮断し、これによってリップルを防ぐことができる。 As shown in FIG. 4, it is preferable that a through hole 42 is provided at a boundary between the radiating element 12A provided in the planar antenna 91A and the radiating element 12B provided in the planar antenna 91B. Thus, by providing the through hole 42 at the boundary between the planar antennas 91A and 91B, propagation of radio waves in the cover 41, the dielectric substrate 22, and the dielectric layer 23 can be blocked, thereby preventing ripple. .
スルーホール42を備える場合、放射素子12Bの給電点15B側に配置されるカバー41は、スルーホール42から放射素子12B側に伸びるチョーク部43を備えることが好ましい。なお、カバー41は、放射素子12Aの給電点15Aと対向する側に配置される場合であっても、スルーホール42から放射素子12A側に伸びるチョーク部43を備えていてもよい。 When the through hole 42 is provided, it is preferable that the cover 41 arranged on the feed point 15B side of the radiating element 12B includes a choke portion 43 extending from the through hole 42 to the radiating element 12B side. The cover 41 may be provided with a choke 43 extending from the through hole 42 to the radiating element 12A, even when the cover 41 is arranged on the side of the radiating element 12A facing the feed point 15A.
図5に、図1、図2に示す各構成での水平方向への指向性の解析例を示す。第1の比較例、実施例は、それぞれ、図1、図2に示すアンテナ装置の指向性を示す。第2の比較例は、図6に示す、給電回路11A、11B、11Cにカバー41を設けない構成での解析例である。この解析では、分配器13や線路長の調整により、−40度付近に指向性を有している。第1の比較例ではローブの形状がいびつであり、サイドローブが高い。これに対し、実施例ではそれらが改善されていることが分かる。 FIG. 5 shows an example of analysis of directivity in the horizontal direction in each configuration shown in FIGS. The first comparative example and the example show the directivity of the antenna device shown in FIGS. 1 and 2, respectively. The second comparative example is an analysis example in a configuration shown in FIG. 6 in which the cover 41 is not provided on the power supply circuits 11A, 11B, and 11C. In this analysis, the directivity is around -40 degrees by adjusting the distributor 13 and the line length. In the first comparative example, the shape of the lobe is distorted, and the side lobe is high. On the other hand, it can be seen that they are improved in the example.
図7〜図9を参照して、チョーク部43の長さについて説明する。図7は、解析に用いたモデルである。本実施形態では、簡単のため、直列に接続された4つの放射素子12の周囲に、水平方向及び垂直方向共に均等な幅のチョーク部43が形成されているモデルを用いた。 The length of the choke 43 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows a model used for the analysis. In the present embodiment, for simplicity, a model in which a choke portion 43 having a uniform width in both the horizontal and vertical directions is formed around four radiating elements 12 connected in series.
図8は、カバーのない場合の水平方向への指向性を示す。図9は、カバーがある場合の水平方向への指向性を示す。さらに図9では、チョーク部43の長さを、電波の波長の0.39倍、1.28倍、2.31倍、4.75倍とした。 FIG. 8 shows the directivity in the horizontal direction without a cover. FIG. 9 shows the directivity in the horizontal direction when there is a cover. Further, in FIG. 9, the length of the choke portion 43 is 0.39 times, 1.28 times, 2.31 times, and 4.75 times the wavelength of the radio wave.
図8と図9とを比較すると、カバー41を備えることで、カバー41を備えない場合よりもリップルが改善されていることが分かる。さらに図9より、チョーク部43の長さを1.28波長以上にすることでリップルがさらに改善され、約2波長でリップルがほぼ消えていることが分かる。このため、チョーク部43の長さLCHは、1波長以上、さらに好ましくは2波長以上であることが好ましい。 8 and 9, it can be seen that the provision of the cover 41 improves the ripple as compared with the case where the cover 41 is not provided. Further, from FIG. 9, it can be seen that the ripple is further improved by setting the length of the choke portion 43 to 1.28 wavelength or more, and the ripple almost disappears at about two wavelengths. For this reason, the length L CH of the choke portion 43 is preferably one wavelength or more, more preferably two wavelengths or more.
次に、カバー41を設ける「放射素子12の配置されていない領域」について説明する。具体的には、図7に示すモデルを用いて、図4に示す距離DCH、すなわちチョーク部43に隣接する放射素子12Bの中心からチョーク部43の端部までの距離について検討した。本実施形態での「距離」は、放射素子12の配置されている面へカバー41を投影した場合における、投影面上での距離である。 Next, the “region where the radiating element 12 is not arranged” provided with the cover 41 will be described. Specifically, using the model shown in FIG. 7, the distance D CH shown in FIG. 4, that is, the distance from the center of the radiating element 12B adjacent to the choke portion 43 to the end of the choke portion 43 was examined. The “distance” in the present embodiment is a distance on the projection surface when the cover 41 is projected on the surface on which the radiating element 12 is arranged.
図10は、距離DCHを変化させた場合の反射特性の一例を示す。横軸の「Edge Position」は、図4に示す符号DCHを示し、波長で規格化した値となっている。図7に示すモデルでは放射素子12が4つあるので、ここでの反射特性は4つの放射素子12の平均値を用いた。 FIG. 10 shows an example of the reflection characteristics when the distance DCH is changed. “Edge Position” on the horizontal axis indicates the code DCH shown in FIG. 4 and is a value standardized by wavelength. In the model shown in FIG. 7, there are four radiating elements 12, and the reflection characteristic here uses the average value of the four radiating elements 12.
図11は、距離DCHを変化させた場合の水平方向の指向性の解析例を示す。図11では、波長の0.19倍、0.39倍、0.58倍、0.77倍、0.83倍、1.03倍、1.28倍とした。 FIG. 11 shows an analysis example of the directivity in the horizontal direction when the distance DCH is changed. In FIG. 11, the wavelengths are 0.19, 0.39, 0.58, 0.77, 0.83, 1.03, and 1.28 times the wavelength.
図10より、反射特性は0.3波長以上が良好であることが分かる。また図11より、指向性は約1波長以下が良好となることが分かる。このため、距離DCHは0.3波長から1.0波長が好ましい。 From FIG. 10, it can be seen that the reflection characteristics are good at 0.3 wavelength or more. From FIG. 11, it can be seen that the directivity is good at about one wavelength or less. Therefore, the distance DCH is preferably from 0.3 to 1.0 wavelength.
次に、カバー41の面積について説明する。本実施形態では、図12に示すような、垂直方向に放射素子12が1列に並んだ平面アンテナをモデルに用いた。本モデルに対し、図13に示すカバー41と、図14に示すカバー41と、を設け、水平方向への指向性を解析した。 Next, the area of the cover 41 will be described. In the present embodiment, a planar antenna in which the radiating elements 12 are arranged in one line in the vertical direction as shown in FIG. 12 was used as a model. For this model, a cover 41 shown in FIG. 13 and a cover 41 shown in FIG. 14 were provided, and the directivity in the horizontal direction was analyzed.
図15は、図12、図13、図14に示す各モデルでの水平方向への指向性の解析例を示す。比較例、第1の実施例、第2の実施例は、それぞれ、図12、図13、図14に示すモデルでの解析結果である。 FIG. 15 shows an example of analysis of directivity in the horizontal direction in each of the models shown in FIGS. The comparative example, the first example, and the second example are the results of analysis using the models shown in FIGS. 12, 13, and 14, respectively.
第1の実施例では、比較例のリップルが軽減していることが分かる。第2の実施例では、比較例のリップルがほぼ抑圧されている。これらより、カバー41の面積は広いことが好ましい。例えば、図2に示す水平方向の両端に配置されているカバー41を備え、これらのカバー41がさらに水平方向に広がっていることが好ましい。さらに、図2に示す垂直方向の両端にカバーをさらに備え、これらのカバーがさらに垂直方向に広がっていることが好ましい。 In the first example, it can be seen that the ripple of the comparative example is reduced. In the second embodiment, the ripple of the comparative example is almost suppressed. For these reasons, it is preferable that the area of the cover 41 is large. For example, it is preferable to include covers 41 arranged at both ends in the horizontal direction shown in FIG. 2, and these covers 41 are further expanded in the horizontal direction. Further, it is preferable that covers are further provided at both ends in the vertical direction shown in FIG. 2, and these covers are further extended in the vertical direction.
したがって、アンテナ装置における放射素子12の配置されている面のうち、放射素子12の配置されていない全領域において、カバー41が設けられていることが好ましい。例えば、誘電体層23の表面を導体で覆い、放射素子12周辺の導体のみを除去することでカバー41を形成し、導体を除去した周辺をスルーホール42で取り囲む。このように、放射素子12の周辺以外の誘電体層23又は誘電体基板22の上をカバー41で覆う。そして、誘電体層23又は誘電体基板22を電波が伝搬しないよう、スルーホール42を配置する。これにより、本開示は、広角指向性を有する平面アンテナに対し、指向性を改善することができる。 Therefore, it is preferable that the cover 41 is provided on the entire area of the antenna device where the radiating element 12 is not disposed, of the surface on which the radiating element 12 is disposed. For example, the surface of the dielectric layer 23 is covered with a conductor, and only the conductor around the radiating element 12 is removed to form the cover 41, and the periphery from which the conductor is removed is surrounded by a through hole 42. Thus, the cover 41 covers the dielectric layer 23 or the dielectric substrate 22 other than the periphery of the radiating element 12. Then, the through holes 42 are arranged so that radio waves do not propagate through the dielectric layer 23 or the dielectric substrate 22. Thus, the present disclosure can improve the directivity of a planar antenna having wide-angle directivity.
本開示は広角に物標を監視するレーダシステムに適用することができる。 The present disclosure can be applied to a radar system that monitors a target at a wide angle.
11、11A、11B、11C:給電回路
12、12A、12B:放射素子
13:分配器
14:導波管
15A、15B:給電点
21:地板
22:誘電体基板
23:誘電体層
31:プリプレグ
32:コア
41:カバー
42:スルーホール
43:チョーク部
91A、91B、91C:平面アンテナ
11, 11A, 11B, 11C: feeding circuits 12, 12A, 12B: radiating element 13: distributor 14: waveguides 15A, 15B: feeding point 21: ground plane 22: dielectric substrate 23: dielectric layer 31: prepreg 32 : Core 41: cover 42: through hole 43: choke portions 91A, 91B, 91C: planar antenna
Claims (6)
前記給電回路の上の少なくとも一部に、導電性を有するカバーが設けられている、
アンテナ装置。 An antenna device including a radiating element and a feeder circuit that supplies power to the radiating element, the planar device being provided on a dielectric substrate,
At least a part of the power supply circuit is provided with a conductive cover,
Antenna device.
請求項1に記載のアンテナ装置。 Further comprising a through hole for electrically connecting the cover and the ground plane,
The antenna device according to claim 1.
前記スルーホールは、前記平面アンテナの境界に設けられている、
請求項2に記載のアンテナ装置。 Comprising a plurality of the planar antenna,
The through hole is provided at a boundary of the planar antenna,
The antenna device according to claim 2.
前記カバーは、前記誘電体層の表面に設けられている、
請求項1から3のいずれかに記載のアンテナ装置。 A dielectric layer is formed on the surface of the radiating element and the feed circuit,
The cover is provided on a surface of the dielectric layer,
The antenna device according to claim 1.
前記分配器の上に、前記カバーがさらに設けられている、
請求項1から4のいずれかに記載のアンテナ装置。 The planar antenna includes a distributor that distributes power from the feed circuit to the plurality of radiating elements,
The cover is further provided on the distributor.
The antenna device according to claim 1.
請求項1から5のいずれかに記載のアンテナ装置。 Around the planar antenna, the cover is further provided.
The antenna device according to claim 1.
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-
2018
- 2018-06-26 JP JP2018120510A patent/JP2020005046A/en active Pending
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