JPH09199935A - 共平面型スロットアンテナ - Google Patents
共平面型スロットアンテナInfo
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- JPH09199935A JPH09199935A JP8031112A JP3111296A JPH09199935A JP H09199935 A JPH09199935 A JP H09199935A JP 8031112 A JP8031112 A JP 8031112A JP 3111296 A JP3111296 A JP 3111296A JP H09199935 A JPH09199935 A JP H09199935A
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- Japan
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- dielectric
- slot antenna
- antenna
- slot
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
- H01Q21/0075—Stripline fed arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/064—Two dimensional planar arrays using horn or slot aerials
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半球型レンズを用いずに優れた性能が得られ
る共平面型スロットアンテナを実現する。 【解決手段】 異なる誘電率と誘電体中の１／４波長に
相当する厚みを持つ基板４ａ、４ｂ、４ｃなどを重ねて
作った多層誘電体基板の上に地導体３を設けてスロット
１ａと１ｂを形成し、さらに同じ面に設けたコプレーナ
導波路２をアンテナ入出力用伝送線路として用いる。こ
のように形成したスロット１ａまたは１ｂにおいては、
ＴＭ０モードのみがスロットの横方向へ伝搬可能であ
る。そこで、二本のスロット１ａと１ｂとの間隔を調整
することによってＴＭ０モードを互いに打ち消し、表面
波損失の極めて少ないスロットアンテナを実現する。さ
らに、誘電体基板の数と誘電率の値を適切に選ぶことに
よって、後方への不要放射を必要なレベルまで抑え、放
射パターンを制御し、目的のアンテナ性能を実現する。
る共平面型スロットアンテナを実現する。 【解決手段】 異なる誘電率と誘電体中の１／４波長に
相当する厚みを持つ基板４ａ、４ｂ、４ｃなどを重ねて
作った多層誘電体基板の上に地導体３を設けてスロット
１ａと１ｂを形成し、さらに同じ面に設けたコプレーナ
導波路２をアンテナ入出力用伝送線路として用いる。こ
のように形成したスロット１ａまたは１ｂにおいては、
ＴＭ０モードのみがスロットの横方向へ伝搬可能であ
る。そこで、二本のスロット１ａと１ｂとの間隔を調整
することによってＴＭ０モードを互いに打ち消し、表面
波損失の極めて少ないスロットアンテナを実現する。さ
らに、誘電体基板の数と誘電率の値を適切に選ぶことに
よって、後方への不要放射を必要なレベルまで抑え、放
射パターンを制御し、目的のアンテナ性能を実現する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主にミリ波帯にお
ける通信又はレーダに用いる平面アンテナに関するもの
である。
ける通信又はレーダに用いる平面アンテナに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】図６は例えば「ア ユニプレーナ ９０
ギガ ショットキダイオード ミリメートルウェーブレ
シーバー」、（アイイーイーイー トランザクションズ
オン マイクロウェーブ セオリー アンド テクニ
クス ７月 １９９５） ［「Ａ Ｕｎｉｐｌａｎａｒ
９０−ＧＨｚ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ−Ｄｉｏｄｅ Ｍｉ
ｌｌｉｍｅｔｅｒ −Ｗａｖｅ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ」、
（ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＩＣ
ＲＯＷＡＶＥ ＴＨＥＯＲＹ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱ
ＵＥＳ，ＪＵＬＹ １９９５）］の１６６９ページに示
された共平面型スロットアンテナの平面図と同断面図で
ある。同図において、誘電体基板４のトップ面に地導体
３が設けられ、この地導体に長方形のスロット１ａ、１
ｂと、コプレーナ導波路２が形成されている。また、５
はコプレーナ導波路２の両側の地導体が高い周波数にお
いても同じ電位を保つためのエア・ブリッジで、６は検
波素子である。
ギガ ショットキダイオード ミリメートルウェーブレ
シーバー」、（アイイーイーイー トランザクションズ
オン マイクロウェーブ セオリー アンド テクニ
クス ７月 １９９５） ［「Ａ Ｕｎｉｐｌａｎａｒ
９０−ＧＨｚ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ−Ｄｉｏｄｅ Ｍｉ
ｌｌｉｍｅｔｅｒ −Ｗａｖｅ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ」、
（ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＩＣ
ＲＯＷＡＶＥ ＴＨＥＯＲＹ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱ
ＵＥＳ，ＪＵＬＹ １９９５）］の１６６９ページに示
された共平面型スロットアンテナの平面図と同断面図で
ある。同図において、誘電体基板４のトップ面に地導体
３が設けられ、この地導体に長方形のスロット１ａ、１
ｂと、コプレーナ導波路２が形成されている。また、５
はコプレーナ導波路２の両側の地導体が高い周波数にお
いても同じ電位を保つためのエア・ブリッジで、６は検
波素子である。
【０００３】図６の従来の共平面型スロットアンテナに
おいて、誘電体基板４の裏側に同じ材料から作られた半
球型のレンズ８を付けることによって、基板の厚みを極
端に薄くせずに基板モードによる表面波損失を無くすこ
とができる。また、レンズ効果によって放射ビームを絞
り、アンテナ利得の向上を図ることができる。
おいて、誘電体基板４の裏側に同じ材料から作られた半
球型のレンズ８を付けることによって、基板の厚みを極
端に薄くせずに基板モードによる表面波損失を無くすこ
とができる。また、レンズ効果によって放射ビームを絞
り、アンテナ利得の向上を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のレ
ンズ付き共平面型スロットアンテナにおいては、収差に
よる影響を小さくするために、レンズ８の直径をスロッ
ト自体の寸法よりかなり大きく取る必要がある。例え
ば、９０ＧＨｚ帯の設計において、スロットの長さが僅
か１．０９ｍｍに対して、レンズの直径が１２．７ｍｍ
となり、平面アンテナとしての小型軽量のメリットが損
なわれるだけでなく、レンズの材料によるミリ波信号の
損失も問題となる。
ンズ付き共平面型スロットアンテナにおいては、収差に
よる影響を小さくするために、レンズ８の直径をスロッ
ト自体の寸法よりかなり大きく取る必要がある。例え
ば、９０ＧＨｚ帯の設計において、スロットの長さが僅
か１．０９ｍｍに対して、レンズの直径が１２．７ｍｍ
となり、平面アンテナとしての小型軽量のメリットが損
なわれるだけでなく、レンズの材料によるミリ波信号の
損失も問題となる。
【０００５】また、図６の従来のレンズ付き共平面型ス
ロットアンテナにおいて、後方の空気側への不要放射を
低減するために、誘電率の高い材料を用いることが望ま
れるが、この場合レンズの表面反射が問題となり、別の
誘電体材料で作られたマッチング・キャップ９を付ける
ことが要求されるので、構造が複雑になり、製造コスト
も高くなる。
ロットアンテナにおいて、後方の空気側への不要放射を
低減するために、誘電率の高い材料を用いることが望ま
れるが、この場合レンズの表面反射が問題となり、別の
誘電体材料で作られたマッチング・キャップ９を付ける
ことが要求されるので、構造が複雑になり、製造コスト
も高くなる。
【０００６】本発明は上記のような問題を解消するため
になされたもので、体積が大きくコストの高い半球型レ
ンズを用いなくても同じ程度又はより優れた性能が得ら
れる共平面型スロットアンテナを実現することを目的と
する。
になされたもので、体積が大きくコストの高い半球型レ
ンズを用いなくても同じ程度又はより優れた性能が得ら
れる共平面型スロットアンテナを実現することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る共平面型ス
ロットアンテナは、異なる誘電率と所定の厚みを持つ誘
電体基板を重ねて作った多層誘電体基板のトップ面に互
いに平行した二本のスロットを設け、さらに同じ面に設
けたコプレーナ導波路をアンテナ入出力伝送線路として
用いることを特徴とする。
ロットアンテナは、異なる誘電率と所定の厚みを持つ誘
電体基板を重ねて作った多層誘電体基板のトップ面に互
いに平行した二本のスロットを設け、さらに同じ面に設
けたコプレーナ導波路をアンテナ入出力伝送線路として
用いることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】誘電体中の１／４波長に相当する
厚みを持つ基板の上に設けたスロットにおいては、ＴＭ
０モード以外のすべての基板モードが遮断される。そこ
で、二本のスロットを一定の間隔で平行に配置すること
によって、ＴＭ０モードの伝搬を互いに打ち消すことが
できるので、表面波損失の極めて少ないスロットアンテ
ナを実現できる。
厚みを持つ基板の上に設けたスロットにおいては、ＴＭ
０モード以外のすべての基板モードが遮断される。そこ
で、二本のスロットを一定の間隔で平行に配置すること
によって、ＴＭ０モードの伝搬を互いに打ち消すことが
できるので、表面波損失の極めて少ないスロットアンテ
ナを実現できる。
【０００９】異なる誘電率と誘電体中の１／４波長に相
当する厚みを持つ基板を重ねて作った多層誘電体基板上
に形成したスロットアンテナにおいては、誘電体基板の
数と誘電率の値を適切に選ぶことによって、後方への不
要放射を抑えることができ、さらに目的に応じて放射パ
ターンを制御することも可能である。
当する厚みを持つ基板を重ねて作った多層誘電体基板上
に形成したスロットアンテナにおいては、誘電体基板の
数と誘電率の値を適切に選ぶことによって、後方への不
要放射を抑えることができ、さらに目的に応じて放射パ
ターンを制御することも可能である。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。 （第１実施例）
する。 （第１実施例）
【００１１】図１は、本発明の一実施例に係る共平面型
スロットアンテナを示す斜視図である。この実施例にお
いて、誘電体基板４ａと４ｃは同じく比誘電率１１．７
のシリコン、４ｂは比誘電率３．８の石英を用いる。各
基板の厚さはそれぞれの誘電休中の１／４波長とする。
二本の一波長スロット１ａと１ｂは基板４ａの上の地導
体３に形成し、特性インピーダンス５０Ωのコプレーナ
導波路２により直列給電し、このコプレーナ導波路２を
介して送信機又は受信機（図示しない）と接続する。
スロットアンテナを示す斜視図である。この実施例にお
いて、誘電体基板４ａと４ｃは同じく比誘電率１１．７
のシリコン、４ｂは比誘電率３．８の石英を用いる。各
基板の厚さはそれぞれの誘電休中の１／４波長とする。
二本の一波長スロット１ａと１ｂは基板４ａの上の地導
体３に形成し、特性インピーダンス５０Ωのコプレーナ
導波路２により直列給電し、このコプレーナ導波路２を
介して送信機又は受信機（図示しない）と接続する。
【００１２】図１においては、二本の一波長スロット１
ａと１ｂのＴＭ０モードを打ち消すために、その間隔を
ＴＭ０モードの半波長とする。また、二本のスロットを
同位相で励振するために、スロット１ａと１ｂの間のコ
プレーナ導波路を必要に応じて曲げることによって、そ
の長さをコプレーナ導波路２の中の一波長とする。
ａと１ｂのＴＭ０モードを打ち消すために、その間隔を
ＴＭ０モードの半波長とする。また、二本のスロットを
同位相で励振するために、スロット１ａと１ｂの間のコ
プレーナ導波路を必要に応じて曲げることによって、そ
の長さをコプレーナ導波路２の中の一波長とする。
【００１３】上記の共平面型スロットアンテナの入力端
における反射損について、有限差分時間領域（ＦＤＴ
Ｄ）法を用いて解析した結果を図２に示す。中心周波数
（この設計では６０ＧＨｚ）において、反射損のレベル
が−３０ｄＢ以下で、相対帯域幅（定在波比が２以下と
定義する）が約１３パーセントであり、平面アンテナと
しては非常に広い周波数帯域幅を実現することができ
る。
における反射損について、有限差分時間領域（ＦＤＴ
Ｄ）法を用いて解析した結果を図２に示す。中心周波数
（この設計では６０ＧＨｚ）において、反射損のレベル
が−３０ｄＢ以下で、相対帯域幅（定在波比が２以下と
定義する）が約１３パーセントであり、平面アンテナと
しては非常に広い周波数帯域幅を実現することができ
る。
【００１４】（第２実施例）次に本発明の別の実施例に
ついて図３を参照して説明する。この実施例において、
二本の一波長スロット１ａと１ｂの間に例えばショット
キ・ダイオードなどの検波素子６を設け、スロット１ａ
と１ｂにより受信されたミリ波信号を検波素子６を用い
て検出し、得られた中間周波数信号を低域通過型フィル
タ７を通じて取り出す。このようにすれば、スロットア
ンテナと受信機が一体化した構造となり、ミリ波帯の伝
送線路の損失が大きいという問題を解消できると同時
に、非常にコンパクトなミリ波帯受信機を実現すること
ができる。
ついて図３を参照して説明する。この実施例において、
二本の一波長スロット１ａと１ｂの間に例えばショット
キ・ダイオードなどの検波素子６を設け、スロット１ａ
と１ｂにより受信されたミリ波信号を検波素子６を用い
て検出し、得られた中間周波数信号を低域通過型フィル
タ７を通じて取り出す。このようにすれば、スロットア
ンテナと受信機が一体化した構造となり、ミリ波帯の伝
送線路の損失が大きいという問題を解消できると同時
に、非常にコンパクトなミリ波帯受信機を実現すること
ができる。
【００１５】図４は図３の実施例における共平面型スロ
ットアンテナのＨ面指向特性と誘電体基板の数との関係
について、６０ＧＨｚにおける実験で得られた結果を示
す。この実験で用いた誘電体基板は、４ａ、４ｃが比誘
電率１０．０のアルミナ、４ｂが比誘電率３．８の石英
であった。各基板の厚さはそれぞれの誘電体中の１／４
波長とした。また、誘電体層をさらに多くする場合は、
この２種類の基板を交互に重ねればよい。図４の実験結
果から、多層化することによって共平面型スロットアン
テナの放射ビーム幅を絞ることができ、さらに誘電体層
の数によって放射パターンをある程度まで制御できるこ
とが分かる。
ットアンテナのＨ面指向特性と誘電体基板の数との関係
について、６０ＧＨｚにおける実験で得られた結果を示
す。この実験で用いた誘電体基板は、４ａ、４ｃが比誘
電率１０．０のアルミナ、４ｂが比誘電率３．８の石英
であった。各基板の厚さはそれぞれの誘電体中の１／４
波長とした。また、誘電体層をさらに多くする場合は、
この２種類の基板を交互に重ねればよい。図４の実験結
果から、多層化することによって共平面型スロットアン
テナの放射ビーム幅を絞ることができ、さらに誘電体層
の数によって放射パターンをある程度まで制御できるこ
とが分かる。
【００１６】図４に示されたのはスロットアンテナのＨ
面指向特性であるが、Ｅ面についても同じ傾向が確認さ
れた。図５は５層の場合のＥ面、Ｈ面指向特性の実験結
果を合わせて示した図である。この５層構造を用いたス
ロットアンテナでは、誘電体基板が４ａのみの１層構造
と比べて、約６ｄＢの利得向上を実現することができ
た。
面指向特性であるが、Ｅ面についても同じ傾向が確認さ
れた。図５は５層の場合のＥ面、Ｈ面指向特性の実験結
果を合わせて示した図である。この５層構造を用いたス
ロットアンテナでは、誘電体基板が４ａのみの１層構造
と比べて、約６ｄＢの利得向上を実現することができ
た。
【００１７】図６に示す半球型レンズを用いる共平面型
スロットアンテナにおいて、後方の空気側への不要放射
は理論的には約−１０ｄＢが限界である。これに対し
て、図５の実験結果から分かるように、実施例２におけ
る誘電体基板を５層にすれば、後方への不要放射を同じ
程度まで抑制することができる。基板の数を増やせば、
図６の従来の共平面型スロットアンテナに比べて、バッ
ク・ローブのレベルをさらに低くすることが可能であ
る。
スロットアンテナにおいて、後方の空気側への不要放射
は理論的には約−１０ｄＢが限界である。これに対し
て、図５の実験結果から分かるように、実施例２におけ
る誘電体基板を５層にすれば、後方への不要放射を同じ
程度まで抑制することができる。基板の数を増やせば、
図６の従来の共平面型スロットアンテナに比べて、バッ
ク・ローブのレベルをさらに低くすることが可能であ
る。
【００１８】また、図６に示す従来型の共平面型スロッ
トアンテナの厚みがレンズを含めて８．６５ｍｍである
に対して、図３の実施例では誘電体基板が５層の場合に
おいても、その全厚みが僅か２．５ｍｍである。実際の
応用において、このようなスロットアンテナをアレイ化
して用いる場合が非常に多い。図６の従来の構造ではア
レイの数が増えると共にレンズの直径を大きくしなけれ
ばならない。これに対して、図３の実施例においては、
アレイの数が増えても基板の厚みを増加させる必要がな
い。
トアンテナの厚みがレンズを含めて８．６５ｍｍである
に対して、図３の実施例では誘電体基板が５層の場合に
おいても、その全厚みが僅か２．５ｍｍである。実際の
応用において、このようなスロットアンテナをアレイ化
して用いる場合が非常に多い。図６の従来の構造ではア
レイの数が増えると共にレンズの直径を大きくしなけれ
ばならない。これに対して、図３の実施例においては、
アレイの数が増えても基板の厚みを増加させる必要がな
い。
【００１９】
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
体積が大きくコストの高い半球型レンズを用いなくて
も、表面波によるアンテナ性能の劣化を防ぐことがで
き、また誘電体基板の数と誘電率を適切に選ぶことによ
って、後方への不要放射を必要なレベルまで抑えられ、
ビーム幅を制御でき、ミリ波帯において非常に小型軽量
で効率の高い平面アンテナを実現することが可能であ
る。
体積が大きくコストの高い半球型レンズを用いなくて
も、表面波によるアンテナ性能の劣化を防ぐことがで
き、また誘電体基板の数と誘電率を適切に選ぶことによ
って、後方への不要放射を必要なレベルまで抑えられ、
ビーム幅を制御でき、ミリ波帯において非常に小型軽量
で効率の高い平面アンテナを実現することが可能であ
る。
【図１】本発明の第１実施例に係る共平面型スロットア
ンテナの構成を示した斜視図である。
ンテナの構成を示した斜視図である。
【図２】図１の共平面型スロットアンテナの入力端にお
ける反射損の解析結果を示した図である。
ける反射損の解析結果を示した図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る共平面型スロットア
ンテナの構成を示した斜視図である。
ンテナの構成を示した斜視図である。
【図４】図３の共平面型スロットアンテナの指向特性の
実験結果を示した図である。
実験結果を示した図である。
【図５】図３の共平面型スロットアンテナの指向特性の
実験結果を示した図である。
実験結果を示した図である。
【図６】（ａ）従来の共平面型スロットアンテナの構成
を示した平面図、（ｂ）同断面図である。
を示した平面図、（ｂ）同断面図である。
１、１ａ、１ｂ スロット ２ コプレーナ導波路 ３ 地導体 ４、４ａ、４ｂ、４ｃ 誘電体基板 ５ エア・ブリッジ ６ 検波素子 ７ 低域通過型フィルタ ８ 半球型レンズ ９ マッチング・キャップ
Claims (1)
- 【請求項１】異なる誘電率と所定の厚みを持つ基板を重
ねて作った多層誘電体基板の上に形成した地導体に、互
いに平行な二本のスロットを設け、さらに同じ面に設け
たコプレーナ導波路をアンテナ入出力用伝送線路として
用いることを特徴とする共平面型スロットアンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8031112A JPH09199935A (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 共平面型スロットアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8031112A JPH09199935A (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 共平面型スロットアンテナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199935A true JPH09199935A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=12322326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8031112A Pending JPH09199935A (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 共平面型スロットアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09199935A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030004748A (ko) * | 2001-07-06 | 2003-01-15 | 엘지전자 주식회사 | 이동통신 단말기용 마이크로스트립 안테나 |
| JP2004515951A (ja) * | 2000-12-05 | 2004-05-27 | トムソン ライセンシング ソシエテ アノニム | マルチビーム信号の受信及び／又は送信用の装置 |
| JP2006287579A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Denso Corp | 高周波モジュールおよび高周波モジュール群 |
| CN106785379A (zh) * | 2017-02-15 | 2017-05-31 | 河南师范大学 | 共面波导馈电的三频缝隙天线 |
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| EP3696915A4 (en) * | 2017-12-19 | 2021-01-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | ANTENNA MODULE FOR SUPPORTING VERTICAL POLARIZATION RADIATION AND ELECTRONIC DEVICE WITH IT |
| JPWO2019198714A1 (ja) * | 2018-12-07 | 2021-09-30 | Ａｇｃ株式会社 | スロットアレイアンテナ |
-
1996
- 1996-01-12 JP JP8031112A patent/JPH09199935A/ja active Pending
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