WO2019224949A1 - アンテナ装置およびアレーアンテナ - Google Patents
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Definitions
- the dipole array antenna described in Patent Document 1 is a traveling wave type dipole array antenna in which power is distributed from a microstrip line to a plurality of dipole elements by an impedance transformer.
- a plurality of dipole elements are arranged on both a signal line provided on the front surface of the substrate and a signal line provided on the back surface of the substrate opposite to the signal line. Is done.
- the length of the ground 4 c is shorter than the length of the ground 4 b of the antenna device 1. Thereby, the antenna device 1c further reduces the area occupied by the ground. Therefore, by using a dielectric substrate formed of a material having a high light transmittance as the dielectric substrate 2, the antenna device 1c having higher transparency than the antenna device 1 can be realized.
- FIG. FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the antenna device 1d according to Embodiment 2 of the present invention, and shows the front surface of the antenna device 1d.
- the antenna device 1d includes a dielectric substrate 2 that is a first dielectric substrate, a conductor pattern formed on both surfaces of the dielectric substrate 2, a dielectric substrate 12 that is a second dielectric substrate, and a dielectric substrate.
- a ground 13 provided on the body substrate 12 is provided.
- the dielectric substrate 2 and the conductor pattern formed on both surfaces of the dielectric substrate 2 are the same as those shown in FIGS.
- the electromagnetic wave beam emitted from the antenna device 1d by the ground 13 of the dielectric substrate 12 is limited to the + z direction.
- the antenna device 1d can form a sharper beam than the antenna device according to Embodiment 1, and can limit the radiation direction of electromagnetic waves to a single direction.
- the beam of electromagnetic waves radiated from the linear conductors 7a-1 and 7a-2 is + z by the linear conductor 15a provided at a position facing the linear conductors 7a-1 and 7a-2 on the dielectric substrate 14. Limited to direction.
- the beam of electromagnetic waves emitted from the antenna device 1e by the linear conductors 15a to 15d provided on the dielectric substrate 14 is limited to the + z direction.
- the antenna device 1e can form a sharper beam than the antenna device according to Embodiment 1, and can limit the radiation direction of electromagnetic waves to a single direction.
- the linear conductors 15a to 15d have a conductor pattern area smaller than that of the ground 13 shown in the second embodiment, the highly transparent antenna device 1e can be realized.
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- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
アンテナ装置(1)は、グランド(4b)と、グランド(4b)の幅方向に対向した位置から延びた線状導体(7a-1~7d-1,7a-2~7d-2)と、グランド(4b)に設けられ、線状導体(7a-1~7d-1,7a-2~7d-2)に沿った直線と交差している複数のスロット(6a~6d)と、裏面で対向する位置にあるスロット(6a~6d)と交差している分岐線路(5a~5d)を備える。
Description
この発明は、ダイポールアレーアンテナから構成されたアンテナ装置に関する。
従来から、信号線路に対して平行な偏波を放射するダイポールアレーアンテナが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載されたダイポールアレーアンテナは、インピーダンス変成器によってマイクロストリップ線路から複数のダイポール素子に対して電力が分配される進行波型のダイポールアレーアンテナである。特許文献1に記載されたダイポールアレーアンテナにおいて、複数のダイポール素子は、基板の表面に設けられた信号線路と、この信号線路に対向して基板の裏面に設けられた信号線路との両方に配置される。
特許文献1に記載されたダイポールアレーアンテナが励振されると、信号線路に対して平行な偏波がブロードサイド方向に放射される。このようなダイポールアレーアンテナで信号線路に対して垂直な偏波を放射するためには、90度回転させたダイポール素子を、ベンド構造といった迂回線路を介してマイクロストリップ線路に接続する必要があった。この構造では、特に、高周波帯における伝送損失が大きくなる。
このように特許文献1に記載のダイポールアレーアンテナでは、信号線路に対して垂直な偏波をブロードサイド方向に電磁波を放射するときの伝送損失が大きいという課題があった。
この発明は上記課題を解決するものであって、信号線路に対して垂直な偏波をブロードサイド方向に効率よく放射することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
この発明に係るアンテナ装置は、第1の面に設けられて、帯形状を有する第1のグランドと、第1の面に設けられて、各々が第1のグランドの長手方向に沿って配置された複数の第1の線状導体と、第1のグランドに設けられた複数の孔部と、第1の面に対向した第2の面に設けられて、第1のグランドに平行な信号線路と、第2の面に設けられて、信号線路から分岐した複数の分岐線路とを備える。第1のグランドは、信号線路と平行な帯形状を有している。複数の第1の線状導体は、各々が第1のグランドから延びた線状導体である。複数の孔部は、各々が線状導体に沿った直線と交差している。複数の分岐線路は、各々が第2の面から見て第1の面で対向する位置にある孔部と交差している。
この発明によれば、アンテナ装置が、信号線路と平行な帯形状を有した第1のグランドと、各々が第1のグランドから延びた複数の第1の線状導体と、各々が線状導体に沿った直線と交差している複数の孔部と、各々が第2の面から見て第1の面で対向する位置にある孔部と交差している複数の分岐線路を備える。信号線路から分岐線路が分岐した分岐部の電流が強くなることで、孔部を用いて電磁結合により線状導体が給電される。これにより、アンテナ装置は、信号線路に対して垂直な偏波をブロードサイド方向に効率よく放射することができる。
以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1Aは、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置1のおもて面側の構成を示す平面図であり、アンテナ装置1のおもて面を示している。図1Bは、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置1の裏面側の構成を示す平面図であり、アンテナ装置1の裏面を示している。なお、図1Aでは、アンテナ装置1の裏面側にある構成要素とおもて面側にある構成要素との位置関係を示すため、裏面側の構成要素を破線で記載している。誘電体基板2の一方の面が裏面であり、誘電体基板2の他方の面がおもて面である場合、誘電体基板2の裏面が第1の面であり、誘電体基板2のおもて面が第2の面である。
実施の形態1.
図1Aは、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置1のおもて面側の構成を示す平面図であり、アンテナ装置1のおもて面を示している。図1Bは、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置1の裏面側の構成を示す平面図であり、アンテナ装置1の裏面を示している。なお、図1Aでは、アンテナ装置1の裏面側にある構成要素とおもて面側にある構成要素との位置関係を示すため、裏面側の構成要素を破線で記載している。誘電体基板2の一方の面が裏面であり、誘電体基板2の他方の面がおもて面である場合、誘電体基板2の裏面が第1の面であり、誘電体基板2のおもて面が第2の面である。
図1に示すアンテナ装置1は、第1の誘電体基板である誘電体基板2と、誘電体基板2の両面に形成された導体パターンとを備える。誘電体基板2のおもて面側には、図1Aに示すように、給電部3、信号線路4aおよび分岐線路5a~5dが設けられる。誘電体基板2の裏面側には、図1Bに示すように、グランド4bが設けられている。グランド4bには、スロット6a~6dが設けられている。さらに、誘電体基板2の裏面側には、線状導体7a-1,7a-2、線状導体7b-1,7b-2、線状導体7c-1,7c-2、線状導体7d-1,7d-2が設けられている。
給電部3は、信号線路4aに接続されている。アンテナ装置1は、給電部3から給電される。信号線路4aは、給電部3に入力された高周波が伝播する線路であり、給電線路とも呼ばれる。図1Aに示す給電部3は、裏面側を示す図1Bでは、誘電体基板2の右側にある。グランド4bは、信号線路4aと平行な帯形状を有した第1のグランドであり、例えば、グランド4bを介した線状導体7a-1と線状導体7a-2とからなるダイポールの長さよりも小さい幅を有する。このダイポールの長さは、アンテナ装置1の使用周波数における波長の1/2の長さである。また、信号線路4aは、図1Aに示すように、誘電体基板2のおもて面における、グランド4bと対向する位置に設けられる。
分岐線路5a~5dは、信号線路4aから分岐した線路であり、例えば、信号線路4aから延び出した帯状の導体パターンの先端が給電部3の側に屈折した形状を有している。また、分岐線路5a~5dの長さは、アンテナ装置1の使用周波数における波長の4/1に設定されており、オープンスタブとして動作する。スロット6a~6dは、各々がグランド4bの長手方向に沿って設けられた孔部であり、例えば、グランド4bの長手方向に沿って長い矩形の穴形状を有しており、長さが、アンテナ装置1の使用周波数における0.32波長の長さであり、幅が、0.026波長の長さである。
線状導体7a-1~7d-1および線状導体7a-2~7d-2は、図1Bに示すように、各々がグランド4bの幅方向に対向した位置から延びた第1の線状導体である。例えば、線状導体7a-1~7d-1および線状導体7a-2~7d-2のそれぞれの長さが、アンテナ装置1の使用周波数における0.10波長の長さであり、それぞれの幅が、0.026波長の長さである。線状導体7a-1~7d-1および線状導体7a-2~7d-2は、誘電体基板2の裏面において、グランド4bの長手方向に沿って順に配置されている。図1Bにおいて、破線で示す直線aは第1の線状導体に沿った直線であり、この直線aはグランド4bに直交している。また、線状導体7a-1と線状導体7b-1といった、隣り合う線状導体の間隔は、アンテナ装置1の使用周波数における0.64波長の長さである。
分岐線路5a~5dは、図1Aに示すように、誘電体基板2を介して、スロット6a~6dのうち、各々に対向するスロットと交差している。例えば、分岐線路5aは、誘電体基板2のおもて面から見て裏面で対向する位置にあるスロット6aと交差している。この関係は、分岐線路5b~5dとスロット6b~6dにおいても同じである。スロット6a~6dの各々は、図1Bに示すように、第1の線状導体に沿った直線aと直交する。例えば、線状導体7a-1と線状導体7a-2に沿った直線aは、スロット6aの長手方向の中央部を通るように直交している。この関係は、線状導体7b-1および線状導体7b-2とスロット6b、線状導体7c-1および線状導体7c-2とスロット6c、および、線状導体7d-1および線状導体7d-2とスロット6dにおいても同じである。
次に動作について説明する。
以降では、アンテナ装置1が送信アンテナとして使用された場合について述べる。
RFコネクタから給電部3に入力された高周波は、給電部3から信号線路4aを伝播する。信号線路4aから分岐している分岐線路5a~5dは、アンテナ装置1の使用周波数における波長の4分1の長さを有したオープンスタブであり、分岐線路5a~5dを伝播した高周波が反射されるため、信号線路4aと分岐線路5a~5dの分岐部で電流が強くなる。
以降では、アンテナ装置1が送信アンテナとして使用された場合について述べる。
RFコネクタから給電部3に入力された高周波は、給電部3から信号線路4aを伝播する。信号線路4aから分岐している分岐線路5a~5dは、アンテナ装置1の使用周波数における波長の4分1の長さを有したオープンスタブであり、分岐線路5a~5dを伝播した高周波が反射されるため、信号線路4aと分岐線路5a~5dの分岐部で電流が強くなる。
分岐部の電流が強くなることによってスロット6a~6dが励起され、さらに電磁結合によって、線状導体7a-1および線状導体7a-2、線状導体7b-1および線状導体7b-2、線状導体7c-1および線状導体7c-2、および、線状導体7d-1および線状導体7d-2の各々が励起されて電磁波が空間に放射される。ここで、線状導体7a-1および線状導体7a-2、線状導体7b-1および線状導体7b-2、線状導体7c-1および線状導体7c-2、および、線状導体7d-1および線状導体7d-2の各々は、+x方向に配置されているので、アンテナ装置1から放射される電磁波は、信号線路4aに対して垂直な偏波(y方向に沿った偏波)を有する。
アンテナ装置1が進行波型アンテナである場合について詳細に説明する。
線状導体7a-1,7a-2から放射されなかった電力の一部は、信号線路4aにおける給電部3側(-x方向)に反射波として戻り、残りの電力は、信号線路4aを+x方向に伝播する。一方、分岐線路5aを通過後に信号線路4aを伝播する電磁波の一部は、分岐線路5bと交差しているスロット6bを励起し、電磁結合によって線状導体7b-1,7b-2から空間に放射される。線状導体7b-1,7b-2から空間に放射されなかった電磁波の一部は、給電部3の側に反射波として戻り、残りの電磁波は、信号線路4aを+x方向に伝播する。
線状導体7a-1,7a-2から放射されなかった電力の一部は、信号線路4aにおける給電部3側(-x方向)に反射波として戻り、残りの電力は、信号線路4aを+x方向に伝播する。一方、分岐線路5aを通過後に信号線路4aを伝播する電磁波の一部は、分岐線路5bと交差しているスロット6bを励起し、電磁結合によって線状導体7b-1,7b-2から空間に放射される。線状導体7b-1,7b-2から空間に放射されなかった電磁波の一部は、給電部3の側に反射波として戻り、残りの電磁波は、信号線路4aを+x方向に伝播する。
分岐線路5bを通過後に信号線路4aを伝播する電磁波の一部は、分岐線路5cと交差しているスロット6cを励起し、電磁結合によって線状導体7c-1,7c-2から空間に放射される。線状導体7c-1,7c-2から空間に放射されなかった電磁波の一部は、給電部3の側に反射波として戻り、残りの電磁波は、信号線路4aを+x方向に伝播する。同様に、分岐線路5cを通過後に信号線路4aを伝播する電磁波の一部は、分岐線路5dと交差しているスロット6dを励起して、電磁結合によって線状導体7d-1,7d-2から空間に放射される。線状導体7d-1,7d-2から空間に放射されなかった残りの電磁波は、給電部3の側に反射波として戻る。
アンテナ装置1では、スロット6a~6dを用いて電磁結合により、線状導体7a-1および線状導体7a-2、線状導体7b-1および線状導体7b-2、線状導体7c-1および線状導体7c-2、および、線状導体7d-1および線状導体7d-2が給電される。これにより、アンテナ装置1は、信号線路4aに対して垂直な偏波(y方向に沿った偏波)をブロードサイド方向に効率よく放射することができる。これまでアンテナ装置1が送信アンテナである場合を示したが、アンテナ装置1は、受信アンテナとして使用してもよい。
従来のダイポールアンテナの全長は、一般的に使用周波数における波長の1/2程度であり、アンテナ装置1のグランド4bの幅はダイポールアンテナの長さよりも短いので、従来のダイポールアンテナに比べてグランドの占める面積が小さくて済む。従って、誘電体基板2として光透過率の高い材料で形成された誘電体基板を用いることで、透明性の高いアンテナ装置1を実現することができる。
次に、実施の形態1に係るアンテナ装置の変形例について説明する。
図2は、アンテナ装置1の変形例であるアンテナ装置1aの構成を示す斜視図であり、アンテナ装置1aのおもて面を示している。アンテナ装置1とアンテナ装置1aとで、裏面の構成要素は同一である。アンテナ装置1aには、線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2への電力分配量の調整およびインピーダンス整合を行うため、変成器8a~8dと変成器9a~9dとが設けられている。
図2は、アンテナ装置1の変形例であるアンテナ装置1aの構成を示す斜視図であり、アンテナ装置1aのおもて面を示している。アンテナ装置1とアンテナ装置1aとで、裏面の構成要素は同一である。アンテナ装置1aには、線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2への電力分配量の調整およびインピーダンス整合を行うため、変成器8a~8dと変成器9a~9dとが設けられている。
変成器8a~8dは、図2に示すように、信号線路4aを幅広にした導体パターンであり、分岐線路5a~5dのそれぞれの分岐部から給電部3へ向けて設けられた第1の変成器である。変成器9a~9dは、変成器8a~8dに接続された導体パターンであり、分岐線路5a~5dのそれぞれに設けられた第2の変成器である。
変成器8a~8dおよび変成器9a~9dによって信号線路4aおよび分岐線路5a~5dのインピーダンスが変成される。これにより、線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2への電力分配量の調整およびインピーダンス整合を行うことができる。
なお、図2には、変成器8a~8dと変成器9a~9dとを備えるアンテナ装置1aを示したが、アンテナ装置は、変成器8a~8dと変成器9a~9dのいずれか一方を備えた構成であってもよい。
なお、図2には、変成器8a~8dと変成器9a~9dとを備えるアンテナ装置1aを示したが、アンテナ装置は、変成器8a~8dと変成器9a~9dのいずれか一方を備えた構成であってもよい。
図3は、アンテナ装置1の変形例であるアンテナ装置1bの構成を示す平面図であり、アンテナ装置1bの裏面を示している。アンテナ装置1bとアンテナ装置1とでおもて面の構成要素は同一である。なお、アンテナ装置1bのおもて面側を図2のように構成してもよい。アンテナ装置1bには、アンテナ装置1のスロット6a~6dの代わりに、スリット10a~10dが設けられている。
スリット10a~10dは一部が開放された孔部である。例えば、スリット10a~10dは、給電部3とは反対側の端部が線状導体に沿った方向に開放された形状を有している。このように一部が開放された孔部であっても励起することが可能であり、アンテナ装置1bは、アンテナ装置1と同様に、信号線路4aに対して垂直な偏波をブロードサイド方向に効率よく放射することができる。
図4は、アンテナ装置1の変形例であるアンテナ装置1cの構成を示す斜視図であり、アンテナ装置1cの裏面を示している。アンテナ装置1cとアンテナ装置1とでおもて面の構成要素は同一である。なお、アンテナ装置1cのおもて面側を図2のように構成してもよい。アンテナ装置1cには、アンテナ装置1におけるグランド4bの代わりに、グランド4cが設けられている。
グランド4cは、誘電体基板2の裏面における、おもて面の信号線路4aに対向した位置に設けられた帯形状の第1のグランドである。グランド4cの長手方向の長さは、図4に示すように、グランド4cの長手方向に沿った誘電体基板2の一方の端部から誘電体基板2の他方の端部に最も近い線状導体7d-1,7d-2までの長さである。
また、スロット6a~6cおよびスリット6eは、グランド4cの長手方向に沿って順に設けられ、スロット6a~6cは、グランド4cの長手方向に沿って長い矩形の穴形状を有している。スリット6eは、誘電体基板2の他方の端部に最も近い線状導体7d-1,7d-2に沿った直線と交差する孔部であり、誘電体基板2の他方の端部側が開放されている。
グランド4cは、アンテナ装置1のグランド4bに比べて長手方向の長さが短くなっている。これにより、アンテナ装置1cは、グランドが占める面積がさらに小さくなる。
従って、誘電体基板2として光透過率の高い材料で形成された誘電体基板を用いることで、アンテナ装置1よりも透明性の高いアンテナ装置1cを実現することができる。
従って、誘電体基板2として光透過率の高い材料で形成された誘電体基板を用いることで、アンテナ装置1よりも透明性の高いアンテナ装置1cを実現することができる。
次に、実施の形態1に係るアンテナ装置の特性について説明する。
図5は、実施の形態1に係るアンテナ装置の電磁界シミュレーション結果を示すグラフであり、図2に示したアンテナ装置1aの電磁波放射を電磁界シミュレーションした結果を示している。図5に示すように、アンテナ装置1aの電磁波放射における振幅と規格化周波数との関係は、曲線Aで示される。曲線Aから明らかなように、比帯域が2%以上の帯域に亘って反射係数が約-10dBよりも小さくなっている。
図5は、実施の形態1に係るアンテナ装置の電磁界シミュレーション結果を示すグラフであり、図2に示したアンテナ装置1aの電磁波放射を電磁界シミュレーションした結果を示している。図5に示すように、アンテナ装置1aの電磁波放射における振幅と規格化周波数との関係は、曲線Aで示される。曲線Aから明らかなように、比帯域が2%以上の帯域に亘って反射係数が約-10dBよりも小さくなっている。
図6は、アンテナ装置1から放射された電磁波の放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示すグラフである。図6において、曲線B1は、アンテナ装置1から放射された電磁波の放射パターンのうち、yz面における主偏波を示しており、曲線B2は、yz面における交差偏波を示している。また、曲線C1は、アンテナ装置1から放射された電磁波の放射パターンのうち、xy面における主偏波を示しており、曲線C2は、xy面における交差偏波を示している。θ=0度は、図1で示した+z方向に対応している。図6に示すように、アンテナ装置1は、信号線路4aに対して垂直な偏波がブロードサイド方向(+z方向と-z方向)に放射することができる。
なお、信号線路4a、グランド4bまたはグランド4c、分岐線路5a~5d、および線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2が、誘電体基板2に形成した導体パターンである構成を示したが、実施の形態1は、これに限定されるものではない。
例えば、信号線路4a、グランド4bまたはグランド4c、分岐線路5a~5dおよび線状導体7a-1~7d-2,7a-2~7d-2を金属導体で構成し、誘電体基板2の代わりにスペーサを用いた構造のアンテナ装置であってもよい。この構造のアンテナ装置であっても、信号線路4aに対して垂直な偏波をブロードサイド方向に効率よく放射することができる。
例えば、信号線路4a、グランド4bまたはグランド4c、分岐線路5a~5dおよび線状導体7a-1~7d-2,7a-2~7d-2を金属導体で構成し、誘電体基板2の代わりにスペーサを用いた構造のアンテナ装置であってもよい。この構造のアンテナ装置であっても、信号線路4aに対して垂直な偏波をブロードサイド方向に効率よく放射することができる。
これまで、スロットの形状としてグランド4bまたはグランド4cの長手方向に沿って長い矩形の穴形状を示したが、スロットの形状は、円形、楕円形および多角形のいずれであってもよい。
線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2は、先端に向かうにつれて幅広となる形状の導体パターンであってもよい。線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2を先端が幅広の形状とすることで、アンテナ装置の広帯域化が可能となる。
線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2は、先端が折り返された形状の導体パターンであってもよい。線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2を先端が折り返された形状とすることで、線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2のy方向の長さを短くすることができるので、アンテナ装置の小型化が可能となる。
アンテナ装置1,1a~1cには、ポラライザを設けてもよい。例えば、アンテナ装置の電磁波の放射方向にポラライザを平行に配置する。これにより、アンテナ装置を円偏波アンテナとして動作させることができる。
また、実施の形態1に係るアレーアンテナは、実施の形態1に係るアンテナ装置を複数備えた平面状アレーアンテナである。図7は、実施の形態1に係るアレーアンテナの構成を示す平面図である。図7において、アレーアンテナ11は、3つのアンテナ装置1を用いて構成されている。3つのアンテナ装置1は、グランド4bの幅方向に沿って平行に配置されている。このように、複数個のアンテナ装置1を用いることで、平面状のアレーアンテナを実現することができる。
また、アレーアンテナ11において、個々のアンテナ装置1に別々に給電することで、任意の方向にビームを走査することができるフェーズドアレーアンテナを実現することができる。図7では、複数のアンテナ装置1を用いたアレーアンテナ11を示したが、実施の形態1に係るアレーアンテナは、アンテナ装置1a~1cのいずれかを複数個用いても構成することができる。例えば、複数のアンテナ装置1cをグランド4cの幅方向に沿って平行に配置してアレーアンテナを構成してもよい。また、アンテナ装置1、アンテナ装置1aおよびアンテナ装置1bを、グランド4bの幅方向に沿って平行に配置してアレーアンテナを構成してもよい。
以上のように、実施の形態1に係るアンテナ装置1は、信号線路4aと平行な帯形状を有したグランド4bと、各々がグランド4bから延びた線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2と、各々が線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2に沿った直線と交差しているスロット6a~6dと、各々がおもて面から見て裏面で対向する位置にあるスロット6a~6dと交差している分岐線路5a~5dとを備える。信号線路4aから分岐線路5a~5dが分岐した分岐部の電流が強くなることで、スロット6a~6dを用いて電磁結合により線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2が給電される。これにより、アンテナ装置1は、信号線路4aに対して垂直な偏波をブロードサイド方向に効率よく放射することができる。
実施の形態1に係るアンテナ装置1aは、信号線路4aに設けられた変成器8a~8dおよび分岐線路5a~5dに設けられた変成器9a~9dを備える。これらの構成要素を有することで、アンテナ装置1aは、線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2への電力分配量の調整およびインピーダンス整合を行うことができる。
実施の形態1に係るアンテナ装置1bは、スリット10a~10dを備える。スロット6a~6dを、スリット10a~10dに置き換えても、アンテナ装置1bは、アンテナ装置1と同様に、信号線路4aに対して垂直な偏波をブロードサイド方向に効率よく放射することができる。
実施の形態1に係るアンテナ装置1cにおいて、グランド4cの長手方向の長さは、グランド4cの長手方向に沿った誘電体基板2の一方の端部から、誘電体基板2の他方の端部に最も近い線状導体7d-1,7d-2までの長さである。誘電体基板2の他方の端部に最も近い線状導体7d-1,7d-2に沿った直線と交差するスリット6eは、誘電体基板2の他方の端部側が開放されている。グランド4cは、グランド4bに比べて、長手方向の長さが短く、グランドが占める面積がさらに小さくなっている。これにより、透明性の高いアンテナ装置1cを実現することができる。
実施の形態1に係るアレーアンテナ11において、複数のアンテナ装置1,1a~1cが、グランド4bまたはグランド4cの幅方向に沿って平行に配置されたから構成されている。これにより、平面状アレーアンテナを構成することができる。
実施の形態2.
図8は、この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置1dの構成を示す斜視図であり、アンテナ装置1dのおもて面を示している。図8において、アンテナ装置1dは、第1の誘電体基板である誘電体基板2、誘電体基板2の両面に形成された導体パターン、第2の誘電体基板である誘電体基板12、および誘電体基板12に設けられたグランド13を備えて構成される。図8に示すアンテナ装置1dにおいて、誘電体基板2および誘電体基板2の両面に形成された導体パターンは、図1および図2に示したものと同じである。
図8は、この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置1dの構成を示す斜視図であり、アンテナ装置1dのおもて面を示している。図8において、アンテナ装置1dは、第1の誘電体基板である誘電体基板2、誘電体基板2の両面に形成された導体パターン、第2の誘電体基板である誘電体基板12、および誘電体基板12に設けられたグランド13を備えて構成される。図8に示すアンテナ装置1dにおいて、誘電体基板2および誘電体基板2の両面に形成された導体パターンは、図1および図2に示したものと同じである。
誘電体基板12は、誘電体基板2から離れて平行に配置されている。例えば、誘電体基板12は、誘電体基板2から-z方向に4分の1波長程度離して配置される。
グランド13は、誘電体基板12における、誘電体基板2の裏面に対向する面に設けられた第2のグランドである。グランド13は、誘電体基板12の全面に設けられたベタのグランドであってもよいが、メッシュ状のグランドであってもよい。
グランド13は、誘電体基板12における、誘電体基板2の裏面に対向する面に設けられた第2のグランドである。グランド13は、誘電体基板12の全面に設けられたベタのグランドであってもよいが、メッシュ状のグランドであってもよい。
前述したように、実施の形態1に係るアンテナ装置では、信号線路4aに対して垂直な偏波をブロードサイド方向に効率よく放射することができる。ただし、アンテナ装置から放射される電磁波のビームは、+z方向と-z方向の両側に形成される。
これに対して、実施の形態2に係るアンテナ装置1dでは、誘電体基板2から-z方向に4分の1波長だけ離れた位置に誘電体基板12が配置され、誘電体基板12における、誘電体基板2の裏面に対向する面にはグランド13が設けられている。
これに対して、実施の形態2に係るアンテナ装置1dでは、誘電体基板2から-z方向に4分の1波長だけ離れた位置に誘電体基板12が配置され、誘電体基板12における、誘電体基板2の裏面に対向する面にはグランド13が設けられている。
誘電体基板12が有するグランド13によってアンテナ装置1dから放射された電磁波のビームは+z方向に限定される。このため、アンテナ装置1dは、実施の形態1に係るアンテナ装置よりも鋭いビームを形成させることができ、電磁波の放射方向を単方向に限定することが可能である。
アンテナ装置1dにおける第1のグランドに設けられる孔部は、実施の形態1で示したスロット6a~6dおよびスリット6eであってもよい。スロットの形状は、円形、楕円形および多角形のいずれであってもよい。また、アンテナ装置1dにおける第1のグランドに設けられる孔部は、スロットの代わりに、実施の形態1で示したスリット10a~10dであってもよい。
さらに、アンテナ装置1dにおける第1の線状導体は、実施の形態1で示した線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2であってもよい。線状導体の形状は、先端に向かうにつれて幅広となる形状であってもよく、先端が折り返された形状であってもよい。線状導体を先端に向かうにつれて幅広となる形状とすることで、アンテナ装置1dの広帯域化が可能である。線状導体を先端が折り返された形状とすることで、アンテナ装置1dの小型化が可能となる。
アンテナ装置1dには、ポラライザを設けてもよい。例えば、アンテナ装置1dの電磁波の放射方向にポラライザを平行に配置する。これにより、アンテナ装置1dを円偏波アンテナとして動作させることができる。
実施の形態2に係るアレーアンテナは、アンテナ装置1dを複数備えた平面状アレーアンテナである。例えば、平面状アレーアンテナは、複数のアンテナ装置1dをグランド4bの幅方向に沿って平行に配置して構成される。
以上のように、実施の形態2に係るアンテナ装置1dは、誘電体基板2から離れて平行に配置された誘電体基板12と、誘電体基板12における、誘電体基板2の裏面に対向する面に設けられたグランド13とを備える。この構成を有することで、アンテナ装置1dは、実施の形態1に係るアンテナ装置よりも鋭いビームを形成させることができ、電磁波の放射方向を単方向に限定することが可能である。
実施の形態2に係るアンテナ装置1dにおいて、グランド13はメッシュ状のグランドである。この構成を有することで、アンテナ装置1dは、誘電体基板12として光透過率の高いものを用いることで、さらに透明性の高いアンテナ装置1dを実現することができる。
実施の形態3.
図9は、この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置1eの構成を示す斜視図であり、アンテナ装置1eのおもて面を示している。図9において、アンテナ装置1eは、第1の誘電体基板である誘電体基板2、誘電体基板2の両面に形成された導体パターン、第3の誘電体基板である誘電体基板14、および誘電体基板14に設けられた導体パターンを備えて構成される。図9に示すアンテナ装置1eにおいて、誘電体基板2および誘電体基板2の両面に形成された導体パターンは、図1および図2に示したものと同じである。
図9は、この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置1eの構成を示す斜視図であり、アンテナ装置1eのおもて面を示している。図9において、アンテナ装置1eは、第1の誘電体基板である誘電体基板2、誘電体基板2の両面に形成された導体パターン、第3の誘電体基板である誘電体基板14、および誘電体基板14に設けられた導体パターンを備えて構成される。図9に示すアンテナ装置1eにおいて、誘電体基板2および誘電体基板2の両面に形成された導体パターンは、図1および図2に示したものと同じである。
誘電体基板14は、誘電体基板2から離れて平行に配置されている。例えば、誘電体基板14は、誘電体基板2から-z方向に4分の1波長程度離して配置される。誘電体基板14における、誘電体基板2の裏面と対向する面には、線状導体15a~15dが設けられる。線状導体15a~15dは、誘電体基板2に設けられた線状導体7a-1,7a-2~7d-1,7d-2と対向して設けられた第2の線状導体である。
例えば、線状導体7a-1,7a-2から放射された電磁波のビームは、誘電体基板14において線状導体7a-1,7a-2に対向する位置に設けられた線状導体15aによって+z方向に限定される。このように、誘電体基板14に設けられた線状導体15a~15dによってアンテナ装置1eから放射された電磁波のビームは、+z方向に限定される。このため、アンテナ装置1eは、実施の形態1に係るアンテナ装置よりも鋭いビームを形成させることができ、電磁波の放射方向を単方向に限定することが可能である。
また、線状導体15a~15dは、実施の形態2で示したグランド13よりも導体パターンの面積が小さいため、透明性の高いアンテナ装置1eを実現することができる。
また、線状導体15a~15dは、実施の形態2で示したグランド13よりも導体パターンの面積が小さいため、透明性の高いアンテナ装置1eを実現することができる。
アンテナ装置1eにおける第1のグランドに設けられる孔部は、実施の形態1で示したスロット6a~6dおよびスリット6eであってもよい。スロットの形状は、円形、楕円形および多角形のいずれであってもよい。また、アンテナ装置1eにおける第1のグランドに設けられる孔部は、スロットの代わりに、実施の形態1で示したスリット10a~10dであってもよい。
アンテナ装置1eにおける第1の線状導体および第2の線状導体の形状は、先端に向かうにつれて幅広となる形状の導体パターンであってもよく、先端が折り返された形状の導体パターンであってもよい。線状導体を先端に向かうにつれて幅広となる形状とすることで、アンテナ装置1eの広帯域化が可能である。線状導体を先端が折り返された形状とすることで、アンテナ装置1eの小型化が可能となる。
アンテナ装置1eには、ポラライザを設けてもよい。例えば、アンテナ装置1eの電磁波の放射方向にポラライザを平行に配置する。これにより、アンテナ装置1eを円偏波アンテナとして動作させることができる。
また、実施の形態3に係るアレーアンテナは、アンテナ装置1eを複数備えた平面状アレーアンテナである。例えば、平面状アレーアンテナは、複数のアンテナ装置1eをグランド4bの幅方向に沿って平行に配置して構成される。
以上のように、実施の形態3に係るアンテナ装置1eは、誘電体基板2から離れて平行に配置された誘電体基板14と、誘電体基板14に設けられた線状導体15a~15dを備える。誘電体基板2に設けられた線状導体7a-1~7d-1,7a-2~7d-2と誘電体基板14に設けられた線状導体15a~15dとは、それぞれが対向している。
この構成を有することで、アンテナ装置1eは、実施の形態1に係るアンテナ装置よりも鋭いビームを形成させることができ、電磁波の放射方向を単方向に限定することが可能である。
この構成を有することで、アンテナ装置1eは、実施の形態1に係るアンテナ装置よりも鋭いビームを形成させることができ、電磁波の放射方向を単方向に限定することが可能である。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
この発明に係るアンテナ装置は、信号線路に対して垂直な偏波をブロードサイド方向に効率よく放射することができるので、例えば、レーダ、無線通信機器に利用可能である。
1,1a,1b,1c,1d,1e アンテナ装置、2,12,14 誘電体基板、3 給電部、4a 信号線路、4b,4c,13 グランド、5a,5b,5c,5d 分岐線路、6a,6b,6c,6d スロット、7a-1~7d-1,7a-2~7d-2,15a,15b,15c,15d 線状導体、8a,8b,8c,8d,9a,9b,9c,9d 変成器、6e,10a,10b,10c,10d スリット、11 アレーアンテナ。
Claims (14)
- 第1の面に設けられて、帯形状を有する第1のグランドと、
前記第1の面に設けられて、各々が前記第1のグランドの長手方向に沿って配置された複数の第1の線状導体と、
前記第1のグランドに設けられた複数の孔部と、
前記第1の面に対向した第2の面に設けられて、前記第1のグランドに平行な信号線路と、
前記第2の面に設けられて、前記信号線路から分岐した複数の分岐線路とを備え、
前記第1のグランドは、前記信号線路と平行な帯形状を有しており、
前記複数の第1の線状導体は、各々が前記第1のグランドから延びた線状導体であり、
前記複数の孔部は、各々が第1の線状導体に沿った直線と交差しており、
前記複数の分岐線路は、各々が前記第2の面から見て前記第1の面で対向する位置にある孔部と交差していること
を特徴とするアンテナ装置。 - 前記第1の面は、第1の誘電体基板の一方の面であり、
前記第2の面は、前記第1の誘電体基板の他方の面であること
を特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 - 前記信号線路に設けられた第1の変成器を備えたこと
を特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 - 前記分岐線路に設けられた第2の変成器を備えたこと
を特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 - 前記複数の第1の線状導体は、各々が前記第1のグランドに対して直交していること
を特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 - 前記複数の孔部は、一部が開放された孔部であること
を特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 - 前記第1のグランドの長手方向の長さは、前記第1のグランドの長手方向に沿った前記第1の誘電体基板の一方の端部から、前記第1の誘電体基板の他方の端部に最も近い第1の線状導体までの長さであり、
前記複数の孔部のうち、前記第1の誘電体基板の他方の端部に最も近い第1の線状導体に沿った直線と交差する孔部は、前記第1の誘電体基板の他方の端部側が開放されていること
を特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。 - 前記第1の誘電体基板から離れて平行に配置された第2の誘電体基板と、
前記第2の誘電体基板における前記第1の面に対向する面に設けられた第2のグランドを備えたこと
を特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。 - 前記第2のグランドは、メッシュ状のグランドであること
を特徴とする請求項8記載のアンテナ装置。 - 前記第1の誘電体基板から離れて平行に配置された第3の誘電体基板と、
前記第3の誘電体基板における前記第1の面に対向する面に設けられた複数の第2の線状導体を備え、
前記複数の第1の線状導体と前記複数の第2の線状導体とは、各々が対向していること
を特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。 - 前記複数の孔部は、各々が円形、楕円形および多角形のいずれかの形状を有した孔部であること
を特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 - 前記複数の第1の線状導体および前記複数の第2の線状導体は、各々が先端に向かうにつれて幅広になる形状であること
を特徴とする請求項10記載のアンテナ装置。 - 前記複数の第1の線状導体および前記複数の第2の線状導体は、各々の先端が折り返された形状であること
を特徴とする請求項10記載のアンテナ装置。 - 請求項1から請求項13のいずれか1項記載のアンテナ装置を複数備え、
複数のアンテナ装置は、前記第1のグランドの幅方向に沿って平行に配置されていることを特徴とするアレーアンテナ。
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