WO2021100657A1 - 高周波装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a high frequency device using a dielectric substrate.
- patch antenna as one of the high frequency devices that realizes various functions by the pattern formed on the dielectric substrate.
- this type of patch antenna is used as an antenna for an in-vehicle radar, it is mounted in a bumper, for example.
- the radio waves radiated from the patch antenna and reflected by the bumper interfere with the radiated waves by being re-reflected on the surface of the dielectric substrate on which the antenna pattern is formed, and deteriorate the antenna characteristics.
- the influence of reflection is controlled by arbitrarily controlling the reflection direction of the incident wave from the front direction reflected by the bumper by using a reflect array having an electromagnetic bandgap (that is, EBG) structure. Techniques for suppression are described.
- EBG structure has a structure in which a plurality of patches connected to the ground plate via vias are regularly arranged.
- Patent Document 1 does not function for surface waves propagating on the substrate surface and cannot suppress the influence of surface waves. It was.
- a technique for suppressing the influence of surface waves propagating on the surface of a dielectric substrate is provided.
- One aspect of the present disclosure is a high-frequency device, which includes a dielectric substrate, a main plate, and a functional unit.
- the dielectric substrate has a plurality of pattern layers.
- the main plate is formed on the first pattern layer of the dielectric substrate and is used as a ground surface.
- the functional unit has a plurality of conductor patches which are non-feeding patterns formed in a second pattern layer different from the first pattern layer of the dielectric substrate.
- the conductor patch is periodically arranged, and the side along at least one direction is set to the length at which the radio wave propagating on the surface of the dielectric substrate, that is, the surface wave resonates.
- the surface wave resonates on the conductor patch belonging to the functional part, so that the propagation loss of the surface wave increases.
- radiation from the conductor patch based on the surface wave and radiation from the substrate edge of the surface wave reaching the end of the dielectric substrate are suppressed, so that the influence of the surface wave can be suppressed.
- the high frequency device 1 includes a dielectric substrate 2, a main plate 4, and a functional unit 5.
- the dielectric substrate 2 is a rectangular plate material having a thickness formed of a dielectric.
- the first plate surface is referred to as a substrate surface 2a
- the second plate surface is referred to as a substrate back surface 2b. Both the substrate front surface 2a and the substrate back surface 2b are used as a pattern layer.
- the direction along one side of the rectangular dielectric substrate 2 is referred to as the X-axis direction
- the direction along the side orthogonal to the side is referred to as the Y-axis direction
- the normal direction of the substrate surface 2a is referred to as the Z-axis direction.
- the shape of the dielectric substrate 2 is not limited to a rectangle, and can be any shape.
- the main plate 4 is a copper pattern formed so as to cover the entire surface of the back surface 2b of the substrate, and acts as a ground plane. That is, the back surface 2b of the substrate corresponds to the first pattern layer.
- the functional unit 5 is formed on at least a part of the substrate surface 2a and has a function of suppressing the propagation of surface waves (hereinafter, target surface waves) on the substrate surface 2a.
- target surface waves surface waves
- the functional unit 5 includes a plurality of conductor patches 50 arranged periodically and two-dimensionally. That is, the substrate surface 2a corresponds to the second pattern layer.
- the conductor patch 50 is a copper non-feeding pattern formed in a rectangular shape having the same shape and the same size.
- any one of the long side and the short side of the rectangular conductor patch 50 will be referred to as a first side, and the remaining one side will be referred to as a second side.
- Each of the plurality of conductor patches 50 is insulated, and the first side is arranged along the X-axis direction and the second side is arranged along the Y-axis direction at regular intervals. That is, the conductor patch 50 is arranged so that the first side is along the propagation direction of the target surface wave.
- the long side of the rectangular conductor patch 50 is set as the first side.
- the conductor patch 50 has a length of ⁇ g / 2 on the first side, where the wavelength in the tube of the target surface wave is ⁇ g.
- the in-tube wavelength ⁇ g is the wavelength of the target surface wave shortened by a shortening rate corresponding to the dielectric constant of the dielectric substrate 2.
- the length of the first side does not have to be exactly ⁇ g / 2, and may be the length at which the target surface wave resonates.
- the length of the first side may differ within a range of about ⁇ 5% with respect to ⁇ g / 2.
- the first side of the conductor patch 20 does not have to exactly coincide with the propagation direction of the target surface wave.
- the first side may be inclined within a range of ⁇ 45 ° with respect to the propagation direction of the target surface wave.
- the target surface wave propagating along the substrate surface 2a along the X-axis direction has a length of ⁇ g / 2 of each conductor patch 50 of the functional unit 5 in the X-axis direction. Resonates on the first side along. At the time of its resonance. The target surface wave receives a resistance loss at the conductor patch 50 and a dielectric loss at the dielectric substrate 2.
- the target surface wave propagating on the substrate surface 2a receives a loss by resonating on the conductor patch 50 belonging to the functional unit 5.
- radiation from the conductor patch 50 based on the target surface wave and radiation from the substrate edge of the target surface wave that has reached the end of the dielectric substrate 2 can be suppressed. That is, not only the surface wave suppressing effect of suppressing the propagation of the target surface wave but also the radiation suppressing effect of suppressing the radiation from the conductor patch 50 based on the target surface wave can be obtained.
- the other circuits can be provided by providing the functional unit 5 between the source and the other circuits. It is possible to suppress the influence of the target surface wave.
- the dielectric substrate 2 having the pattern layer on the substrate front surface 2a and the substrate back surface 2b is used, but the structure of the dielectric substrate is not limited to this.
- a multilayer dielectric substrate 3 having a pattern layer in the substrate inner layer 3c in addition to the substrate front surface 3a and the substrate back surface 3b may be used.
- the functional portion 5 may be formed on the inner layer 3c of the substrate.
- the functional portion 5 is formed in a pattern layer adjacent to the pattern layer on which the main plate 4 is formed with the dielectric layer interposed therebetween.
- the pattern 41 formed on the substrate surface 3a may be a pattern that functions as a ground plane or a pattern that functions as a high-frequency circuit.
- the conductor patch 50 is arranged so that the first side of the conductor patch 50 belonging to the functional unit 5 is along the X-axis direction (that is, the propagation direction of the target surface wave). Has been done.
- both the first side and the second side of the conductor patch 60 belonging to the functional unit 6 are 45 ° in opposite directions with respect to the X-axis direction. Arranged to incline.
- the direction along the first side of the conductor patch 60 is referred to as the ⁇ direction
- the direction along the second side is referred to as the ⁇ direction.
- the ⁇ and ⁇ directions are orthogonal to each other.
- the length L ⁇ of the first side along the ⁇ direction and the length L ⁇ of the second side along the ⁇ direction are different.
- the plurality of conductor patches 60 are each insulated, inclined at the same angle, and arranged side by side at regular intervals in the ⁇ direction and the ⁇ direction.
- the length L ⁇ of the first side is set to ⁇ g / 2.
- the length L ⁇ of the second side resonates with respect to the surface wave, and the difference between the phase of the signal resonating on the second side and the phase of the signal resonating on the first side (hereinafter, phase difference at resonance). ) ⁇ are set to be out of phase (that is, the phases are 180 ° different).
- the lengths L ⁇ and L ⁇ of each side of the conductor patch 60 are set to a length at which the phase difference ⁇ at resonance becomes 180 °.
- phase difference between the phase of the signal that resonates on the first side and the phase that resonates on the second side that is, ⁇ ⁇ 0 °, so that the polarization of the radiated wave radiated from the conductor patch 60
- the wave direction is different from the polarization direction of the target surface wave.
- the radiated wave radiated from the conductor patch 60 excited by the target surface wave is Y from the horizontally polarized wave along the X-axis direction of the target surface wave, as shown in FIG. It changes to vertically polarized waves along the axial direction.
- interference between the radio wave having the same horizontally polarized wave as the target surface wave and the radiated wave from the conductor patch 60 having vertically polarized wave is suppressed.
- FIG. 7 shows a combination of parameters in which the lengths L ⁇ and L ⁇ of each side of the conductor patch 60 and the arrangement interval g of the conductor patch 60 are changed to suppress radiation from the conductor patch 60 by 10 dB or more. .. Specifically, L ⁇ was changed in the range of ⁇ 5% with respect to ⁇ g / 2, and L ⁇ and g were calculated by simulation.
- FIG. 8 shows the results of calculating the propagation characteristics of surface waves by simulation for each of the parameter combination patterns 1 to 5 shown in FIG. 7. When the combination of parameters shown as pattern 4 is used, it can be seen that the radiation suppressing effect and the surface wave suppressing effect can be obtained at 10 dB or more in both of 76 GHz to 77 GHz.
- FIG. 9 shows the results of calculating the electric field distribution by simulation for Example 1 and Comparative Example 1.
- the first embodiment is a high frequency device 1b designed so as to obtain both a surface wave suppressing effect and a reflection suppressing effect.
- Comparative Example 1 is a high-frequency device designed so that the first side and the second side of the conductor patch 60 differ from each other by 5% or more from ⁇ g / 2, that is, strong resonance does not occur on each side. is there.
- the part indicated by hatching is the part where strong electric field strength is observed.
- a strong electric field is obtained at both ends of the ⁇ direction by resonating in the ⁇ direction along the first side of each conductor patch 60, and the resonance suppresses the propagation of surface waves. It can be seen that the strength of the electric field radiated from the conductor patch 60 is weakened.
- the radiated wave from the conductor patch 60 based on the target surface wave is converted so as to have a polarization plane different from the target surface wave, so that the radiated wave has the same horizontal polarization as the target surface wave. Interference with the radio waves of the above can be further suppressed.
- the functional unit 6 is provided on the substrate surface 2a.
- the high-frequency device 1c of the third embodiment is different from the second embodiment in that the antenna portion 7 is provided on the substrate surface 2a in addition to the functional portion 6.
- the high frequency device 1c is used, for example, as an antenna device in a millimeter wave radar for detecting various targets existing around the vehicle.
- the antenna unit 7 has one or more antenna patterns that act as a radiating element that emits radio waves having a preset operating frequency.
- the antenna portion 7 is arranged near the center of the substrate surface 2a.
- functional portions 6 are formed in three directions except one in which a feeding line for the antenna portion 7 is wired.
- the functional portion 6 is formed on the antenna portion 7 in directions other than the downward direction, that is, in the upward direction and the left-right direction.
- the antenna unit 7 has a plane of polarization along the X-axis direction in the figure, and transmits linearly polarized waves (hereinafter, horizontally polarized waves) having an in-tube wavelength of ⁇ g.
- FIG. 11 shows the results of measuring the radar cross section (hereinafter, RCS) of the high frequency device 1c (hereinafter, Example 2) having the functional unit 6.
- RCS radar cross section
- Example 2 high frequency device 1c
- Example 2 an RCS of a simple metal plate having no functional portion 6 is also shown.
- Example 2 The antenna characteristics of Example 2 and Comparative Example 3 are shown in FIG.
- the radiation wave from the conductor patch 60 based on the surface wave is suppressed from affecting the characteristics of the antenna portion 7 due to the rotation of the plane of polarization.
- the radiated wave from the edge of the substrate based on the surface wave becomes an interference wave with respect to the radiated wave from the antenna portion 7 and affects the antenna characteristics, and specifically, the gain greatly fluctuates depending on the orientation.
- the surface wave resonates with the conductor patch 60, so that the propagation of the surface wave from the antenna portion 7 to the substrate edge is suppressed, and the substrate edge radiation (that is, the interference wave) is reduced. , The fluctuation of the gain is suppressed.
- the functional unit 6 arranged between the antenna unit 7 and the substrate end reduces the propagation of the surface wave originating from the antenna 7 and the substrate edge radiation based on the surface wave. To do. As a result, the disturbance of the antenna characteristics due to the interference of the radiation at the edge of the substrate is suppressed, so that the antenna performance can be improved.
- the propagation characteristics of the functional unit 6 may be designed so that the required substrate edge radiation can be obtained.
- the conductor patches 50 and 50 constituting the functional units 5 and 5 have both the first side and the second side of the rectangle in a row. Although they are arranged side by side, the method of arranging the conductor patches is not limited to this. As shown in FIG. 13, for example, the rectangular conductor patch 60 may be arranged so that only one of the first side and the second side is lined up in a row.
- rectangular conductor patches 50 and 50 are used, but the shape of the conductor patch is not limited to this.
- any polygonal conductor patch such as the hexagonal conductor patch 61 shown in FIG. 14 and the octagonal conductor patch 62 as shown in FIG. 15 may be used.
- a plurality of functions possessed by one component in the above embodiment may be realized by a plurality of components, or one function possessed by one component may be realized by a plurality of components. .. Further, a plurality of functions possessed by the plurality of components may be realized by one component, or one function realized by the plurality of components may be realized by one component. Further, a part of the configuration of the above embodiment may be omitted. In addition, at least a part of the configuration of the above embodiment may be added or replaced with the configuration of the other above embodiment.
- the present disclosure can be realized in various forms such as a system having the high-frequency devices 1, 1a to 1c as constituent elements, an unnecessary radiation suppression method, and the like.
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Abstract
電体基板(2)は、複数のパターン層を有する。誘電体基板の第1パターン層には、グランド面として使用される地板(4)が形成される。機能部(5)は、第1パターン層とは異なる第2パターン層に形成された無給電パターンである複数の導体パッチ(50)を有する。導体パッチは、周期的に配置され、且つ、少なくとも一つの方向に沿った辺が、誘電体基板の表面を伝搬する電波が共振する長さに設定される。
Description
本国際出願は、2019年11月18日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2019-208005号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2019-208005号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
本開示は、誘電体基板を用いる高周波装置に関する。
誘電体基板上に形成されるパターンによって種々の機能を実現する高周波装置の一つとして、パッチアンテナがある。この種のパッチアンテナを車載レーダのアンテナとして使用する場合、例えば、バンパ内に搭載される。パッチアンテナから放射され、バンパで反射した電波は、アンテナパターンが形成された誘電体基板の表面で再反射することで放射波と干渉して、アンテナ特性を劣化させる。
下記特許文献1には、電磁バンドギャップ(すなわち、EBG)構造を有したリフレクトアレーを用いて、バンパで反射した正面方向からの入射波の反射方向を任意に制御することで、反射の影響を抑制する技術が記載されている。EBG構造は、ビアを介して接地プレートに接続される複数のパッチを規則的に並べた構造を有する。
しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献1に記載の従来技術では、基板表面を伝搬する表面波に対しては機能せず、表面波の影響については抑制できないという課題が見出された。
本開示の1つの局面では、誘電体基板の表面を伝搬する表面波の影響を抑制する技術を提供する。
本開示の一態様は、高周波装置であって、誘電体基板と、地板と、機能部と、を備える。誘電体基板は、複数のパターン層を有する。地板は、誘電体基板の第1パターン層に形成され、グランド面として使用される。機能部は、誘電体基板の第1パターン層とは異なる第2パターン層に形成された無給電パターンである複数の導体パッチを有する。導体パッチは、周期的に配置され、且つ、少なくとも一つの方向に沿った辺が、誘電体基板の表面を伝搬する電波、すなわち表面波が共振する長さに設定される。
このような構成によれば、機能部に属する導体パッチ上で表面波が共振することにより、表面波の伝搬損失が増大する。その結果、表面波に基づく導体パッチからの輻射、及び誘電体基板の端部に到達した表面波の基板端からの輻射等が抑制されるため、表面波による影響を抑制できる。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
[1.第1実施形態]
[1-1.構成]
本実施形態に係る高周波装置1の構成について、図1及び図2を参照して説明する。
[1-1.構成]
本実施形態に係る高周波装置1の構成について、図1及び図2を参照して説明する。
高周波装置1は、誘電体基板2と、地板4と、機能部5とを備える。
誘電体基板2は、誘電体で形成された厚さを有する長方形の板材である。以下では、誘電体基板2の2つの板面のうち、第1の板面を基板表面2a、第2の板面を基板裏面2bと称する。基板表面2a及び基板裏面2bはいずれもパターン層として使用される。また、長方形の誘電体基板2の一つの辺に沿った方向をX軸方向、その辺と直交する辺に沿った方向をY軸方向、基板表面2aの法線方向をZ軸方向と称する。但し、誘電体基板2の形状は長方形に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。
地板4は、基板裏面2bの全面を覆うように形成された銅製のパターンであり、接地面として作用する。つまり、基板裏面2bが第1パターン層に相当する。
機能部5は、基板表面2aの少なくとも一部に形成され、基板表面2aでの表面波(以下、対象表面波)の伝搬を抑制する機能を有する。ここでは、表面波はX軸方向に沿って図1中の左から右方向へ伝搬するものとする。機能部5は、周期的かつ二次元的に配置された複数の導体パッチ50を備える。つまり、基板表面2aが第2パターン層に相当する。
導体パッチ50は、いずれも同一形状、同一サイズを有する長方形に形成された銅製の無給電パターンである。以下では、長方形の導体パッチ50の長辺及び短辺のうち、いずれか一つの辺を第1の辺、残りの一つの辺を第2の辺という。複数の導体パッチ50は、それぞれが絶縁されており、第1の辺がX軸方向に沿って、第2の辺がY軸方向に沿って、それぞれ一定間隔で配置される。つまり、導体パッチ50は、第1の辺が対象表面波の伝搬方向に沿うように配置される。図1では、長方形に形成された導体パッチ50の長辺を第1の辺としている。
導体パッチ50は、対象表面波の管内波長をλgとして、第1の辺がλg/2の長さを有する。管内波長λgは、誘電体基板2の誘電率に応じた短縮率で短縮された対象表面波の波長である。但し、第1の辺の長さは厳密にλg/2である必要はなく、対象表面波が共振する長さであればよい。例えば、第1の辺の長さは、λg/2に対して±5%程度の範囲内で異なってもよい。また、導体パッチ20の第1の辺は、対象表面波の伝搬方向と厳密に一致している必要はない。例えば、第1の辺は、対象表面波の伝搬方向に対して±45°の範囲内で傾斜していてもよい。
[1-2.作用]
このように、構成された高周波装置1では、基板表面2aをX軸方向に沿って伝搬する対象表面波は、機能部5が有する各導体パッチ50のλg/2の長さを有するX軸方向に沿った第1の辺で共振する。その共振時に。対象表面波は、導体パッチ50での抵抗損失、及び誘電体基板2での誘電損失を受ける。
このように、構成された高周波装置1では、基板表面2aをX軸方向に沿って伝搬する対象表面波は、機能部5が有する各導体パッチ50のλg/2の長さを有するX軸方向に沿った第1の辺で共振する。その共振時に。対象表面波は、導体パッチ50での抵抗損失、及び誘電体基板2での誘電損失を受ける。
[1-3.効果]
以上詳述した第1実施形態によれば、以下の効果を奏する。
以上詳述した第1実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1a)高周波装置1では、基板表面2aを伝搬する対象表面波は、機能部5に属する導体パッチ50上で共振することで損失を受ける。その結果、対象表面波に基づく導体パッチ50からの輻射、及び誘電体基板2の端部に到達した対象表面波の基板端からの輻射を抑制できる。つまり、対象表面波の伝搬を抑制する表面波抑制効果だけでなく、対象表面波に基づく導体パッチ50からの輻射を抑制する輻射抑制効果を得ることができる。
(1b)誘電体基板2上に、対象表面波の発生源、及びその他の回路が設けられている場合、発生源とその他の回路との間に機能部5を設けることで、その他の回路が対象表面波の影響を受けることを抑制できる。
[1-4.変形例]
第1実施形態の高周波装置1では、基板表面2a及び基板裏面2bにパターン層を有する誘電体基板2が用いられているが、誘電体基板の構造はこれに限定されるものではない。例えば、図3に示す高周波装置1aのように、基板表面3a及び基板裏面3bに加えて基板内層3cにもパターン層を有する多層の誘電体基板3を用いてもよい。この場合、基板内層3cに機能部5を形成してもよい。但し、機能部5は、地板4が形成されたパターン層に誘電体層を挟んで隣接するパターン層に形成される。なお、基板表面3aに形成されるパターン41は、接地面として機能するパターンでもよいし、高周波回路として機能するパターンでもよい。
第1実施形態の高周波装置1では、基板表面2a及び基板裏面2bにパターン層を有する誘電体基板2が用いられているが、誘電体基板の構造はこれに限定されるものではない。例えば、図3に示す高周波装置1aのように、基板表面3a及び基板裏面3bに加えて基板内層3cにもパターン層を有する多層の誘電体基板3を用いてもよい。この場合、基板内層3cに機能部5を形成してもよい。但し、機能部5は、地板4が形成されたパターン層に誘電体層を挟んで隣接するパターン層に形成される。なお、基板表面3aに形成されるパターン41は、接地面として機能するパターンでもよいし、高周波回路として機能するパターンでもよい。
[2.第2実施形態]
[2-1.第1実施形態との相違点]
第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
[2-1.第1実施形態との相違点]
第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
前述した第1実施形態の高周波装置1では、機能部5に属する導体パッチ50の第1の辺が、X軸方向(すなわち、対象表面波の伝搬方向)に沿うように、導体パッチ50が配置されている。第2実施形態の高周波装置1bでは、図4に示すように、機能部6に属する導体パッチ60の第1の辺及び第2の辺がいずれもX軸方向に対して互いに逆方向に45°傾斜するように配置される。
以下では、導体パッチ60の第1の辺に沿った方向をα方向、第2の辺に沿った方向をβ方向と称する。α方向とβ方向は互いに直交する方向である。導体パッチ60は、α方向に沿った第1の辺の長さLαとβ方向に沿った第2の辺の長さLβとが異なる。
複数の導体パッチ60は、それぞれが絶縁されており、すべて同じ角度で傾斜し、α方向及びβ方向において一定間隔に並べて配置される。
導体パッチ60において、第1の辺の長さLαは、λg/2に設定される。第2の辺の長さLβは、表面波に対して共振し、第2の辺で共振する信号の位相と第1の辺での共振する信号の位相との差(以下、共振時位相差)Δθが逆位相となる(すなわち、位相が180°異なる)ように設定される。
図5に示すように、導体パッチ60の各辺の長さLα,Lβと各辺で共振する信号の位相とには相関がある。この関係を利用して、導体パッチ60の各辺の長さLα,Lβは、共振時位相差Δθが180°となる長さに設定される。
[2-2.動作]
対象表面波が、偏波面がX軸方向に沿った水平偏波である場合について説明する。α方向及びβ方向は、対象表面波の偏波面に対して、それぞれ45°の角度で傾斜した方向を有する。対象表面波が伝搬してくると、対象表面波によって励振される電流が、導体パッチ60の第1の辺と第2の辺に流れ、α方向とβ方向の2つの方向で共振する。このとき、第1の辺の長さLαと第2の辺の長さLβとが異なるため、2つの方向における共振長が異なる。その結果、第1の辺で共振する信号の位相と第2の辺で共振する位相とに位相差が生じる、即ち、Δθ≠0°となるため、導体パッチ60から放射される放射波の偏波方向は、対象表面波の偏波方向とは異なったものとなる。
対象表面波が、偏波面がX軸方向に沿った水平偏波である場合について説明する。α方向及びβ方向は、対象表面波の偏波面に対して、それぞれ45°の角度で傾斜した方向を有する。対象表面波が伝搬してくると、対象表面波によって励振される電流が、導体パッチ60の第1の辺と第2の辺に流れ、α方向とβ方向の2つの方向で共振する。このとき、第1の辺の長さLαと第2の辺の長さLβとが異なるため、2つの方向における共振長が異なる。その結果、第1の辺で共振する信号の位相と第2の辺で共振する位相とに位相差が生じる、即ち、Δθ≠0°となるため、導体パッチ60から放射される放射波の偏波方向は、対象表面波の偏波方向とは異なったものとなる。
特に、Δθ=180°の場合、対象表面波によって励振された導体パッチ60から放射される放射波は、図6に示すように、対象表面波のX軸方向に沿った水平偏波からのY軸方向に沿った垂直偏波に変化する。その結果、対象表面波と同じ水平偏波を有する電波と、垂直偏波を有する導体パッチ60からの輻射波との干渉が抑制される。
ここで、図7は、導体パッチ60の各辺の長さLα,Lβ及び導体パッチ60の配置間隔gを変化させて、導体パッチ60からの輻射が10dB以上の抑制されるパラメータの組み合わせを示す。具体的には、Lαをλg/2に対して±5%の範囲で変化させ、シミュレーションによってLβ,gを算出した。図8は、図7に示したパラメータの組み合わせパターン1~5のそれぞれについて、表面波の伝搬特性をシミュレーションによって算出した結果である。パターン4として示すパラメータの組み合わせを用いた場合、76GHz~77GHzにおいて、輻射抑制効果及び表面波抑制効果が、いずれについても10dB以上得られることがわかる。
図9は、実施例1及び比較例1について、電界分布をシミュレーションによって算出した結果を示す。実施例1は、表面波抑制効果及び反射抑制効果がいずれも得られるように設計した高周波装置1bである。比較例1は、導体パッチ60の第1の辺及び第2の辺が、いずれもλg/2から5%以上異なるように、すなわち、各辺で強い共振が起こらないように設計した高周波装置である。
図9中で、ハッチングで示した部位が強い電界強度が観測される部位である。実施例1では、各導体パッチ60の第1の辺に沿ったα方向で共振することによりα方向の両端で強い電界が得られること、及び、共振によって、表面波の伝搬が抑制されることによって、導体パッチ60から放射される電界の強度が弱まることがわかる。
比較例1では、導体パッチ60での強い共振が起こらないため、表面波は強い強度のまま伝搬することによって、各導体パッチ60から輻射される電界の強度も強くなることがわかる。
[2-3.効果]
以上詳述した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)(1b)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
以上詳述した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)(1b)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
(2a)高周波装置1bでは、対象表面波に基づく導体パッチ60からの輻射波が、対象表面波とは異なる偏波面を有するように変換されるため、輻射波が対象表面波と同じ水平偏波の電波と干渉することを、より一層抑制できる。
[3.第3実施形態]
[3-1.第2実施形態との相違点]
第3実施形態は、基本的な構成は第2実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1及び第2実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
[3-1.第2実施形態との相違点]
第3実施形態は、基本的な構成は第2実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1及び第2実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
前述した第2実施形態の高周波装置1bでは、機能部6が基板表面2aに設けられている。第3実施形態の高周波装置1cでは、図10に示すように、機能部6に加えてアンテナ部7が基板表面2aに設けられている点で、第2実施形態と相違する。
高周波装置1cは、例えば、車両の周辺に存在する各種物標を検出するためのミリ波レーダにおけるアンテナ装置として使用される。
アンテナ部7は、予め設定された動作周波数の電波を放射する放射素子として作用する一つ以上のアンテナパターンを有する。
高周波装置1cにおいて、アンテナ部7は、基板表面2aの中央付近に配置され。アンテナ部7の周囲には、アンテナ部7に対する給電線が配線される1方向を除く3方向に機能部6が形成される。図10ではアンテナ部7に下方向以外、すなわち、上方向及び左右方向に機能部6が形成される。
アンテナ部7は、図中X軸方向に沿った偏波面を有し、管内波長がλgとなる直線偏波(以下、水平偏波)を送信する。
[3-2.実験]
機能部6を有する高周波装置1c(以下、実施例2)のレーダ反射断面積(以下、RCS)を測定した結果を図11に示す。比較例2として、機能部6を有さない単なる金属板のRCSを合わせて示す。
機能部6を有する高周波装置1c(以下、実施例2)のレーダ反射断面積(以下、RCS)を測定した結果を図11に示す。比較例2として、機能部6を有さない単なる金属板のRCSを合わせて示す。
高周波装置1c(すなわち、実施例2)では、機能部6の存在により、比較例2と比べて、正面方向以外のRCSを十分に小さな値に抑えられていることがわかる。なお、機能部6に類似する構造を有するが、導体パッチ60の辺の長さLα,Lβがいずれもアンテナ部7が送信する電波が共振しない長さに設定された比較例3でも、実施例2と同様の測定結果が得られる。
実施例2及び比較例3のアンテナ特性を、図12に示す。
比較例3では、表面波に基づく導体パッチ60からの輻射波は、偏波面の回転によってアンテナ部7の特性に影響を与えることが抑制される。しかし、表面波に基づく基板端からの輻射波は、アンテナ部7からの放射波に対する干渉波となって、アンテナ特性に影響を与え、具体的には、方位によって利得が大きく変動する。実施例2では、導体パッチ60にて表面波が共振することで、アンテナ部7から基板端へ向けての表面波の伝搬が抑制され、基板端輻射(すなわち、干渉波)が減少することで、利得の変動が抑制される。
[3-3.効果]
以上詳述した第3実施形態によれば、前述した第1及び第2実施形態の効果(1a)(1b)(2a)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
以上詳述した第3実施形態によれば、前述した第1及び第2実施形態の効果(1a)(1b)(2a)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
(3a)高周波装置1cでは、アンテナ部7と基板端部との間に配置された機能部6により、アンテナ部7を発生源とする表面波の伝搬、ひいては表面波に基づく基板端輻射が減少する。その結果、基板端輻射の干渉によるアンテナ特性の乱れが抑制されるため、アンテナ性能を向上させることができる。
なお、基板端輻射は、アンテナ特性において所望の利得が得られる角度範囲を広げる作用を有するため、必要な基板端輻射が得られるように機能部6が有する伝搬特性を設計してもよい。
[4.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は前述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は前述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
(4a)上記実施形態では、機能部5,5を構成する導体パッチ50,50は、図1及び図4に示すように、長方形の第1の辺及び第2の辺のいずれもが一列に並ぶように配置されているが、導体パッチの配置方法はこれに限定されるものではない。長方形の導体パッチ60は、例えば図13に示すように、第1の辺及び第2の辺のいずれか一つのみが一列に並ぶように配置されてもよい。
(4b)上記実施形態では、長方形の導体パッチ50,50が用いられているが、導体パッチの形状はこれに限定されるものではない。例えば、図14に示す6角形の導体パッチ61及び図15に示すように8角形の導体パッチ62等、任意の多角形の導体パッチを用いてもよい。
(4c)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。
(4d)前述した高周波装置1,1a~1cの他、当該高周波装置1,1a~1cを構成要素とするシステム、不要輻射抑制方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
Claims (8)
- 複数のパターン層を有する誘電体基板(2,3)と、
前記誘電体基板の第1パターン層に形成され、グランド面として使用される地板(4)と、
前記誘電体基板の前記第1パターン層とは異なる第2パターン層に形成された無給電パターンである複数の導体パッチ(50,60,61,62)を有する機能部(5,6)と、
を備え、
前記導体パッチは、周期的に配置され、且つ、指定された少なくとも一つの方向に沿った辺が、前記誘電体基板の表面を伝搬する電波が共振する長さに設定された
高周波装置。 - 請求項1に記載の高周波装置であって
前記電波が共振する長さに設定された前記導体パッチの辺は、前記電波の管内波長の1/2の長さを有する
高周波装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の高周波装置であって、
前記導体パッチは、多角形であり、多角形が有する複数の辺のうち一つ以上の辺のそれぞれに沿った方向を配列方向として、前記配列方向に沿って周期的に配置された
高周波装置。 - 請求項3に記載の高周波装置であって、
前記導体パッチは、長方形であり、直交する2辺のそれぞれに沿った2方向を、前記配列方向とする
高周波装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の高周波装置であって、
前記誘電体基板は、3層以上のパターン層を有し、
前記機能部は、前記両面から誘電体層に挟まれた内側のパターン層に形成された
高周波装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の高周波装置であって、
前記第2パターン層には、放射素子として作用する1つ以上のアンテナパターンを有するアンテナ部(7)が形成され、
前記複数の導体パッチは、前記アンテナ部と前記誘電体基板の端部との間に配置された
高周波装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の高周波装置であって、
前記第2パターン層には、放射素子として作用し直線偏波を放射する1つ以上のアンテナパターンを有するアンテナ部(7)が形成され、
前記複数の導体パッチは、前記アンテナ部から放射される放射電波の偏波方向に対して、傾斜した二つの方向において、前記アンテナ部の動作周波数を有する入射波に対して逆位相の輻射波を発生させるように構成された、
高周波装置。 - 請求項7に記載の高周波装置であって、
前記導体パッチは、前記放射電波の偏波方向に対して、それぞれが互いに逆方向に45°傾斜した2辺を有する
高周波装置。
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