WO2023209833A1 - アンテナ装置 - Google Patents
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- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
Definitions
- the present disclosure relates to an antenna device.
- Radar antennas need to be made smaller as onboard equipment used with the antennas becomes smaller and thinner.
- Thin and low-profile antennas include patch antennas and slot antennas with cavities.
- Patent Document 1 discloses a radiation plate serving as an antenna conductor in which an H-shaped slot is formed, a feeding point provided at a symmetrical position in the center of the slot, and a cavity having an opening.
- a slot antenna with a cavity is disclosed, comprising: a cavity in which a cavity is disposed in an opening thereof; According to this cavity-equipped slot antenna, it is possible to suppress the radiation intensity of cross-polarized components and improve the directivity of main polarized waves.
- the antenna of Patent Document 1 has a problem in that the directivity gain in the direction parallel to the surface of the radiation plate is low.
- the present disclosure has been made in order to solve the above problems, and provides an antenna device that can improve the directivity gain in a direction parallel to the plane of an antenna conductor plate provided with slots.
- the purpose is to provide
- An antenna device includes a ground conductor, a planar antenna conductor having a slot and arranged to face the ground conductor, and a planar antenna conductor provided on the antenna conductor across the slot. It includes two feeding points that feed power to the antenna conductor to excite the slot, and a plurality of short-circuit conductors that connect the antenna conductor and the ground conductor.
- the antenna device it is possible to improve the directivity gain in the direction parallel to the plane of the antenna conductor plate provided with the slot.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device according to Embodiment 1.
- FIG. FIG. 3 is a diagram showing antenna characteristics in the ZX plane of the antenna device according to the first embodiment.
- 3 is a diagram showing antenna characteristics in the ZY plane of the antenna device according to Embodiment 1.
- FIG. 3 is a diagram showing the directivity gain of the antenna device according to Embodiment 1.
- FIG. 3 is a simulation diagram showing the distribution of current vectors flowing on the surfaces of the antenna conductor and the short-circuit conductor of the antenna device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device to be compared. It is a figure which shows the antenna characteristic of the ZX plane of the antenna device of comparison object.
- FIG. 6 is a simulation diagram showing the distribution of current vectors flowing on the surfaces of the antenna conductor and cavity conductor of the comparative antenna device.
- FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device according to a second embodiment.
- 7 is a diagram showing antenna characteristics in the ZX plane of the antenna device according to Embodiment 2.
- FIG. 7 is a diagram showing antenna characteristics in the ZY plane of the antenna device according to Embodiment 2.
- FIG. 7 is a diagram showing the directivity gain of the antenna device according to Embodiment 2.
- FIG. 7 is a simulation diagram showing the distribution of current vectors flowing on the surfaces of the antenna conductor and the short-circuit conductor of the antenna device according to the second embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device according to a third embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device according to a fourth embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device 10 according to a first embodiment.
- the antenna device 10 includes an antenna conductor 11, a feeding point 13, a ground conductor 14, and a corner shorting conductor 15.
- the wavelength of the frequency f (center frequency of the intended frequency band) used in the antenna device 10 (20 to 40) is ⁇ .
- the antenna conductor 11 is a flat conductor. As an example, more specifically, the antenna conductor 11 is a flat metal plate.
- the antenna conductor 11 may be formed of a transparent conductive film.
- the antenna conductor 11 has a rectangular or substantially square outer shape and has an H-shaped slot 12 .
- the antenna conductor 11 functions as a radiation plate that radiates radio waves by receiving power from the feeding point 13 .
- the feed point 13 is arranged at a symmetrical position on the antenna conductor 11 across the slot 12 in the center of the antenna conductor 11, and feeds power to the antenna conductor 11. That is, two feed points 13 are provided at the edges of the antenna conductor 11 across the slot 12, and the two feed points 13 feed power to the antenna conductor 11. This excites the slot 12.
- the feed point 13 will be described in accordance with the aspect in which the feed point 13 is arranged at the edge of the antenna conductor 11 in which the slot 12 is formed.
- the feed point 13 12 may be placed at a position away from the edge of the antenna conductor 11 on which the antenna conductor 12 is formed.
- the ground conductor 14 is a flat metal plate.
- the ground conductor 14 is arranged substantially parallel to the antenna conductor 11. That is, the ground conductor 14 and the antenna conductor 11 are arranged to face each other.
- the ground conductor 14 functions as a ground plane. In this embodiment, the ground conductor 14 is described as an infinite ground plane, but the ground conductor 14 may be a finite ground plane installed on the ground.
- the corner shorting conductor 15 is a plurality of rod-shaped metals that electrically short-circuit the antenna conductor 11 and the ground conductor 14.
- Four corner short-circuit conductors 15 are arranged at substantially four corners of the antenna conductor 11.
- One end of each corner short-circuit conductor 15 is connected to the antenna conductor 11, and the other end is connected to the ground conductor 14.
- the corner short-circuit conductor 15 also functions as a support portion that supports the antenna conductor 11 with respect to the ground conductor 14 at a predetermined interval. Note that the corner shorting conductor 15 may have a flat plate shape.
- the length L1 of the antenna conductor 11 is, for example, about 0.4 ⁇ .
- the slot 12 has a length L2 of about 0.35 ⁇ , a length L3 of about 0.34 ⁇ , and a width D of about 0.01 ⁇ .
- the length L4 of the corner short-circuit conductor 15 is, for example, about 0.08 ⁇ .
- FIGS. 2A and 2B are diagrams showing the antenna characteristics of the antenna device 10 according to the first embodiment, and show the results obtained by simulation of the radiation characteristics of the antenna device 10 at the frequency f.
- FIG. 2A is a diagram showing a radiation pattern in the ZX plane
- FIG. 2B is a diagram showing a radiation pattern in the ZY plane.
- FIG. 4 shows the results obtained by simulation of the distribution of current vectors flowing on the surfaces of the antenna conductor 11 and the corner short-circuit conductor 15 of the antenna device 10 at the frequency f.
- FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a comparative antenna device 10C for explaining the antenna characteristics of the antenna device 10 according to the first embodiment.
- a structural difference between the antenna device 10C and the antenna device 10 according to the embodiment is that in the antenna device 10C, a cavity conductor 16 is provided to surround the antenna conductor 11. It is assumed that the dimensions of L1, L2, L3, L4, and D are the same for both the antenna device 10 and the antenna device 10C.
- FIG. 6 is a diagram showing the antenna characteristics of the antenna device 10C, in which FIG. 6A is a diagram showing a radiation pattern in the ZX plane, and FIG. 6B is a diagram showing a radiation pattern in the ZY plane.
- FIG. 7 is a diagram showing the directivity gains in the X direction and the Z direction.
- FIG. 8 shows the results obtained by simulation of the current vector distribution flowing on the surfaces of the antenna conductor 11 and the cavity conductor 16 of the antenna device 10C.
- the comparative antenna device 10C has antenna characteristics that exhibit a substantially non-directional radiation pattern centered on the Y-axis, which is the axial direction of the slot 12. As shown in Figure 8, the direction of the current vector is aligned in the X direction, and the slot 12 behaves like a magnetic current dipole placed on an infinite ground plane, resulting in a radiation pattern as shown in Figure 6B. .
- the directivity gain in the X direction ( ⁇ 90°) of the comparison target shown in FIG. .3dBi higher by 2.6dBi.
- a current vector in the Z direction is generated on the surface of the corner short-circuited conductor 15 in the opposite direction to the current vector flowing in the center of the antenna conductor 11.
- the H-shaped slot 12 is formed, the flat antenna conductor 11 has a substantially square outer shape, and A feeding point 13 that is arranged in symmetrical positions and feeds power to the antenna conductor, a ground conductor 14 that is arranged approximately parallel to the antenna conductor 11, and four ground conductors that are arranged approximately at the four corners of the antenna conductor 11, one end of which is connected to the antenna conductor. Since the corner short-circuit conductor 15 is connected to the ground conductor at the other end, the radiation from the corner short-circuit conductor 15 can be used, so that radiation in the direction parallel to the plane of the antenna conductor 11 (X direction) is provided. Directivity gain can be increased.
- the large antenna for low frequency band radar can be installed horizontally, without spoiling the scenery. , it is possible to obtain an antenna device that is easy to install.
- the antenna device of Embodiment 1 by using a transparent conductive film for the antenna conductor, it is possible to obtain an antenna device that can improve the scenery.
- Embodiment 2 The antenna device 10 of the first embodiment is designed to improve radiation in the horizontal direction. Next, with reference to FIGS. 9 to 12, an antenna device 20 capable of suppressing radiation in the vertical direction will be described as a second embodiment.
- FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of the antenna device 20 according to the second embodiment. Components similar to those in FIG. 1 are not shown in order to improve visibility.
- the difference from the configuration of the antenna device 10 according to the first embodiment is that the antenna device 20 has one edge shorting conductor 21 connecting the antenna conductor 11 and the ground conductor 14 at the center of both ends of the antenna conductor 11 on the ⁇ X sides. This is another point to be prepared for.
- an imaginary line connecting two corner short-circuited conductors 15 and one edge short-circuited conductor 21 is parallel to the intersecting slit connecting the slits on both sides of the H-shaped slit 12.
- the antenna device 20 also includes an antenna conductor 11, a feeding point 13, a ground conductor 14, and a corner short-circuit conductor 15.
- the dimensions of L1, L2, L3, L4, and D in the antenna device 20 are also the same as those of the antenna device 10.
- FIGS. 10A and 10B are diagrams showing the antenna characteristics of the antenna device 20 according to the second embodiment, and show the results of a simulation of the radiation characteristics of the antenna device 20 at the frequency f.
- FIG. 10A is a diagram showing a radiation pattern in the ZX plane
- FIG. 10B is a diagram showing a radiation pattern in the ZY plane.
- FIG. 12 shows the results obtained by simulation of the distribution of current vectors flowing on the surfaces of the antenna conductor 11, the corner short-circuit conductor 15, and the edge short-circuit conductor 21 of the antenna device 20 at the frequency f.
- the antenna characteristics of the antenna device 20 according to the second embodiment will be explained.
- the directivity gain in the horizontal direction can be increased. Moreover, the directivity gain in the vertical direction can be lowered.
- a transparent conductive film may be used for the antenna conductor. Thereby, it is possible to obtain an antenna device that can improve the scenery.
- Embodiment 3 The antenna device 10 of the first embodiment is designed to improve radiation in the horizontal direction. Next, referring to FIG. 13, an antenna device 30 capable of widening the operating frequency band will be described as a third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device 30 according to the third embodiment.
- the antenna device 30 includes an antenna conductor 31 having a bowtie-shaped slot 32.
- the other configurations are the same, and the antenna device 30 also includes a feeding point 13, a ground conductor 14, and a corner short-circuit conductor 15.
- the width of the slot 32 increases in a tapered manner from the power feeding point 13 toward the ⁇ Y side, and the slot 32 has a bowtie shape.
- the antenna device 30 includes an antenna conductor 31 having a slot 32 with a wide slot width, but the other configuration is the same as the antenna device 10 of Embodiment 1, so the operation of the antenna device 30 is similar to that of the antenna device 10. You can think of it in the same way. Furthermore, it is generally known that widening the slot in a tapered manner allows the antenna device to have a wider band.
- the antenna device 30 according to the third embodiment includes the antenna conductor 31 having the bowtie-shaped slot 32, the antenna device 30 has the impedance characteristics in addition to the effects of the antenna device 10 according to the first embodiment. This has the effect of widening the band. Note that even if the antenna device 30 is modified to include six short-circuited conductors as in the second embodiment, it is possible to achieve a wider band.
- a transparent conductive film may be used for the antenna conductor. Thereby, it is possible to obtain an antenna device that can improve the scenery.
- Embodiment 4 The antenna device 10 of the first embodiment uses a flat conductor as the antenna conductor 11.
- an antenna device 40 in which the antenna conductor is configured in a lattice shape by linear conductors is shown as a fourth embodiment.
- FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device 40 according to Embodiment 4.
- the first difference from the configuration of the antenna device 10 according to the first embodiment is that the antenna device 40 includes an antenna conductor 41 instead of the antenna conductor 11.
- the antenna conductor 41 can be manufactured by forming a plurality of linear conductors in a lattice shape so that one side of the lattice is 1/10 ⁇ or less. By producing the antenna conductor 41 in this manner, the antenna conductor 41 can be made into an antenna conductor that is electrically equivalent to a slotted metal flat plate like the antenna conductor 11.
- the linear conductor may be a thick columnar conductor such as a metal pipe.
- a second difference from the configuration of the antenna device 10 according to the first embodiment is that the antenna device 40 includes a sufficiently fine mesh-like ground conductor 42 with a mesh size of 1/100 ⁇ or less instead of the ground conductor 14. It is a point.
- the electrical characteristics of the antenna device 40 are the same as those of the antenna device 10 according to the first embodiment, so the operation of the antenna device 40 is as follows. It can be considered in the same way as the antenna device 10.
- the antenna device 40 when the antenna device 40 is used as an antenna for a low-frequency band radar, assembly, disassembly, and transportation of the antenna device 40 are facilitated, and installation efficiency is improved. be able to.
- the antenna device 40 according to the fourth embodiment includes the antenna conductor 41 in which a plurality of linear conductors are formed in a lattice shape and the net-like ground conductor 42, the antenna device according to the first embodiment has the following effects. In addition, installation ease can be improved. Note that the antenna device 40 according to the fourth embodiment may be modified to include six shorting conductors as in the second embodiment, or to have a bowtie-shaped slot as in the third embodiment. . Even when the antenna device is deformed in this way, the electrical characteristics of the antenna device obtained by the deformation are the same as those of the antenna device 40, so it is possible to improve the ease of installation.
- the antenna device of Supplementary Note 1 includes a ground conductor (14; 42), a planar antenna conductor (11; 31; 41) having a slot and arranged to face the ground conductor, and a planar antenna conductor (11; 31; 41) that straddles the slot.
- the antenna device of appendix 2 is the antenna device described in appendix 1, in which the antenna conductor is rectangular.
- the antenna device according to appendix 3 is the antenna device described in appendix 1 or 2, wherein the plurality of short-circuit conductors are four corner short-circuit conductors (15) arranged at each of the four corners of the antenna conductor. including.
- the antenna device of appendix 4 is the antenna device described in any one of appendixes 1 to 3, in which the slot is formed in an H shape.
- the antenna device of Appendix 5 is the antenna device described in Appendix 4, wherein the plurality of short circuit conductors are equidistant from the four corner short circuit conductors (15) and the four corner short circuit conductors.
- Two edge short-circuit conductors (21), the two edge short-circuit conductors, in plan view, are one of the two edge short-circuit conductors and two of the four corner short-circuit conductors.
- the imaginary line connecting the two is parallel to the intersecting slit connecting the slits on both sides of the H-shaped slot.
- the antenna device of appendix 6 is the antenna device described in any one of appendixes 1 to 3, in which the slot is formed in a bowtie shape.
- Appendix 7 The antenna device of Appendix 7 is the antenna device described in any one of Appendixes 1 to 3, in which the antenna conductor is a transparent conductive film.
- the antenna device according to appendix 8 is the antenna device described in appendix 1, in which the ground conductor (42) is a net-like conductor, and the antenna conductor (41) is composed of a plurality of linear conductors arranged in a grid shape. A conductor that is electrically equivalent to a slotted flat metal plate.
- the antenna device according to appendix 9 is the antenna device described in appendix 8, in which the antenna conductor is rectangular.
- the antenna device according to appendix 10 is the antenna device described in appendix 8 or 9, wherein the plurality of short-circuit conductors are four corner short-circuit conductors (15) arranged at each of the four corners of the antenna conductor. including.
- Appendix 11 The antenna device of Appendix 11 is the antenna device described in any one of Appendixes 8 to 10, in which the slot is formed in an H shape.
- the antenna device of Appendix 12 is the antenna device described in Appendix 11, wherein the plurality of short-circuit conductors are equidistant from the four corner short-circuit conductors (15) and the four corner short-circuit conductors.
- Two edge short-circuit conductors (21), the two edge short-circuit conductors, in plan view, are one of the two edge short-circuit conductors and two of the four corner short-circuit conductors.
- the imaginary line connecting the two is parallel to the intersecting slit connecting the slits on both sides of the H-shaped slot.
- Appendix 13 The antenna device of Appendix 13 is the antenna device described in any one of Appendixes 8 to 10, in which the slot is formed in a bowtie shape.
- the physical size of the antenna used is small, so it is possible to arrange the antenna so that the radiation direction with high gain faces the radar target.
- the physical size of the antennas used is large, making it difficult to arrange the antennas so that the radiation direction with high gain faces the radar target. be.
- the antenna device of the present disclosure the directivity gain in the direction parallel to the antenna conductor plate provided with the slot is improved compared to the conventional one, so that radiation in the direction parallel to the antenna conductor plate is improved. Radar objects can be irradiated.
- the antenna device of the present disclosure can be used as an antenna device for a low frequency band radar such as a marine radar.
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Abstract
アンテナ装置は、グランド導体(14;42)と、前記グランド導体と対向するように配置された、スロットを有する平面状のアンテナ導体(11;31;41)と、前記スロットを跨って前記アンテナ導体に設けられた、前記アンテナ導体に給電して前記スロットを励振する2つの給電点(13)と、前記アンテナ導体と前記グランド導体を接続する複数の短絡導体(15;21)と、を備える。
Description
本開示は、アンテナ装置に関する。
レーダ用のアンテナは、アンテナとともに用いられる搭載装置の小型化および薄型化に伴い、小型化が必要となる。薄型で低背なアンテナとしては、パッチアンテナまたはキャビティ付きスロットアンテナがある。
例えば特許文献1には、H状のスロットが形成されたアンテナ導体となる放射板と、そのスロットの中央部の対称位置に設けられた給電点と、開口を有するキャビティであって、前記放射板がその開口に配置されるキャビティと、を備えたキャビティ付きスロットアンテナが開示されている。このキャビティ付きスロットアンテナによれば、交差偏波成分の放射強度を抑制し、主偏波の指向性を向上させることができる。
しかしながら、特許文献1のアンテナによれば、放射板の面に対して平行な方向の指向性利得が低いという問題点があった。
本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、スロットが設けられたアンテナ導体板の面に対して平行な方向への指向性利得を向上させることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
本開示の実施形態によるアンテナ装置は、グランド導体と、前記グランド導体と対向するように配置された、スロットを有する平面状のアンテナ導体と、前記スロットを跨って前記アンテナ導体に設けられた、前記アンテナ導体に給電して前記スロットを励振する2つの給電点と、前記アンテナ導体と前記グランド導体を接続する複数の短絡導体と、を備える。
本開示の実施形態によるアンテナ装置によれば、スロットが設けられたアンテナ導体板の面に対して平行な方向への指向性利得を向上させることができる。
以下、添付の図面を参照して、本開示における種々の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において同一または類似の符号を付された構成要素は、同一または類似の構成または機能を有するものであり、そのような構成要素についての重複する説明は省略する。
実施の形態1.
図1から図8を参照して、本開示の実施の形態1によるアンテナ装置について説明する。図1は、実施の形態1によるアンテナ装置10の概略構成を示す図である。図1に示されているように、アンテナ装置10は、アンテナ導体11と、給電点13と、グランド導体14と、コーナー短絡導体15と、を備える。なお、本明細書では、アンテナ装置10(20~40)において使用する周波数f(使用目的の周波数帯域の中心周波数)の波長をλとする。
図1から図8を参照して、本開示の実施の形態1によるアンテナ装置について説明する。図1は、実施の形態1によるアンテナ装置10の概略構成を示す図である。図1に示されているように、アンテナ装置10は、アンテナ導体11と、給電点13と、グランド導体14と、コーナー短絡導体15と、を備える。なお、本明細書では、アンテナ装置10(20~40)において使用する周波数f(使用目的の周波数帯域の中心周波数)の波長をλとする。
(アンテナ導体)
アンテナ導体11は平面上の導体である。一例として、より具体的には、アンテナ導体11は平板状の金属板である。アンテナ導体11は、透明導電膜により形成されていてもよい。アンテナ導体11は、外形が方形または略正方形状に形成され、H状のスロット12を有する。アンテナ導体11は、給電点13から給電されることにより電波を放射する放射板として機能する。
アンテナ導体11は平面上の導体である。一例として、より具体的には、アンテナ導体11は平板状の金属板である。アンテナ導体11は、透明導電膜により形成されていてもよい。アンテナ導体11は、外形が方形または略正方形状に形成され、H状のスロット12を有する。アンテナ導体11は、給電点13から給電されることにより電波を放射する放射板として機能する。
(給電点)
給電点13は、アンテナ導体11の中央部におけるスロット12を挟んだアンテナ導体11上の対称位置に配置され、アンテナ導体11への給電を行う。すなわち、2つの給電点13がスロット12を跨ってアンテナ導体11のエッジに設けられ、2つの給電点13がアンテナ導体11に給電を行う。これにより、スロット12が励振される。なお、本実施の形態1ではスロット12が形成されたアンテナ導体11のエッジに給電点13が配置された態様に即して説明するが、インピーダンス整合を容易にするために、給電点13はスロット12が形成されたアンテナ導体11のエッジから離れた位置に配置されてもよい。
給電点13は、アンテナ導体11の中央部におけるスロット12を挟んだアンテナ導体11上の対称位置に配置され、アンテナ導体11への給電を行う。すなわち、2つの給電点13がスロット12を跨ってアンテナ導体11のエッジに設けられ、2つの給電点13がアンテナ導体11に給電を行う。これにより、スロット12が励振される。なお、本実施の形態1ではスロット12が形成されたアンテナ導体11のエッジに給電点13が配置された態様に即して説明するが、インピーダンス整合を容易にするために、給電点13はスロット12が形成されたアンテナ導体11のエッジから離れた位置に配置されてもよい。
(グランド導体)
グランド導体14は、平板状の金属板である。グランド導体14は、アンテナ導体11と略平行に配置される。すなわち、グランド導体14とアンテナ導体11は対向するように配置される。グランド導体14は地板として機能する。なお、本実施の形態では、グランド導体14を無限地板として説明するが、グランド導体14は大地上に設置された有限地板であってもよい。
グランド導体14は、平板状の金属板である。グランド導体14は、アンテナ導体11と略平行に配置される。すなわち、グランド導体14とアンテナ導体11は対向するように配置される。グランド導体14は地板として機能する。なお、本実施の形態では、グランド導体14を無限地板として説明するが、グランド導体14は大地上に設置された有限地板であってもよい。
(コーナー短絡導体)
コーナー短絡導体15は、アンテナ導体11とグランド導体14を電気的に短絡する複数の棒状の金属である。コーナー短絡導体15は、アンテナ導体11の略四隅に4つ配置される。各コーナー短絡導体15の一端はアンテナ導体11に接続され、他端はグランド導体14に接続される。コーナー短絡導体15は、アンテナ導体11をグランド導体14に対して所定間隔で支持する支持部としても機能する。なお、コーナー短絡導体15は平板状であってもよい。
コーナー短絡導体15は、アンテナ導体11とグランド導体14を電気的に短絡する複数の棒状の金属である。コーナー短絡導体15は、アンテナ導体11の略四隅に4つ配置される。各コーナー短絡導体15の一端はアンテナ導体11に接続され、他端はグランド導体14に接続される。コーナー短絡導体15は、アンテナ導体11をグランド導体14に対して所定間隔で支持する支持部としても機能する。なお、コーナー短絡導体15は平板状であってもよい。
アンテナ導体11は、長さL1が例えば0.4λ程度とする。スロット12は、長さL2が例えば0.35λ程度、長さL3が例えば0.34λ程度、幅Dが例えば0.01λ程度とする。コーナー短絡導体15は、長さL4が例えば0.08λ程度とする。
次に、図2~図8を参照して、実施の形態1によるアンテナ装置10の動作について説明をする。図2Aおよび図2Bは、実施の形態1によるアンテナ装置10のアンテナ特性を示す図であり、周波数fにおけるアンテナ装置10の放射特性をシミュレーションにより求めた結果を示している。図2AはZX面の放射パターン、図2BはZY面の放射パターンを示す図である。図3は、X方向(θ=90°)およびZ方向(θ=0°)の指向性利得を示す図である。図4は、周波数fにおけるアンテナ装置10のアンテナ導体11とコーナー短絡導体15の表面に流れる電流ベクトルの分布をシミュレーションにより求めた結果を示している。
図5は、実施の形態1によるアンテナ装置10のアンテナ特性を説明するための、比較対象のアンテナ装置10Cの概略構成を示す図である。アンテナ装置10Cの実施の形態によるアンテナ装置10との構成上の差異は、アンテナ装置10Cではキャビティ導体16がアンテナ導体11を囲うように設けられている点である。なお、L1、L2、L3、L4、Dの寸法は、アンテナ装置10およびアンテナ装置10Cの両者について同じであるものとする。図6は、アンテナ装置10Cのアンテナ特性を示す図であり、図6AはZX面の放射パターン、図6BはZY面の放射パターンを示す図である。図7は、X方向およびZ方向の指向性利得を示す図である。図8は、アンテナ装置10Cのアンテナ導体11とキャビティ導体16の表面に流れる電流ベクトル分布をシミュレーションにより求めた結果を示している。
比較対象のアンテナ装置10Cは、図6Bに示されるように、スロット12の軸方向であるY軸を中心にほぼ無指向性の放射パターンを示すアンテナ特性を有する。図8に示されるように、電流ベクトルの向きはX方向にそろっており、スロット12が無限地板上に配置された磁流ダイポールのように振る舞うため、図6Bに示されるような放射パターンになる。
これに対し、実施の形態1によるアンテナ装置10は、図2Aに示されるように、θ=45°でヌルとなるようなアンテナ特性を有する。また、図3に示されるように、X方向(θ=90°)の指向性利得が6.9dBiであり、図7に示される比較対象のX方向(θ=90°)の指向性利得4.3dBiに比べて2.6dBi高い。これは、図4に示されるように、アンテナ導体11の中心部に流れる電流ベクトルとは逆の向きにコーナー短絡導体15の表面にZ方向への電流ベクトルが発生しており、コーナー短絡導体15が約半波長離れたアレー素子として動作するため、X方向(θ=90°)の指向性利得が比較対象に比べて向上するからである。
以上のように、実施の形態1に係るアンテナ装置10によれば、H状のスロット12が形成され、外形が略正方形状に形成された平板状のアンテナ導体11と、スロット12の中央部における対称位置に配置され、アンテナ導体への給電する給電点13と、アンテナ導体11と略平行に配置されたグランド導体14と、アンテナ導体11の略四隅に4つ配置され、一端はアンテナ導体に接続され、他端はグランド導体に接続されたコーナー短絡導体15とを備えたので、コーナー短絡導体15からの放射を利用できるため、アンテナ導体11の平面に対して平行な方向(X方向)への指向性利得を高めることができる。
また、実施の形態1のアンテナ装置10の構成を低周波帯レーダ用の大型アンテナに適用することにより、低周波帯レーダ用の大型アンテナを水平に設置することができるため、景観を損なうことなく、設置が容易なアンテナ装置を得ることができる。
さらに、実施の形態1のアンテナ装置によれば、アンテナ導体に透明導電膜を用いることで、景観を改善できるアンテナ装置を得ることができる。
実施の形態2.
上記実施の形態1のアンテナ装置10は、水平方向への放射を向上するようにしたものである。次に、図9から図12を参照して、垂直方向への放射を抑制できるアンテナ装置20を実施の形態2として示す。
上記実施の形態1のアンテナ装置10は、水平方向への放射を向上するようにしたものである。次に、図9から図12を参照して、垂直方向への放射を抑制できるアンテナ装置20を実施の形態2として示す。
図9は、実施の形態2によるアンテナ装置20の概略構成を示す図である。図1と同様の構成については、視認性を向上させるために図示を省略している。実施の形態1によるアンテナ装置10の構成との差異は、アンテナ装置20は、アンテナ導体11とグランド導体14を接続するエッジ短絡導体21をアンテナ導体11の±X側の両端中央部に1つずつ更に備える点である。換言すると、アンテナ装置20は、平面視において、2つのコーナー短絡導体15と1つのエッジ短絡導体21とを結ぶ想像線が、H状のスリット12の両側のスリットを接続する交差スリットと平行となるように、2つのエッジ短絡導体21をH状のスリット12の両側のスリットから等距離の位置に備える。その他の構成については同様であり、アンテナ装置20も、アンテナ導体11と、給電点13と、グランド導体14と、コーナー短絡導体15と、を備える。アンテナ装置20におけるL1、L2、L3、L4、Dの寸法も、アンテナ装置10のそれらと同じである。
図10Aおよび図10Bは、は、実施の形態2によるアンテナ装置20のアンテナ特性を示す図であり、周波数fにおけるアンテナ装置20の放射特性をシミュレーションにより求めた結果を示している。図10AはZX面の放射パターン、図10BはZY面の放射パターンを示す図である。図11は、X方向(θ=90°)およびZ方向(θ=0°)の指向性利得を示す図である。図12は、周波数fにおけるアンテナ装置20のアンテナ導体11、コーナー短絡導体15およびエッジ短絡導体21の表面に流れる電流ベクトルの分布をシミュレーションにより求めた結果を示している。
実施の形態2によるアンテナ装置20のアンテナ特性について説明する。図10Aに示されるように、Z方向(θ=0°)の放射パターンが凹んでいる。また、図11に示されるように、Z方向(θ=0°)の指向性利得が-10dBiであり、図7に示される比較対象のZ方向(θ=0°)の-1.9dBiの指向性利得に比べて8.1dBi低い。また、図11に示されるように、X方向(θ=90°)の指向性利得が6.2dBiであり、図7に示される比較対象のX方向(θ=90°)の4.3dBiの指向性利得に比べて1.9dBi高い。これは、図12に示されるように、実施の形態1によるアンテナ装置10と同様に、コーナー短絡導体15およびエッジ短絡導体21が約1/4波長離れたアレー素子として動作するため、X方向(θ=90°)の指向性利得を向上させていることによるものである。さらに、エッジ短絡導体21が追加的に加わったことでアンテナ導体11の中心部に流れる電流ベクトルと逆向きの電流ベクトルがアンテナ導体11上に発生するので、Z方向(θ=0°)の指向性利得を比較対象に比べて抑制させることができる。
以上のように、実施の形態2によるアンテナ装置20によれば、アンテナ導体11の±X側の両端中央部に1つずつ短絡導体を備えたので、水平方向への指向性利得をより高く、かつ垂直方向への指向性利得をより低くすることができる。
さらに、実施の形態1のアンテナ装置と同様、アンテナ導体に透明導電膜を用いてもよい。これにより、景観を改善できるアンテナ装置を得ることができる。
実施の形態3.
上記実施の形態1のアンテナ装置10は、水平方向への放射を向上するようにしたものである。次に、図13を参照して、動作周波数帯域を広げることができるアンテナ装置30を実施の形態3として示す。
上記実施の形態1のアンテナ装置10は、水平方向への放射を向上するようにしたものである。次に、図13を参照して、動作周波数帯域を広げることができるアンテナ装置30を実施の形態3として示す。
図13は、実施の形態3によるアンテナ装置30の概略構成を示す図である。実施の形態1によるアンテナ装置10の構成との差異は、アンテナ装置30は、ボウタイ形状のスロット32を有するアンテナ導体31を備える点である。その他の構成については同様であり、アンテナ装置30も、給電点13と、グランド導体14と、コーナー短絡導体15と、を備える。
図13に示されているように、スロット32の幅は給電点13から±Y側に向かって幅がテーパ状に広がっており、スロット32の形状はボウタイ形状になっている。アンテナ装置30は、スロット幅が広いスロット32を有するアンテナ導体31を備えるが、その他の構成については実施の形態1のアンテナ装置10と同様であるので、アンテナ装置30の動作についてはアンテナ装置10と同様に考えることができる。また、一般的に、スロットをテーパ状に広げることでアンテナ装置として広帯域化ができることが知られている。
以上のように、実施の形態3によるアンテナ装置30はボウタイ状のスロット32を有するアンテナ導体31を備えるので、アンテナ装置30は、実施の形態1によるアンテナ装置10の効果に加えて、インピーダンス特性が広帯域化されるという効果を奏する。なお、実施の形態2のように6本の短絡導体を備えるようにアンテナ装置30を変形した場合であっても、広帯域化を図ることは可能である。
さらに、実施の形態1のアンテナ装置と同様、アンテナ導体に透明導電膜を用いてもよい。これにより、景観を改善できるアンテナ装置を得ることができる。
実施の形態4.
上記実施の形態1のアンテナ装置10は、アンテナ導体11として平板状の導体を用いる。次に、図14を参照して、アンテナ導体が線状導体によって格子状に構成された態様のアンテナ装置40を実施の形態4として示す。
上記実施の形態1のアンテナ装置10は、アンテナ導体11として平板状の導体を用いる。次に、図14を参照して、アンテナ導体が線状導体によって格子状に構成された態様のアンテナ装置40を実施の形態4として示す。
図14は、実施の形態4によるアンテナ装置40の概略構成を示す図である。実施の形態1によるアンテナ装置10の構成との第1の差異は、アンテナ装置40は、アンテナ導体11に代えてアンテナ導体41を備える点である。アンテナ導体41は、格子の一辺が1/10λ以下となるように複数の線状導体を格子状に形成することにより作製することができる。このようにアンテナ導体41を作製することにより、アンテナ導体41を、アンテナ導体11のようなスロット付き金属平板と電気的に等価なアンテナ導体とすることができる。なお、線状導体は金属パイプ等のような太さを持った柱状導体であってもよい。
また、実施の形態1によるアンテナ装置10の構成との第2の差異は、アンテナ装置40は、グランド導体14に代えて、網目サイズが1/100λ以下の十分に細かい網状のグランド導体42を備える点である。
アンテナ導体41が格子状で、グランド導体42が網状であっても、アンテナ装置40の電気的特性は実施の形態1によるアンテナ装置10の電気的特性と変わらないため、アンテナ装置40の動作についてはアンテナ装置10と同様に考えることができる。
また、格子状および網状の構成を採用することにより、アンテナ装置40を低周波帯レーダ用のアンテナとして用いた場合に、アンテナ装置40の組立、分解、および運搬が容易となり、設置性を向上させることができる。
以上のように、実施の形態4によるアンテナ装置40によれば、複数の線状導体を格子状に形成したアンテナ導体41と網状のグランド導体42を備えるので、実施の形態1によるアンテナ装置の効果に加えて、設置性を向上させることができる。なお、実施の形態4によるアンテナ装置40を、実施の形態2のように6本の短絡導体を備えるように、または実施の形態3のようにボウタイ形状のスロットを有するように変形してもよい。このように変形した場合であっても、変形により得られるアンテナ装置の電気的特性はアンテナ装置40の電気的特性と変わらないため、設置性の向上を図ることが可能である。
<付記>
以上で説明した種々の実施形態のいくつかの側面について、以下のとおりまとめる。
以上で説明した種々の実施形態のいくつかの側面について、以下のとおりまとめる。
(付記1)
付記1のアンテナ装置は、グランド導体(14;42)と、前記グランド導体と対向するように配置された、スロットを有する平面状のアンテナ導体(11;31;41)と、前記スロットを跨って前記アンテナ導体に設けられた、前記アンテナ導体に給電して前記スロットを励振する2つの給電点(13)と、前記アンテナ導体と前記グランド導体を接続する複数の短絡導体(15;21)と、を備える。
付記1のアンテナ装置は、グランド導体(14;42)と、前記グランド導体と対向するように配置された、スロットを有する平面状のアンテナ導体(11;31;41)と、前記スロットを跨って前記アンテナ導体に設けられた、前記アンテナ導体に給電して前記スロットを励振する2つの給電点(13)と、前記アンテナ導体と前記グランド導体を接続する複数の短絡導体(15;21)と、を備える。
(付記2)
付記2のアンテナ装置は、付記1に記載されたアンテナ装置であって、前記アンテナ導体は方形である。
付記2のアンテナ装置は、付記1に記載されたアンテナ装置であって、前記アンテナ導体は方形である。
(付記3)
付記3のアンテナ装置は、付記1または2に記載されたアンテナ装置であって、前記複数の短絡導体は、前記アンテナ導体の4隅に1本ずつ配置された4本のコーナー短絡導体(15)を含む。
付記3のアンテナ装置は、付記1または2に記載されたアンテナ装置であって、前記複数の短絡導体は、前記アンテナ導体の4隅に1本ずつ配置された4本のコーナー短絡導体(15)を含む。
(付記4)
付記4のアンテナ装置は、付記1から3のいずれか1つに記載されたアンテナ装置であって、前記スロットはH状に形成されている。
付記4のアンテナ装置は、付記1から3のいずれか1つに記載されたアンテナ装置であって、前記スロットはH状に形成されている。
(付記5)
付記5のアンテナ装置は、付記4に記載されたアンテナ装置であって、前記複数の短絡導体は、前記4本のコーナー短絡導体(15)と、前記4本のコーナー短絡導体から等距離にある2本のエッジ短絡導体(21)であって、前記2本のエッジ短絡導体は、平面視において、前記2本のエッジ短絡導体のうちの1つと前記4本のコーナー短絡導体のうちの2つとを結ぶ想像線が、H状に形成されたスロットの両側のスリットを接続する交差スリットと平行となるように配置されている。
付記5のアンテナ装置は、付記4に記載されたアンテナ装置であって、前記複数の短絡導体は、前記4本のコーナー短絡導体(15)と、前記4本のコーナー短絡導体から等距離にある2本のエッジ短絡導体(21)であって、前記2本のエッジ短絡導体は、平面視において、前記2本のエッジ短絡導体のうちの1つと前記4本のコーナー短絡導体のうちの2つとを結ぶ想像線が、H状に形成されたスロットの両側のスリットを接続する交差スリットと平行となるように配置されている。
(付記6)
付記6のアンテナ装置は、付記1から3のいずれか1つに記載されたアンテナ装置であって、前記スロットはボウタイ状に形成されている。
付記6のアンテナ装置は、付記1から3のいずれか1つに記載されたアンテナ装置であって、前記スロットはボウタイ状に形成されている。
(付記7)
付記7のアンテナ装置は、付記1から3のいずれか1つに記載されたアンテナ装置であって、前記アンテナ導体は透明導電膜である。
付記7のアンテナ装置は、付記1から3のいずれか1つに記載されたアンテナ装置であって、前記アンテナ導体は透明導電膜である。
(付記8)
付記8のアンテナ装置は、付記1に記載されたアンテナ装置であって、前記グランド導体(42)は、網状の導体であり、前記アンテナ導体(41)は、複数の線状導体が格子状に配置された、スロット付き金属平板と電気的に等価な導体である。
付記8のアンテナ装置は、付記1に記載されたアンテナ装置であって、前記グランド導体(42)は、網状の導体であり、前記アンテナ導体(41)は、複数の線状導体が格子状に配置された、スロット付き金属平板と電気的に等価な導体である。
(付記9)
付記9のアンテナ装置は、付記8に記載されたアンテナ装置であって、前記アンテナ導体は方形である。
付記9のアンテナ装置は、付記8に記載されたアンテナ装置であって、前記アンテナ導体は方形である。
(付記10)
付記10のアンテナ装置は、付記8または9に記載されたアンテナ装置であって、前記複数の短絡導体は、前記アンテナ導体の4隅に1本ずつ配置された4本のコーナー短絡導体(15)を含む。
付記10のアンテナ装置は、付記8または9に記載されたアンテナ装置であって、前記複数の短絡導体は、前記アンテナ導体の4隅に1本ずつ配置された4本のコーナー短絡導体(15)を含む。
(付記11)
付記11のアンテナ装置は、付記8から10のいずれか1つに記載されたアンテナ装置であって、前記スロットはH状に形成されている。
付記11のアンテナ装置は、付記8から10のいずれか1つに記載されたアンテナ装置であって、前記スロットはH状に形成されている。
(付記12)
付記12のアンテナ装置は、付記11に記載されたアンテナ装置であって、前記複数の短絡導体は、前記4本のコーナー短絡導体(15)と、前記4本のコーナー短絡導体から等距離にある2本のエッジ短絡導体(21)であって、前記2本のエッジ短絡導体は、平面視において、前記2本のエッジ短絡導体のうちの1つと前記4本のコーナー短絡導体のうちの2つとを結ぶ想像線が、H状に形成されたスロットの両側のスリットを接続する交差スリットと平行となるように配置されている。
付記12のアンテナ装置は、付記11に記載されたアンテナ装置であって、前記複数の短絡導体は、前記4本のコーナー短絡導体(15)と、前記4本のコーナー短絡導体から等距離にある2本のエッジ短絡導体(21)であって、前記2本のエッジ短絡導体は、平面視において、前記2本のエッジ短絡導体のうちの1つと前記4本のコーナー短絡導体のうちの2つとを結ぶ想像線が、H状に形成されたスロットの両側のスリットを接続する交差スリットと平行となるように配置されている。
(付記13)
付記13のアンテナ装置は、付記8から10のいずれか1つに記載されたアンテナ装置であって、前記スロットはボウタイ状に形成されている。
付記13のアンテナ装置は、付記8から10のいずれか1つに記載されたアンテナ装置であって、前記スロットはボウタイ状に形成されている。
なお、実施形態を組み合わせたり、各実施形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
高周波帯レーダであれば、用いるアンテナの物理サイズが小形であるため、利得が高い放射方向がレーダ対象物を向くようにアンテナを配置することは可能である。しかしながら、海洋レーダに用いられるような低周波帯レーダであれば、用いるアンテナの物理サイズが大形であるため、利得が高い放射方向がレーダ対象物を向くようにアンテナを配置することが困難である。例えば、特許文献1のアンテナ装置の放射板が設けられた面がレーダ対象物を向くようにアンテナを配置することが困難である。本開示のアンテナ装置によれば、スロットが設けられたアンテナ導体板に対して平行な方向への指向性利得が従来よりも向上されているので、アンテナ導体板に対して平行な方向の放射をレーダ対象物に照射することができる。このように、本開示のアンテナ装置は、海洋レーダ等の低周波帯レーダのアンテナ装置として用いることができる。
10 アンテナ装置、10C アンテナ装置、11 アンテナ導体、12 スロット、13 給電点、14 グランド導体、15 コーナー短絡導体、16 キャビティ導体、20 アンテナ装置、21 エッジ短絡導体、30 アンテナ装置、31 アンテナ導体、32 スロット、40 アンテナ装置、41 アンテナ導体、42 グランド導体。
Claims (13)
- グランド導体と、
前記グランド導体と対向するように配置された、スロットを有する平面状のアンテナ導体と、
前記スロットを跨って前記アンテナ導体に設けられた、前記アンテナ導体に給電して前記スロットを励振する2つの給電点と、
前記アンテナ導体と前記グランド導体を接続する複数の短絡導体と、
を備えるアンテナ装置。 - 前記アンテナ導体は方形である、請求項1に記載されたアンテナ装置。
- 前記複数の短絡導体は、前記アンテナ導体の4隅に1本ずつ配置された4本のコーナー短絡導体を含む、
請求項2に記載されたアンテナ装置。 - 前記スロットはH状に形成されている、請求項3に記載されたアンテナ装置。
- 前記複数の短絡導体は、前記4本のコーナー短絡導体と、前記4本のコーナー短絡導体から等距離にある2本のエッジ短絡導体であって、
前記2本のエッジ短絡導体は、平面視において、前記2本のエッジ短絡導体のうちの1つと前記4本のコーナー短絡導体のうちの2つとを結ぶ想像線が、H状に形成されたスロットの両側のスリットを接続する交差スリットと平行となるように配置されている、
請求項4に記載されたアンテナ装置。 - 前記スロットはボウタイ状に形成されている、請求項3に記載されたアンテナ装置。
- 前記アンテナ導体は透明導電膜である、請求項3に記載されたアンテナ装置。
- 前記グランド導体は、網状の導体であり、
前記アンテナ導体は、複数の線状導体が格子状に配置された、スロット付き金属平板と電気的に等価な導体である、
請求項1に記載されたアンテナ装置。 - 前記アンテナ導体は方形である、請求項8に記載されたアンテナ装置。
- 前記複数の短絡導体は、前記アンテナ導体の4隅に1本ずつ配置された4本のコーナー短絡導体を含む、
請求項9に記載されたアンテナ装置。 - 前記スロットはH状に形成されている、請求項10に記載されたアンテナ装置。
- 前記複数の短絡導体は、前記4本のコーナー短絡導体と、前記4本のコーナー短絡導体から等距離にある2本のエッジ短絡導体であって、
前記2本のエッジ短絡導体は、平面視において、前記2本のエッジ短絡導体のうちの1つと前記4本のコーナー短絡導体のうちの2つとを結ぶ想像線が、H状に形成されたスロットの両側のスリットを接続する交差スリットと平行となるように配置されている、
請求項11に記載されたアンテナ装置。 - 前記スロットはボウタイ状に形成されている、請求項10に記載されたアンテナ装置。
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