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CN112005439A - 缝隙阵列天线 - Google Patents

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CN112005439A
CN112005439A CN201980022409.4A CN201980022409A CN112005439A CN 112005439 A CN112005439 A CN 112005439A CN 201980022409 A CN201980022409 A CN 201980022409A CN 112005439 A CN112005439 A CN 112005439A
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slot array
coplanar line
coplanar
conductor
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加贺谷修
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Abstract

本发明的缝隙阵列天线具备电介质层、供电部、形成于在上述电介质层的一表面设置的导体层的第1共面线路、以及形成于上述导体层的第2共面线路，上述第1共面线路和上述第2共面线路分别具有连接于与上述供电部连接或者接近的部位的第1端部、和与形成于上述导体层的至少一个缝隙连接的至少一个第2端部。

Description

缝隙阵列天线
技术领域
本发明涉及缝隙阵列天线。
背景技术
近年来，存在从4G LTE向5G(sub6)的转移等利用使用微波、毫米波频带的高速且大容量的无线通信系统的服务扩展的动向。作为在这样的频带中使用的天线，公知有利用共面线路向多个缝隙供电的缝隙阵列天线(例如，参照非专利文献1)。
非专利文献1：J.McKnight et al.,A Series-Fed Coplanar Waveguide SlotAntenna Array,2010 IEEE 11th Annual Wireless and Microwave TechnologyConference。
然而，在非专利文献1那样的缝隙阵列天线中，由于通过共同的共面线路向在一个方向上排列的多个缝隙供电，因此导致指向性的方向局限于其排列方向。
发明内容
因此，本公开提供一种使指向性的方向的设计自由度提高的缝隙阵列天线。
本公开提供一种缝隙阵列天线，上述缝隙阵列天线具备电介质层、供电部、形成于在上述电介质层的一表面设置的导体层的第1共面线路、以及形成于上述导体层的第2共面线路，
上述第1共面线路和上述第2共面线路分别具有连接于与上述供电部连接或者接近的部位的第1端部、和与形成于上述导体层的至少一个缝隙连接的至少一个第2端部。
根据本公开，指向性的方向的设计自由度提高。
附图说明
图1是例示第1实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。
图2是例示第1实施方式的缝隙阵列天线的侧视图。
图3是例示第1实施方式的缝隙阵列天线的其他的结构例的侧视图。
图4是例示第1实施方式的缝隙阵列天线的指向性的图。
图5是例示第2实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。
图6是例示第2实施方式的缝隙阵列天线的指向性的图。
图7是例示第3实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。
图8是例示第3实施方式的缝隙阵列天线的侧视图。
图9是例示具备LC滤波器的缝隙阵列天线的俯视图。
图10是图9的放大图。
图11是例示LC滤波器的滤波器特性的图。
图12是例示第4实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。
图13是例示第4实施方式的缝隙阵列天线的指向性的图。
图14是例示第5实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。
图15是例示第6实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。
图16是例示具备多个缝隙阵列天线的MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output：多输入多输出)天线的俯视图。
图17是例示第7实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。
图18是例示D1、D2＝λ/4的情况下的第1实施方式的缝隙阵列天线的指向性的图。
图19是例示D1、D2＝2λ/4的情况下的第1实施方式的缝隙阵列天线的指向性的图。
图20是例示D1、D2＝3λ/4的情况下的第1实施方式的缝隙阵列天线的指向性的图。
图21是例示D1、D2＝4λ/4的情况下的第1实施方式的缝隙阵列天线的指向性的图。
具体实施方式
以下，参照附图来进行本公开所涉及的实施方式的说明。此外，在各方式中，在平行、直角、正交、水平、垂直、上下、左右等的方向上，允许不损害本发明的效果的程度的偏离。另外，X轴方向、Y轴方向、Z轴方向分别表示与X轴平行的方向、与Y轴平行的方向、与Z轴平行的方向。X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向相互正交。XY平面、YZ平面、ZX平面分别表示与X轴方向及Y轴方向平行的虚拟平面、与Y轴方向及Z轴方向平行的虚拟平面、与Z轴方向及X轴方向平行的虚拟平面。
本公开所涉及的实施方式的缝隙阵列天线是利用多个共面线路来向多个缝隙供电的共面供电型的平面阵列天线，适合于微波、毫米波等高频带(例如，0.3GHz～300GHz)的电波的收发。本公开所涉及的实施方式的缝隙阵列天线例如能够用于第5代移动通信系统(所谓的5G)、车载雷达系统等，但能够应用的系统并不局限于这些。
图1是例示本公开所涉及的第1实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。图2是例示第1实施方式的缝隙阵列天线的侧视图。图1、2所示的缝隙阵列天线101是经由以至少一个部位发生分支的方式形成于设置于电介质层40的单面的导体层43的共面线路向多个缝隙形状的天线元件耦合供电的阵列天线。通过将在同一平面上设置中心导体层和接地导体层的共面线路作为向多个缝隙形状的天线元件供电的供电路使用，从而能够在一个平面上构成阵列天线。由于能够在一个平面上构成阵列天线，所以例如与利用电介质层的两面的微带阵列天线相比，结构简单，并且能够实现高生产率。
图1、2所示的缝隙阵列天线101具备电介质层40、多个共面线路10、20、30以及多个缝隙51～54。
电介质层40是以电介质为主要成分的板状或者片状的基材。电介质层40具有第1表面41、和与第1表面41相反的一侧的第2表面42。第1表面41与XY平面平行。第2表面42也可以与XY平面平行，但也可以不平行。即，在图2中的剖面示意图(YZ平面)中，针对电介质层40示出了恒定的厚度即长方形，但并不局限于此。电介质层40也可以具有剖面为三角形、梯形等第2表面42相对于第1表面41不平行的面。并且，电介质层40除此之外例如也可以是具有平凸状、平凹状等形状的电介质透镜，在该情况下，第2表面42也可以包括曲面。这样，通过电介质层40在其厚度上具有分布，从而能够根据所希望的规格调整天线的指向性。此外，电介质层40具有其厚度的分布的形态并不局限于图2，也能够应用于后述的图3的说明。另外，电介质层40例如可以是电介质基板，也可以是电介质片。电介质层40的材料例如能够举出石英玻璃等玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯等氟类树脂、液晶聚合物、环烯烃聚合物等，但其材料并不局限于这些。在电介质层40的一方的表面即表面41设置有导体层43。
导体层43是其表面与XY平面平行的平面状的层。导体层43例如可以是导体片，可以是导体基板，也可以是厚度不均匀而具有分布的层。作为用于导体层43的导体的材料，例如能够举出银、铜等，但并不局限于这些。并且，导体层43也可以以能够看到电介质层的一部分那样的网状的图案配置。通过这样，例如若使用对可见光具有高透过性的玻璃、树脂作为电介质层40，则配设了网状图案的缝隙阵列天线101能够呈现透明或者半透明。这里，透明例如是指针对可见光获得90％以上的透过率的状态。此外，网的形状只要能够将共面线路电连接就能够应用各种形状，并不特别地限定其形状，将导体层43设为网状的部分既可以是一部分，也可以是全部。
共面线路30是供电部的一个例子，并且是形成于导体层43的平面传送线路。共面线路30具有在Y轴方向上并行的一对缝隙34、35、和被一对缝隙34、35夹持并在Y轴方向上延伸的中心导体31。导体层43中的一对缝隙34、35的外侧的导体区域作为接地导体45发挥功能。共面线路30具有与成为向共面线路10、20分支的分支点的部位(分支部位36)连接的一端部32、和成为与放大器等未图示的外部装置连接的供电端的另一端部33。成为供电端的另一端部33位于电介质层40和导体层43的边缘部。
共面线路10是第1共面线路的一个例子，在俯视观察导体层43时是形成为T字形的平面传送线路。共面线路10具有在X轴方向上延伸的第1线路、和在Y轴方向上延伸的第2线路。共面线路10具有在X轴方向上并行的一对缝隙16、17、在Y轴方向上并行的一对缝隙18、19、以及被缝隙16～19夹持并延伸成T字形的中心导体11。
在图1所示的缝隙阵列天线101中，也可以使缝隙16～19的宽度均有一部分不同，通过这样，能够进行与天线阻抗的整合、线路阻抗的整合。此外，并不局限于缝隙16～19，包括共面线路20的缝隙26～29、共面线路30的缝隙34、35在内，可以使这些缝隙的至少一个以上的缝隙的宽度的一部分不同来进行上述的阻抗整合。
导体层43中的缝隙16～19的外侧的导体区域作为接地导体45发挥功能。共面线路10具有与分支部位36连接的端部12、与缝隙51连接的端部13、以及与缝隙52连接的端部14。端部12是第1端部的一个例子，端部13、14是第2端部的一个例子。共面线路10在端部12与端部13、14之间具有一个成为向缝隙51、52分支的分支点的部位(分支部位15)。
共面线路20是第2共面线路的一个例子，在俯视观察导体层43时是形成为T字形的平面传送线路。共面线路20具有在X轴方向上延伸的第3线路、和在Y轴方向上延伸的第4线路。共面线路20具有在X轴方向上并行的一对缝隙26、27、在Y轴方向上并行的一对缝隙28、29、以及被缝隙26～29夹持并延伸成T字形的中心导体21。
导体层43中的缝隙26～29的外侧的导体区域作为接地导体45发挥功能。共面线路20具有与分支部位36连接的端部22、与缝隙53连接的端部23、以及与缝隙54连接的端部24。端部22是第1端部的一个例子，端部23、24是第2端部的一个例子。共面线路20在端部22与端部23、24之间具有一个成为向缝隙53、54分支的分支点的部位(分支部位25)。
缝隙51～54分别是形成于导体层43的缝隙状的天线元件。缝隙51～54分别作为半波长偶极天线发挥功能，例如，在将缝隙51～54的动作频率中的波长设为λg时，将缝隙51～54的各自的长度方向的长度d设定为大约λg/2。由此，缝隙阵列天线101的天线增益提高。
这样，共面线路10、20分别具有与分支部位36共同连接的端部，上述分支部位36与作为第3共面线路的共面线路30连接。即，共面线路10、20分别从与作为供电部的共面线路30连接的共同的分支部位36分支。因此，共面线路10、20由于能够分别设计各自所延伸的方向，因此还能够提高与共面线路10、20的各自的端部连接的缝隙51～54的各自的朝向的设计自由度。因此，能够作为使设计指向性的方向的自由度提高的缝隙阵列天线，提供缝隙阵列天线101。
此外，以在缝隙51～54分别流动的高频电流的相位全部一致的方式(以对缝隙51～54以相同的相位进行供电的方式)调整作为供电部的共面线路30的位置即可。在图1的情况下，共面线路30位于由共面线路10、20形成的H字形的共面线路的中心轴上。通过对缝隙51～54以相同的相位进行供电，从而能够提高缝隙阵列天线101的天线增益。
在图1中，缝隙51～54分别是线状的缝隙天线。然而，缝隙51～54中的至少一个也可以是线状以外的形状，例如能够举出椭圆状、蝴蝶结状或者折返状等形状。通过以这些形状形成，从而能够实现缝隙阵列天线101的宽带化。此外，在除线状以外的缝隙天线的情况下，在其形状中将延伸的方向作为长度方向，例如在椭圆状的缝隙天线的情况下，长轴方向相当于长度方向。
在提高缝隙阵列天线101的天线增益这一点上，优选缝隙51～54中的一部分或者全部相互平行。在图1的情况下，缝隙51～54全部在X轴方向上延伸，并且相互平行。
在提高缝隙阵列天线101的天线增益这一点上，优选缝隙51～54中的一部分或者全部位于相对于一个对称轴线对称的位置。在图1的情况下，在俯视观察时，在将通过分支部位36的一条虚拟直线作为对称轴时，缝隙51、53位于相对于该虚拟直线线对称的位置，缝隙52、54位于相对于该虚拟直线线对称的位置。
在提高缝隙阵列天线101的天线增益这一点上，优选将共面线路10、20分别与在其端部与其端部连接的至少一个缝隙(的长度方向)连接为直角。在图1的情况下，将共面线路10在端部13与缝隙51连接为直角，并在端部14与缝隙52连接为直角，将共面线路20在端部23与缝隙53连接为直角，并在端部24与缝隙54连接为直角。
若缝隙51～54分别位于由在分支部位36正交的两条虚拟直线划分的四个区域，则能够增加天线增益变得极大的指向性的方向。例如在图1中，假定在X轴方向上延伸的第1虚拟直线和在Y轴方向上延伸的第2虚拟直线在分支部位36处正交的情况，即假定以分支部位36为原点的XY坐标平面。在该情况下，缝隙51位于第一象限，缝隙53位于第二象限，缝隙54位于第三象限，缝隙52位于第四象限。这样，通过分别在四个区域配置至少一个缝隙状的天线元件，从而X轴方向与Y轴方向的指向性提高。
图3是例示本公开所涉及的实施方式的缝隙阵列天线的其他的结构例的侧视图。如图3所示，也可以在作为电介质层40的另一表面的第2表面42的局部或者全部设置导体层44。在图3的情况下，导体层44表示为形成于与第1表面41相反的一侧的第2表面42并与XY平面平行的平面状的导体层，但并不局限于此。在如图2中的说明那样电介质层40在其厚度上具有分布的情况下，导体层44也可以是沿着第2表面42不与XY平面平行的表面配置的导体层。导体层44例如可以是导体片，也可以是导体基板。作为用于导体层44的导体的材料，例如能够举出银、铜等，但其材料并不局限于这些。另外，导体层44也并不局限于设置厚度均匀的导体的结构，为了使缝隙阵列天线101为透明或者半透明，也可以与导体层43的其他的结构例相同地以网形成。
如图3所示，第2表面42侧的导体层44并不与第1表面41侧的导体层43连接。即，导体层44并不通过贯通电介质层40的通孔等连接导体以能够导通的方式与导体层43连接。但是，导体层44也可以与接地导体45电连接。将这样的导体层44配置为夹持电介质层40而与缝隙51～54中的至少一个缝隙对置。由此，导体层44作为反射从其至少一个缝隙放射的电波的反射导体发挥功能，因此向Z轴方向的正侧的指向性提高。即使适用于后述的实施方式，也存在相同的效果。
如上述那样，导体层44那样的无供电元件(无供电导体)也可以设置于电介质层40的第2表面42的局部。在该情况下，从第1表面41的法线方向(Z轴方向)观察，无供电导体例如根据存在多个的缝隙51～54中的至少一个缝隙的位置、优选根据所有的缝隙的位置等以获得具有所希望的指向性的天线增益的方式设置于规定的区域。例如，在将无供电导体设置于电介质层40的第2表面42的局部的情况下，从第1表面41的法线方向(Z轴方向)观察，与缝隙51～54中的至少一个缝隙重叠即可。若这样配设，以电介质层40为基准向Z轴方向的负侧的指向性提高，从而能够使无供电导体作为导波器发挥功能。另外，在将无供电导体设置于电介质层40的第2表面42的局部的情况下，该无供电导体的平面形状并不局限于正方形、长方形、多边形、圆、椭圆等形状，也可以是形成具有任意的外缘的区域的形状。在该情况下，将收发的电波的自由空间波长设为λ0，将电介质层40的、波长λ0下的波长缩短率设为k，从而波长λd＝k×λ0。此时，在无供电导体的平面形状例如是包括正方形在内的多边形的情况下，将该多边形的对角线设为λd/2以下，在圆形的情况下，将该圆的直径设为λd/2以下，在椭圆形的情况下，将该椭圆形的长径设为λd/2以下即可。
另外，导体层44那样的无供电元件(无供电导体)可以相对于电介质层40在第2表面42侧与第2表面42(向-Z轴方向)分离配置，也可以相对于电介质层40在第1表面41侧与导体层43(向+Z轴方向)分离配置。另外，在导体层44那样的无供电导体相对于电介质层40在第2表面42侧与第2表面42分离配置的情况下，该无供电导体也可以如上述那样配置为与至少一个缝隙、优选与所有的缝隙重叠。在使作为反射板(反射导体)发挥功能的导体层44相对于电介质层40在第2表面42侧与第2表面42分离配置的情况下，以电介质层40为基准向Z轴方向的正侧的指向性提高。这样，若使导体层44相对于电介质层40在第2表面42侧与第2表面42分离配置，则能够使其作为反射导体发挥功能。此外，在电介质层40中，在将第1表面41、第2表面42以及导体层44平行配置的情况下，导体层44以大于0并且λ0/4以下的距离与第2表面42分离配置即可。另外，为了使电介质层40与导体层44隔开规定的距离，例如也可以在缝隙阵列天线101的端部设置隔离物、通过托架等固定缝隙阵列天线101来保持该距离。
在图1中，在将XZ平面设为与水平面平行的面时，若缝隙51～54中的至少一个在X轴方向上延伸，则在收发垂直偏振的电波这一点上，Z轴方向的天线增益提高。在图1的情况下，缝隙51～54的各自的长度方向与X轴方向平行。
在图1中，缝隙阵列天线101由于缝隙51～54沿着X轴方向延伸，所以能够收发垂直偏振(Y轴方向的偏振)的电波。而且，该垂直偏振的电波的指向性能够通过在俯视观察(XY平面)缝隙阵列天线101时从缝隙51～54的至少一个到与缝隙的长度方向平行的缝隙阵列天线101的边(边A、或者边B)的最短距离(D1、或者D2)来调整。在图1中，具体而言，最短距离D1、D2相当于在XY平面中与缝隙51～54的延伸方向成直角的方向上的、从各缝隙到与各缝隙的长度方向平行的导体层43的端部(边)为止的最短距离。而且，在将收发的电波的波长设为λ时，D1和D2设为n·λ/4的距离(n为0以外的任意的值)，由此能够调整垂直偏振的指向性。此外，D1和D2只要是n·λ/4的距离，则也可以不同，但若这些距离相等，则易于调整天线增益的指向性的平衡，因此优选。
图18～22是针对28GHz的垂直偏振的电波表示n＝1、2、3以及4的情况下的、缝隙阵列天线101的YZ面(垂直面)和XZ面(水平面)的指向性的图表。图18～21分别表示以下情况(D1＝D2)：
D1、D2＝λ/4＝2.7mm(图18)
D1、D2＝2λ/4＝5.4mm(图19)
D1、D2＝3λ/4＝8.1mm(图20)
D1、D2＝4λ/4＝10.8mm(图21)。
在图18～22中，YZ面(垂直面)中的主束的半值宽度分别是32.2°、35.7°、57.1°、53.6°，XZ面(水平面)中的主束的半值宽度分别是34.9°、37.3°、47.9°、40.3°。这样，通过改变n的值(D1、D2的距离)，尤其能够调整YZ面(垂直面)的指向性。
图4是针对28GHz的垂直偏振的电波例示缝隙阵列天线101的指向性的图，表示YZ平面和XZ平面的各自的天线增益。如图4所示，指向性的方向朝向Z轴方向的正侧与负侧双方，作为天线增益的峰值，获得了11.1dBi。此外，在图4中，D1＝D2＝4.5mm。
图5是例示本公开所涉及的第2实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。对于与上述的实施方式相同的结构和效果的说明通过引用上述的说明而省略。对于图5所示的缝隙阵列天线102而言，相对于图1所示的缝隙阵列天线101，缝隙51～54所延伸的方向不同。
在图5中，在将XZ平面设为与水平面平行的面时，若缝隙51～54中的至少一个在Y轴方向上延伸，则在收发水平偏振的电波这一点上，Z轴方向的天线增益提高。在图5的情况下，缝隙51～54的各自的长度方向与Y轴方向平行。
此外，以分别在缝隙51～54中流动的高频电流的相位全部一致的方式(以对缝隙51～54以相同的相位进行供电的方式)调整共面线路30的位置即可。在图5的情况下，共面线路30的端部32在从由共面线路10、20形成的H字形的共面线路的中心轴偏离的位置，与分支部位36连接。
另外，在缝隙51～54中，也可以并非全部向相同的方向延伸，一部分的缝隙与剩余的缝隙也可以向不同的方向延伸。例如，也可以构成为：一部分的缝隙向X轴方向延伸，剩余的缝隙向Y轴方向延伸，使得能够应对垂直偏振与水平偏振双方。但是，若缝隙51～54全部向相同的方向延伸，则能够提高规定的偏振的收发灵敏度，因此优选。
另外，共面线路30虽然可以是直线状，但为了抑制因与作为天线元件发挥功能的缝隙接近而引起的耦合而导致指向性等特性劣化，也可以具有以能够充分地取得与该缝隙的距离的方式弯曲而成的部分。在图5的情况下，共面线路30弯曲为能够充分地取得与缝隙51的距离，如图示那样弯曲的情况与不弯曲的情况相比，能够提高指向性等特性。
图6是针对28GHz的水平偏振的电波例示缝隙阵列天线102的指向性的图，表示YZ平面和XZ平面的各自的天线增益。如图6所示，指向性的方向朝向Z轴方向的正侧与负侧双方，作为天线增益的峰值，获得了10.4dBi。
图7是例示本公开所涉及的第3实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。图8是例示第3实施方式的缝隙阵列天线的侧视图。对于与上述的实施方式相同的结构和效果的说明，通过引用上述的说明而省略。对于图7、8所示的缝隙阵列天线103而言，相对于图1所示的缝隙阵列天线101，向共面线路10、20供电的供电部的方式不同。缝隙阵列天线101的共面线路30向共面线路10、20接触供电，相对于此，缝隙阵列天线103的带状导体130向共面线路10、20非接触供电。
在图7中，带状导体130是供电部的一个例子。带状导体130与分支部位136接近并设置于表面42。由带状导体130、接地导体45(导体层43的一部分)以及电介质层40形成微带线路。带状导体130在Y轴方向上延伸，并隔着电介质层40与接地导体45对置。带状导体130具有与成为向共面线路10、20分支的分支点的部位(分支部位136)接近的一端部132、和成为与放大器等未图示的外部装置连接的供电端的另一端部133。成为供电端的另一端部133位于电介质层40和导体层43的边缘部。在俯视观察时，带状导体130与共面线路10、20从分支部位136分别延伸的直线状的线路部分交叉(优选正交)，一端部132从分支部位136突出。通过这样的结构，带状导体130能够向共面线路10、20非接触地供电。
图9是例示具备LC滤波器的缝隙阵列天线的俯视图。图10是图9的放大图。若在供电部、第1共面线路、第2共面线路以及第3共面线路中的至少一个具备至少一个LC滤波器，则能够抑制由噪声引起的天线增益的降低。图9表示将LC滤波器60附加于作为供电部的共面线路30(第3共面线路)的结构。
LC滤波器60例如是使通过供电部或者共面线路的规定频带的高频信号通过并隔断该频带以外的频带的高频信号的带通滤波器。
LC滤波器60是具有至少一个电感部(L)和至少一个电容部(C)的电路，在图示的情况下，是由平面的图案形成的滤波器。通过由平面的图案形成LC滤波器，能够防止缝隙阵列天线的Z轴方向的外形尺寸因LC滤波器的附加而变大。
在图10的情况下，LC滤波器60具有3个电感部61、63、65、和两个电容部62、64。电感部61、65由从缝隙34、35分支的一对缝隙形成。电容部62、64由经由折弯部使缝隙34与缝隙35之间短路的缝隙形成。电感部63由分别以串联的方式插入于缝隙34、35的一对间隙部形成。
图11是例示图10的LC滤波器60的滤波器特性的图。如图11所示，LC滤波器60具有隔断缝隙阵列天线101所使用的频带以外的频带的高频信号的衰减特性。
此外，LC滤波器并不局限于其形态由平面的图案形成的情况，例如，也可以是由多个分立元件形成的滤波电路，但在能够减少由与分立元件的连接点造成的损失等的点上，优选由平面的图案形成的情况。
图12是例示本公开所涉及的第4实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。对于与上述的实施方式相同的结构和效果的说明，通过引用上述的说明而省略。对于图12所示的缝隙阵列天线104而言，相对于图1所示的缝隙阵列天线101，缝隙的个数不同。缝隙阵列天线104具备两个缝隙151、153。
即，与第1共面线路和第2共面线路的各自的端部连接的缝隙的个数可以至少是一个以上，可以是奇数，也可以是偶数。
图12所示的缝隙阵列天线104具备电介质层40、多个共面线路30、110、120以及两个缝隙151、153。
共面线路110是第1共面线路的一个例子，是在导体层43形成为L字形的平面传送线路。共面线路110具有在X轴方向上延伸的第1线路、和在Y轴方向上延伸的第2线路。共面线路110具有弯曲为L字形的一对缝隙、和被该一对缝隙夹持并延伸为L字形的中心导体111。共面线路110具有与分支部位36连接的端部112、和与缝隙151连接的端部113。端部112是第1端部的一个例子，端部113是第2端部的一个例子。共面线路110在端部112与端部113之间没有分支部位。
共面线路120是第2共面线路的一个例子，是在导体层43形成为L字形的平面传送线路。共面线路120具有在X轴方向上延伸的第1线路、和在Y轴方向上延伸的第2线路。共面线路120具有弯曲为L字形的一对缝隙、和被该一对缝隙夹持并延伸为L字形的中心导体121。共面线路120具有与分支部位36连接的端部122、和与缝隙153连接的端部123。端部122是第1端部的一个例子，端部123是第2端部的一个例子。共面线路120在端部122与端部123之间没有分支部位。
图13是针对28GHz的垂直偏振的电波例示缝隙阵列天线104的指向性的图，表示YZ平面和XZ平面的各自的天线增益。如图13所示，指向性的方向朝向Z轴方向的正侧与负侧双方，作为天线增益的峰值，获得了7.9dBi。
图14是例示第5实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。对于与上述的实施方式相同的结构和效果的说明，通过引用上述的说明而省略。对于图14所示的缝隙阵列天线105而言，相对于图1所示的缝隙阵列天线101，缝隙的个数不同。缝隙阵列天线105具备8个缝隙91～98。
图14所示的缝隙阵列天线105具备电介质层40、多个共面线路30、70、80、以及8个缝隙91～98。在缝隙阵列天线105中，将共面线路70、80排列于Y轴方向上。
共面线路70是第1共面线路的一个例子，是在导体层43形成为包括H字形状的平面传送线路。共面线路70具有形成为包括H字形状的一对缝隙、和被该一对缝隙夹持并延伸的中心导体71。共面线路70具有与分支部位36连接的端部79、与缝隙91连接的端部72、与缝隙92连接的端部73、与缝隙93连接的端部74、以及与缝隙94连接的端部75。端部79是第1端部的一个例子，端部72～75是第2端部的一个例子。共面线路70在端部79与端部72～75之间具有三个成为向缝隙91～94分支的分支点的部位(分支部位76、77、78)。
共面线路80是第2共面线路的一个例子，是在导体层43形成为包括H字形状的平面传送线路。共面线路80具有形成为包括H字形状的一对缝隙、和被该一对缝隙夹持并延伸的中心导体81。共面线路80具有与分支部位36连接的端部89、与缝隙95连接的端部82、与缝隙96连接的端部83、与缝隙97连接的端部84、以及与缝隙98连接的端部85。端部89是第1端部的一个例子，端部82～85是第2端部的一个例子。共面线路80在端部89与端部82～85之间具有三个成为向缝隙95～98分支的分支点的部位(分支部位86、87、88)。
另外，共面线路30虽然也可以是直线状，但为了抑制因与作为天线元件发挥功能的缝隙的接近引起的耦合而导致指向性等特性劣化，也可以弯曲为能够充分地取得与该缝隙的距离。在图14的情况下，共面线路30弯曲为能够充分地取得与缝隙98的距离，如图示那样弯曲的情况与不弯曲的情况相比，能够提高指向性等特性。
图15是例示第6实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。对于与上述的实施方式相同的结构和效果的说明，通过引用上述的说明而省略。对于图15所示的缝隙阵列天线106而言，相对于图14所示的缝隙阵列天线105，共面线路70、80的排列方向不同。在缝隙阵列天线106中，将共面线路70、80排列为在X轴方向上并排。
图16是例示具备多个缝隙阵列天线的MIMO天线的俯视图。对于与上述的实施方式相同的结构和效果的说明，通过引用上述的说明而省略。图16所示的MIMO天线107具备分别设置供电部的两个缝隙阵列天线101A、101B，并作为双频道的MIMO天线发挥功能。缝隙阵列天线101A、101B分别具有与图1的缝隙阵列天线101相同的形态，但也可以应用其他的形态。
另外，对第1～6实施方式的缝隙阵列天线都具备向两个共面线路分支的分支部位36、136的结构进行了说明，但并不局限于此。例如，若基于第1实施方式的缝隙阵列天线101，则如图17所示，从分支部位36分为两个共面线路，但也可以具有共面线路30通过分支部位36并前进的延长共面线路37。即，也可以如图17所示的第7实施方式的缝隙阵列天线108那样，在延长共面线路37上还有分支部位38，并具有从这里分支的两个共面线路。在该情况下，相当于供电部的第3共面线路包括使另一对共面线路与一对(左右)共面线路相连的上述的延长共面线路37。在该例子中，分支部位36定位为十字的中心，具有4个T字形的共面线路，并且具有8个线状缝隙的结构。此外，上述LC滤波器也可以配置于第3共面线路中的延长共面线路37上。
这样，对分支部位36、136为T字的线路形状的结构的情况进行了说明，但为了满足天线的收发灵敏度、指向性的规格，根据配置的(线状)缝隙的数量，分支部位也可以是不仅包括T字，也包括一个以上的十字的线路形状的缝隙阵列天线。此时，典型地在存在十字形状的N个分支部位、和T字形状的一个分支部位，并在从各分支部位分支的共面线路各具有M个(线状)缝隙的情况下，成为具有(N+1)×M个(线状)缝隙的缝隙阵列天线。图17表示N＝1、M＝4的情况。
以上，通过实施方式对缝隙阵列天线进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式。在本发明的范围内能够进行与其他的实施方式的一部分或者全部的组合、置换等各种变形和改进。
本国际申请主张基于在2018年4月13日申请的日本专利申请第2018-077333号和在2018年12月7日申请的日本专利申请第2018-229768号的优先权，并将两申请的全部内容引用至本国际申请。
附图标记说明
10…共面线路(第1共面线路的一个例子)；12、22…第1端部；13、14、23、24…第2端部；15、25…分支部位；16、17、18、19、26、27、28、29…缝隙；20…共面线路(第2共面线路的一个例子)；30…共面线路(供电部的一个例子)；34、35…缝隙；36…分支部位；37…延长共面线路；38…分支部位；40…电介质层；41…一表面；42…另一表面；43、44…导体层；45…接地导体；51～54…缝隙；60…LC滤波器；70…共面线路(第1共面线路的一个例子)；72～75…第2端部；76、77、78…分支部位；79…第1端部；80…共面线路(第2共面线路的一个例子)；82～85…第2端部；86、87、88…分支部位；89…第1端部；91～94…缝隙；130…带状导体(供电部的一个例子)；136…分支部位；101、102、103、104、105、106…缝隙阵列天线；107…MIMO天线；110…共面线路(第1共面线路的一个例子)；120…共面线路(第2共面线路的一个例子)。

Claims (13)

1.一种缝隙阵列天线，其中，
所述缝隙阵列天线具备电介质层、供电部、形成于在所述电介质层的一表面设置的导体层的第1共面线路、以及形成于所述导体层的第2共面线路，
所述第1共面线路和所述第2共面线路分别具有连接于与所述供电部连接或者接近的部位的第1端部、和与形成于所述导体层的至少一个缝隙连接的至少一个第2端部。
2.根据权利要求1所述的缝隙阵列天线，其中，
所述第1共面线路和所述第2共面线路中的至少一方在所述第1端部与所述第2端部之间具有至少一个分支。
3.根据权利要求1或2所述的缝隙阵列天线，其中，
所述第1共面线路和所述第2共面线路的各自的所述缝隙的长度方向相互平行。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的缝隙阵列天线，其中，
所述第1共面线路和所述第2共面线路的各自的所述缝隙位于相对于一对称轴呈线对称的位置。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的缝隙阵列天线，其中，
所述第1共面线路和所述第2共面线路分别在所述第2端部与所述缝隙的长度方向连接为直角。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的缝隙阵列天线，其中，
所述导体层具有与所述缝隙的长度方向平行的端部即边，从多个所述缝隙到所述边的最短距离相等。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的缝隙阵列天线，其中，
在所述供电部、所述第1共面线路以及所述第2共面线路中的至少一个具备至少一个LC滤波器。
8.根据权利要求7所述的缝隙阵列天线，其中，
所述LC滤波器是由平面图案形成的滤波器。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的缝隙阵列天线，其中，
在所述电介质层的另一表面具备不与所述导体层连接的导体。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的缝隙阵列天线，其中，
以与所述电介质层的另一表面分离的方式具备不与所述导体层连接的导体。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的缝隙阵列天线，其中，
所述供电部是与所述部位连接并形成于所述导体层的第3共面线路。
12.根据权利要求1～10中任一项所述的缝隙阵列天线，其中，
所述供电部是与所述部位接近并设置于所述电介质层的另一表面的带状导体。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的缝隙阵列天线，其中，
对于由在所述部位正交的两条虚拟直线划分出的四个区域，每个区域均设置有至少一个所述缝隙。
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CN112968302A (zh) * 2021-02-26 2021-06-15 南京信息工程大学 一种低剖面单向辐射微带缝隙天线阵列

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