JP2008244520A

JP2008244520A - Planar array antenna

Info

Publication number: JP2008244520A
Application number: JP2007077828A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Watanabe; 俊明渡辺; Yuichi Tanaka; 雄一田中
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】ビームを傾けることなく反射特性を改善し、高効率な平面アレーアンテナを実現すること。
【解決手段】本発明のマイクロストリップアレーアンテナでは、給電ストリップ線路１３の幅は、段差１７の位置から入力側と出力側とでインピーダンスが整合するように設定されている。つまり、入力端１５からｎ番目に近い放射アンテナ素子１４の放射抵抗をＲ_n、ｎ番目に近い放射アンテナ素子１４の入力側の給電ストリップ線路１３の線路幅をＷ_Ln、特性インピーダンスをＺ_n、出力側の給電ストリップ線路１３の線路幅をＷ_Ln+1、特性インピーダンスをＺ_n+1とすると、Ｚ_n+1＝Ｒ_nＺ_n／（Ｒ_n−Ｚ_n）の関係を満たすようＷ_Ln、Ｗ_Ln+1は設定されている。このように設定することで放射アンテナ素子１４による反射は抑制されるため、高効率なアンテナとなる。
【選択図】図１An object of the present invention is to realize a highly efficient planar array antenna by improving the reflection characteristics without tilting the beam.
In the microstrip array antenna of the present invention, the width of the feeding strip line is set so that the impedance is matched between the input side and the output side from the position of the step. That is, the radiation resistance of the radiating antenna element 14 closest to the nth from the input end 15 is R _n , the line width of the feeding strip line 13 on the input side of the radiating antenna element 14 closest to the nth is W _Ln , the characteristic impedance is Z _n , _Assuming that the line width of the feeding strip line 13 on the output side is W _{Ln + 1} and the characteristic impedance is Z _{n + 1} , W _Ln satisfies the relationship of Z _{n + 1} = R _n Z _n / (R _n −Z _n ). , W _{Ln + 1} is set. Since the reflection by the radiating antenna element 14 is suppressed by setting in this way, the antenna becomes highly efficient.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、マイクロストリップ線路等を用いた平面アレーアンテナに関する。特に、車載ミリ波レーダなどに適した高効率な平面アレーアンテナに関する。 The present invention relates to a planar array antenna using a microstrip line or the like. In particular, the present invention relates to a highly efficient planar array antenna suitable for in-vehicle millimeter wave radar and the like.

図１０は、特許文献１に記載されているマイクロストリップアレーアンテナの構成を示した平面図である。裏面に接地板が形成された誘電体基板９２上にマイクロストリップ線路９３が形成され、マイクロストリップ線路９３の両側に、一定の間隔で長方形の放射アンテナ素子９４が配列されている。マイクロストリップ線路９３の側辺９３１側の放射アンテナ素子９４ａ〜ｅは、マイクロストリップ線路９３に対して４５度の角度を成して接続していて、側辺９３２側の放射アンテナ素子９４ｆ〜ｊは、マイクロストリップ線路９３に対して２２５度の角度を成して接続している。また、放射アンテナ素子９４は、一つの頂角付近でのみマイクロストリップ線路９３に接続している。 FIG. 10 is a plan view showing the configuration of the microstrip array antenna described in Patent Document 1. In FIG. A microstrip line 93 is formed on a dielectric substrate 92 having a ground plate on the back surface, and rectangular radiation antenna elements 94 are arranged at regular intervals on both sides of the microstrip line 93. The radiation antenna elements 94a to 94e on the side 931 side of the microstrip line 93 are connected to the microstrip line 93 at an angle of 45 degrees, and the radiation antenna elements 94f to 94j on the side 932 side are connected. The microstrip line 93 is connected at an angle of 225 degrees. The radiating antenna element 94 is connected to the microstrip line 93 only in the vicinity of one apex angle.

各放射アンテナ素子９４への給電によって発生する反射は、極微小な値であるとして無視して設計するか、あるいは、非特許文献１に記載のように、アンテナのビーム中心を数度傾けることで抑制する。非特許文献１では、各放射アンテナ素子９４の配列間隔を一定値だけ等しくずらすことにより、各放射アンテナ素子９４からの反射の反射位相を互いにずらし、位相分散効果で打ち消し合わせることで反射を抑制している。
特許第３３０６５９２号 R&D ReView of Toyota CRDL, vol.37, No.2, pp.7-12 The reflection generated by the power feeding to each radiating antenna element 94 is neglected as a very small value, or as described in Non-Patent Document 1, the antenna beam center is tilted several degrees. Suppress. In Non-Patent Document 1, the arrangement interval of each radiating antenna element 94 is equally shifted by a certain value to shift the reflection phase of the reflection from each radiating antenna element 94 from each other, and the reflection is suppressed by canceling each other by the phase dispersion effect. ing.
Japanese Patent No. 3306592 R & D ReView of Toyota CRDL, vol.37, No.2, pp.7-12

しかし、各放射アンテナ素子９４の反射を無視して設計すると、個々の放射アンテナ素子９４の反射量は小さくとも、その反射が同相で合成されることによりアンテナ全体での反射量は大きくなる。そのため、各放射アンテナ素子９４の反射を無視して設計された従来のマイクロストリップアレーアンテナは、車載ミリ波レーダ用のアンテナなどのように利得も重要視される用途としては適さないという問題がある。 However, if the design is made by ignoring the reflection of each radiating antenna element 94, even if the amount of reflection of each radiating antenna element 94 is small, the amount of reflection in the entire antenna increases because the reflections are combined in phase. Therefore, the conventional microstrip array antenna designed by ignoring the reflection of each radiating antenna element 94 has a problem that it is not suitable for an application in which gain is regarded as important, such as an antenna for an in-vehicle millimeter wave radar. .

一方、ビームを傾けることで反射特性を改善する方法では、ビームが地面に対して平行になるようアンテナを取り付けることが難しい。これを解決するためにビームを水平に維持するための基準面を設ける方法があるが、製造技術的な困難さからコストの上昇を招いてしまう。 On the other hand, in the method of improving the reflection characteristics by tilting the beam, it is difficult to attach the antenna so that the beam is parallel to the ground. In order to solve this problem, there is a method of providing a reference plane for keeping the beam horizontal, but this increases the cost due to difficulty in manufacturing technology.

そこで本発明の目的は、ビームを傾けることなく反射を抑制した、高効率な平面アレーアンテナを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly efficient planar array antenna that suppresses reflection without tilting the beam.

第１の発明は、誘電体基板と、その誘電体基板上に形成された導体と、によって形成された平面アレーアンテナにおいて、平面アレーアンテナは、線状に配設された給電線路と、給電線路の両側辺のうち少なくとも一方の側辺に沿って所定間隔で、その側辺から接続配列された複数の短冊形状の放射アンテナ素子とで構成されていて、各放射アンテナ素子は、長さがあらかじめ設定された動作周波数における給電線路を伝搬する電磁波長の１／２×０．８〜１／２×１．２の整数倍であり、幅が所望の指向特性を提供するようにあらかじめ設定された各放射アンテナ素子の励振振幅の位置に関する分布に対応した幅の分布を有し、一端が給電線路と接続され、他端が開放されており、各放射アンテナ素子は、すべて平行な偏波を放射し、給電線路の幅が、入力端からｎ番目に近い放射アンテナ素子に対し、そのｎ番目の放射アンテナ素子の放射抵抗をＲ_n、そのｎ番目の放射アンテナ素子と給電線路との接続範囲内の任意の点から入力側をみた給電線路の特性インピーダンスをＺ_n、出力側をみた給電線路の特性インピーダンスをＺ_n+1、として、Ｚ_n+1＝Ｒ_nＺ_n／（Ｒ_n−Ｚ_n）、の関係を満たすように設定されていることを特徴とする平面アレーアンテナである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a planar array antenna formed by a dielectric substrate and a conductor formed on the dielectric substrate, wherein the planar array antenna includes a feeding line arranged in a line, and a feeding line A plurality of strip-shaped radiating antenna elements connected and arranged from at least one side of each side of the radiating antenna elements, each radiating antenna element having a length in advance It is an integral multiple of ½ × 0.8 to ½ × 1.2 of the electromagnetic wave length propagating through the feed line at the set operating frequency, and the width is set in advance so as to provide a desired directivity characteristic Each radiating antenna element has a width distribution corresponding to the distribution related to the position of the excitation amplitude of each radiating antenna element, one end is connected to the feed line, the other end is open, and each radiating antenna element radiates parallel polarized waves. And feeder For a radiating antenna element whose path width is nth closest to the input end, the radiation resistance of the _nth radiating antenna element is R _n , and an arbitrary range within the connection range between the nth radiating antenna element and the feed line the characteristic impedance of the feed line as viewed on the input side from the point Z _n, as Z _{n + 1,} the characteristic impedance of the feed line as viewed on the output _{side, / Z n + 1 = R} n Z n (R n -Z n), The planar array antenna is set so as to satisfy the above relationship.

給電線路は、マイクロストリップ線路、スロット線路、コプレーナ線路、コプレーナ・ストリップ線路など、さまざまな伝送線路を用いることができる。また、伝送線路の形態に応じて、放射アンテナ素子を導体で構成してもよいし、スロットで構成してもよい。 As the feeder line, various transmission lines such as a microstrip line, a slot line, a coplanar line, and a coplanar strip line can be used. Further, depending on the form of the transmission line, the radiating antenna element may be constituted by a conductor or a slot.

放射アンテナ素子は、給電線路に対して平行でなければどのような角度で配列されていてもよい。放射アンテナ素子からは、放射アンテナ素子と給電線路が成す角度に応じた偏波面を持つ電波が放射される。 The radiating antenna elements may be arranged at any angle as long as they are not parallel to the feed line. From the radiation antenna element, a radio wave having a plane of polarization corresponding to the angle formed by the radiation antenna element and the feed line is radiated.

Ｚ_n+1＝Ｒ_nＺ_n／（Ｒ_n−Ｚ_n）の関係は、言い換えると、ｎ番目の放射アンテナ素子と給電線路との接続範囲内の任意の点から出力側が、ｎ番目の放射アンテナ素子と給電線路との並列接続と等価とみて、その任意の点でインピーダンス整合をとるということである。 In other words, the relationship of Z _{n + 1} = R _n Z _n / (R _n −Z _n ) is that the output side is the nth radiation from an arbitrary point within the connection range between the nth radiation antenna element and the feed line. This is equivalent to parallel connection of an antenna element and a feed line, and impedance matching is taken at an arbitrary point.

Ｚ_n+1＝Ｒ_nＺ_n／（Ｒ_n−Ｚ_n）の関係を満たすように給電線路の幅を決定すると、給電線路が導体で構成されている場合は、出力側の給電線路の幅の方が、入力側の給電線路の幅よりも狭くなる。したがって、給電線路は出力側に向けて段々と幅が狭くなる構造となる。逆に、給電線路がスロットで構成されている場合は、出力側の給電線路の幅の方が、入力側の給電線路の幅よりも広くなるため、給電線路は出力側に向けて段々と幅が広くなる構造となる。また、放射アンテナ素子と給電線路との接続範囲内のどの位置をインピーダンス整合の基準としてもよい。つまり、放射アンテナ素子と給電線路との接続範囲内のどの位置から給電線路の幅が変わっていてもよい。また、線路幅の変更による段差は、放射アンテナ素子と給電線路が接続している側とは反対側の辺にあってもよいし、接続している側の辺にあってもよいし、両方にあってもよい。 When the width of the feed line is determined so as to satisfy the relationship of Z _{n + 1} = R _n Z _n / (R _n −Z _n ), when the feed line is formed of a conductor, the width of the feed line on the output side This is narrower than the width of the feed line on the input side. Therefore, the feed line has a structure in which the width gradually decreases toward the output side. On the other hand, when the feed line is composed of slots, the width of the feed line on the output side is wider than the width of the feed line on the input side, so the feed line gradually becomes wider toward the output side. The structure becomes wide. Further, any position within the connection range between the radiating antenna element and the feed line may be used as a reference for impedance matching. That is, the width of the feed line may be changed from any position within the connection range between the radiating antenna element and the feed line. Further, the step due to the change in the line width may be on the side opposite to the side where the radiating antenna element and the feed line are connected, may be on the side where the line is connected, or both May be.

第２の発明は、第１の発明において、放射アンテナ素子が給電線路の一方の辺に沿って形成された第１放射アンテナ素子と、給電線路の他方の辺に沿って形成され、第１放射アンテナ素子と平行に形成された第２放射アンテナ素子とからなることを特徴とする平面アレーアンテナである。 According to a second invention, in the first invention, the radiation antenna element is formed along the other side of the feed line, the first radiation antenna element formed along the one side of the feed line, and the first radiation A planar array antenna comprising a second radiating antenna element formed in parallel with the antenna element.

第３の発明は、第２の発明において、第２放射アンテナ素子のそれぞれは、第１放射アンテナ素子に対して第１放射アンテナ素子の配列間隔の１／２ずれて配置されていることを特徴とする平面アレーアンテナである。 According to a third aspect, in the second aspect, each of the second radiating antenna elements is arranged with a deviation of ½ of the arrangement interval of the first radiating antenna elements with respect to the first radiating antenna element. Is a planar array antenna.

第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、平面アレーアンテナは、背面に導体の接地板が形成された誘電体基板と、ストリップ導体である給電線路および各放射アンテナ素子からなるマイクロストリップアレーアンテナであることを特徴とする。 In a fourth aspect based on the first aspect to the third aspect, the planar array antenna includes a dielectric substrate having a conductor ground plate formed on the back surface, a feed line as a strip conductor, and each radiation antenna element. It is a microstrip array antenna.

第１の発明では、入力側と出力側とで給電線路の幅を変えることにより、入力側と出力側とでインピーダンスの整合をとっている。その結果、放射アンテナ素子による反射量を減少させることができ、ビームを傾けることなく高効率な平面アレーアンテナを実現することができる。 In the first invention, impedance matching is achieved between the input side and the output side by changing the width of the feed line between the input side and the output side. As a result, the amount of reflection by the radiating antenna element can be reduced, and a highly efficient planar array antenna can be realized without tilting the beam.

第２の発明の発明のように、一方の辺に配列された第１放射アンテナ素子と、他方の辺に配列された第２放射アンテナ素子とを平行に構成することで、平面アレーアンテナの放射能力、受信感度を向上させることができる。さらに、第３の発明のように、給電線路の両側に、交互に放射アンテナ素子を所定の間隔で配列することで、より平面アレーアンテナの効率を向上できる。 As in the second aspect of the invention, the first radiating antenna element arranged on one side and the second radiating antenna element arranged on the other side are configured in parallel, thereby radiating the planar array antenna. Capability and reception sensitivity can be improved. Furthermore, the efficiency of the planar array antenna can be further improved by arranging the radiating antenna elements alternately at predetermined intervals on both sides of the feed line as in the third invention.

また、第４の発明のように、本発明の平面アレーアンテナにおいて、給電線路としてマイクロストリップ線路を用いることができる。 Further, as in the fourth invention, in the planar array antenna of the present invention, a microstrip line can be used as a feed line.

以下、本発明の具体的な実施例を図を参照にしながら説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these examples.

図１は、実施例１のマイクロストリップアレーアンテナ１の構成を示す図、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３は、図２（ａ）のＢ部について拡大して示した図である。一方の面に接地板１１が形成された誘電体基板１２上に、直線上に延びた給電ストリップ線路１３（本発明の給電線路）と、その給電ストリップ線路１３から突出した短冊形状の放射アンテナ素子１４ａ〜ｊが形成されている。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a microstrip array antenna 1 according to the first embodiment, FIG. 2A is a plan view thereof, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is an enlarged view of a portion B in FIG. On a dielectric substrate 12 having a ground plate 11 formed on one surface, a feeding strip line 13 (feeding line of the present invention) extending in a straight line, and a strip-shaped radiating antenna element protruding from the feeding strip line 13 14a-j are formed.

給電ストリップ線路１３の側辺１３１には、短冊形状の放射アンテナ素子１４ａ〜ｅが、給電ストリップ線路１３に対して垂直に突設されている。各放射アンテナ素子１４ａ〜ｅの間隔ｄは、動作周波数における給電ストリップ線路１３の略管内波長λｇであり、各放射アンテナ素子１４ａ〜ｅの長さＬ（給電ストリップ線路１３に対して垂直方向の長さ）は、約λｇ／２に設定されている。 On the side 131 of the feed strip line 13, strip-shaped radiation antenna elements 14 a to 14 e are provided so as to protrude perpendicular to the feed strip line 13. The distance d between the radiating antenna elements 14a to 14e is substantially the guide wavelength λg of the feeding strip line 13 at the operating frequency, and the length L of each radiating antenna element 14a to 14e (the length in the direction perpendicular to the feeding strip line 13). Is set at about λg / 2.

また、給電ストリップ線路１３の他方の側辺１３２には、短冊形状の放射アンテナ素子１４ｆ〜ｊが、給電ストリップ線路１３に対して垂直に突設されていて、各放射アンテナ素子１４ａ〜ｅと、各放射アンテナ素子１４ｆ〜ｊとはｄ／２ずれて配置されている。各放射アンテナ素子１４ｆ〜ｊの長さは放射アンテナ素子１４ａ〜ｅの長さと同じＬである。 Further, strip-shaped radiating antenna elements 14f to j are provided on the other side 132 of the feeding strip line 13 so as to protrude perpendicularly to the feeding strip line 13, and each of the radiating antenna elements 14a to 14e, The radiating antenna elements 14f to 14j are arranged to be shifted by d / 2. The length of each radiating antenna element 14f-j is the same L as the length of the radiating antenna elements 14a-e.

各放射アンテナ素子１４と給電ストリップ線路１３との接続部の反対側の給電ストリップ線路１３側辺であって、接続部の中点（放射アンテナ素子１４の接続している幅の中点）と対象な位置には、給電ストリップ線路１３の段差１７があり、その段差１７を境にして入力側（図２（ａ）の左側）と出力側（図２（ａ）の右側）では、給電ストリップ線路１３の幅が異なっている。入力側よりも出力側の方が給電ストリップ線路１３の幅は狭く、段差１７から隣の段差１７までの間においては給電ストリップ線路１３の幅は一定である。 The side of the feeding strip line 13 opposite to the connecting portion between each radiating antenna element 14 and the feeding strip line 13, and the midpoint of the connecting portion (the midpoint of the width to which the radiating antenna element 14 is connected) and the object There is a step 17 of the feeding strip line 13 at the position, and the feeding strip line is formed on the input side (left side of FIG. 2A) and the output side (right side of FIG. 2A) with the step 17 as a boundary. The width of 13 is different. The width of the feed strip line 13 is narrower on the output side than on the input side, and the width of the feed strip line 13 is constant between the step 17 and the adjacent step 17.

入力端１５から入力された電力は、その一部が放射アンテナ素子１４ａ、１４ｆ、１４ｂ・・・と順次結合して放射され、残された電力は進行方向（図２の右方向）に伝搬し徐々に減衰し、残留電力は終端１６に到達する。電波は主に放射アンテナ素子１４ａ〜ｊの開放端から放射され、給電ストリップ線路１３に垂直な方向の偏波である。終端１６には、残留電力を吸収するための整合終端素子や、有効に電力を放射するためのアンテナ素子を設けてもよい。 A part of the power input from the input terminal 15 is radiated in combination with the radiating antenna elements 14a, 14f, 14b,..., And the remaining power propagates in the traveling direction (right direction in FIG. 2). It gradually decays and the residual power reaches the end 16. The radio waves are radiated mainly from the open ends of the radiating antenna elements 14a to 14j and are polarized in a direction perpendicular to the feed strip line 13. The termination 16 may be provided with a matching termination element for absorbing residual power and an antenna element for effectively radiating power.

この動作の様子を放射アンテナ素子１４単体について模式的に示したのが、図４である。入力側（図４の左側）から入力された電力は、その一部が放射アンテナ素子１４に結合し放射され、残された電力の大部分は出力側（図４の右側）に透過する。また、電力の一部は、インピーダンス不整合により入力端に反射される。すなわち、放射アンテナ素子１４からの放射量は、放射量＝入力−透過量−反射量という式で表され、入力に対する透過量、反射量が求まれば一意に求まる。 FIG. 4 schematically shows the state of this operation for the radiating antenna element 14 alone. A part of the power input from the input side (left side in FIG. 4) is radiated by being coupled to the radiating antenna element 14, and most of the remaining power is transmitted to the output side (right side in FIG. 4). A part of the power is reflected to the input end due to impedance mismatch. That is, the amount of radiation from the radiating antenna element 14 is expressed by the equation radiation amount = input−transmission amount−reflection amount, and is uniquely obtained when the transmission amount and reflection amount with respect to the input are obtained.

放射アンテナ素子１４の放射量は、その放射アンテナ素子１４の横幅Ｗで決定することができる。したがって、所定の放射量となるよう各放射アンテナ素子１４の横幅Ｗを決定することで、所望の指向性を有したマイクロストリップアレーアンテナ１を得ることができる。たとえば、利得やサイドローブレベルなどを目的に応じたものにすることができる。なお、横幅Ｗが大きいほど結合度が大きくなり、放射量が大きくなる。 The amount of radiation of the radiation antenna element 14 can be determined by the lateral width W of the radiation antenna element 14. Therefore, the microstrip array antenna 1 having a desired directivity can be obtained by determining the width W of each radiating antenna element 14 so as to obtain a predetermined radiation amount. For example, the gain, the side lobe level, etc. can be made suitable for the purpose. Note that the greater the lateral width W, the greater the degree of coupling and the greater the amount of radiation.

ここで、給電ストリップ線路１３の幅は、段差１７の位置から入力側と出力側とでインピーダンスが整合するように設定されている。また、出力側は放射アンテナ素子１４と下流側の給電ストリップ線路１３との並列接続と等価とみてインピーダンス整合している。そのため、放射アンテナ素子１４による反射は抑制される。 Here, the width of the feeding strip line 13 is set so that the impedance is matched between the input side and the output side from the position of the step 17. In addition, impedance matching is performed on the output side as equivalent to parallel connection of the radiating antenna element 14 and the downstream feeding strip line 13. Therefore, reflection by the radiating antenna element 14 is suppressed.

具体的には、放射アンテナ素子１４ａの放射抵抗をＲ₁、放射アンテナ素子１４ａと給電ストリップ線路１３との接合範囲にある段差１７の位置から入力側をみた給電ストリップ線路１３の特性インピーダンスをＺ₁、出力側をみた給電ストリップ線路１３の特性インピーダンスをＺ₂とすると、Ｚ₂＝Ｒ₁Ｚ₁／（Ｒ₁−Ｚ₁）の関係を満たすようにＷ_L1、Ｗ_L2が設定されている。同様にして、入力端１５からｎ番目に近い放射アンテナ素子１４の放射抵抗をＲ_n、ｎ番目に近い放射アンテナ素子１４と給電ストリップ線路１３との接合範囲にある段差１７の位置から入力側をみた給電ストリップ線路１３の特性インピーダンスをＺ_n、線路幅をＷ_Ln、出力側をみた給電ストリップ線路１３の特性インピーダンスをＺ_n+1、線路幅をＷ_Ln+1、とすると、Ｚ_n+1＝Ｒ_nＺ_n／（Ｒ_n−Ｚ_n）の関係を満たすようＷ_Ln、Ｗ_Ln+1は設定されている。 Specifically, the radiation resistance of the radiating antenna element 14 a is R ₁ , and the characteristic impedance of the feeding strip line 13 viewed from the position of the step 17 in the junction range between the radiating antenna element 14 a and the feeding strip line 13 is Z _1. When the characteristic impedance of the feeding stripline 13 as viewed on the output side and Z _2, W _L1, W _L2 so as to satisfy the relationship _{_{_{Z 2 = R 1 Z 1 /}}} (R 1 -Z 1) is set. Similarly, the radiation resistance of the radiation antenna element 14 closest to the nth from the input end 15 is R _n , and the input side is changed from the position of the step 17 in the junction range between the radiation antenna element 14 closest to the nth and the feed strip line 13. Assuming that the characteristic impedance of the feeding strip line 13 is Z _n , the line width is W _Ln , the characteristic impedance of the feeding strip line 13 _{looking at} the output side is Z _{n + 1} , and the line width is W _{Ln + 1} , then Z _{n + 1} W _Ln and W _{Ln + 1} are set so as to satisfy the relationship = R _n Z _n / (R _n −Z _n ).

実施例１のようなマイクロストリップ線路においては、Ｗ_Ln＞Ｗ_Ln+1であるため、給電ストリップ線路１３は終端１６に向かうにつれ段々と幅が狭くなる構造となる。 In the microstrip line as in the first embodiment, since W _Ln > W _{Ln + 1} , the feed strip line 13 has a structure that gradually becomes narrower toward the terminal end 16.

以上のように、実施例１のマイクロストリップアレーアンテナ１は、放射アンテナ素子１４による反射が抑制されているため高効率であり、かつ、ビームが正面方向（図２（ａ）の紙面垂直方向）のアンテナである。 As described above, the microstrip array antenna 1 of Example 1 is highly efficient because reflection by the radiating antenna element 14 is suppressed, and the beam is in the front direction (perpendicular to the plane of FIG. 2A). Antenna.

図５は、マイクロストリップアレーアンテナ１の構成において、放射アンテナ素子１４を１つとし、動作周波数を７６．５ＧＨｚとして設計した場合の反射特性について示している。また、比較例として、給電ストリップ線路１３の幅が一定の場合の反射特性も示している。横軸は周波数、縦軸は反射係数である。周波数７５〜７８ＧＨｚにおいて、比較例よりも大幅に反射特性が改善されていることがわかる。 FIG. 5 shows the reflection characteristics when the microstrip array antenna 1 is designed with one radiating antenna element 14 and an operating frequency of 76.5 GHz. Further, as a comparative example, the reflection characteristic when the width of the feeding strip line 13 is constant is also shown. The horizontal axis is frequency and the vertical axis is reflection coefficient. It can be seen that the reflection characteristics are significantly improved at a frequency of 75 to 78 GHz as compared with the comparative example.

実施例１では、放射アンテナ素子と給電ストリップ線路との接続部の放射アンテナ素子の幅の中点をインピーダンス整合の基準とし、その中点で給電ストリップ線路の幅を変更しているが、放射アンテナ素子と給電線路との接続範囲内のどの位置をインピーダンス整合の基準としてもよい。つまり、放射アンテナ素子と給電線路との接続範囲内のどの位置から給電線路の幅が変わっていてもよい。たとえば、図６では、放射アンテナ素子２４と給電ストリップ線路２３との接続部の最も入力側に段差２７があり、その段差２７の位置で線路幅が変更されている。また、図７のように、放射アンテナ素子３４と給電ストリップ線路３３の接続部側に段差３７を設けて線路幅を変更するようにしてもよい。また、接続部側とその反対側の両方に段差を設けて線路幅を変更してもよい。 In the first embodiment, the midpoint of the width of the radiating antenna element at the connection portion between the radiating antenna element and the feeding strip line is used as a reference for impedance matching, and the width of the feeding strip line is changed at the midpoint. Any position within the connection range between the element and the feed line may be used as a reference for impedance matching. That is, the width of the feed line may be changed from any position within the connection range between the radiating antenna element and the feed line. For example, in FIG. 6, there is a step 27 on the most input side of the connection portion between the radiating antenna element 24 and the feeding strip line 23, and the line width is changed at the position of the step 27. Further, as shown in FIG. 7, the line width may be changed by providing a step 37 on the connection portion side of the radiation antenna element 34 and the feeding strip line 33. Further, the line width may be changed by providing a step on both the connecting portion side and the opposite side.

実施例１では給電ストリップ線路に対して垂直に放射アンテナ素子を配置しているが、本発明はそれらの角度に限定されるものではなく、給電ストリップ線路に対する放射アンテナ素子の角度を任意の値とすることで、給電ストリップ線路に対して任意の角度の偏波面を有する、高効率な平面アレーアンテナを実現できる。 In the first embodiment, the radiating antenna elements are arranged perpendicular to the feeding strip line. However, the present invention is not limited to these angles, and the angle of the radiating antenna element with respect to the feeding strip line can be set to an arbitrary value. By doing so, it is possible to realize a highly efficient planar array antenna having a polarization plane of an arbitrary angle with respect to the feed strip line.

たとえば、図８に示すマイクロストリップアレーアンテナでは、誘電体基板４２上に給電ストリップ線路４３が形成され、給電ストリップ線路４３の側辺４３１側の放射アンテナ素子４４ａは給電ストリップ線路４３に対して４５度の角度を成して配置され、給電ストリップ線路４３の側辺４３２側の放射アンテナ素子４４ｂは給電ストリップ線路４３に対して２２５度の角度を成して配置されている。また、放射アンテナ素子４４は、１つの頂角において、給電ストリップ線路４３と接続している。そして、実施例１と同様の条件を満たすよう、段差４７によって給電ストリップ線路４３の幅を狭くしている。 For example, in the microstrip array antenna shown in FIG. 8, the feed strip line 43 is formed on the dielectric substrate 42, and the radiation antenna element 44 a on the side 431 side of the feed strip line 43 is 45 degrees with respect to the feed strip line 43. The radiation antenna element 44b on the side 432 side of the feed strip line 43 is arranged at an angle of 225 degrees with respect to the feed strip line 43. The radiating antenna element 44 is connected to the feed strip line 43 at one apex angle. And the width | variety of the electric power feeding strip line 43 is narrowed by the level | step difference 47 so that the conditions similar to Example 1 may be satisfy | filled.

放射アンテナ素子２４は、主に開放端から給電ストリップ線路２３に対して４５度の方向に偏波面を持つ電波を放射するので、給電ストリップ線路２３に対して４５度の偏波面を有する、高効率な平面アレーアンテナを実現することができる。 The radiating antenna element 24 mainly radiates a radio wave having a polarization plane in a direction of 45 degrees with respect to the feed strip line 23 from the open end, and therefore has a polarization plane of 45 degrees with respect to the feed strip line 23. A flat planar antenna can be realized.

実施例１では、給電線路としてマイクロストリップ線路を用いているが、他の伝送線路を用いても、実施例１と同様に高効率な平面アレーアンテナを実現することができる。たとえば、図９は、給電線路としてスロット線路５３を用いた本発明の平面アレーアンテナである。放射アンテナ素子５４はスロットにより構成されていて、段差５７でスロット線路５３の幅が変更されている。 In the first embodiment, a microstrip line is used as a feed line. However, even if another transmission line is used, a highly efficient planar array antenna can be realized as in the first embodiment. For example, FIG. 9 shows a planar array antenna of the present invention using a slot line 53 as a feed line. The radiating antenna element 54 is constituted by a slot, and the width of the slot line 53 is changed by a step 57.

また、実施例１では、給電ストリップ線路の両辺に放射アンテナ素子を設けているが、片方の辺にのみ放射アンテナ素子を設けてもよい。 In the first embodiment, the radiating antenna elements are provided on both sides of the feeding strip line. However, the radiating antenna elements may be provided only on one side.

本発明は、車載ミリ波レーダなどに用いることができる。 The present invention can be used for an in-vehicle millimeter wave radar and the like.

マイクロストリップアレーアンテナ１の構成を示した図。The figure which showed the structure of the microstrip array antenna. マイクロストリップアレーアンテナ１の平面図と断面図。The top view and sectional drawing of the microstrip array antenna 1. FIG. マイクロストリップアレーアンテナ１の一部を拡大して示した図。The figure which expanded and showed a part of microstrip array antenna 1. FIG. 放射アンテナ素子の動作を模式的に示した図。The figure which showed typically the operation | movement of a radiation antenna element. 反射特性について示した図。The figure shown about the reflection characteristic. 給電ストリップ線路の他の構造を示した図。The figure which showed the other structure of the electric power feeding strip line. 給電ストリップ線路の他の構造を示した図。The figure which showed the other structure of the electric power feeding strip line. マイクロストリップアレーアンテナの一部を拡大して示した図。The figure which expanded and showed a part of microstrip array antenna. スロット線路を給電線路とした本発明の平面アレーアンテナを示した図。The figure which showed the planar array antenna of this invention which used the slot line as the feed line. 従来のマイクロストリップアレーアンテナの構成を示した図。The figure which showed the structure of the conventional microstrip array antenna.

Explanation of symbols

１：マイクロストリップアレーアンテナ
１１：接地板
１２：誘電体基板
１３：給電ストリップ線路
１４：放射アンテナ素子 1: Microstrip array antenna 11: Ground plate 12: Dielectric substrate 13: Feed strip line 14: Radiation antenna element

Claims

In a planar array antenna formed by a dielectric substrate and a conductor formed on the dielectric substrate,
The planar array antenna is
A feed line arranged in a line; and
A plurality of strip-shaped radiating antenna elements connected and arranged from the sides at a predetermined interval along at least one side of both sides of the feeder line;
Consists of
Each of the radiating antenna elements is an integral multiple of ½ × 0.8 to ½ × 1.2 of the length of the electromagnetic wave propagating through the feeder line at a preset operating frequency, and the width is desired. Having a distribution of width corresponding to the distribution related to the position of the excitation amplitude of each radiating antenna element set in advance so as to provide the directivity of one end, one end being connected to the feeder line and the other end being open,
Each of the radiating antenna elements radiates parallel polarized waves,
For the radiation antenna element whose width of the feed line is nth closest to the input end, the radiation resistance of the _nth radiation antenna element is R _n , and within the connection range between the nth radiation antenna element and the feed line. Z _{n is} the characteristic impedance of the feeder line when the input side is viewed from an arbitrary point, and Z _{n + 1} is the characteristic impedance of the feeder line when the output side is viewed,
Z _{n + 1} = R _n Z _n / (R _n −Z _n )
A planar array antenna characterized by being set to satisfy

The radiating antenna element is formed along a first radiating antenna element formed along one side of the feed line, and formed along the other side of the feeding line, and is formed in parallel with the first radiating antenna element. The planar array antenna according to claim 1, further comprising: a second radiation antenna element.

3. The plane according to claim 2, wherein each of the second radiating antenna elements is arranged with a deviation of ½ of an arrangement interval of the first radiating antenna elements with respect to the first radiating antenna element. Array antenna.

The planar array antenna is a microstrip array antenna comprising the dielectric substrate having a conductor ground plate formed on the back surface, the feed line as a strip conductor, and the radiating antenna elements. The planar array antenna according to any one of claims 1 to 3.