JP2013005218A - マイクロストリップアンテナ及び該アンテナを使用したアレーアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】基板の振動によっても放射アンテナ素子と給電ストリップ線路との電気的接続が失われ難いマイクロストリップアレーアンテナを提供する。
【解決手段】裏面に導体の接地層が形成された誘電体基板の表側の面に形成されるマイクロストリップアレーアンテナ６０であり、入力端６５と終端６６とを備えた直線状の給電ストリップ線路６３と、給電ストリップ線路６３の軸線Ｘに対して、終端方向から４５度の角度で傾斜した方向の軸線を有する矩形状の放射アンテナ素子４４ａ、４４ｂ、４４ｄ、４４ｅとを備えて構成される。放射アンテナ素子４４ｂ、４４ｄ、４４ｅは、その４つの頂点Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓのうちの対向する２つの頂点Ｑ、Ｓが、給電ストリップ線路６３の両側に位置するように給電ストリップ線路６３に重ね合わされて接続されているマイクロストリップアレーアンテナ６０である。
【選択図】図８

Description

本発明はマイクロストリップアンテナ及び該アンテナを使用したアレーアンテナに関し、特に、給電回路とアンテナ部との接続部の接続構成が簡素であり、レーダ装置からの電波の送信及び受信用のアンテナに用いることができるマイクロストリップアンテナ及び該アンテナを使用したアレーアンテナに関する。

自動車等の車両の走行安全性を向上させる技術として、衝突防止や自動追尾に用いられるレーダ装置が知られている。車載のレーダ装置では、レーダ装置を搭載した車両（以下自車という）の前方或いは後方に電波を送信し、自車の前後に位置する目標物（物標）で反射された電波を受信することによって自車と物標との距離や角度を推定している。このようなレーダ装置におけるアンテナの初期のものには導波管スロットアンテナが使用されていたが、近年では電波の送受信にコムライン型のマイクロストリップアンテナが使用される。

図１（ａ）、（ｂ）は特許文献１に記載された第１の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ１０の構成を示すものである。マイクロストリップアレーアンテナ１０は誘電体基板１２の一方の面の上に、直線状に延びた給電ストリップ線路１３と、この給電ストリップ線路１３から延伸された放射アンテナ素子１４ａ〜１４ｊとを備えて構成される。誘電体基板１２の他方の面には接地導体層１１が形成されている。給電ストリップ線路１３には、電力が入力される入力端１５と残留電力が到達する終端１６があり、給電ストリップ線路１３の両側辺から延伸された放射アンテナ素子１４ａ〜１４ｊは短冊状をしている。

放射アンテナ素子１４ａ〜１４ｅは、給電ストリップ線路１３の一方の側辺から終端１６に向かって、給電ストリップ線路１３の軸線から略４５度の向きに傾斜した状態で延伸されて設けられている。また、放射アンテナ素子１４ｆ〜１４ｊは、給電ストリップ線路１３の他方の側辺から入力端１５に向かって、給電ストリップ線路１３の軸線から略４５度の向き（終端１６に向かっては略１３５度の向き）に傾斜した状態で延伸されて設けられている。

これは、マイクロストリップアレーアンテナ１０を車載レーダのアンテナに使用した場合、自車に対して前方より走行してくる車載レーダを備えた車両からの放射電波と、自車からの放射電波の干渉を避けるためである。即ち、車載レーダから放射する電波として、地面に対して斜め４５度方向の直線偏波を使用すれば、同様に斜め４５度方向の直線偏波を使用する対向車からの放射電波と電波同士が交差し、干渉が低減されるからである。

一方、給電ストリップ線路１３に接続する放射アンテナ素子１４ａ〜１４ｅの間隔ｄは、放射電波の動作周波数における給電ストリップ線路１３の管内波長λｇになっており、給電ストリップ線路１３の一方の側辺からの突出方向の長さＬはｄ／２となっている。また、放射アンテナ素子１４ｆ〜１４ｊの間隔もｄであるが、放射アンテナ素子１４ｆ〜１４ｊは、放射アンテナ素子１４ａ〜１４ｅとはｄ／２だけずらして配置されている。更に、終端１６には、残留電力を吸収するための整合終端素子が設けられることもある。

以上のように構成された特許文献１に記載のマイクロストリップアレーアンテナ１０では、入力端１５から入力された電力は、入力端１５に近い放射アンテナ素子１４ａ、１４ｆ、１４ｂ…の順に、その一部が順次放射され、放射されなかった電力は終端１６に向かって伝搬して徐々に減衰する。また、インピーダンスの不整合により、入力された電力の一部が放射アンテナ素子で反射されて入力端１５に戻る。特許文献１に記載された第１の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ１０では、放射アンテナ素子の延伸方向の横幅を大きくすると、入力端１５への電力の反射量が大きくなる問題点があった。

図１（ｃ）は、特許文献１に記載された第２の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ２０の構成を部分的に示すものである。マイクロストリップアレーアンテナ２０も、誘電体基板２２の一方の面の上に、直線状に延びた給電ストリップ線路２３と、この給電ストリップ線路２３に接続する放射アンテナ素子２４ａ〜２４ｊ（図には放射アンテナ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｆのみを示してある）とを備えて構成される。誘電体基板２２の他方の面には接地導体層２１が形成されている点も同様である。

特許文献１に記載された第２の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ２０が、同第１の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ１０と異なる点は、放射アンテナ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｆの給電ストリップ線路２３への接続形状である。特許文献１に記載された第１の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ１０では、短冊状の放射アンテナ素子の側辺がそのまま延伸された状態で給電ストリップ線路１３に接続されていた。一方、特許文献１に記載された第２の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ２０では、放射アンテナ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｆは矩形状をしており、給電ストリップ線路２３からの延伸方向と、給電ストリップ線路２３への配置間隔は特許文献１に記載された第１の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ１０と同じであるが、放射アンテナ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｆの給電ストリップ線路２３への接続形状が異なる。

即ち、特許文献１に記載された第２の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ２０では、放射アンテナ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｆにある４つの頂角のうちの１つの頂角部分だけが、給電ストリップ線路２３に接続している。４つの頂角のうちの１つの頂角部分の給電ストリップ線路２３への接続部分の長さは、放射アンテナ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｆの横幅Ｗの半分以下の幅となっている。特許文献１に記載された第２の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ２０では、放射アンテナ素子の突出方向の横幅を大きくしても、入力端１５への電力の反射量が大きくならず、反射特性が殆ど悪化しない利点があった。

特許第３３０６５９２号公報（図２、図１１）

しかしながら、特許文献１に記載された第２の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ２０では、放射アンテナ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｆにある４つの頂角のうちの１つの頂角部分が短い長さで給電ストリップ線路２３に接続しているので、給電ストリップ線路２３の作成が困難であった。また、特許文献１に記載された第２の実施例のマイクロストリップアレーアンテナ２０は、レーダ装置のアンテナとして、例えば車両に搭載されることがある。すると、車両の走行によって誘電体基板２２が振動することにより、放射アンテナ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｆと給電ストリップ線路２３との短い接続部には、疲労によって亀裂が生じる虞がある。そして、この亀裂が成長すると、放射アンテナ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｆと給電ストリップ線路２３との間の電気的接続が失われる虞があるという問題点があった。

本発明は、特許文献１に記載の第２の実施例のマイクロストリップアレーアンテナにおける問題点を解消し、放射アンテナ素子の形状を矩形状に保ったまま、放射アンテナ素子と給電ストリップ線路との接続部分の長さが長くて給電ストリップ線路の作成が容易であり、また、基板の振動によっても放射アンテナ素子と給電ストリップ線路との電気的接続が失われる虞の少ないマイクロストリップアンテナ及び該アンテナを使用したアレーアンテナを提供することを目的としている。

前記目的を達成する本発明のマイクロストリップアンテナは、誘電体基板に形成されるマイクロストリップアンテナであって、入力端と終端とを備えた直線状の給電ストリップ線路と、給電ストリップ線路の軸線に対して、終端方向から所定の角度で傾斜した方向の軸線を有する矩形状の放射アンテナ素子とを備え、放射アンテナ素子は、該素子にある４つの頂点のうちの対向する２つの頂点が、給電ストリップ線路の両側に位置するように給電ストリップ線路に重ね合わされて接続されていることを特徴としている。

前記目的を達成する本発明のマイクロストリップアンテナを使用したマイクロストリップアレーアンテナは、複数種類のマイクロストリップアンテナのうち、何れか１種類、或いは少なくとも２種類のマイクロストリップアンテナを複数個組み合わせ、また、場合によっては放射アンテナ素子の４つの頂点のうちの１つの頂点が、給電ストリップ線路の線路幅内に位置するように給電ストリップ線路に重ね合わされて接続されたマイクロストリップアンテナも組み合わせ、その給電ストリップ線路が軸線方向に連結されて形成されたマイクロストリップアレーアンテナであって、連結された給電ストリップ線路に接続されている複数個の放射アンテナ素子の間隔が、全て同じ所定間隔になっていることを特徴としている。

本発明のマイクロストリップアンテナによれば、矩形状の複数の放射アンテナ素子が、その４つの頂点のうちの対向する２つの頂点が、給電ストリップ線路の両側に位置するように給電ストリップ線路に接続されているので、給電ストリップ線路に放射アンテナ素子が接続された状態のマイクロストリップアンテナの作成が容易となる。

また、本発明のマイクロストリップアンテナを使用したマイクロストリップアレーアンテナによれば、高い結合度を実現することができるので、電力分配比を調整でき、低サイドローブ設計ができるという効果がある。サイドローブを低減すると、例えばレーダ装置を車両に搭載した場合に、レーダ装置正面の物標とは異なる道路脇の標識、陸橋などを誤検出する虞が低減する。

（ａ）は特許文献１に記載の第１の実施例のマイクロストリップアレーアンテナの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は特許文献１に記載の第２の実施例のマイクロストリップアレーアンテナの部分斜視図である。 （ａ）は従来のコムラインマイクロストリップアンテナの一例の構成を示す図、（ｂ）はマイクロストリップアンテナの入射電力と放射電力と結合度の関係を説明する説明図、（ｃ）は（ａ）に示したコムラインマイクロストリップアンテナの各素子に供給される電力と結合度を示す図、（ｄ）は（ａ）に示した構造のコムラインマイクロストリップアンテナの素子幅を変えた時の結合度の変化を示す図である。 （ａ）は矩形状のマイクロストリップアンテナの１つの放射アンテナ素子の１つの頂点が、給電ストリップラインの中心線の位置に配置された従来の構成を示す部分平面図、（ｂ）〜（ｇ）は本発明のマイクロストリップアンテナの実施例を示すものであり、マイクロストリップアンテナの１つの放射アンテナ素子にある２つの対向する頂点をそれぞれ給電ストリップラインの両側に配置した構成を示す部分平面図、（ｈ）は（ａ）に示した給電ストリップラインの中心線の位置に配置された放射アンテナ素子の頂点に対向する頂点が、給電ストリップラインの中心線の位置に配置された従来の構成を示す部分平面図である。 （ａ）は本発明のマイクロストリップアンテナの１つの実施例を示すものであり、給電ストリップラインの両側にそれぞれ位置させる放射アンテナ素子の頂点の一方を、給電ストリップラインの軸線から給電ストリップラインの幅と同程度離間させた構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すように給電ストリップラインに接続された放射アンテナ素子の、延伸方向の長さを変化させた時の反射率と透過率の変化を示す特性図、（ｃ）は（ｂ）に示した放射アンテナ素子の延伸方向の長さを変化させた時の結合度の変化を示す特性図である。 （ａ）は本発明のマイクロストリップアンテナの別の実施例を示すものであり、給電ストリップラインの両側にそれぞれ位置させる放射アンテナ素子の頂点の一方を、給電ストリップラインの軸線から給電ストリップラインの幅の２倍程度離間させ、他の対向する２つの頂点が給電ストリップラインの幅の中に位置させた構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のように給電ストリップラインに配置された放射アンテナ素子の、延伸方向の長さを変化させた時の反射率と透過率の変化を示す特性図、（ｃ）は（ｂ）に示した放射アンテナ素子の延伸方向の長さを変化させた時の結合度の変化を示す特性図である。 （ａ）は本発明のマイクロストリップアンテナの更に別の実施例を示すものであり、給電ストリップラインの両側にそれぞれ位置させる放射アンテナ素子の頂点の一方を、給電ストリップラインの軸線から給電ストリップラインの幅の２倍より大きく離間させ、他の対向する２つの頂点が給電ストリップラインの幅の中に位置させた構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すように給電ストリップラインに配置された放射アンテナ素子の、延伸方向の長さを変化させた時の反射率と透過率の変化を示す特性図、（ｃ）は（ｂ）に示した放射アンテナ素子の延伸方向の長さを変化させた時の結合度の変化を示す特性図である。 （ａ）は、図５（ａ）に示したマイクロストリップアンテナを給電ストリップ線路の上に所定間隔を隔てて配置して構成した本発明のマイクロストリップアレーアンテナの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示した本発明のマイクロストリップアレーアンテナの終端に終端素子を取り付けた構成を示す平面図である。 （ａ）は従来のマイクロストリップアンテナにおける放射アンテナ素子と、図４（ａ）、図５（ａ）及び図６（ａ）に示した本発明のマイクロストリップアンテナにおける放射アンテナ素子を組み合わせて構成した本発明のマイクロストリップアレーアンテナの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）における各放射アンテナ素子の位置、電力量、結合度、給電ストリップ線路の軸線に対する１つの頂点の離間距離（挿入量）を示す図、（ｃ）は（ａ）に示すように構成されたマイクロストリップアレーアンテナから出力される電波のメインローブとサイドローブを示す図である。

以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、本発明のマイクロストリップアンテナの構成を説明する前に、本発明に関連する従来のコムラインマイクロストリップアンテナ３０の構成を、図２（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。コムラインマイクロストリップアンテナとは、マイクロストリップアンテナ（放射アンテナ素子）が給電ストリップ線路の一方の側面上に所定間隔で櫛歯状に接続されたものである。なお、以後、放射アンテナ素子は簡略して放射素子と記す。

図２（ａ）は従来のコムラインマイクロストリップアンテナ３０の構成を示すものである。コムラインマイクロストリップアンテナ３０には、入力端３５と終端３６を備えた給電ストリップ線路３３、給電ストリップ線路３３の一方の側辺に所定間隔で接続された７つの放射素子３４ａ〜３４ｇ（放射素子３４ｄ、３４ｅの図示は省略）及び整合終端素子（以後単に終端素子という）３７がある。各素子位置１〜８は♯１〜♯８で示してある。入力端３５に電力が供給されると、供給された電力は給電ストリップ回路３３を通じて各放射素子３４ａ〜３４ｇに伝わって放射され、放射素子３４ｇで放射されなかった残留電力は終端素子３７で放射される。

図２（ｂ）は図２（ａ）の１つの放射素子３４ｆとこれが接続する給電ストリップ線路３３の部分を拡大して示すものである。矢印Ｐｉｎは放射素子３４ｆに入力する入射電力を示すものであり、矢印Ｐｏｕｔは放射素子３４ｆから放射される電力を示している。また、入射電力Ｐｉｎのうち、放射素子３４ｆから放射されなかった電力（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ）は通過電力である。通過電力（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ）の一部は次の段の放射素子３４ｇから放射され、残りは終端素子３７で放射される。このとき、放射電力Ｐｏｕｔを入射電力Ｐｉｎで除算した値が結合度Ｋと呼ばれる。結合度Ｋは放射素子の長さＬが同じ場合、放射素子の幅Ｗが大きい程大きい。

サイドローブ比の小さいアレイアンテナを実現するためには、各放射素子から放射する電力量を調整する必要がある。図２（ａ）に示した従来のコムラインマイクロストリップアンテナ３０では、各放射素子３４ａ〜３４ｇは１λｇの間隔で給電ストリップ線路３３に接続されている。そして、各放射素子３４ａ〜３４ｇに供給する電力分配比を、所望のビームパターンを実現するために必要な各放射素子から放射する電力分配比に近づけるために、放射素子の幅Ｗが終端３６に近づくほど大きく形成されている。

図２（ｂ）に示す形状の放射素子３４ｆにおいて、放射素子の幅Ｗを増やして行くと、図２（ｄ）に示すように結合度Ｋは次第に増大するが、最大幅１ｍｍでも結合度Ｋの値は０．３以下である。一方、ビームパターンをテーラー２０ｄＢ分布にするのに必要な電力の量は、コムラインマイクロストリップアンテナの給電ストリップ線路に８つの放射素子を接続した場合、例えば図２（ｃ）に示されるようになる。図２（ｃ）に示されるように、第４番目の素子位置♯４〜第８番目の素子位置♯８に必要な電力比に対応する結合度Ｋは０．３を超える。なお、ビームパターンをテーラー２０ｄＢ分布にすると、図８（ｃ）に示すように、サイドローブをメインローブより２０ｄＢ程度低減することができる。

ところが、従来例のコムラインマイクロストリップアンテナ３０の構成では、放射素子の幅Ｗを変化させて得られる結合度Ｋが、図２（ｄ）に示されるように０．３以下と小さい。このため、各放射素子で必要な結合度Ｋが高くなってしまい、適切な電力分配比が実現できず、また、終端素子３７から放射される電力量が大きくなってビームが形成できないという問題があった。

そこで、本発明は、従来のコムラインマイクロストリップアンテナ３０の放射素子の給電ストリップ線路に対する接続を改良し、テーラー２０ｄＢ分布のビームパターンを実現することができるマイクロストリップアンテナ、及びこのマイクロストリップアンテナを使用したマイクロストリップアレーアンテナを提供するものである。

図３（ｂ）〜（ｇ）は、本発明のマイクロストリップアンテナ４０Ｂ〜４０Ｇの実施例を示すものであり、図３（ａ）、（ｈ）に示す従来例のマイクロストリップアンテナ４０Ａ，４０Ｈと構成を比較して示すものである。ここで、マイクロストリップアンテナの放射素子４４ａ〜４４ｈは矩形状であり、４つの頂点Ｐ、Ｑ、Ｒ，Ｓを備えるものとする。また、放射素子４４ａ〜４４ｈは、その長手方向の中心線Ｙが給電ストリップ線路４３の軸線Ｘに対して左側に角度θ傾斜しているものとする。マイクロストリップアンテナが車載レーダ装置のアンテナとして使用される場合は、一般的にはθは４５度である。

なお、ここでいう４５度とは、厳密な４５度であることを要するものではなく、略４５度であれば良い。また、４５度は前述したように対向車からの放射電波との干渉を避ける効果が最も高い角度であるが、必ずしも４５度である必要はなく許容できる干渉の程度に応じて定まる角度であればよい。そして、給電ストリップ線路４３は上側が終端側、下側が入力端側であり、４つの頂点Ｐ、Ｑ、Ｒ，Ｓは、頂点Ｐが給電ストリップ線路４３の終端に最も近い位置にあって、左回りに頂点Ｑ、Ｒ，Ｓとなっている。

図３（ａ）は従来の構成のマイクロストリップアンテナ４０Ａを示すものである。従来のマイクロストリップアンテナ４０Ａでは、放射素子４４ａの頂点Ｓが給電ストリップ線路４３の軸線Ｘの上に位置するように、放射素子４４ａが給電ストリップ線路４３に接続されていた。図３（ｈ）も従来の構成のマイクロストリップアンテナ４０Ｈを示すものである。従来のマイクロストリップアンテナ４０Ｈでは、放射素子４４ｈの頂点Ｑが給電ストリップ線路４３の軸線Ｘの上に位置するように、放射素子４４ｈが給電ストリップ線路４３に接続されていた。マイクロストリップアンテナ４０Ｈは、マイクロストリップアンテナ４０Ａの頂点Ｓを給電ストリップ線路４３の軸線Ｘに対して垂直方向に、頂点Ｑが軸線Ｘの上に位置するまで移動させた形態である。

図３（ｂ）〜図３（ｇ）は、本発明のマイクロストリップアンテナ４０Ｂ〜４０Ｇの構成を示すものである。本発明の特徴は、マイクロストリップアンテナ４０Ｂ〜４０Ｇの放射素子４４ｂ〜４４ｇにある対向する２つの頂点Ｑ，Ｓが、それぞれ給電ストリップライン４３の両側に配置されている点である。即ち、本発明のマイクロストリップアンテナ４０Ｂ〜４０Ｇは、図３（ａ）に示したマイクロストリップアンテナ４０Ａの頂点Ｓを、給電ストリップライン４３の軸線Ｘに垂直な方向に移動させ、給電ストリップライン４３の右側に位置するようにすると共に、この頂点Ｓの移動によって頂点Ｑが給電ストリップライン４３の左側に必ず位置するように構成した形態である。頂点Ｓと頂点Ｑの何れか一方が、給電ストリップライン４３の幅内に位置する構成は本発明に含まれない。

ここで、図３（ａ）に示したマイクロストリップアンテナ４０Ａの頂点Ｓが、給電ストリップライン４３の軸線Ｘの上に位置する状態を、放射素子の挿入量が０であると表現する。また、頂点Ｓの給電ストリップライン４３の軸線Ｘからの距離を放射素子の挿入量として表す。例えば、給電ストリップ線路４３の線幅を０．３ｍｍとすると、図３（ｂ）に示す状態は、頂点Ｓを給電ストリップライン４３の軸線Ｘから距離０．１５ｍｍを越えて移動させた状態を示す。図３（ｃ）に示す状態は、頂点Ｒが給電ストリップライン４３の左側の側辺に重なる位置まで頂点Ｓを移動させた状態を示し、図３（ｄ）に示す状態は、頂点Ｐが給電ストリップライン４３の左側の側辺に重なる位置まで頂点Ｓを移動させた状態を示している。図３（ｂ）〜（ｄ）に示す実施例は、放射素子の給電ストリップライン４３からの延伸長さが、給電ストリップライン４３の左側で長い形態である。

図３（ｅ）に示す状態は、頂点Ｒが給電ストリップライン４３の右側の側辺に重なる位置まで頂点Ｓを移動させた状態を示し、図３（ｆ）に示す状態は、頂点Ｐが給電ストリップライン４３の右側の側辺に重なる位置まで頂点Ｓを移動させた状態を示している。更に、図３（ｇ）に示す状態は、頂点Ｑが給電ストリップライン４３の軸線Ｘから距離０．１５ｍｍを越えて離れている状態を示す。図３（ｅ）〜（ｇ）に示す実施例は、放射素子の給電ストリップライン４３からの延伸長さが、給電ストリップライン４３の右側で長い形態である。放射素子の延伸方向は、給電ストリップライン４３の終端側の軸線Ｘから左側に１３５度回転した方向である。

次に、図３（ｂ）に示した実施例のマイクロストリップアンテナ４０Ｂにおいて、頂点Ｓの給電ストリップライン４３の軸線Ｘからの距離が０．３ｍｍの場合、即ち、頂点Ｓの挿入量が０．３ｍｍの場合を図４（ａ）に示す。図４（ｂ）にはマイクロストリップアンテナ４０Ｂの電力の反射率Ｓ１１と透過率Ｓ２１を示し、図４（ｃ）には結合度Ｋを示す。反射率Ｓ１１は、給電ストリップ線路４３から放射素子４４ｂに向かう電力が、放射素子４４ｂで反射されて入力端側に戻る割合であり、この実施例では、放射素子４４ｂの中心線Ｙ方向の長さＬを頂点Ｐ、Ｑが給電ストリップ線路４３から離れる方向に大きくしても殆ど変化がない。また、透過率Ｓ２１は、給電ストリップ線路４３から放射素子４４ｂに向かう電力と、放射素子４４ｂを通過して次の段の放射素子に向かう電力の割合であり、この実施例では放射素子４４ｂの長さＬを頂点Ｐ、Ｑが給電ストリップ線路４３から離れる方向に大きくすると、最初は減少するがその後徐々に増大している。更に、この実施例のマイクロストリップアンテナ４０Ｂでは、結合度Ｋのピーク値が０．４より大きい。

同様に、図３（ｄ）に示したマイクロストリップアンテナ４０Ｄにおいて、頂点Ｓの給電ストリップライン４３の軸線Ｘからの距離が０．７ｍｍの場合、即ち、頂点Ｓの挿入量が０．７ｍｍの場合を図５（ａ）に示す。また、電力の反射率Ｓ１１、透過率Ｓ２１及び結合度Ｋを図５（ｂ）、（ｃ）に示す。反射率Ｓ１１は、この実施例では、放射素子４４ｂの延伸方向の長さＬを頂点Ｐ、Ｑが給電ストリップ線路４３から離れる方向に大きくすると、反射率Ｓ１１は最初は減少するがその後徐々に増大している。また、透過率Ｓ２１は、この実施例では放射素子４４ｂの延伸方向の長さＬを頂点Ｐ、Ｑが給電ストリップ線路４３から離れる方向に大きくすると徐々に減少する。なお、この実施例における結合度Ｋのピーク値は０．６より大きい。

更に、図３（ｅ）に示したマイクロストリップアンテナ４０Ｅにおいて、頂点Ｓの給電ストリップライン４３の軸線Ｘからの距離が０．８ｍｍの場合、即ち、頂点Ｓの挿入量が０．８ｍｍの場合を図６（ａ）に示す。また、電力の反射率Ｓ１１、透過率Ｓ２１及び結合度を図６（ｂ）、（ｃ）に示す。反射率Ｓ１１は、この実施例では、放射素子４４ｅの延伸方向の長さＬを頂点Ｐ、Ｑが給電ストリップ線路４３から離れる方向に大きくし、その長さが１．１８を越えると減少し、透過率Ｓ２１は放射素子４４ｅの延伸方向の長さＬを頂点Ｐ、Ｑが給電ストリップ線路４３から離れる方向に大きくなるように変えても変わらない。また、結合度Ｋは、放射素子４４ｅの延伸方向の長さＬを頂点Ｐ、Ｑが給電ストリップ線路４３から離れる方向に大きくしても、その値が１．１８を越えるまで小さく、Ｌが１．１８を越えてから０．４程度まで増大する。

このように、給電ストリップ線路４３の線幅が０．３ｍｍの時に、放射素子の挿入量が０．７ｍｍとしたマイクロストリップアンテナ４０Ｄを構成すれば、結合度Ｋの大きなマイクロストリップアンテナが可能になる。図７（ａ）は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）基板（フッ素樹脂基板）を使用し、図５（ａ）に示したマイクロストリップアンテナ４０Ｅを給電ストリップ線路４３の上に所定間隔（例えば１λｇ＝１．２３ｍｍ）を隔てて配置して構成したマイクロストリップアレーアンテナ５０の構成を示すものである。ここではＰＴＦＥ基板の図示は省略し、ＰＴＦＥ基板の上のマイクロストリップアレーアンテナ５０のパターンのみを示してある。この場合、図７（ｂ）に示すように、給電ストリップ線路４３の終端４７に終端素子４７を配置したマイクロストリップアレーアンテナ５０Ａも可能である。

更に、本発明の図４、図５及び図６に示したマイクロストリップアンテナ４０Ｂ、４０Ｄ、４０Ｅと、従来のマイクロストリップアンテナ（放射素子の挿入量が０のアンテナ）を組み合わせてテーラー２０ｄＢ分布を実現した電波を放射することができるマイクロストリップアレーアンテナ６０を構成することができ、この実施例を図８（ａ）に示す。ここでもＰＴＦＥ基板の図示は省略し、ＰＴＦＥ基板の上のマイクロストリップアレーアンテナ６０のパターンのみを示してある。図８（ａ）に示したマイクロストリップアレーアンテナ６０は、各素子位置♯１〜♯８に配置した各放射素子への電力、結合度Ｋ、挿入量、及び放射素子の延伸方向の長さＬを頂点Ｐ、Ｑが給電ストリップ線路４３から離れる方向に大きくして、図８（ｂ）に示すような数値にすることによって構成したものである。

各放射素子の結合度Ｋを図８（ｂ）に示した数値にするために、放射素子の挿入量をそれぞれ変化させて、反射率が最も低くなる時の結合度Ｋを測定して求める。そして、結合度Ｋが図８（ｂ）に示した数値になるように、挿入量と延伸方向の長さＬを備えた放射素子を、該当する素子位置に設置することにより、図８（ａ）に示したマイクロストリップアレーアンテナ６０を構成することができる。

図８（ａ）に示したマイクロストリップアレーアンテナ６０では、第１番目の素子位置♯１から第３番目の素子位置♯３と終端素子である第８番目の素子位置♯８に従来構成の放射素子４４ａを使用している。従来構成の放射素子の長さＬは、管内波長λｇの半数により構成することができる。また、第４番目の素子位置♯４には図４に示した放射素子４４ｂを使用しており、第５番目の素子位置♯５と第７番目の素子位置♯７には図５に示した放射素子４４ｄを使用しており、第６番目の素子位置♯６には図６に示した放射素子４４ｅを使用している。

そして、図８（ａ）のように構成したマイクロストリップアレーアンテナ６０によれば、図８（ｃ）に示されるような、電波のメインローブとサイドローブの差が２０ｄＢとなる、テーラー２０ｄＢ分布を実現した電波を放射することができる。図８（ｃ）では、メインローブの中心がレーダ装置の位置であり、横軸の角度はレーダ装置からの左右の角度を示す。

以上説明したように、本発明のように矩形状の放射素子の対向する２つの頂点を、給電ストリップ線路の両側に位置するように、放射素子を給電ストリップ線路に接続することにより、マイクロストリップアンテナの横幅が小さくなり、アンテナの小型化が実現できる。また、本発明のマイクロストリップアンテナを組み合わせて給電ストリップ線路に所定間隔で配置することにより、ビーム幅が広いアンテナを実現することができ、更には、高い結合度を実現することができるため、電力分配比を調整でき、低サイドローブ設計が可能となる。

また、マイクロストリップアレーアンテナとしては、図７や図８に示すように、給電ストリップ線路が１本の場合のものを説明したが、給電ストリップ線路を並列に複数本並べて入力端を接続したマイクロストリップアレーアンテナや、１本の給電ストリップ線路の入力端に１８０度回転させた給電ストリップ線路の入力端を接続したマイクロストリップアレーアンテナ及び両者を組み合わせたマイクロストリップアレーアンテナを構成することが可能である。

１０、２０、３０、４０Ａ、４０Ｈ 従来のマイクロストリップアンテナ
１１ 接地導体層
１２ 誘電体基板
１３、２３、３３、４３ 給電ストリップ回路
１４ａ〜１４ｊ、２４ａ、２４ｂ、２４ｆ、３４ａ〜３４ｃ、３４ｆ、３４ｇ、４４ａ〜４４ｈ 放射アンテナ素子
１５、３５、５５、６５ 入力端
１６、３６、５６，６６ 終端
３７、４７ 終端素子
４０Ｂ〜４０Ｇ 本発明のマイクロストリップアンテナ

Claims (11)

1. 誘電体基板に形成されるマイクロストリップアンテナであって、
   入力端と終端とを備えた直線状の給電ストリップ線路と、
   前記給電ストリップ線路の軸線に対して、前記終端方向から所定の角度で傾斜した方向の中心線を有する、矩形状の放射アンテナ素子とを備え、
   前記放射アンテナ素子は、該素子にある４つの頂点のうちの対向する２つの頂点が、前記給電ストリップ線路の両側に位置するように前記給電ストリップ線路に重ね合わされて接続されていることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
2. 前記放射アンテナ素子の４つの頂点のうちの対向する残りの２つの頂点の両方が、前記給電ストリップ線路の一方の側辺の外側に位置するように、前記放射アンテナ素子が前記給電ストリップ線路に重ね合わされて接続されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
3. 前記放射アンテナ素子の４つの頂点のうちの対向する残りの２つの頂点のうちの一方が、前記給電ストリップ線路に重なるように、前記放射アンテナ素子が前記給電ストリップ線路に重ね合わされて接続されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
4. 前記放射アンテナ素子の４つの頂点のうちの対向する残りの２つの頂点の両方が、前記給電ストリップ線路に重なるように、前記放射アンテナ素子が前記給電ストリップ線路に重ね合わされて接続されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
5. 前記矩形状の放射アンテナ素子は、前記給電ストリップ線路に対して所望の結合度を得るために、前記中心線方向の長さが変更されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のマイクロストリップアンテナ。
6. 請求項２から４の何れか１項に記載のマイクロストリップアンテナのうち、何れか１種類のマイクロストリップアンテナが複数個、その給電ストリップ線路を前記軸線方向に連結して形成されたマイクロストリップアレーアンテナであって、
   連結された前記給電ストリップ線路に接続されている複数の前記放射アンテナ素子の間隔は、全て同じ所定間隔になっていることを特徴とするマイクロストリップアレーアンテナ。
7. 請求項２から４の何れか１項に記載のマイクロストリップアンテナのうち、少なくとも２種類のマイクロストリップアンテナを複数個組み合わせ、その給電ストリップ線路を前記軸線方向に連結して形成されたマイクロストリップアレーアンテナであって、
   連結された前記給電ストリップ線路に接続されている複数種類の前記放射アンテナ素子の間隔は、全て同じ所定間隔になっていることを特徴とするマイクロストリップアレーアンテナ。
8. 請求項２から４の何れか１項に記載の３種類のマイクロストリップアンテナのうち、少なくとも２種類のマイクロストリップアンテナと、放射アンテナ素子の４つの頂点のうちの１つの頂点が、前記給電ストリップ線路の線路幅内に位置するように前記給電ストリップ線路に重ね合わされて接続されたマイクロストリップアンテナとを複数個組み合わせ、その給電ストリップ線路を前記軸線方向に連結して形成されたマイクロストリップアレーアンテナであって、
   連結された前記給電ストリップ線路に接続されている複数種類の前記放射アンテナ素子の間隔は、全て同じ所定間隔になっていることを特徴とするマイクロストリップアレーアンテナ。
9. 前記所定間隔が前記マイクロストリップアレーアンテナが送受信する電波の１波長の長さであることを特徴とする請求項５から７の何れか１項に記載のマイクロストリップアレーアンテナ。
10. 前記給電ストリップ線路に接続された複数の前記放射アンテナ素子のうちの少なくとも１つは、放射電波のメインローブに対して所望のサイドローブを得るために、前記中心線方向の長さが変更されていることを特徴とする請求項６から９の何れか１項に記載のマイクロストリップアレーアンテナ。
11. 前記給電ストリップ線路の終端に終端素子が接続されていることを特徴とする請求項６から１０の何れか１項に記載のマイクロストリップアレーアンテナ。

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