JP2018067888A - Antenna and radar - Google Patents
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Abstract
【課題】アンテナの利得を向上させることができ、それによって当該アンテナを搭載したレーダの検知性能を向上させることができるアンテナを提供する。【解決手段】基板と、前記基板の内部に設けられ、導波管として機能するための1つ以上の中空と、前記1つ以上の中空から前記基板表面まで貫通した、前記基板をスロットアンテナとして機能させるための1つ以上のスロット素子と、を備え、前記1つ以上の中空のうちの第1の中空の、前記基板表面に前記中空を投影させた面であるスロット表面の近傍に、前記第1の中空の管長手方向に平行に伸びる1本以上の溝が形成されている、アンテナ。【選択図】図3An antenna capable of improving the gain of an antenna and thereby improving the detection performance of a radar equipped with the antenna. A substrate, one or more cavities provided inside the substrate and functioning as a waveguide, and the substrate penetrating from the one or more cavities to the substrate surface as a slot antenna. One or more slot elements for functioning, and a first hollow of the one or more hollows, in the vicinity of the slot surface, which is a surface on which the hollow is projected on the substrate surface, An antenna in which one or more grooves extending parallel to the longitudinal direction of the first hollow tube are formed. [Selection] Figure 3
Description
この発明はアンテナおよびレーダに関する。 The present invention relates to an antenna and a radar.
たとえば特開平5−22025号公報(特許文献1)にも記載されているように、従来の導波管スロットアンテナでは、アンテナ利得を高めるために導波管を並列的に多数配列する方式が一般的である。 For example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-22025 (Patent Document 1), a conventional waveguide slot antenna generally employs a method in which a large number of waveguides are arranged in parallel in order to increase antenna gain. Is.
しかしながら、導波管の数を増加させると構造が複雑になったり、アンテナ全体がサイズアップしたりするという問題がある。 However, when the number of waveguides is increased, there is a problem that the structure becomes complicated and the whole antenna is increased in size.
この発明にかかるアンテナは、基板と、基板の内部に設けられ、導波管として機能するための1つ以上の中空と、1つ以上の中空から基板表面まで貫通した、基板をスロットアンテナとして機能させるための1つ以上のスロット素子と、を備え、1つ以上の中空のうちの第1の中空の、下に定義するスロット表面の近傍に、第1の中空の管長手方向に平行に伸びる1本以上の溝が形成されている。
スロット表面:基板表面に中空を投影させた面
An antenna according to the present invention functions as a slot antenna, which is provided inside a substrate, one or more hollows to function as a waveguide, and penetrates from one or more hollows to the substrate surface. One or more slot elements for extending the first hollow of the one or more cavities in the vicinity of the slot surface defined below and extending parallel to the longitudinal direction of the first hollow tube One or more grooves are formed.
Slot surface: The surface where a hollow is projected on the substrate surface
また、この発明にかかるレーダは、上記のアンテナを搭載している。 The radar according to the present invention is equipped with the antenna described above.
この発明によると、アンテナの利得を向上させることができる。それによって、該アンテナを搭載したレーダの検知性能を向上させることができる。 According to the present invention, the gain of the antenna can be improved. Thereby, the detection performance of the radar equipped with the antenna can be improved.
[実施の形態の説明]
本実施の形態には、少なくとも以下のものが含まれる。
すなわち、ある実施の形態に従うと、アンテナは、基板と、基板の内部に設けられ、導波管として機能するための1つ以上の中空と、1つ以上の中空から基板表面まで貫通した、基板をスロットアンテナとして機能させるための1つ以上のスロット素子と、を備え、1つ以上の中空のうちの第1の中空の、下に定義するスロット表面の近傍に、第1の中空の管長手方向に平行に伸びる1本以上の溝が形成されている。
スロット表面:基板表面に中空を投影させた面
発明者らによりシミュレーションによって、上記の構成によりアンテナの利得を向上させることができることが検証された。これにより、スロットアンテナの数を増大させることなくアンテナの利得を向上させることができるため、当該アンテナを搭載したレーダの構成を複雑化、大型化することを抑えて検知精度を向上させることができる。
[Description of Embodiment]
This embodiment includes at least the following.
That is, according to one embodiment, an antenna is provided on a substrate, one or more cavities for functioning as a waveguide, and one or more cavities penetrating from the one or more cavities to the substrate surface. One or more slot elements for functioning as a slot antenna, the first hollow tube length in the vicinity of the first hollow of the one or more hollow, the slot surface defined below One or more grooves extending parallel to the direction are formed.
Slot surface: plane in which a hollow is projected on the substrate surface The inventors have verified through simulation that the antenna gain can be improved by the above configuration. As a result, the gain of the antenna can be improved without increasing the number of slot antennas, so that the detection accuracy can be improved while suppressing the complexity and enlargement of the configuration of the radar equipped with the antenna. .
好ましくは、1本以上の溝は、基板表面の、第1の中空の前記スロット表面を挟む位置に形成され、各々第1の中空の管長手方向に平行に伸びる2本の溝を含む。
発明者らによりシミュレーションによって、上記の構成によりアンテナの利得をより向上させることができることが検証された。これにより、スロットアンテナの数を増大させることなくアンテナの利得を向上させることができるため、当該アンテナを搭載したレーダの構成を複雑化、大型化することを抑えて検知精度を向上させることができる。
Preferably, the one or more grooves are formed on the substrate surface at a position sandwiching the surface of the first hollow slot, and each include two grooves extending in parallel to the longitudinal direction of the first hollow tube.
The inventors have verified through simulation that the antenna gain can be further improved by the above configuration. As a result, the gain of the antenna can be improved without increasing the number of slot antennas, so that the detection accuracy can be improved while suppressing the complexity and enlargement of the configuration of the radar equipped with the antenna. .
好ましくは、1つ以上の中空は、第1の中空に対して管長手方向が平行するように設けられた第2の中空をさらに含み、1本以上の溝のうちの、第1の中空のスロット表面と第2の中空のスロット表面との間の基板表面に形成された溝は、第1の中空と第2の中空とから均等な間隔である。
上記の構成によれば、溝を間に挟んで隣接する第1のスロットアンテナおよび第2のスロットアンテナそれぞれに対する当該溝の影響を均等にすることができる。
Preferably, the one or more hollows further include a second hollow provided so that a longitudinal direction of the tube is parallel to the first hollow, and the first hollow of the one or more grooves is included. The grooves formed in the substrate surface between the slot surface and the second hollow slot surface are equally spaced from the first hollow and the second hollow.
According to said structure, the influence of the said groove | channel with respect to each of the 1st slot antenna and 2nd slot antenna which are adjacent on both sides of a groove | channel can be made equal.
好ましくは、第1の中空と第2の中空とは共通の給電線に接続されている。
発明者らによりシミュレーションによって、上記の構成のよってもアンテナの利得を向上させることができることが検証された。これにより、スロットアンテナの数を増大させることなくアンテナの利得を向上させることができるため、当該アンテナを搭載したレーダの構成を複雑化、大型化することを抑えて検知精度を向上させることができる。
Preferably, the first hollow and the second hollow are connected to a common feeder line.
The inventors verified by simulation that the gain of the antenna can be improved even with the above configuration. As a result, the gain of the antenna can be improved without increasing the number of slot antennas, so that the detection accuracy can be improved while suppressing the complexity and enlargement of the configuration of the radar equipped with the antenna. .
好ましくは、1つ以上の中空は、第1の中空に対して管長手方向が平行するように設けられた第2の中空をさらに含み、1本以上の溝は、基板表面の、第1の中空および第2の中空のスロット表面を挟む位置に形成され、各々第1の中空の管長手方向に平行に伸びる2本の溝を含み、第1の中空のスロット表面と第2の中空のスロット表面との間には溝が1本も形成されない。
発明者らによりシミュレーションによって、上記の構成によってもアンテナの利得をより向上させることができることが検証された。これにより、スロットアンテナの数を増大させることなくアンテナの利得を向上させることができるため、当該アンテナを搭載したレーダの構成を複雑化、大型化することを抑えて検知精度を向上させることができる。
Preferably, the one or more hollows further include a second hollow provided so that a longitudinal direction of the tube is parallel to the first hollow, and the one or more grooves are formed on the first surface of the substrate. The first hollow slot surface and the second hollow slot are formed so as to sandwich the hollow and second hollow slot surfaces and each include two grooves extending parallel to the longitudinal direction of the first hollow tube. No groove is formed between the surface.
The inventors have verified by simulation that the antenna gain can be further improved by the above-described configuration. As a result, the gain of the antenna can be improved without increasing the number of slot antennas, so that the detection accuracy can be improved while suppressing the complexity and enlargement of the configuration of the radar equipped with the antenna. .
好ましくは、1つ以上のスロット素子は、中空の管長手方向に沿って配列された複数のスロット素子を含み、1本以上の溝は、隔壁部を介して管長手方向に隣接し、各々管長手方向に伸びる2本の溝を含み、隔壁部は、当該隔壁部からみて電磁波の進行方向に直交する方向に第1の中空の複数のスロット素子のうちの1つでも設けられている位置には形成されず、当該隔壁部からみて電磁波の進行方向に直交する方向に第1の中空の複数のスロット素子が1つも設けられていない位置に形成される。
上記の構成によれば、溝が隣接するスロット素子の間に位置することになるので、これら2つのスロット素子それぞれの信号の他方への影響が効果的に抑えられる。
Preferably, the one or more slot elements include a plurality of slot elements arranged along the longitudinal direction of the hollow tube, and the one or more grooves are adjacent to each other in the longitudinal direction of the tube through the partition wall, It includes two grooves extending in the hand direction, and the partition wall portion is located at a position where at least one of the first hollow slot elements is provided in a direction orthogonal to the traveling direction of the electromagnetic wave as viewed from the partition wall portion. Is not formed, and is formed at a position where none of the first plurality of hollow slot elements is provided in a direction orthogonal to the traveling direction of the electromagnetic wave as viewed from the partition wall.
According to said structure, since a groove | channel is located between adjacent slot elements, the influence on the other of each signal of these two slot elements is suppressed effectively.
好ましくは、1本以上の溝のうちの第1の中空に最も近い溝の第1の中空に向く壁面から第1の中空の上記最も近い溝に向く壁面までの距離である壁厚は0.27λ(λ:当該アンテナの使用周波数の波長)以下である。
発明者らによりシミュレーションによって、上記の構成によってアンテナの利得を向上させることができることが検証された。これにより、スロットアンテナの数を増大させることなくアンテナの利得を向上させることができるため、当該アンテナを搭載したレーダの構成を複雑化、大型化することを抑えて検知精度を向上させることができる。
Preferably, the wall thickness which is the distance from the wall facing the first hollow of the groove closest to the first hollow of the one or more grooves to the wall facing the first hollow of the closest groove is 0. It is 27λ (λ: wavelength of the frequency used by the antenna) or less.
The inventors verified by simulation that the gain of the antenna can be improved by the above configuration. As a result, the gain of the antenna can be improved without increasing the number of slot antennas, so that the detection accuracy can be improved while suppressing the complexity and enlargement of the configuration of the radar equipped with the antenna. .
好ましくは、1本以上の溝の深さは0.51λ以下である。
発明者らによりシミュレーションによって、上記の構成によってアンテナの利得を向上させることができることが検証された。これにより、スロットアンテナの数を増大させることなくアンテナの利得を向上させることができるため、当該アンテナを搭載したレーダの構成を複雑化、大型化することを抑えて検知精度を向上させることができる。
Preferably, the depth of the one or more grooves is 0.51λ or less.
The inventors verified by simulation that the gain of the antenna can be improved by the above configuration. As a result, the gain of the antenna can be improved without increasing the number of slot antennas, so that the detection accuracy can be improved while suppressing the complexity and enlargement of the configuration of the radar equipped with the antenna. .
好ましくは、1本以上の溝は、基板表面の第1の中空のスロット表面の近傍に形成された第1の溝、および第1の溝に対して第1の中空から遠い側に隣接する第2の溝を含む。
発明者らによりシミュレーションによって、上記の構成によってアンテナの利得を向上させることができることが検証された。これにより、スロットアンテナの数を増大させることなくアンテナの利得を向上させることができるため、当該アンテナを搭載したレーダの構成を複雑化、大型化することを抑えて検知精度を向上させることができる。
Preferably, the one or more grooves are a first groove formed in the vicinity of the first hollow slot surface on the substrate surface, and a first groove adjacent to the first groove far from the first hollow. Includes two grooves.
The inventors verified by simulation that the gain of the antenna can be improved by the above configuration. As a result, the gain of the antenna can be improved without increasing the number of slot antennas, so that the detection accuracy can be improved while suppressing the complexity and enlargement of the configuration of the radar equipped with the antenna. .
好ましくは、基板は、複数の板が積層された積層構造を有し、複数の板は、第1面を有する第1の板と、第1面の裏面側に配置される第2の板と、を含み、第1の板は、1本以上の溝を形成する第1の貫通孔と、スロット素子を形成する第2の貫通孔と、を有し、第2の板は、第1の貫通孔を塞ぐ領域を有する。
上記の構成によれば、アンテナの形成を容易にすることができる。特に、当該アンテナの使用周波数の波長がミリ波などの小さい波長であった場合に、当該アンテナの形成をより容易にすることができる。
Preferably, the substrate has a stacked structure in which a plurality of plates are stacked, and the plurality of plates includes a first plate having a first surface and a second plate disposed on the back side of the first surface. The first plate has a first through hole that forms one or more grooves, and a second through hole that forms a slot element, and the second plate It has a region that closes the through hole.
According to said structure, formation of an antenna can be made easy. In particular, when the wavelength of the frequency used by the antenna is a small wavelength such as a millimeter wave, the antenna can be formed more easily.
好ましくは、アンテナは、基板の第1面の前方であって、1本以上の溝が構成されている領域の前方に、導電体の部材が設けられている。
発明者らによりシミュレーションによって、上記の構成によってアンテナの利得を向上させることができることが検証された。これにより、スロットアンテナの数を増大させることなくアンテナの利得を向上させることができるため、当該アンテナを搭載したレーダの構成を複雑化、大型化することを抑えて検知精度を向上させることができる。
Preferably, the antenna is provided with a conductor member in front of the first surface of the substrate and in front of a region where one or more grooves are formed.
The inventors verified by simulation that the gain of the antenna can be improved by the above configuration. As a result, the gain of the antenna can be improved without increasing the number of slot antennas, so that the detection accuracy can be improved while suppressing the complexity and enlargement of the configuration of the radar equipped with the antenna. .
他の実施の形態に従うと、レーダは、上記のアンテナを搭載している。
これにより、構成を複雑化、大型化することを抑えて検知精度を向上させることができる。
According to another embodiment, the radar is equipped with the antenna described above.
As a result, it is possible to improve the detection accuracy while preventing the configuration from becoming complicated and large.
[実施の形態の詳細]
以下に、図面を参照しつつ、好ましい実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらの説明は繰り返さない。
[Details of the embodiment]
Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts and components are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, these descriptions will not be repeated.
[第1の実施の形態]
<アンテナの定義>
本実施の形態にかかるレーダには、無線通信用のアンテナであるスロットアンテナを含んだアンテナが搭載されている。はじめに、アンテナについて定義を行う。スロットアンテナは、電波の伝送のために用いられる、円形または方形の断面の中空を有する、1本の導波管を含む。1つの導波管には、1つまたは複数の、導波管の中空から外部に向かう貫通孔であるスロット素子が設けられる。なお、ここでの導波管は、1つの中空と断面が円形または方形である当該中空の外周とからなる管状部材を意味するものではなく、電磁波の伝送路となる円形または方形の断面の中空自体を指す。
[First Embodiment]
<Definition of antenna>
The radar according to the present embodiment is equipped with an antenna including a slot antenna that is an antenna for wireless communication. First, the antenna is defined. The slot antenna includes a single waveguide having a circular or square cross-section hollow used for radio wave transmission. One waveguide is provided with one or a plurality of slot elements which are through holes from the hollow of the waveguide toward the outside. The waveguide here does not mean a tubular member composed of one hollow and the outer circumference of the hollow having a circular or square cross section, but a hollow of a circular or rectangular cross section serving as an electromagnetic wave transmission path. Refers to itself.
1つのアンテナは、1本以上のスロットアンテナを含む。アンテナに複数本のスロットアンテナが含まれる場合、該複数本のスロットアンテナは、管長手方向が平行となるように配列される。導波管が並ぶ方向、つまり管長手方向に直交する方向をアンテナの幅方向ともいう。 One antenna includes one or more slot antennas. When the antenna includes a plurality of slot antennas, the plurality of slot antennas are arranged so that the longitudinal directions of the tubes are parallel to each other. The direction in which the waveguides are arranged, that is, the direction orthogonal to the longitudinal direction of the tube is also called the width direction of the antenna.
アンテナ系統は、それぞれの導波管に接続される給電線が共通する、1本以上のスロットアンテナからなる。受信アンテナとして使用する場合、同一のアンテナ系統が複数本のスロットアンテナからなるときには当該複数本のスロットアンテナからの合成の電波が受信電波として給電線に出力される。同時に受信した複数のアンテナ系統間の電波の位相差に基づいて検知対象物の当該アンテナに対する角度が算出される。また、送信アンテナとして使用する場合には、同一のアンテナ系統が複数本のスロットアンテナからなるときには給電線から入力された送信波は複数本のスロットアンテナに分配されそれぞれのスロットアンテナから放射された電波が合成されて放射電波となる。 The antenna system is composed of one or more slot antennas that share a feed line connected to each waveguide. When used as a receiving antenna, when the same antenna system is composed of a plurality of slot antennas, a combined radio wave from the plurality of slot antennas is output as a received radio wave to the feeder line. The angle of the object to be detected with respect to the antenna is calculated based on the phase difference of the radio waves between the plurality of antenna systems received simultaneously. Also, when used as a transmission antenna, when the same antenna system is composed of a plurality of slot antennas, the transmission wave input from the feeder is distributed to the plurality of slot antennas and the radio waves radiated from the respective slot antennas. Are combined into a radiated radio wave.
導波管の表面のうちのスロット素子が設けられた面を、スロットアンテナの表面(ひょうめん)(スロット表面)とする。1つのアンテナに含まれる1本以上のスロットアンテナすべてのスロット表面は、1つの平面に含まれる。なお、すべてのスロット表面が1つの平面に完全に一致している場合のみならず、たとえば当該1つの平面に対してスロット表面が多少凹凸している場合も含む。この平面を表面とする部材を基板と称する。言い換えると、スロット表面は、基板表面に導波管の中空を投影させた面である。アンテナでは、基板の内部に、導波管として機能するための1つ以上の中空が設けられており、スロット素子は、基板をスロットアンテナとして機能させるために設けられた、中空から基板表面までの貫通孔である。 Of the surface of the waveguide, the surface on which the slot element is provided is defined as the surface (slot surface) of the slot antenna. The slot surfaces of all the one or more slot antennas included in one antenna are included in one plane. Note that this includes not only the case where all the slot surfaces completely coincide with one plane, but also the case where, for example, the slot surfaces are somewhat uneven with respect to the one plane. A member having this plane as a surface is referred to as a substrate. In other words, the slot surface is a surface obtained by projecting the hollow of the waveguide onto the substrate surface. In the antenna, one or more cavities for functioning as a waveguide are provided inside the substrate, and the slot element is provided from the hollow to the surface of the substrate provided to function the substrate as a slot antenna. It is a through hole.
基板表面をアンテナの正面とする。アンテナの正面から前方(正面から正の距離を有する位置)をアンテナの正面方向とし、アンテナの正面から後方をアンテナの背面方向とする。アンテナの正面から後方とは、アンテナの正面からアンテナ内部に向かう向きを指す。アンテナの正面から前方とは後方の逆向きであって、アンテナの正面を基点として該アンテナから遠くなる向きを指す。 The substrate surface is the front of the antenna. The front from the front of the antenna (a position having a positive distance from the front) is the front direction of the antenna, and the rear from the front of the antenna is the back direction of the antenna. The direction from the front of the antenna to the rear indicates the direction from the front of the antenna toward the inside of the antenna. The front from the front of the antenna is the reverse of the rear, and refers to the direction far from the antenna with the front of the antenna as a base point.
スロットアンテナは、当該アンテナの送受信対象とするレーダ波の波長に基づいて設計されている。当該アンテナの送受信対象とするレーダ波の周波数は、アンテナの使用周波数とも呼ばれる。使用周波数が、ミリ波レーダと呼ばれるミリ波帯の電波を用いるレーダの一般的な使用周波数である76.5GHzの場合、スロットアンテナの設計波長λは3.92mmである。 The slot antenna is designed based on the wavelength of the radar wave to be transmitted / received by the antenna. The frequency of the radar wave to be transmitted / received by the antenna is also called an antenna use frequency. When the operating frequency is 76.5 GHz, which is a general operating frequency of a radar using a millimeter wave band called a millimeter wave radar, the design wavelength λ of the slot antenna is 3.92 mm.
<方向の定義>
車載用のレーダなどにおけるアンテナなどのように、アンテナは、一般的には、配列された複数本のスロットアンテナの管長手方向が鉛直になるように設置される。アンテナの水平面は、このようにアンテナが設置された場合の水平面を指す。アンテナの方向を図1に示されたように定義する。図1を参照して、矢印A方向を水平方向における+方向の角度とする。すなわち、水平面内において、アンテナの正面方向の角度を0°とし、アンテナの正面から反時計回りに90°を+方向の角度とする。矢印B方向を水平方向における−方向の角度とする。すなわち、水平面内において、アンテナの正面から時計回りに90°までの角度を−方向の角度とする。矢印C方向を垂直方向における+方向の角度とする。すなわち、鉛直面内において、アンテナの正面方向の角度を0°とし、アンテナの正面から下向きに90°までを+方向の角度とする。矢印D方向を垂直方向における−方向の角度とする。すなわち、鉛直面内において、アンテナの正面から上向きに90°までの角度を−方向の角度とする。このようにアンテナが設置された場合、レーダの検知角とは、一般的には、アンテナの水平面において検知可能な角度を言う。検知角は、アンテナ正面に対して水平面内での正負両方向で表す場合もある。
<Definition of direction>
The antenna is generally installed such that the longitudinal direction of the tubes of the plurality of arrayed slot antennas is vertical, such as an antenna in a vehicle-mounted radar. The horizontal plane of the antenna refers to the horizontal plane when the antenna is installed in this way. The direction of the antenna is defined as shown in FIG. Referring to FIG. 1, the direction of arrow A is defined as an angle in the + direction in the horizontal direction. That is, in the horizontal plane, the angle in the front direction of the antenna is 0 °, and 90 ° counterclockwise from the front of the antenna is the angle in the + direction. The arrow B direction is defined as an angle in the minus direction in the horizontal direction. That is, in the horizontal plane, an angle of 90 ° clockwise from the front of the antenna is defined as an angle in the − direction. The arrow C direction is the angle in the + direction in the vertical direction. That is, in the vertical plane, the angle in the front direction of the antenna is 0 °, and the angle from the front of the antenna to 90 ° downward is the angle in the + direction. The arrow D direction is defined as an angle in the − direction in the vertical direction. That is, in the vertical plane, an angle of 90 ° upward from the front of the antenna is defined as an angle in the − direction. When the antenna is thus installed, the radar detection angle generally refers to an angle that can be detected on the horizontal plane of the antenna. The detection angle may be expressed in both positive and negative directions in the horizontal plane with respect to the front surface of the antenna.
<アンテナの構成>
スロットアンテナで高利得を得ようとすると、一般的には該アンテナに含まれるスロットアンテナの数を増加させることが考えられる。アンテナの利得とは、放射が最大となる放射角におけるエネルギーの強さを指し、具体的には、同一電界において対象アンテナと基準アンテナとで受信したときの受信電力の比を指す。利得が向上するとレーダの検知精度が向上する。しかしながら、スロットアンテナの数が増加するとアンテナの構造が複雑になる。また、アンテナサイズも大きくなってしまう。そこで、発明者らは、スロットアンテナの数の増加に因らずに利得を向上させるようなアンテナを設計した。
<Antenna configuration>
In order to obtain a high gain with a slot antenna, it is generally considered that the number of slot antennas included in the antenna is increased. The antenna gain refers to the intensity of energy at the radiation angle at which radiation is maximized, and specifically refers to the ratio of received power when the target antenna and the reference antenna receive signals in the same electric field. Raising the gain improves the radar detection accuracy. However, as the number of slot antennas increases, the antenna structure becomes complicated. In addition, the antenna size becomes large. Therefore, the inventors designed an antenna that improves the gain regardless of the increase in the number of slot antennas.
図2は、第1の実施の形態にかかるアンテナ100を搭載したレーダ300の構成の一例を模式的に表した図である。図2は、アンテナ100を正面から見た図である。図2では後述する金属板50が省略されている。図3は、アンテナ100の構成の一例を模式的に表した図である。図3は、図2のA−A位置での断面図である。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of the configuration of the
図2および図3を参照して、第1の実施の形態にかかるアンテナ100は、複数のスロットアンテナ20A〜20Eを含む。スロットアンテナ20A〜20Eを総称してスロットアンテナ20と称する。図2において、アンテナ100の幅方向をx方向、導波管の管長手方向をy方向とする。図2に規定されたように、x方向のうちの一方の向きを+x向き、その逆向きを−x向きとし、y方向のうちの一方の向きを+y向き、その逆向きを−y向きとする。また、図3において、さらに、基板10の表面10aに直交する方向をz方向とする。図3に規定されたように、基板表面10aから遠くなる向き、つまりアンテナ100の正面方向を+z向き、基板10内部に向かう向き、つまりアンテナの背面方向を−z向きとする。
2 and 3, an
詳しくは、図2および図3を参照して、スロットアンテナ20A〜20Eは、それぞれ、1本ずつの導波管11A〜11Eと、導波管11A〜11Eそれぞれの管長手方向(第2の方向)に沿って配列された複数のスロット素子12とを有する。導波管11A〜11Eを総称して導波管11と称する。導波管11A〜11Eは、いずれもが第1の中空に相当する。すなわち、導波管11は第1の中空である。各スロットアンテナ20に複数のスロット素子12を設けることによって、当該アンテナ100を搭載したレーダ300の検知精度を向上させることができる。
Specifically, referring to FIG. 2 and FIG. 3, the
基板10は、たとえば金属などの導電体で形成された、厚みを有する板部材である。複数のスロットアンテナ20の導波管11は、すべて、スロット表面11aが基板10の表面10aに一致、あるいは略一致するように、基板10の内部に管長手方向が平行するように配置されている。すなわち、基板10内部には、複数の導波管11それぞれの中空が平行に穿孔されている。なお、ここでの略一致とは、基板10の表面10aに対して複数のスロットアンテナ20すべてのスロット表面11aが完全に一致している場合のみならず、たとえば基板表面10aに対してスロット表面11aが多少凹凸している場合を含むことを指す。なお、図3では、基板10の裏面側も平面である例が示されているが、基板10は少なくとも表面10aがスロット表面11aを含む平面であればよく、裏面側の導波管11が存在する部分以外は導電体が存在せずにくぼみであってもよい。
The
導波管11から基板表面10aまで、基板10をスロットアンテナとして機能させるためのスロット素子が、それぞれの導波管11の電磁波の進行方向(長手方向)に沿って穿孔されている。このように基板10を用いて複数のスロットアンテナ20を構成することによって、アンテナ100を製造しやすくすることができる。また、アンテナ100の取り扱いを容易にすることができる。
From the
図2はアンテナ100を正面から見た図であるため、導波管11が基板表面10aからは点線で示されている。言い換えると、図2において導波管11として点線で示されている範囲は、導波管11の中空が基板10に投影された範囲、つまりスロット表面11aである。
Since FIG. 2 is a view of the
図2を参照して、1つのスロットアンテナ20に含まれる複数のスロット素子12は、一例として、1本の導波管11につき、管長手方向の2直線CSL,CSRに沿って2列に配列される。複数のスロット素子12は、概ね、2本の直線CSL,CSRに沿って配列されていればよく、その中心がすべて必ずしも2本の直線CSL,CSRのいずれかの真上でなくてもよい。2直線CSL,CSRは、導波管11の管長手方向の中心線Cwを挟んで均等な距離に位置する。中心線Cwは、スロットアンテナ20の幅方向の中心線でもある。複数のスロット素子12は、直線CSL,CSRに沿って、管長手方向に等間隔に配置される。直線CSLに沿った複数のスロット素子12と直線CSRに沿った複数のスロット素子12との幅方向の位置は一致せず、交互に配置される。複数のスロット素子は、その形状はすべて同じであっても、多少の大きさの差異があってもよい。以下の説明では、複数のスロット素子12の形状がすべて同じものとし、その中心が2本の直線CSL,CSRいずれかの真上に位置して2本の直線CSL,CSRに沿って配列されるものとする。
Referring to FIG. 2, as an example, a plurality of
複数のスロットアンテナ20A〜20Eは、スロットアンテナ20A〜20Dとスロットアンテナ20Eとに分離されている。スロットアンテナ20A〜20Dとスロットアンテナ20Eとは、y方向に並列に配置されている。なお、スロットアンテナ20A〜20Dとスロットアンテナ20Eとの配置は図2の例には限定されない。他の例として、スロットアンテナ20A〜20Dとスロットアンテナ20Eとが分離して、x方向に並列に配置されてもよい。スロットアンテナ20Aは、幅方向の両側のうち、一方側にはスロットアンテナ20Bが配置され、他方側には他のスロットアンテナが配置されていない。また、スロットアンテナ20Dは、幅方向の両側のうち、一方側にはスロットアンテナ20Cが配置され、他方側には他のスロットアンテナが配置されていない。スロットアンテナ20Eの幅方向の両側にはいずれのスロットアンテナも配置されていない。なお、複数のスロットアンテナ20A〜20Eの構成は、図2および上に説明された以外の構成であってもよい。すなわち、図2には4本のスロットアンテナと1本のスロットアンテナとに区分された構成の例が示されているが、たとえば、受信用のアンテナ系統として7本のスロットアンテナ、送信用のアンテナ系統として2本のスロットアンテナとする構成や、受信用のアンテナ系統として1本のスロットアンテナ、送信用のアンテナ系統として1本のスロットアンテナとする構成、などであってもよい。
The plurality of
第1の実施の形態にかかるアンテナ100では、スロットアンテナ20A〜20Dそれぞれが受信用のアンテナ系統を構成する。つまり、第1の実施の形態にかかるアンテナ100は、スロットアンテナ20Aによって構成される第1の受信用のアンテナ系統、スロットアンテナ20Bによって構成される第2の受信用のアンテナ系統、スロットアンテナ20Cによって構成される第3の受信用のアンテナ系統、およびスロットアンテナ20Dによって構成される第4の受信用のアンテナ系統を含む。各受信用のアンテナ系統は、それぞれ独立した給電線で受信機170に接続される。つまり、スロットアンテナ20A〜20Dは、それぞれが独立した給電線で受信機170に接続される。また、第1の実施の形態にかかるアンテナ100では、スロットアンテナ20Eが送信用のアンテナ系統を構成する。スロットアンテナ20Eは送信機150に接続される。
In the
スロットアンテナ20A〜20Dにおいて、隣接するスロットアンテナ20の間隔L1はたとえば2.0λ程度とする。好ましくは、間隔L1は1.5λ以下である。より好ましくは、間隔L1は1.2λ以下であり、たとえば1.0λ以下とする。隣接するスロットアンテナ20の間隔L1とは、図2を参照して、スロットアンテナ20の管長手方向に延びる中心線Cwと当該スロットアンテナ20に隣接するスロットアンテナ20の中心線Cwとの間の距離である。隣接するスロットアンテナ20の間隔L1をできるだけ狭くすることによって、レーダ300における検知角をより広角とすることができるためである。また、アンテナ100の小型化も実現される。
In the
さらに、隣接するスロットアンテナ20の間隙L2はたとえば0.05(1/20)λ以上とする。隣接するスロットアンテナ20の間隙L2とは、隣接するスロットアンテナ20それぞれの導波管11同士の隙間であり、言い換えると、隣接するスロットアンテナ20のスロット表面の間隔である。詳しくは、図2を参照して、隣接するスロットアンテナ20の間隙は、導波管11の隣接するスロットアンテナ20に近い側の端部間の距離L2である。隣接するスロットアンテナ20の間隔L1を上記のように狭くする中でスロットアンテナ20の間隙L2を広くすることによって、後述する溝40や金属板50が配置されやすくなる。λ=3.92mmの場合、L2が0.05λ(=0.20mm)より小さくなると、製作が困難である。
Further, the gap L2 between
送信機150は、アンテナの使用周波数の波長λの送信波を発生させる。レーダ300がミリ波レーダである場合、送信機150は、20GHz以上のミリ波帯の送信波を発生させる。送信機150において発生した送信波は導波管11Eを経てスロットアンテナ20Eに設けられた複数のスロット素子12に達する。そして、送信波は、各スロット素子12から所定方向に発射される。
The
アンテナ100に到達した当該アンテナの使用周波数の波長の電波は、スロットアンテナ20A〜20Dそれぞれに設けられた複数のスロット素子12によって受信される。受信波は、スロット素子12から各導波管11を経て受信機150に送られる。レーダ300がミリ波レーダである場合、20GHz以上のミリ波帯の電磁波が受信機150に送られる。受信機150は、スロットアンテナ20A〜20Dそれぞれが受信した電波に対して規定された処理を行う。レーダ300の検知範囲に検知対象物が存在する場合、スロットアンテナ20Eから発射された電波は、検知対象物によって反射される。反射された電波は、スロットアンテナ20A〜20Dによって受信される。
The radio wave having the wavelength of the use frequency of the antenna reaching the
電波が発射されたタイミングから受信されたタイミングまでの時間に基づいて、検知対象物の当該アンテナ100からの距離が算出される。スロットアンテナ20A〜20Dそれぞれで構成される第1〜第4の受信用のアンテナ系統における受信電波の位相差に基づいて、検知対象物の当該アンテナ100に対する角度が算出される。
Based on the time from when the radio wave is emitted to when it is received, the distance of the detection target from the
基板表面10aのスロット表面11aのx方向の近傍には、1つ以上の凹部が形成されている。たとえば、スロットアンテナ20Aのスロット表面11aに対して−x側の近傍に1つ以上の凹部が形成されている。また、スロットアンテナ20Aのスロット表面11aに対して+x側の近傍にも、1つ以上の凹部が形成されている。スロットアンテナ20Aのスロット表面11aに対して+x側の近傍は、スロットアンテナ20Bのスロット表面11aに対して−x側の近傍でもある。この位置に形成された1つ以上の凹部は、スロットアンテナ20Aとスロットアンテナ20Bとの間の基板表面10aに形成された凹部とも言える。なお、ここでの近傍とは、凹部が形成されることによってスロットアンテナの利得が向上する距離の範囲を指す。近傍をスロットアンテナと最も近い凹部との間の壁厚mで表すと、近傍と言える該壁厚mはたとえば1.5λ程度までの距離の範囲である。上記したように、スロットアンテナ20の間隔L1を2.0λ程度とする場合、近傍と言える該壁厚mはたとえば1.0λ以下の距離の範囲である。
One or more recesses are formed in the vicinity of the
凹部は、スロットアンテナ20の近傍であって、少なくとも当該スロットアンテナ20に設けられた、すべてのスロット素子12のx方向の近傍に形成されている。一例として、凹部は、スロットアンテナ20に平行して設けられた、管長手方向、つまりy方向に延びる溝である。凹部を溝とすることによって、スロットアンテナ20のすべてのスロット素子12の近傍に凹部を構成することができ、かつ、容易に形成することができる。具体的に、アンテナ100には、図2,図3に表されたように、スロットアンテナ20Aと20B、20Bと20C、20Cと20Dそれぞれの間の基板表面10aに、それぞれy方向に延びる溝40B,40C,40Dが形成される。溝…,40B,40C,40D,…を総称して溝40とも称する。
The recesses are formed in the vicinity of the
詳しくは、図2を参照して、凹部である溝40はy方向、すなわち導波管11の管長手方向に平行する中心線Cgに沿って伸びる。好ましくは、該凹部は、隣接する2つのスロットアンテナ20から均等な間隔で設けられる。すなわち、中心線Cgは、隣接する2つのスロットアンテナ20それぞれの中心線Cwとの間がいずれも距離l(エル)である。中心線Cw間の距離L1に対して距離l(エル)はL=2×l(エル)の関係を有する。溝40がこのような位置に設けられることによって、この溝40を間に挟んで隣接する2本のスロットアンテナ20それぞれに対する溝40の影響を均等にすることができる。また、アンテナ100の製法に後述する製法の一例を採用する場合、アンテナ100の形成を容易にすることができる。なお、スロットアンテナ20と当該スロットアンテナ20に最も近い溝40との間の壁厚mは、溝40とスロットアンテナ20の導波管11の中空との間隔であって、溝40のスロットアンテナ20に向く壁面からスロットアンテナ20の導波管11の中空の溝40に向く壁面までの距離である。
Specifically, referring to FIG. 2, the
溝40の深さ(z方向の長さ)は、スロット表面11aから導波管11までの深さを超える深さである。または、溝40の深さは、スロット表面11aから導波管11までの深さよりも浅くてもよい。溝40の幅(x方向の長さ)は、隣接するスロットアンテナ20のスロット表面11aの間隔よりも小さい。好ましくは、溝40の幅は、0.05λ〜0.26λである。スロットアンテナ20に最も近い溝40と当該スロットアンテナ20との間の壁厚mは、好ましくは、0.27λ以下である。また、溝40の深さは、好ましくは0.51λ以下である。より好ましくは、溝40の深さは0.3λ付近である。
The depth (length in the z direction) of the
図3を参照して、好ましくは、スロットアンテナ20のスロット表面11aから+z側であって、溝40から+z側の位置に、導電体の部材が設けられている。導電体は、たとえば金属である。導電体の部材を金属板とすることによって、容易に形成することができる。
Referring to FIG. 3, a conductor member is preferably provided at a position on the + z side from slot surface 11 a of
この部材のアンテナ100の幅方向の長さは、隣接する2つのスロットアンテナ20それぞれの導波管11の間隙L2よりも短い。この部材は、たとえばy方向に延びる金属等の板部材(金属板)である。すなわち、図3に表されたようにスロットアンテナ20A、20B、20Cそれぞれの+x側の基板表面10aから+z側の位置に、それぞれ、導波管11の管長手方向に延びる金属板50A,50B,50Cが形成される。金属板50A,…を総称して金属板50と称する。
The length of this member in the width direction of the
なお、溝40と、金属板50などの部材とは、いずれもがアンテナ100に設けられていてもよいし、いずれか一方のみが設けられていてもよい。
Note that both the
上記のアンテナ100を設計した発明者らは、第1の実施の形態にかかるアンテナ100の一部分を用いて溝40および上記部材である金属板50を変化させた様々な条件におけるスロットアンテナ20の強度の指向性をシミュレーションして、アンテナ100の設計の効果を検証した。
The inventors who designed the
図4は、シミュレーションに用いたアンテナモデルに共通するサイズを説明するための図である。各アンテナモデルは、使用周波数をミリ波レーダの一般的な使用周波数である76.5GHzとして、ミリ波レーダの波長を設計波長λとして設計されている(λ=3.92mm)。図4を参照して、各アンテナモデルに含まれるスロットアンテナ20は、長手方向(y方向)の長さが18.86mm(≒4.81λ)、幅(x方向の長さ)2.54mm(≒0.65λ)の導波管を有し、近傍(側方)に設けられた溝40の、管長手方向(y方向)の長さは20.86mm(≒5.32λ)である。以降の各条件におけるアンテナモデルの断面図は、図4におけるB−B位置での断面図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a size common to the antenna models used in the simulation. Each antenna model is designed with a use frequency of 76.5 GHz, which is a general use frequency of millimeter wave radar, and a wavelength of millimeter wave radar as a design wavelength λ (λ = 3.92 mm). Referring to FIG. 4, the
<<第1のシミュレーション>>
第1のシミュレーションは、スロットアンテナ20を1本のみ有する(1系統)アンテナモデルを受信用のアンテナ系統として用いて、スロットアンテナ20の側方の溝の有無を確認するためのシミュレーションである。
<< First simulation >>
The first simulation is a simulation for confirming the presence / absence of a groove on the side of the
<第1のシミュレーション条件>
第1のシミュレーションでは、次の条件1〜条件5を適用した。
条件1)溝等を設けずスロットアンテナ20のみのアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件2)スロットアンテナ20の−x側の近傍に溝40を1本設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件3)スロットアンテナ20の+x側の近傍に溝40を1本設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件4)スロットアンテナ20の−x側の近傍に溝40を2本設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件5)スロットアンテナ20の+x側の近傍に溝40を2本設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
<First simulation condition>
In the first simulation, the following
Condition 1) A simulation using an antenna model of only the
Condition 2) A simulation using an antenna model in which one
Condition 3) A simulation using an antenna model in which one
Condition 4) A simulation using an antenna model in which two
Condition 5) A simulation using an antenna model in which two
図5〜図8は、条件2〜条件5のシミュレーションで用いたアンテナモデルの断面の概略図である。図5を参照して、条件2のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、スロットアンテナ20から−x向きに0.21mm(≒0.05λ≒1/20λ)隔てて1本の溝40が設けられている。溝40は、幅(x方向の長さ)0.3mm(≒0.08λ)、深さ(z方向の長さ)1mm(≒0.26λ≒1/4λ)である。図6を参照して、条件3のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、条件2のアンテナモデルをx方向に反転させたものである。
5 to 8 are schematic views of a cross section of the antenna model used in the simulations of
図7を参照して、条件4のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、スロットアンテナ20から−x向きに0.21mm(≒0.05λ≒1/20λ)隔てて1本目の溝40が設けられ、さらに0.3mm(≒0.08λ)隔てて2本目の溝40が設けられている。溝40の幅および深さは、いずれも条件2,3と共通である。図8を参照して、条件5のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、条件4のシミュレーションで用いたアンテナモデルをx方向に反転させたものである。
Referring to FIG. 7, the antenna model used in the simulation of
<第1のシミュレーション結果>
図9は、条件1〜条件5それぞれのシミュレーション結果から得られた利得を表した一覧表である。利得が高いと、アンテナ100から発射された電波が遠くまで到達するようになる。そのため、当該アンテナ100を搭載したレーダ300によって検知可能な距離が長くなる。したがって、利得が高いほどアンテナ100を搭載したレーダ300の検知性能が高いと言える。なお、この検証では、水平面がアンテナ正面(0°の方向)、かつ、垂直面において最大利得(ピーク)となる方向の利得を、当該アンテナの利得として利得向上の効果の評価に用いている。つまり、各条件において得られたシミュレーション結果の0[°]の値を評価対象として用いている。以降の検証でも同様である。しかしながら、アンテナの利得は正面の強度の指向性のみに限定されず、いずれの位置(角度)の指向性から得られるものであってもよい。つまり、同じシミュレーション結果の他の角度の値から利得を得、その利得を比較して利得向上の効果の評価に用いてもよい。
<First simulation result>
FIG. 9 is a list showing gains obtained from the simulation results of
<第1のシミュレーションの考察>
条件1(溝なし)と条件2,3(溝あり)とを比較すると条件2,3(溝あり)の方が利得が高い。さらに、条件2,3(溝1本)と条件4,5(溝2本)とを比較すると、条件4,5の方が利得が高い。なお、条件2と条件3、条件4と条件5とを比較しても、利得は概ね同じである。
<Consideration of the first simulation>
Comparing condition 1 (without grooves) with
第1のシミュレーション結果より、スロットアンテナ20の側方(スロット表面の近傍)に溝40を設けることは利得を向上させる点で効果があり、さらに、溝40は1本よりも2本の方が効果が高いことがわかる。なお、溝40はスロットアンテナ20の+x側に形成されても−x側に形成されても利得向上の効果に差がないことがわかった。
From the first simulation result, providing the
<<第2のシミュレーション>>
第2のシミュレーションは、第1のシミュレーション結果を受けて、スロットアンテナ20の側方に設ける溝40の、利得の向上に効果的な形状を確認するためのシミュレーションである。すなわち、第1のシミュレーションより、スロットアンテナ20の側方に溝40を設けることが利得向上の効果があることが検証された。そこで、さらに、特定のアンテナモデルに絞って、溝40のスロットアンテナ20との位置関係や形状について検討した。
<< Second simulation >>
The second simulation is a simulation for confirming a shape effective for improving the gain of the
<第2のシミュレーション条件>
第2のシミュレーションでは、次の条件6〜条件10を適用した。条件6,7と条件8,10とは、同じアンテナモデルを用いて位置を変化させた条件および溝40の深さを変化させた条件である。条件9は、条件2,3のシミュレーションで用いたアンテナモデルの溝40の深さを変化させた条件である。
条件6)スロットアンテナ20のx方向の両側に溝40を2本ずつ設けたアンテナモデルを用いて、溝40の位置を様々に変化させたシミュレーションである。
条件7)スロットアンテナ20のx方向の両側に溝40を2本ずつ設けたアンテナモデルを用いて、溝40の深さを様々に変化させたシミュレーションである。
条件8および10)スロットアンテナ20のx方向の両側に溝40を1本ずつ設けたアンテナモデルを用いて、溝40の深さを様々に変化させたシミュレーションである。
条件9)スロットアンテナ20のx方向の両側に溝40を1本ずつ設けたアンテナモデルを用いて、溝40の位置を様々に変化させたシミュレーションである。
<Second simulation condition>
In the second simulation, the following conditions 6 to 10 were applied.
Condition 6) This is a simulation in which the position of the
Condition 7) This is a simulation in which the depth of the
Conditions 8 and 10) This is a simulation in which the depth of the
Condition 9) This is a simulation in which the position of the
条件4、5のシミュレーションで用いたアンテナモデルについて、両側に溝2本ずつ設置した場合(条件6、7)、スロットアンテナからの距離および深さを変化させたものである。条件8のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、条件2,3のアンテナモデルの溝40の深さを変化させたものである。条件9,10のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、条件2,3のアンテナモデルの溝40の幅を変化させた(広くした)アンテナモデルの溝40のスロットアンテナからの距離および深さを変化させたものである。
In the antenna models used in the simulations of
図10〜図12は、条件6および7のシミュレーションで用いたアンテナモデル、条件8のシミュレーションで用いたアンテナモデル、ならびに条件9および10のシミュレーションで用いたアンテナモデルの断面の概略図である。図10を参照して、条件6および7のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、スロットアンテナ20のx方向の両側に、0.3mm(≒0.08λ)間隔の2本の溝40が設けられている。2本の溝40の中心線M1は、スロットアンテナ20の中心線Cから距離X隔てられている。距離Xは、例えばスロットアンテナ20が複数含まれる場合の例である図2において距離l(エル)で示された距離(すなわちL1/2)に相当し、距離Xと隣接する2つの導波管11の管長手方向の中心線Cwの間隔L1とは、L1=2Xを満たす。溝40は、いずれも、幅0.3mm(≒0.08λ)、深さYである。条件6では深さYを、スロット表面から導波管11の中空までの深さよりも深い、1mm(≒0.26λ≒1/4λ)に固定し、距離Xを変数として、(2本の溝40の間隔は維持して)様々な距離Xでのシミュレーションを行った。
10 to 12 are schematic views of the antenna model used in the simulation of
条件7では距離Xを1.93mm(≒0.49λ)に固定し、深さYを変数として、様々な深さYでのシミュレーションを行った。距離Xを1.93mmに固定したアンテナモデルの、導波管11に近い側の溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、0.21mm(≒0.05λ)である。
Under
図11を参照して、条件8のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、スロットアンテナ20のx方向の両側に導波管11の中空から0.21mm(=≒0.05λ≒1/20λ)隔てて1本の溝40が設けられている。溝40は、いずれも、幅0.3mm(≒0.08λ)、深さYである。条件8では深さYを変数として、様々な深さYでのシミュレーションを行った。
Referring to FIG. 11, the antenna model used in the simulation of condition 8 is 0.21 mm (= ≈0.05λ≈1 / 20λ) apart from the hollow of
図12を参照して、条件9および10のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、スロットアンテナ20のx方向の両側に1本の溝40が設けられている。溝40の中心線M2は、スロットアンテナ20の中心線Cから距離X隔てられている。溝40は、いずれも、幅1mm(≒0.26λ≒1/4λ)、深さYである。条件9では深さYを、スロット表面から導波管11の中空までの深さよりも深い、1mm(≒0.26λ≒1/4λ)に固定し、距離Xを変数として、様々な距離Xでのシミュレーションを行った。
Referring to FIG. 12, the antenna model used in the simulations of
条件10では距離Xを1.93mm(≒0.49λ)に固定し、深さYを変数として、様々な深さYでのシミュレーションを行った。距離Xを1.93mmに固定したアンテナモデルの、導波管11に近い側の溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、0.16mm(≒0.04λ)である。
Under
<第2のシミュレーション結果> <Second simulation result>
図13(A)は条件6(溝位置を変化)で変数とした距離Xを、0.49λ(≒1.92mm)、0.50λ(=1.96mm)、0.60λ(≒2.35mm)、0.70λ(≒2.74mm)に変化させた際の、それぞれのミュレーション結果から得られた利得を表した一覧表である。距離Xが0.49λ(≒1.92mm)のアンテナモデルの、導波管11に近い側の溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、0.20mm(≒0.05λ)である。距離Xが0.50λ(=1.96mm)のアンテナモデルの、導波管11に近い側の溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、0.24mm(≒0.06λ)である。距離Xが0.60λ(≒2.35mm)のアンテナモデルの、導波管11に近い側の溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、0.63mm(≒0.16λ)である。距離Xが0.70λ(≒2.74mm)のアンテナモデルの、導波管11に近い側の溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、1.02mm(≒0.26λ)である。
In FIG. 13A, the distance X, which is a variable under condition 6 (changing the groove position), is 0.49λ (≈1.92 mm), 0.50λ (= 1.96 mm), 0.60λ (≈2.35 mm). ), 0.70λ (≈2.74 mm), and a list showing the gains obtained from the respective simulation results. In the antenna model having a distance X of 0.49λ (≈1.92 mm), the wall thickness m between the
また、条件6では、距離Xを上の値に加えて、さらに、1.30λ(≒5.10mm)および1.80λ(≒7.06mm)に変化させ、ミュレーション結果から得られた利得を図13(A)に併せて記入している。距離Xが1.30λ(≒5.10mm)のアンテナモデルの、導波管11に近い側の溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、3.38mm(≒0.86λ)である。距離Xが1.80λ(≒7.06mm)のアンテナモデルの、導波管11に近い側の溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、5.34mm(≒1.36λ)である。なお、図13(A)の表の一行目には、溝を設けない条件(条件1)でのミュレーション結果から得られた利得が基準として記入されている。これは以降のシミュレーション結果でも同様である。
In condition 6, the distance X is added to the above value, and further changed to 1.30λ (≈5.10 mm) and 1.80λ (≈7.06 mm), and the gain obtained from the simulation result is changed. This is also shown in FIG. The wall thickness m between the
図13(B)は条件7(溝深さを変化)で変数とした深さYを、0.20λ(≒0.78mm)、0.26λ(≒1.02mm)、0.31λ(≒1.22mm)、0.36λ(≒1.41mm)、0.41λ(≒1.61mm)、0.46λ(≒1.80mm)、0.51λ(≒2.00mm)に変化させた際の、それぞれのシミュレーション結果から得られた利得を表した一覧表である。 FIG. 13B shows the depth Y as a variable in condition 7 (changing the groove depth), 0.20λ (≈0.78 mm), 0.26λ (≈1.02 mm), 0.31λ (≈1). .22 mm), 0.36λ (≈1.41 mm), 0.41λ (≈1.61 mm), 0.46λ (≈1.80 mm), 0.51λ (≈2.00 mm), It is the list showing the gain obtained from each simulation result.
図14は条件8(溝深さを変化)で変数とした深さYを、0.20λ(≒0.78mm)、0.26λ(≒1.02mm)、0.31λ(≒1.22mm)、0.36λ(≒1.41mm)、0.41λ(≒1.61mm)、0.46λ(≒1.80mm)、0.51λ(≒2.00mm)に変化させた際のそれぞれのシミュレーション結果から得られた利得を表した一覧表である。 FIG. 14 shows the depth Y as a variable under condition 8 (change of groove depth), 0.20λ (≈0.78 mm), 0.26λ (≈1.02 mm), 0.31λ (≈1.22 mm). , 0.36λ (≈1.41 mm), 0.41λ (≈1.61 mm), 0.46λ (≈1.80 mm), 0.51λ (≈2.00 mm) It is the list showing the gain obtained from.
図15(A)は条件9(溝位置を変化)で変数とした距離Xを、0.52λ(≒2.034mm)、0.62λ(≒2.43mm)、0.72λ(≒2.82mm)に変化させた際の、それぞれのミュレーション結果から得られた利得を表した一覧表である。距離Xが0.52λ(≒2.034mm)のアンテナモデルの、溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、0.27mm(≒0.07λ)である。距離Xが0.62λ(≒2.43mm)のアンテナモデルの、溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、0.66mm(≒0.17λ)である。距離Xが0.72λ(≒2.82mmm)のアンテナモデルの、溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、1.05mm(≒0.27λ)である。
In FIG. 15A, the distance X, which is a variable in condition 9 (changes the groove position), is 0.52λ (≈2.034 mm), 0.62λ (≈2.43 mm), 0.72λ (≈2.82 mm). ) Is a list showing gains obtained from the respective simulation results. The wall thickness m between the
また、条件9では、距離Xを上の値に加えて、さらに、1.32λ(≒5.17mm)および1.82λ(≒7.13mm)に変化させ、ミュレーション結果から得られた利得を図15(A)に併せて記入している。距離Xが1.32λ(≒5.17mm)のアンテナモデルの、溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、3.40mm(≒0.87λ)である。距離Xが1.82λ(≒7.13mm)のアンテナモデルの、溝40と導波管11の中空との間の壁厚mは、5.36mm(≒1.37λ)である。
In
図15(B)は条件10(溝深さを変化)で変数とした深さYを、0.15λ(≒0.59mm)、0.20λ(≒0.78mm)、0.26λ(≒1.02mm)、0.31λ(≒1.22mm)、0.36λ(≒1.41mm)、0.41λ(≒1.61mm)、0.46λ(≒1.80mm)、0.51λ(≒2.00mm)に変化させた際の、それぞれのシミュレーション結果から得られた利得を表した一覧表である。 In FIG. 15B, the depth Y, which is a variable under condition 10 (changing the groove depth), is 0.15λ (≈0.59 mm), 0.20λ (≈0.78 mm), 0.26λ (≈1). .02mm), 0.31λ (≈1.22mm), 0.36λ (≈1.41mm), 0.41λ (≈1.61mm), 0.46λ (≈1.80mm), 0.51λ (≈2) .00 mm) is a list showing gains obtained from the respective simulation results.
<第2のシミュレーションの考察>
ここで、アンテナの占有幅(必要面積)という観点で考える。アンテナ占有幅は、スロット表面11aと溝40部分とを含む幅を指す。たとえば、図12のアンテナモデルの場合、アンテナ占有幅は、導波管11と、その両側にそれぞれ配された合計2本の溝40とを含む領域の幅となる。具体的には、導波管11の中心線Cから+x向きの幅は距離Xと溝40の半分の長さ(図では1mm/2=0.5mm)であり、この幅が中心線Cから−x向きにも必要となる。そのため、このアンテナモデルでのアンテナの占有幅は、占有幅=2×距離X+溝40の幅、と考えることができる。図10に示されたように導波管11の両側にそれぞれ複数の溝40が配されるアンテナモデルの場合のアンテナ占有幅は、スロット表面11aとすべての溝40部分とを含む幅となる。すなわち、導波管11から最も遠い溝40を対象として図12のアンテナモデルと同様に占有幅を考えればよい。
<Consideration of second simulation>
Here, it considers from a viewpoint of the occupation width (required area) of an antenna. The antenna occupation width refers to the width including the
条件4,5のシミュレーションで用いたアンテナモデルについて、両側に溝2本ずつ設置した場合(条件6,7)、溝40の位置が上記の距離Xが導波管11近傍としてシミュレーションした各値において利得向上の効果があることがわかる。特に、距離X≦0.7λの範囲、言い換えると、壁厚mが1.02mm(≒0.26λ)以下の範囲においては、アンテナ占有幅が大きくならず、利得向上の効果も高いことから、好ましいことが確認できた。特にX=0.6λで利得向上の効果が最大となることが確認された。すなわち、導波管11に近い側の溝40と導波管11の中空との間の壁厚mが0.63mm(≒0.16λ)で利得向上の効果が最大となることが確認された。
In the antenna model used in the simulations of
条件7では、溝40の深さYがY≦0.51λの範囲において利得向上の効果があることが確認された。特に、Y=0.26λで利得向上の効果が最大となることが確認された。
Under
条件2,3のシミュレーションで用いたアンテナモデルについて、両側に溝を1本ずつ設置した場合(条件8)、溝40の深さYがY≦0.51λの範囲において利得向上の効果があることが確認された。特に、Y=0.26λで利得向上の効果が最大となることが確認された。
In the antenna model used in the simulations of
条件2,3のシミュレーションで用いたアンテナモデルの溝40の幅を広くしたアンテナモデル(溝1本)の場合(条件9,10)、溝40の位置が導波管11近傍としてシミュレーションした各値において利得向上の効果があることがわかる。特に、距離X≦0.72λの範囲、言い換えると、壁厚mが1.05mm(≒0.27λ)以下の範囲においては、アンテナ占有幅が大きくならず、利得向上の効果も高いことから、好ましいことが確認できた。特にX=0.52λで利得向上の効果が最大となることが確認された。すなわち、特に溝40と導波管11の中空との間の壁厚mが0.27mm(≒0.07λ)で利得向上の効果が最大となることが確認された。
In the case of an antenna model (one groove) in which the width of the
条件10では、溝40の深さYがY≦0.51λの範囲において利得向上の効果があることが確認された。特に、Y=0.26λで利得向上の効果が最大となることが確認された。
Under
従って、スロットアンテナ20と溝40との間の壁厚mに関しては、条件6,9のシミュレーション結果より、利得向上のために、m≦0.27λ程度とすることが好ましい。シミュレーション結果に基づくと、隣接するスロットアンテナ20の間隔L1を上記したような2.0λ程度、好ましくは1.5λ以下、より好ましくは1.2λ以下、たとえば1.0λ以下を確保しつつ、利得を向上させると考えられるためである。また、これにより、利得の向上と製造の容易性とを両立することができる。
Therefore, with respect to the wall thickness m between the
また、スロットアンテナ20の深さYに関しては、条件8,10のシミュレーション結果より、深さYをY≦0.51λ程度とすることが好ましい。好ましくは、深さYを0.15λ≦Y≦0.51λ程度とする。シミュレーション結果に基づくと、この深さの溝40を設けることでより効果的に利得が向上すると考えられるためである。
Further, regarding the depth Y of the
さらに、条件8と条件10とを比較すると、全体的に条件10の方が利得の値が大きい。そのため、スロットアンテナ20の側方に1本の溝40を設ける場合には、幅が広い方が利得向上の効果があることがわかる。
Further, when the condition 8 and the
<<第3のシミュレーション>>
第3のシミュレーションは、第1,第2のシミュレーション結果を受けて、スロットアンテナ20の側方に溝40に加えて金属板50を設けた場合の効果を確認するためのシミュレーションである。すなわち、第1のシミュレーションによってスロットアンテナ20の側方に溝40を設けることが利得向上の効果があることが検証され、第2のシミュレーションによって利得向上の効果の高い溝40の位置や形状が確認された。そこで、さらに金属板50を設けた場合の効果をシミュレーションした。
<< Third simulation >>
The third simulation is a simulation for confirming the effect when the
<第3のシミュレーション条件>
第3のシミュレーションでは、条件2,3のシミュレーションで用いたアンテナモデルと同じアンテナモデルを用いて、金属板50の位置および形状を異ならせた条件11および条件12を適用してシミュレーションを行った。
<Third simulation condition>
In the third simulation, the same antenna model as that used in the simulations in
図16は、条件11のシミュレーションで用いたアンテナモデルの断面の概略図である。図17は、条件12のシミュレーションで用いたアンテナモデルの断面の概略図である。図16および図17を参照して、条件11および条件12のアンテナモデルともに、スロットアンテナ20の側方に設けられた溝40の上方に金属板50が設けられている。図16を参照して、条件11のシミュレーションで用いたアンテナモデルにおいて、金属板50の形状は、幅0.5mm(≒0.13λ)、高さ(前後方向の長さ)0.98mm(≒0.25λ)であって(縦長形状)、中心線M4が溝40の中心線M3から0.3mm(≒0.08λ)隔てて配置されている。図17を参照して、条件12のシミュレーションで用いたアンテナモデルにおいて、金属板50の形状は、幅1mm(≒(1/4)λ)、高さ0.2mm(≒0.05λ)であって(横長形状)、中心線M5が溝40の中心線M3から0.3mm(≒0.08λ)隔てて配置されている。
FIG. 16 is a schematic diagram of a cross section of the antenna model used in the simulation of
<第3のシミュレーション結果>
図18は、条件11,12それぞれのシミュレーション結果から得られた利得を表した一覧表である。
<Third simulation result>
FIG. 18 is a list showing gains obtained from the simulation results of the
<第3のシミュレーションの考察>
条件11,12それぞれのシミュレーション結果から得られた利得ともに大きな差がなく、いずれも、溝40のみが設けられた場合(条件2,3)よりも利得が大きい。したがって、このシミュレーション結果より、スロットアンテナ20の側方に溝40に加えて金属板50を設けることは利得向上の効果があることがわかる。
<Consideration of third simulation>
There is no great difference in the gains obtained from the simulation results of the
<<第4のシミュレーション>>
第1〜第3のシミュレーションによって、スロットアンテナ20の少なくとも一方の側方に溝40を配置することによって利得が向上するという効果が確認された。したがって、このアンテナモデルを組み合わせることで、複数のスロットアンテナ20が並列されて、各スロットアンテナ20の間に溝40が設けられたアンテナにおいて利得が向上する効果が得られることが推察される。そこで、複数(たとえば2本、または4本)のスロットアンテナ20が含まれ、その間に溝40などの1以上の凹部が設けられるアンテナモデルを用いた第4のシミュレーションを行った。
<< 4th simulation >>
From the first to third simulations, it was confirmed that the gain is improved by disposing the
<第4のシミュレーション条件>
第4のシミュレーションでは、次の条件13〜24を適用してシミュレーションを行った。
条件13)溝40を設けずに2本のスロットアンテナ20A,20Bをそれぞれの中心Cを3.85mm(≒λ)隔てて(間隔1.31mm(≒0.33λ)で)並列したアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件14)溝40を設けずに4本のスロットアンテナ20A,20B,20C,20Dをそれぞれの中心Cを3.85mm(≒λ)隔てて(間隔1.31mm(≒0.33λ)で)並列したアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件15)並列した2本のスロットアンテナ20A,20Bの間に、2本の溝40および金属板50を設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件16)並列した2本のスロットアンテナ20A,20Bの間およびx方向に他のスロットアンテナが隣接しない側に、それぞれ2本ずつ溝40を設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件17および23)並列した2本のスロットアンテナ20A,20Bの間に2本溝40を設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件18)並列した4本のスロットアンテナ20A,20B,20C,20Dそれぞれの間およびx方向に他のスロットアンテナが隣接しない側に、それぞれ2本ずつ溝40と金属板50とを設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件19〜22)並列した2本のスロットアンテナ20A,20Bの間に1本溝40を設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件24)並列した4本のスロットアンテナ20A,20B,20C,20Dそれぞれの間およびx方向に他のスロットアンテナが隣接しない側に、それぞれ溝40を設けずに金属板50を設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
<Fourth simulation condition>
In the fourth simulation, the following
Condition 13) An antenna model in which two
Condition 14) The four
Condition 15) This is a simulation using an antenna model in which two
Condition 16) A simulation using an antenna model in which two
Condition 18) Antenna model in which two
Condition 24) An antenna model in which a
図19〜図28は、条件15〜24のシミュレーションで用いたアンテナモデルの断面の概略図である。図19を参照して、条件15のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、スロットアンテナ20Aから+x向きに0.26mm(≒0.07λ)隔てて1本目の溝40が設けられ、さらに0.4mm(≒0.10λ)隔てて2本目の溝40が設けられている。溝40は、いずれも幅0.2mm(≒0.05λ)、深さ1.2mm(≒0.31λ)である。さらに、2本の溝40の直上の、基板10の表面から正面方向に0.5mm(≒0.13λ)隔てた位置に、金属板50が設けられている。金属板50は、正面方向の長さが0.98mm(≒0.25λ)、幅方向の長さが0.5mm(≒0.13λ)である。
19 to 28 are schematic views of cross sections of the antenna model used in the simulations of
図20を参照して、条件16のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、2本のスロットアンテナ20A,20Bの間およびx方向に他のスロットアンテナが隣接しない側に、スロットアンテナ20A,20Bに対して条件4のシミュレーションで用いたアンテナモデルと同様の位置関係の溝40が設けられている。また、溝40の幅および深さは、いずれも条件2,3と共通である。
Referring to FIG. 20, the antenna model used in the simulation of
図21を参照して、条件17のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、条件16のシミュレーションで用いたアンテナモデルから、2本のスロットアンテナ20A,20B両サイドそれぞれの2本の溝40を除いたものである。すなわち、条件17のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、スロットアンテナ20A,20B間に、2本の溝40が設けられている。溝40のスロットアンテナ20A,20Bに対する位置関係、ならびに幅および深さは、いずれも条件16と共通である。
Referring to FIG. 21, the antenna model used in the simulation of
図22を参照して、条件18のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、4本のスロットアンテナ20A〜20Dそれぞれの間およびx方向に他のスロットアンテナが隣接しない側に、スロットアンテナ20A〜20Dに対して条件4のシミュレーションで用いたアンテナモデルと同様の位置関係の溝40が設けられている。また、溝40の幅および深さは、いずれも条件2,3と共通である。さらに、2本の溝40の直上に、それぞれ、金属板50が設けられている。金属板50の位置およびサイズは、いずれも条件15と共通である。
Referring to FIG. 22, the antenna model used in the simulation of
図23〜図26を参照して、条件19〜22それぞれのシミュレーションで用いたアンテナモデルは、いずれも2本のスロットアンテナ20A,20B間に1本の溝40が設けられている。条件19と条件20は、溝40の幅1mm(≒(1/4)λ)が共通し、深さが1.2mm(≒(3/10)λ)、1mm(≒(1/4)λ)と異なっている。条件20〜条件22は、溝40の深さ1mm(≒(1/4)λ)が共通し、幅が1mm(≒(1/4)λ)、0.3mm(≒0.08λ)、0.5mm(≒0.13λ)と異なっている。いずれの条件においても、溝40の中心線は、スロットアンテナ20A,20Bの中央に一致している。
23 to 26, in each of the antenna models used in the simulations of the
図27に表された条件23のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、条件15のシミュレーションで用いたアンテナモデルから、2本のスロットアンテナ20A,20B間に設けられた金属板50を除いたものである。すなわち、条件23のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、スロットアンテナ20A,20B間に、2本の溝40が設けられている。溝40のスロットアンテナ20A,20Bに対する位置関係、ならびに幅および深さは、いずれも条件15と共通である。
The antenna model used in the simulation of
図28を参照して、条件24のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、4本のスロットアンテナ20A〜20Dそれぞれの間およびx方向に他のスロットアンテナが隣接しない側に、それぞれ基板10の表面から正面方向に隔てられて金属板50が設けられている。
Referring to FIG. 28, the antenna model used in the simulation of
図28を参照して、条件24のシミュレーションで用いたアンテナモデルには、基板10の表面から正面方向に0.3mm(≒0.08λ)隔てられた位置に金属板50が設けられている。金属板50の正面方向の長さは0.2mm(≒0.05λ)、幅方向の長さは1mm(≒(1/4)λ)である。金属板50の中心線は、隣接するスロットアンテナ20の中央に一致している。
Referring to FIG. 28, in the antenna model used in the simulation of
<第4のシミュレーション結果>
図29は、上の条件13〜24それぞれのシミュレーション結果から得られる利得の、各条件におけるスロットアンテナごとの利得の最大値を表した一覧表である。また、図30は、条件13〜26それぞれのシミュレーション結果から得られる利得を表した一覧表である。
<Fourth simulation result>
FIG. 29 is a list showing the maximum value of the gain for each slot antenna under each condition of the gains obtained from the simulation results of the
<第4のシミュレーションの考察>
複数のスロットアンテナ20が並列されたアンテナモデルの場合、各スロットアンテナ20の間に溝40が設けられていた方が、設けられていない場合(条件13,14)よりも利得向上の効果があることがわかる。また、スロットアンテナ20間のみに溝40を設けるよりも(条件17)、スロットアンテナ20間および複数のスロットアンテナ20の両サイドとの両方に溝40を設ける方(条件16)が利得向上の効果が高いことがわかる。なお、金属板50は、溝40と組み合わせると(条件15,18)利得向上の効果があることがわかる。
<Consideration of the fourth simulation>
In the case of an antenna model in which a plurality of
<<第5のシミュレーション>>
第4のシミュレーションでは、並列された複数のスロットアンテナ20を有するアンテナモデルについて、スロットアンテナ20間のそれぞれに溝40が設けられるものとしているが、溝40の他のバリエーションについて、第5のシミュレーションを行った。具体的には、それぞれ側方に溝40が設けられた複数のスロットアンテナ20が、間に溝40を挟まずに配列されているアンテナモデルを用いて利得の向上を確認するための第5のシミュレーションを行った。
<< Fifth simulation >>
In the fourth simulation, for the antenna model having a plurality of
<第5のシミュレーション条件>
第5のシミュレーションでは、次の条件25,26を適用してシミュレーションを行った。
条件25)2本のスロットアンテナ20A,20Bをそれぞれの中心Cを3.85mm(≒0.98λ)隔てて並列し、その間には溝40を設けず、x方向の他方のスロットアンテナと隣接しない側にそれぞれ溝40を2本ずつ設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件26)4本のスロットアンテナ20A,20B,20C,20Dをそれぞれの中心Cを3.85mm(≒0.98λ)隔てて並列し、スロットアンテナ20A,20Bの間と、スロットアンテナ20C,20Dの間には溝40を設けず、スロットアンテナ20A,20Dのx方向の他方のスロットアンテナと隣接しない側、およびスロットアンテナ20B,20Cの間にそれぞれ溝40を2本ずつ設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
<Fifth simulation condition>
In the fifth simulation, the following
Condition 25) The two
Condition 26) Four
図31および図32は、条件25および26のシミュレーションで用いたアンテナモデルの断面の概略図である。図31を参照して、条27のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、スロットアンテナ20Aから−x向きに0.21mm(≒0.05λ≒1/20λ)隔てて1本目の溝40が設けられ、さらに0.3mm(≒0.08λ)隔てて2本目の溝40が設けられている。また、スロットアンテナ20Bから+方向に0.21mm(≒0.05λ≒1/20λ)隔てて1本目の溝40が設けられ、さらに0.3mm(≒0.08λ)隔てて2本目の溝40が設けられている。溝40の幅および深さは、いずれも条件2,3と共通である。図32を参照して、条件26のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、条件25のシミュレーションで用いたアンテナモデルがx方向に2つ並んだ形状である。
31 and 32 are schematic views of the cross section of the antenna model used in the simulations of
<第5のシミュレーション結果>
図33は、条件25,26それぞれのシミュレーション結果から得られた利得を表した一覧表である。
<Fifth simulation result>
FIG. 33 is a list showing gains obtained from the simulation results of the
<第5のシミュレーションの考察>
条件25,26ともに利得向上の効果についての大きな差がないことが確認された。条件25,26いずれも、スロットアンテナ20ごとに側方にそれぞれ2本ずつ溝40が設けられた場合(条件4,5)よりも利得が大きいことが確認された。また、溝40を設けないでスロットアンテナ20を2本並列した場合(条件13)、および溝40を設けないでスロットアンテナ20を4本並列した場合(条件14)よりも利得向上の効果が高いことが確認された。したがって、このシミュレーション結果より、スロットアンテナ20の両側方に溝40が設けられず、少なくとも一方に設けられていることによって利得を向上させる点で効果があることがわかる。
<Consideration of fifth simulation>
It was confirmed that there was no significant difference in the gain improvement effect under both
[第2の実施の形態]
上に定義したように、アンテナ系統は配列された1本以上のスロットアンテナ群から構成されるものであって、第1の実施の形態では、1つのアンテナ系統が1本のスロットアンテナによって構成される例が示されている。それ故、受信用のアンテナ系統の場合、アンテナ系統ごとに受信された電波の位相差として、スロットアンテナごとの受信された電波の位相差に基づいて、検知対象物の当該アンテナ100に対する角度が算出される。
[Second Embodiment]
As defined above, the antenna system is composed of one or more groups of arranged slot antennas. In the first embodiment, one antenna system is composed of one slot antenna. An example is shown. Therefore, in the case of a receiving antenna system, the angle of the object to be detected with respect to the
他の例として、1つのアンテナ系統が複数本のスロットアンテナによって構成されてもよい。第2の実施の形態にかかるアンテナ100の一例として、図34は、アンテナ100の送信用のアンテナ系統の一例であって、3本のスロットアンテナから構成される送信用のアンテナ系統の構成の一例を模式的に表した図である。図34の例では、送信用の1つのアンテナ系統が3本のスロットアンテナ20E,20F,20Gで構成されている。3本のスロットアンテナ20E,20F,20Gは、それぞれ、導波管11E,11F,11Gを有し、導波管11E,11F,11Gの長手方向が平行するように配列される。1つの送信用のアンテナ系統を構成する3本のスロットアンテナ20E,20F,20Gは、送信機150から延びた1本の給電線を共有する。
As another example, one antenna system may be configured by a plurality of slot antennas. As an example of the
発明者らは、第2の実施の形態にかかるアンテナ100の一部分を用いて凹部である溝40を変化させた様々な条件におけるスロットアンテナ20の強度の指向性をシミュレーションして、アンテナ100の設計の効果を検証した。
The inventors simulate the intensity directivity of the
<<第6のシミュレーション>>
第6のシミュレーションは、スロットアンテナ20を3本から構成された送信用のアンテナ系統を用いて、スロットアンテナ20の側方の溝の有無を確認するためのシミュレーションである。
<< Sixth simulation >>
The sixth simulation is a simulation for confirming the presence or absence of a groove on the side of the
<第6のシミュレーション条件>
第6のシミュレーションでは、次の条件27〜条件30を適用してシミュレーションを行った。
条件27)溝40を設けずに3本のスロットアンテナ20E,20F,20Gをそれぞれの中心Cを3.85mm(≒0.92λ)隔てて並列した1つのアンテナ系統であるアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件28)並列した3本のスロットアンテナ20E,20F,20Gの間にそれぞれ2本の溝40を設け、さらに、x方向に他のスロットアンテナが隣接しない側に1本の溝を設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件29)並列した3本のスロットアンテナ20E,20F,20Gの間にそれぞれ2本の溝40を設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
条件30)並列した3本のスロットアンテナ20E,20F,20Gのx方向に他のスロットアンテナが隣接しない側に1本の溝を設けたアンテナモデルを用いたシミュレーションである。
<Sixth simulation condition>
In the sixth simulation, the following
Condition 27) A simulation using an antenna model that is one antenna system in which the three
Condition 28) An antenna model in which two
Condition 29) This is a simulation using an antenna model in which two
Condition 30) This is a simulation using an antenna model in which one groove is provided on the side of the three
図35〜図37は、条件28〜30のシミュレーションで用いたアンテナモデルの断面の概略図である。図35を参照して、条件28のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、スロットアンテナ20Eから+x向きに0.23mm(≒0.06λ)隔てて1本目の溝40が設けられ、さらに0.2mm(≒0.05λ)隔てて2本目の溝40が設けられている。スロットアンテナ20Fの+x向きに隣接する領域にも同様に2本の溝40が設けられている。さらに、スロットアンテナ20Eから−x向きおよびスロットアンテナ20Gから+x向きに0.23mm(≒0.06λ)隔てて、1本の溝40が設けられている。溝40は、いずれも幅0.2mm、深さ1.2mm(≒0.31λ)である。
35 to 37 are schematic views of the cross section of the antenna model used in the simulations of
図36を参照して、条件29のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、条件28のシミュレーションで用いたアンテナモデルから、3本のスロットアンテナ20E,20F,20G両サイドのそれぞれ1本の溝40を除いたものである。すなわち、条件31のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、スロットアンテナ20E,20F間およびスロットアンテナ20F,20G間に、それぞれ2本ずつ溝40が設けられている。溝40のスロットアンテナ20E,20F,20Gに対する位置関係、ならびに幅および深さは、いずれも条件30と共通である。
Referring to FIG. 36, the antenna model used in the simulation of
図37を参照して、条件30のシミュレーションで用いたアンテナモデルは、条件28のシミュレーションで用いたアンテナモデルからスロットアンテナ20E,20F間およびスロットアンテナ20F,20G間それぞれに2本ずつ設けられた溝を除いたものである。すなわち、条件30のシミュレーションモデルで用いたアンテナモデルは、3本のスロットアンテナ20E,20F,20G両サイドにそれぞれ1本ずつ溝40が設けられている。溝40のスロットアンテナ20E,20F,20Gに対する位置関係、ならびに幅および深さは、いずれも条件28と共通である。
Referring to FIG. 37, the antenna model used in the simulation of
<第6のシミュレーション結果>
図38は、条件27〜条件30それぞれのシミュレーション結果から得られた利得を表した一覧表である。
<Sixth simulation result>
FIG. 38 is a list showing gains obtained from the simulation results of
<第6のシミュレーションの考察>
1つのアンテナ系統が複数のスロットアンテナから構成される場合であっても1本のスロットアンテナから構成される場合と同様に、スロットアンテナ間に溝が設けられた方(条件28,29)がスロットアンテナ間に溝がない場合(条件27,29)よりも利得向上の効果があることが確認された。また、並列されたスロットアンテナ群の両サイドに溝が設けられた方(条件28)がない場合(条件29)よりも効果があることが確認された。
<Consideration of the sixth simulation>
Even in the case where one antenna system is composed of a plurality of slot antennas, as in the case where the antenna system is composed of one slot antenna, the one in which a groove is provided between the slot antennas (
[第3の実施の形態]
レーダ300に搭載されるアンテナ100の製造方法は、特定の製造方法には限定されない。先のシミュレーション結果から考察されたように、距離X(あるいは壁厚m)を小さくすることによって利得の向上とアンテナの小型化とが両立できるようになる。しかしながら、距離X(あるいは壁厚m)を小さくすると、基板10の表面から溝40を削り出して形成することが難しい場合がある。そこで、好ましくは、アンテナ100は、拡散接合または熱圧接と呼ばれる複数の板を積層し、さらに圧着させる製法で製造される。すなわち、好ましくは、基板10を、複数の板が積層された積層構造とする。なお、積層する前の状態の板を、以降の説明において積層板とも言う。
[Third Embodiment]
The manufacturing method of the
図39は、アンテナ100の製造方法の一例を説明するための図である。図39(A)は、アンテナ100を、導波管の管長手方向が直交する面で切断した断面の概略図において積層板を表した図である。図39(B)は、各積層板の形状を説明するための図であって、アンテナ100の正面方向から各積層板を見た図である。
FIG. 39 is a diagram for explaining an example of a method for manufacturing the
図39(A)を参照して、隣接するスロットアンテナ20A,20Bの間に溝40が設けられている場合、アンテナ100は、基板10の表面に平行する積層板T1〜T4を、その順に積層し、さらに圧接することによって形成される。基板10の表面に平行する面の断面が同じ形状となるように、各積層板の厚みが決定される。具体的には、図39(A)を参照して、積層板T1の厚みは、基板10の底面から導波管11の底面までの、アンテナ100の正面方向の長さTh1である。積層板T2の厚みは、導波管11の底面から溝40の底面までの、アンテナ100の正面方向の長さTh2である。積層板T3の厚みは、溝40の底面からスロット素子12の底面までの、アンテナ100の正面方向の長さTh3である。積層板T4の厚みは、スロット素12の底面から基板10の表面までの、アンテナ100の正面方向の長さTh4である。なお、積層板T3,T4等の厚みTh3、Th4等は、同一形状の薄い板を重ねて必要厚さとなるように実現されてもよい。
Referring to FIG. 39A, when
各積層板T1〜T4の厚みTh1〜Th4をこのように設定することによって、各積層板T1〜T4は図39(B)に表されたような形状となる。すなわち、積層板T1は、孔加工されていない板である。積層板T2は貫通孔H1,H2を有する。貫通孔H1,H2は、導波管11A,11Bそれぞれの、基板10の表面に平行する面での断面形状(矩形形状)を有する。積層板T3は、貫通孔H1,H2と、貫通孔H3とを有する。貫通孔H3は、溝40の、基板10の表面に平行する面での断面形状(矩形形状)を有する。積層板T4は、貫通孔H3と、複数の貫通孔H4とを有する。貫通孔H4は、スロット素子12の、基板10の表面に平行する面での断面形状(矩形形状)を有する。
By setting the thicknesses Th1 to Th4 of the laminated plates T1 to T4 in this way, the laminated plates T1 to T4 have a shape as shown in FIG. That is, the laminated plate T1 is a plate that has not been subjected to hole machining. The laminated plate T2 has through holes H1 and H2. The through holes H1 and H2 have a cross-sectional shape (rectangular shape) in a plane parallel to the surface of the
積層板T2の貫通孔H1,H2は、背面方向には、積層板T1によって塞がれる。また、積層板T2の貫通孔H1,H2は、正面方向には、積層板T3の貫通孔H1,H2と連通する。積層板T3の貫通孔H3は、背面方向には、積層板T2によって塞がれる。また、積層板T3の貫通孔H3は、正面方向には、積層板T4の貫通孔H3と連通する。 The through holes H1 and H2 of the laminated plate T2 are closed by the laminated plate T1 in the back direction. Further, the through holes H1 and H2 of the laminated plate T2 communicate with the through holes H1 and H2 of the laminated plate T3 in the front direction. The through hole H3 of the laminated plate T3 is closed by the laminated plate T2 in the back direction. Further, the through hole H3 of the laminated plate T3 communicates with the through hole H3 of the laminated plate T4 in the front direction.
アンテナ100の製造方法に、拡散接合と呼ばれる、積層板を圧着させる製法を採用することによって、図39(B)に示されたように、スロット素子12や溝40などの複雑な要素を、積層板においては貫通孔として形成することができる。そのため、基板10の表面からこれらを削り出すよりも容易に製造することができる。特に、アンテナ100の使用周波数の波長がミリ波などの小さい波長であった場合には溝40を削り出すことが非常に困難になる。それ故、このような製法を採用することによって、特に使用周波数の波長が小さい場合にアンテナの形成を容易にすることができる。
As shown in FIG. 39B, a complex element such as the
[第4の実施の形態]
以上の第1の実施の形態から第3の実施の形態では、隣接するスロットアンテナ20の間の基板10の表面に構成された1つ以上の凹部として、導波管11の管長手方向に延びる1本以上の溝40が例示されている。この溝40は、基板10の表面の、スロットアンテナ20のスロット表面にx方向に隣接する領域であって、当該スロットアンテナ20のスロット素子12にx方向に隣接する位置に形成されればよい。すなわち、導波管11の管長手方向に延びる溝40は、管長手方向に途切れていてもよい。言い換えると、導波管11の管長手方向に延びる溝40は、隔壁部を挟んで管長手方向に2つ以上、並列に設けられてもよい。そして、隔壁部は、幅方向(x方向)に隣接するスロットアンテナ20のスロット素子12が形成されている位置には存在せず、スロット素子12が形成されていない位置に存在する。
[Fourth Embodiment]
In the first to third embodiments, the one or more recesses formed on the surface of the
第1の実施の形態から第3の実施の形態に記載の通り、溝40は利得向上の効果があるので、電波を放射するスロット素子12部分に溝は必要となる。隔壁部の影響を小さくするため、電波を放射するスロット素子12の無い部分に隔壁部を設けることにより、アンテナ管長手方向の強度が低下することを防止できる。
As described in the first to third embodiments, since the
図40は、隣接するスロットアンテナ20間に設けられる溝40の他の例を説明するための図である。図40を参照して、スロットアンテナ20において、スロット素子12は、スロットアンテナ20の中心線Cwを挟んで平行する2本の直線CSL,CSRそれぞれの真上または概ね真上に、導波管11の管長手方向に等間隔、または(例えば平均間隔の10%程度の)多少の誤差を有した概ね等間隔に配置される。直線CSL上に配列されるスロット素子12と、直線CSR上に配列されるスロット素子12との幅方向の位置は一致しない。図40に示されたように、各スロット素子12の、管長手方向の両端それぞれが接する、管長手方向に直交する直線をそれぞれ直線HT,HBとする。図40を参照して、基板10の表面の、隣接する直線HTと直線HBとで区切られた、幅方向に延びる、管長手方向に連続する領域は、スロット素子12を含む領域と、含まない領域とが交互となっている。なお、スロット素子12を含む領域と、含まない領域とは、図41でも同様に示されている。
FIG. 40 is a view for explaining another example of the
スロットアンテナ20A,20B間に設けられた溝40は、幅方向にスロット素子12を含む領域では溝を形成する。溝40の管長手方向に途切れている箇所、つまり第2の隔壁部は、幅方向にスロット素子12を含まない領域内に存在し、その領域外には存在しない。図40の例では、スロットアンテナ20A,20Bの間の領域であって、直線HTと、図40において直線の下に隣接する直線HBとで区切られた領域にスロット素子12が存在し、直線HBと、図40において直線の下に隣接する直線HTとで区切られた領域にはスロット素子12が存在しない。従って、溝40は前者の領域には必ず存在する。第2の隔壁部である溝40の途切れた箇所は、後者の領域内に存在し、当該領域を超える範囲には存在しない。
The
溝40に途切れた箇所、つまり第2の隔壁部を設けることによって、アンテナ100の管長手方向の強度が低下することを防止できる。
By providing the location where the
[第5の実施の形態]
たとえば金属板50である、隣接するスロットアンテナ20間の基板10の表面よりも正面方向に正の距離を有する位置に設けられる部材もまた、少なくともスロット素子12に隣接する位置の基板10の表面よりも上方に設けられればよい。なお、この部材の基板10に対する取り付け方法は、特定の方法に限定されない。そこで、一例として、基板10表面のスロット素子12に隣接しない位置に、金属板50を基板10表面に対して支持するための支持部を設けて、金属板50を基板10に取り付けてもよい。
[Fifth Embodiment]
For example, the member provided at a position having a positive distance in the front direction from the surface of the
図41は、金属板50の基板10への取り付け方法の一例として、支持部を用いて取り付ける方法を説明するための図である。図41(A)は、アンテナ100を正面から見た図であり、図41(B)は、図41(A)におけるCC位置でのアンテナ100の断面の概略図である。
FIG. 41 is a diagram for explaining a method of attaching using the support portion as an example of a method of attaching the
図41(A)を参照して、導波管11の管長手方向に延びる金属板50の、スロット12を含まない領域には、金属板50を基板10の表面に対して支持するための支持部50’が設けられる。図41(B)を参照して、支持部50’は、たとえば、基板10表面から金属板50に向けて延びる柱状の部材である。
Referring to FIG. 41A, the
支持部50’が設けられる位置は、第4の実施の形態において説明された、溝40に設けられる第2の隔壁部の位置と同じである。すなわち、支持部50’は、幅方向のいずれかの側に、隣接する2つのスロットアンテナのスロット素子12がある位置には設けず、いずれの側にもスロット素子12がない位置に設ける。
The position where the
支持部50’は、幅方向にスロット素子12を含まない領域内に存在し、その領域外には存在しない。図41の例では、スロットアンテナ20A,20Bの間の領域であって、直線HTと、図41において直線の下に隣接する直線HBとで区切られた領域にスロット素子12が存在し、直線HBと、図41において直線の下に隣接する直線HTとで区切られた領域にはスロット素子12が存在しない。従って、支持部50’は、後者の領域内に設けられ、当該領域を超える範囲には設けられない。
The
支持部50’は、金属板50と一体に形成されていてもよい。このように形成することによって、たとえば拡散接合によって製造されたアンテナ100に対して、金属板50を容易に接合させることができる。
The
支持部50’は、基板10と一体に形成されていてもよい。さらには、支持部50’は、金属板50および基板10と一体に形成されていてもよい。この場合、支持部50’、または支持部50’および金属板50も、基板10と共に拡散接合によって製造することができる。支持部50’、または支持部50’および金属板50を、基板10と共に拡散接合によって製造する場合、基板10の底部から表面までは、図39に表わされた積層板T1〜T4などをその順に積層する。なお、溝40が含まれない場合には、積層板T3およびT4には貫通孔H3が含まれない。図41を参照して、基板10の表面を形成する積層板T1より正面方向には、支持部50’を形成するための積層板T5と、金属板50を形成するための積層板T6とが、さらに積層される。積層板T5は、支持部50’を形成するための領域として、支持部50’の、基板10の表面に平行する面での断面形状の領域を含む。また、積層板T5は、スロット素子12の、基板10の表面に平行する面での断面形状以上の孔領域を有する。この孔領域は、積層板T5の背面方向に隣接する積層板に設けられた、スロット素子12の形成する貫通孔と連通する。支持部50’、または支持部50’および金属板50を基板10と共に拡散接合によって製造することによって、金属板が基板10に対して安定して支持されると共に、金属板を有するアンテナ100の製造が容易になる。
The
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 基板
10a 基板表面
11,11A〜11G 導波管
11a スロット表面
12 スロット素子
20,20A〜20G スロットアンテナ
40,40A〜40I 溝
50,50A〜50C 金属板
50’ 支持部
100 アンテナ
150 送信機
170 受信機
300 レーダ
T1〜T6 積層板
H1〜H4 貫通孔
L1 間隔
L2 間隙
m 壁厚
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記基板の内部に設けられ、導波管として機能するための1つ以上の中空と、
前記1つ以上の中空から前記基板表面まで貫通した、前記基板をスロットアンテナとして機能させるための1つ以上のスロット素子と、を備え、
前記1つ以上の中空のうちの第1の中空の、下に定義するスロット表面の近傍に、前記第1の中空の管長手方向に平行に伸びる1本以上の溝が形成されている
アンテナ。
スロット表面:前記基板表面に前記中空を投影させた面 A substrate,
One or more hollows provided within the substrate to function as a waveguide;
One or more slot elements penetrating from the one or more cavities to the surface of the substrate for causing the substrate to function as a slot antenna,
An antenna in which one or more grooves extending parallel to the longitudinal direction of the first hollow tube are formed in the vicinity of a slot surface defined below in a first hollow of the one or more hollows.
Slot surface: the surface on which the hollow is projected onto the substrate surface
請求項1に記載のアンテナ。 The one or more grooves are formed on the surface of the substrate at a position sandwiching the surface of the first hollow slot, and each include two grooves extending parallel to the longitudinal direction of the first hollow tube. Item 10. The antenna according to Item 1.
前記1本以上の溝のうちの、前記第1の中空の前記スロット表面と前記第2の中空の前記スロット表面との間の前記基板表面に形成された溝は、前記第1の中空と前記第2の中空とから均等な間隔である
請求項2に記載のアンテナ。 The one or more hollows further include a second hollow provided so that a longitudinal direction of the tube is parallel to the first hollow,
Of the one or more grooves, a groove formed on the substrate surface between the first hollow slot surface and the second hollow slot surface includes the first hollow and the first hollow. The antenna according to claim 2, wherein the antenna is evenly spaced from the second hollow.
請求項3に記載のアンテナ。 The antenna according to claim 3, wherein the first hollow and the second hollow are connected to a common feeder line.
前記1本以上の溝は、前記基板表面の、前記第1の中空および前記第2の中空の前記スロット表面を挟む位置に形成され、各々前記第1の中空の管長手方向に平行に伸びる2本の溝を含み、
前記第1の中空の前記スロット表面と前記第2の中空の前記スロット表面との間には前記溝が1本も形成されない、
請求項1に記載のアンテナ。 The one or more hollows further include a second hollow provided so that a longitudinal direction of the tube is parallel to the first hollow,
The one or more grooves are formed on the substrate surface at positions sandwiching the first hollow and the second hollow slot surfaces, and each extend in parallel with the longitudinal direction of the first hollow tube 2. Including a groove in the book,
No groove is formed between the first hollow slot surface and the second hollow slot surface;
The antenna according to claim 1.
前記1本以上の溝は、隔壁部を介して前記管長手方向に隣接し、各々前記管長手方向に伸びる2本の溝を含み、
前記隔壁部は、当該隔壁部からみて前記電磁波の進行方向に直交する方向に前記第1の中空の前記複数のスロット素子のうちの1つでも設けられている位置には形成されず、当該隔壁部からみて前記電磁波の進行方向に直交する方向に前記第1の中空の前記複数のスロット素子が1つも設けられていない位置に形成される
請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のアンテナ。 The one or more slot elements include a plurality of slot elements arranged along a longitudinal direction of the hollow tube;
The one or more grooves include two grooves that are adjacent to each other in the longitudinal direction of the tube via a partition wall and extend in the longitudinal direction of the tube,
The partition wall is not formed at a position where any one of the plurality of first hollow slot elements is provided in a direction orthogonal to the traveling direction of the electromagnetic wave as viewed from the partition wall. 6. The device according to claim 1, wherein the first hollow slot elements are not provided in a direction perpendicular to the traveling direction of the electromagnetic wave when viewed from the portion. Antenna.
請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のアンテナ。 Of the one or more grooves, the wall thickness that is the distance from the wall surface facing the first hollow of the groove closest to the first hollow to the wall surface facing the closest groove of the first hollow is 0 The antenna according to any one of claims 1 to 6, wherein the antenna is equal to or less than 27λ (λ: wavelength of a frequency used by the antenna).
請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のアンテナ。 The antenna according to any one of claims 1 to 7, wherein a depth of the one or more grooves is 0.51λ or less.
請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のアンテナ。 The one or more grooves are a first groove formed in the vicinity of the first hollow slot surface on the substrate surface, and on a side farther from the first hollow than the first groove. The antenna according to claim 1, comprising an adjacent second groove.
前記複数の板は、前記基板表面を有する第1の板と、前記基板表面の裏面側に配置される第2の板と、を含み、
前記第1の板は、前記1本以上の溝を形成する第1の貫通孔と、前記1つ以上のスロット素子を形成する第2の貫通孔と、を有し、
前記第2の板は、前記第1の貫通孔を塞ぐ領域を有する
請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載のアンテナ。 The substrate has a laminated structure in which a plurality of plates are laminated,
The plurality of plates include a first plate having the substrate surface, and a second plate disposed on the back side of the substrate surface,
The first plate has a first through hole that forms the one or more grooves, and a second through hole that forms the one or more slot elements,
The antenna according to any one of claims 1 to 9, wherein the second plate has a region closing the first through hole.
請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載のアンテナ。 The antenna according to any one of claims 1 to 10, wherein a conductor member is provided in front of the substrate surface and in front of the one or more grooves.
レーダ。 A radar equipped with the antenna according to any one of claims 1 to 11.
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