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JP7628982B2 - Planar antenna for millimeter waves - Google Patents
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JP7628982B2 - Planar antenna for millimeter waves - Google Patents

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Description

本開示は、ミリ波用の平面アンテナに関する。 This disclosure relates to a planar antenna for millimeter waves.

従来、車両等に搭載されて、電波を送受信して障害物を検出するレーダ装置がある。特許文献1に記載のレーダ装置に用いられるアンテナ装置は、共振素子を備えることにより、アンテナ装置とカバー部材との間で発生する電波の多重反射を抑制し、検知性能の低下を抑制している。 Conventionally, there are radar devices that are mounted on vehicles and the like to detect obstacles by transmitting and receiving radio waves. The antenna device used in the radar device described in Patent Document 1 is provided with a resonant element, which suppresses multiple reflections of radio waves that occur between the antenna device and the cover member, thereby suppressing deterioration of detection performance.

特開2018-7108号公報JP 2018-7108 A

発明者らは、ミリ波帯の電波を直線偏波として送受信する平面アンテナにおいては、主偏波方向と交差する方向から給電を行う場合、円偏波が発生することを見出した。この場合、直線偏波としての利得が低下し検知性能が低下するという問題がある。 The inventors discovered that in a planar antenna that transmits and receives millimeter-wave radio waves as linearly polarized waves, circular polarization occurs when power is fed from a direction intersecting the main polarization direction. In this case, there is a problem that the gain of the linearly polarized wave decreases, resulting in poor detection performance.

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 This disclosure can be realized in the following forms:

本開示の一形態によれば、ミリ波用の平面アンテナ(100)が提供される。この平面アンテナは、ミリ波用の平面アンテナであって、誘電体を含む基板(10)と、前記基板の表面に配置された第1パッチ部(20)と、前記第1パッチ部の中心から、前記基板の板厚方向と直交する第1方向に予め定められた距離ずれた位置において前記第1パッチ部と接続し、前記基板の板厚方向に延びるビア導体(30)と、前記基板の内部において前記ビア導体と接続し、前記基板の板厚方向と直交する方向であって、前記第1方向と交差する方向である第2方向に延びる伝送線路(40)と、前記基板の内部において前記第1パッチ部と対向するように前記第1パッチ部と前記伝送線路との間に配置され、前記ビア導体が挿通する貫通孔を備える第1地板(50)と、前記基板の表面のうち、前記第1パッチ部が配置された面とは反対側の面に配置された第2地板(60)と、前記第1方向と前記第2方向とが交差することに起因して発生する円偏波を打ち消す位相の円偏波を発生させるように前記第1パッチ部に形成された摂動素子(21)と、を備える。 According to one embodiment of the present disclosure, a millimeter wave planar antenna (100) is provided. This planar antenna is a millimeter wave planar antenna, and includes a substrate (10) including a dielectric, a first patch section (20) disposed on the surface of the substrate, a via conductor (30) that is connected to the first patch section at a position shifted a predetermined distance from the center of the first patch section in a first direction perpendicular to the thickness direction of the substrate and extends in the thickness direction of the substrate, and a via conductor (30) that is connected to the via conductor inside the substrate and extends in a second direction that is perpendicular to the thickness direction of the substrate and intersects with the first direction. The device comprises a transmission line (40), a first ground plane (50) disposed between the first patch section and the transmission line so as to face the first patch section inside the substrate and having a through hole through which the via conductor is inserted, a second ground plane (60) disposed on the surface of the substrate opposite the surface on which the first patch section is disposed, and a perturbation element (21) formed on the first patch section so as to generate a circularly polarized wave of a phase that cancels out the circularly polarized wave generated due to the intersection of the first direction and the second direction.

この形態の平面アンテナによれば、第1パッチ部とビア導体との接続位置の第1パッチ部の中心からのずれ方向と伝送線路の延設方向とが交差することに起因して発生する円偏波を打ち消す位相の円偏波を発生させるように設けられた摂動素子を備えるので、直線偏波成分の低下を抑制でき、平面アンテナの直線偏波としての利得の低下を抑制できる。 This type of planar antenna is provided with a perturbation element that generates a circularly polarized wave of a phase that cancels out the circularly polarized wave that occurs when the direction in which the connection position between the first patch section and the via conductor is shifted from the center of the first patch section crosses the extension direction of the transmission line, thereby suppressing the decrease in the linearly polarized wave component and the decrease in the gain of the planar antenna as a linearly polarized wave.

第1実施形態の平面アンテナの概略構成を表す平面図である。1 is a plan view illustrating a schematic configuration of a planar antenna according to a first embodiment. 図1におけるI-I断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 1. 第2実施形態の平面アンテナの概略構成を表す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a planar antenna according to a second embodiment. 図3におけるII-II断面図である。This is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 第3実施形態の平面アンテナの概略構成を表す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a schematic configuration of a planar antenna according to a third embodiment.

A.第1実施形態:
A-1.装置構成:
本実施形態の平面アンテナ100は、例えば車両に搭載されて用いられ、電波の受信と送信との少なくともいずれか一方を行う。本実施形態では、平面アンテナ100は、ミリ波帯の電波を直線偏波として送受信するミリ波用の平面アンテナである。平面アンテナ100は、車両に限らず、飛行体などの移動体に搭載されて用いられてもよい。また、平面アンテナ100は、防犯システムや監視システムの構成要素として用いられてもよい。
A. First embodiment:
A-1. Device configuration:
The planar antenna 100 of this embodiment is mounted on, for example, a vehicle and performs at least one of receiving and transmitting radio waves. In this embodiment, the planar antenna 100 is a millimeter wave planar antenna that transmits and receives millimeter wave band radio waves as linearly polarized waves. The planar antenna 100 may be mounted on a moving object such as an aircraft and used in addition to a vehicle. The planar antenna 100 may also be used as a component of a security system or a surveillance system.

図1および図2に示すように、平面アンテナ100は、基板10と、パッチ部20と、ビア導体30と、伝送線路40と、第1地板50と、第2地板60とを備える。平面アンテナ100はプリント基板に構成されており、基板10は、プリント基板の絶縁基材に相当する。また、パッチ部20と、ビア導体30と、伝送線路40と、第1地板50と、第2地板60とは、プリント基板の導体要素に相当する。 As shown in Figures 1 and 2, the planar antenna 100 includes a substrate 10, a patch section 20, a via conductor 30, a transmission line 40, a first ground plane 50, and a second ground plane 60. The planar antenna 100 is configured as a printed circuit board, and the substrate 10 corresponds to the insulating base material of the printed circuit board. The patch section 20, the via conductor 30, the transmission line 40, the first ground plane 50, and the second ground plane 60 correspond to the conductor elements of the printed circuit board.

図1には、互いに直交する3つの座標軸であるX,Y,Z軸を表す矢印が示されている。X軸は、基板10の長手方向と平行である。また、Y軸は基板10の短手方向と平行である。また、Z軸は基板10の板厚方向と平行である。以下の説明において、向きを特定する場合には、矢印の指し示す方向である正の方向を「+」、矢印の指し示す方向とは反対の方向である負の方向を「-」として、方向表記に正負の符合を併用する。なお、X,Y,Z軸を表す矢印が指し示す方向は、図1以降の各図においても同様である。 In FIG. 1, arrows are shown representing three mutually orthogonal coordinate axes, the X, Y, and Z axes. The X axis is parallel to the longitudinal direction of the substrate 10. The Y axis is parallel to the lateral direction of the substrate 10. The Z axis is parallel to the thickness direction of the substrate 10. In the following description, when specifying a direction, positive and negative signs are used in combination to indicate the direction, with the positive direction indicated by the arrow being "+" and the negative direction opposite to the direction indicated by the arrow being "-". Note that the directions indicated by the arrows representing the X, Y, and Z axes are the same in FIG. 1 and subsequent figures.

基板10は、樹脂等の誘電体により形成されている板状部材である。本実施形態では、基板10を形成する誘電体の実効誘電率は、3.15である。基板10は、樹脂に限定されず、樹脂とガラス布、不織布などとを組み合わせたもの、セラミックを含むものなどによって形成されてもよい。 The substrate 10 is a plate-like member formed of a dielectric material such as resin. In this embodiment, the effective dielectric constant of the dielectric material forming the substrate 10 is 3.15. The substrate 10 is not limited to resin, and may be formed of a combination of resin and glass cloth, nonwoven fabric, or the like, or may be formed of a material containing ceramic.

パッチ部20は、銅等の導体により形成されている、正方形形状を有する板状部材である。パッチ部20は、正方形の1組の向かい合う頂点を切り欠いて形成された摂動素子21を備える。パッチ部20における摂動素子21の位置および形状については後ほど詳しく説明する。パッチ部20は、基板10の表面に配置されている。パッチ部20は、本開示における「第1パッチ部」に相当する。 The patch unit 20 is a plate-like member having a square shape, formed from a conductor such as copper. The patch unit 20 includes a perturbation element 21 formed by cutting out a pair of opposing vertices of a square. The position and shape of the perturbation element 21 in the patch unit 20 will be described in detail later. The patch unit 20 is disposed on the surface of the substrate 10. The patch unit 20 corresponds to the "first patch unit" in this disclosure.

ビア導体30は、銅等の導体により形成されている線状部材である。ビア導体30は、基板10に形成された孔内においてZ方向に沿って延びるように配置されている。ビア導体30の一方の端部は、パッチ部20の中心PCから-Y方向に予め定められた距離ずれた位置において接続している。本実施形態のパッチ部20の中心PCは、パッチ部20の重心に相当する。以下の説明において、ビア導体30とパッチ部20との接続点を「給電点E」とも呼ぶ。パッチ部20の中心PCからの給電点Eのずれ量は、インピーダンス整合を得られるように予め解析等により特定され、設定されている。また、平面アンテナ100が送信する直線偏波の偏波方向(以下、「主偏波方向」とも呼ぶ)は、パッチ部20の中心PCからの給電点Eのずれ方向によって定まり、本実施形態では、主偏波方向はY方向である。以下の説明において、パッチ部20の中心PCからの給電点Eのずれ方向を「オフセット方向」とも呼ぶ。なお、オフセット方向は、本開示における「第1方向」に相当する。 The via conductor 30 is a linear member formed of a conductor such as copper. The via conductor 30 is arranged to extend along the Z direction in a hole formed in the substrate 10. One end of the via conductor 30 is connected at a position shifted a predetermined distance in the -Y direction from the center PC of the patch unit 20. The center PC of the patch unit 20 in this embodiment corresponds to the center of gravity of the patch unit 20. In the following description, the connection point between the via conductor 30 and the patch unit 20 is also called the "feed point E". The amount of deviation of the feed point E from the center PC of the patch unit 20 is specified and set in advance by analysis or the like so as to obtain impedance matching. In addition, the polarization direction of the linearly polarized wave transmitted by the planar antenna 100 (hereinafter also referred to as the "main polarization direction") is determined by the deviation direction of the feed point E from the center PC of the patch unit 20, and in this embodiment, the main polarization direction is the Y direction. In the following description, the deviation direction of the feed point E from the center PC of the patch unit 20 is also referred to as the "offset direction". The offset direction corresponds to the "first direction" in this disclosure.

伝送線路40は、銅等の導体により形成されている線状部材である。伝送線路40は、基板10の内部において、X方向に沿って延びるように配置されている。伝送線路40の一方の端部は、ビア導体30の両端のうち、パッチ部20の給電点Eとなっていない側の端部と接続する。伝送線路40の他方の端部は図示しない給電回路に接続され、ビア導体30を介してパッチ部20へ高周波電力を供給する。以下の説明において、伝送線路40の延設方向を「給電方向」とも呼ぶ。本実施形態では、上述したオフセット方向と給電方向とは互いに直交する。なお、給電方向は、本開示における「第2方向」に相当する。 The transmission line 40 is a linear member formed of a conductor such as copper. The transmission line 40 is arranged inside the substrate 10 so as to extend along the X-direction. One end of the transmission line 40 is connected to one of the two ends of the via conductor 30 that is not the feeding point E of the patch unit 20. The other end of the transmission line 40 is connected to a power feeding circuit (not shown) and supplies high-frequency power to the patch unit 20 via the via conductor 30. In the following description, the extension direction of the transmission line 40 is also referred to as the "power feeding direction". In this embodiment, the offset direction and the power feeding direction are perpendicular to each other. The power feeding direction corresponds to the "second direction" in this disclosure.

第1地板50は、銅等の導体により形成されている板状部材である。第1地板50は、基板10の内部において、パッチ部20と対向するようにパッチ部20と伝送線路40との間に配置される。第1地板50は、ビア導体30が挿通する貫通孔を備える。 The first ground plane 50 is a plate-like member made of a conductor such as copper. The first ground plane 50 is disposed inside the substrate 10 between the patch unit 20 and the transmission line 40 so as to face the patch unit 20. The first ground plane 50 has a through hole through which the via conductor 30 is inserted.

第2地板60は、第1地板50と同様に、銅等の導体により形成されている板状部材である。第2地板60は、基板10の表面のうち、パッチ部20が配置された面とは反対側の面に配置されている。第1地板50および第2地板60は、図示しない給電回路のグラウンド線に接続されて平面アンテナ100における接地電位を提供する。 The second ground plane 60, like the first ground plane 50, is a plate-like member made of a conductor such as copper. The second ground plane 60 is disposed on the surface of the substrate 10 opposite the surface on which the patch unit 20 is disposed. The first ground plane 50 and the second ground plane 60 are connected to a ground line of a power supply circuit (not shown) to provide a ground potential for the planar antenna 100.

ミリ波帯の電波を直線偏波として送受信する平面アンテナ100においては、上述のようにオフセット方向と給電方向とが交差する場合には、ビア導体30における電流の偏りに起因してパッチ部20上に電位差が発生し、主偏波方向とは異なる方向に流れる電流が発生することにより円偏波が発生することを発明者らは見出した。例えば、図1に示す構成では、左旋円偏波が発生する。摂動素子21は、かかる左旋円偏波を打ち消す右旋円偏波を発生させるように形成される。より具体的には、摂動素子21は、パッチ部20の中心PCを原点として、オフセット方向に平行な軸を第1軸、給電方向に平行な軸を第2軸とした場合に、パッチ部20の頂点のうち、第2象限および第4象限に位置する2つの頂点において形成される。 In the planar antenna 100 that transmits and receives millimeter-wave radio waves as linearly polarized waves, the inventors have found that when the offset direction and the power supply direction intersect as described above, a potential difference occurs on the patch section 20 due to the bias of the current in the via conductor 30, and a circular polarization occurs due to the current flowing in a direction different from the main polarization direction. For example, in the configuration shown in FIG. 1, a left-handed circularly polarized wave is generated. The perturbation element 21 is formed to generate a right-handed circularly polarized wave that cancels out the left-handed circularly polarized wave. More specifically, the perturbation element 21 is formed at two vertices of the patch section 20 located in the second and fourth quadrants, when the center PC of the patch section 20 is taken as the origin, the axis parallel to the offset direction is taken as the first axis, and the axis parallel to the power supply direction is taken as the second axis.

本実施形態では、摂動素子21は、直角二等辺三角形であって、等辺の長さが、平面アンテナ100の動作周波数の電波の電気長波長の0.04倍よりも大きく0.05倍未満の範囲に含まれる直角二等辺三角形の領域を、パッチ部20の頂点から除去して得られる平面視形状を有する。「電気長波長」は、誘電体の実効誘電率により定まる波長を意味し、平面アンテナ100の動作周波数を、基板10を形成する誘電体の実効誘電率の平方根で除して得られる。本実施形態の摂動素子21の形状は、予め解析を行い、設定された閾値を超える利得が得られる周波数帯が広くなるように決定された形状である。なお、摂動素子21の形状は、上述の形状に限定されない任意の形状であってもよい。 In this embodiment, the perturbation element 21 has a planar shape obtained by removing from the apex of the patch section 20 a region of the right-angled isosceles triangle in which the length of the equilateral sides is in the range of more than 0.04 times and less than 0.05 times the electrical long wavelength of the radio wave at the operating frequency of the planar antenna 100. The "electrical long wavelength" means a wavelength determined by the effective dielectric constant of the dielectric, and is obtained by dividing the operating frequency of the planar antenna 100 by the square root of the effective dielectric constant of the dielectric that forms the substrate 10. The shape of the perturbation element 21 in this embodiment is determined by performing a pre-analysis so as to widen the frequency band in which a gain exceeding a set threshold value can be obtained. The shape of the perturbation element 21 is not limited to the above-mentioned shape, and may be any shape.

以上説明した平面アンテナ100によれば、オフセット方向と給電方向とが交差することに起因して発生する円偏波を打ち消す位相の円偏波を発生させるように設けられた摂動素子21を備えるので、直線偏波成分の低下を抑制でき、平面アンテナ100の直線偏波としての利得の低下を抑制できる。 The planar antenna 100 described above is provided with a perturbation element 21 that is arranged to generate a circularly polarized wave with a phase that cancels out the circularly polarized wave generated due to the intersection of the offset direction and the power supply direction, so that the reduction in the linearly polarized wave component can be suppressed, and the reduction in the gain of the planar antenna 100 as a linearly polarized wave can be suppressed.

B.第2実施形態:
図3および図4に示すように、第2実施形態の平面アンテナ100Aは、ビア導体30と伝送線路40との接続部の周囲に配置され、第1地板50と第2地板60とを電気的に接続する複数の短絡素子31を備える点において、第1実施形態の平面アンテナ100と異なる。平面アンテナ100Aのその他の構成は、第1実施形態の平面アンテナ100と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
B. Second embodiment:
3 and 4, the planar antenna 100A of the second embodiment differs from the planar antenna 100 of the first embodiment in that it includes a plurality of short-circuit elements 31 arranged around the connection between the via conductor 30 and the transmission line 40 and electrically connecting the first ground plane 50 and the second ground plane 60. The other configurations of the planar antenna 100A are the same as those of the planar antenna 100 of the first embodiment, so the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

短絡素子31は、銅等の導体により形成されている線状部材である。短絡素子31は、基板10の内部において、Z軸方向に沿って延びるように配置されている。短絡素子31は、ビア導体30を中心とする円周上において、伝送線路40と重なる部分を除き、隣り合う他の短絡素子31と一定の間隔を空けて配置されている。隣り合う2つの短絡素子31同士の間隔は、平面アンテナ100Aの動作周波数の電波の波長の1/4以下であることが好ましい。 The short-circuit element 31 is a linear member made of a conductor such as copper. The short-circuit element 31 is arranged inside the substrate 10 so as to extend along the Z-axis direction. The short-circuit elements 31 are arranged on a circumference centered on the via conductor 30 with a certain distance between adjacent short-circuit elements 31, except for the portion that overlaps with the transmission line 40. The distance between two adjacent short-circuit elements 31 is preferably 1/4 or less of the wavelength of the radio wave at the operating frequency of the planar antenna 100A.

短絡素子31を備えない形態の平面アンテナでは、ビア導体30と伝送線路40との接続点において電波の放射が発生することにより利得が低下する。平面アンテナ100Aによれば、ビア導体30と伝送線路40との接続点の周囲に配置された複数の短絡素子31がシールド効果を奏することにより、ビア導体30と伝送線路40との接続点における電波の放射が抑制され、直線偏波としての利得の低下をより抑制できる。また、平面アンテナ100Aにおいても、第1実施形態の平面アンテナ100と同様の効果を奏する。 In a planar antenna without a short element 31, radio wave radiation occurs at the connection point between the via conductor 30 and the transmission line 40, reducing the gain. With the planar antenna 100A, the multiple short elements 31 arranged around the connection point between the via conductor 30 and the transmission line 40 provide a shielding effect, suppressing radio wave radiation at the connection point between the via conductor 30 and the transmission line 40, and further reducing the reduction in gain as linear polarization. The planar antenna 100A also provides the same effect as the planar antenna 100 of the first embodiment.

C.第3実施形態
図5に示すように、第3実施形態の平面アンテナ100Bは、摂動素子21を備えるパッチ部20と、正方形形状を有し摂動素子21を備えないパッチ部20Bとをそれぞれ複数備える点において、第1実施形態の平面アンテナ100と異なっている。パッチ部20Bは、本開示における「第2パッチ部」に相当する。
C. Third embodiment As shown in Fig. 5, the planar antenna 100B of the third embodiment differs from the planar antenna 100 of the first embodiment in that the planar antenna 100B includes a plurality of patch units 20 each including a perturbation element 21 and a plurality of patch units 20B each having a square shape and not including a perturbation element 21. The patch unit 20B corresponds to the "second patch unit" in this disclosure.

パッチ部20とパッチ部20Bとは基板10Bの表面にそれぞれ配置され、基板10Bの裏面に配置されて送信電波の位相を制御する移相器70、伝送線路40Bおよびビア導体30を介して、図示しない給電回路から高周波電力の供給を受ける。このような場合において、パッチ部20およびパッチ部20Bと移相器70とをそれぞれ接続する伝送線路40Bは、伝送線路40B同士の距離が近接せず、配線経路がより短くなるように配線されることが好ましい。このような理由からオフセット方向と給電方向とを交差させるべき箇所においては、摂動素子21を備えるパッチ部20を配置すればよいので、必ずしもオフセット方向と給電方向とを一致させる必要がなくなり、伝送線路40Bの配線レイアウトの自由度の低下を抑制できる。 The patch section 20 and the patch section 20B are arranged on the front surface of the substrate 10B, and receive high-frequency power from a power supply circuit (not shown) through a phase shifter 70 arranged on the rear surface of the substrate 10B to control the phase of the transmitted radio wave, a transmission line 40B, and a via conductor 30. In such a case, it is preferable that the transmission lines 40B connecting the patch section 20 and the patch section 20B to the phase shifter 70 are wired so that the distance between the transmission lines 40B is not close to each other and the wiring path is shorter. For this reason, since it is sufficient to place the patch section 20 equipped with the perturbation element 21 at the location where the offset direction and the power supply direction should intersect, it is not necessary to match the offset direction and the power supply direction, and the reduction in the degree of freedom of the wiring layout of the transmission line 40B can be suppressed.

また、例えば、車両に搭載される平面アンテナでは、他の車両に搭載されたレーダ装置から送信された電波との干渉を防ぐために、主偏波方向が互いに異なる2つの平面アンテナを搭載することがある。平面アンテナ全体を回転させることにより主偏波方向を変更できるが、給電回路との配置等の制約により平面アンテナ全体を回転させることができない場合がある。このような場合であっても、平面アンテナ100Bでは、摂動素子21の有無、摂動素子21を設ける位置および伝送線路40Bの配線方向のみによっても主偏波方向を変更できるので、平面アンテナ100Bの設計自由度の低下を抑制できる。 For example, a planar antenna mounted on a vehicle may have two planar antennas with different main polarization directions to prevent interference with radio waves transmitted from a radar device mounted on another vehicle. The main polarization direction can be changed by rotating the entire planar antenna, but it may not be possible to rotate the entire planar antenna due to constraints such as the placement of the power supply circuit. Even in such cases, the planar antenna 100B can change the main polarization direction simply by changing the presence or absence of the perturbation element 21, the position at which the perturbation element 21 is provided, and the wiring direction of the transmission line 40B, thereby suppressing a decrease in the design freedom of the planar antenna 100B.

パッチ部が正方形形状を有する場合には、パッチの動作周波数はパッチの一辺の長さにより定まるが、摂動素子21を備えるパッチ部20の場合、摂動素子21として切り欠いた部分を電流が回り込むように流れることにより、電流の経路が長くなる。この場合、パッチ部20の動作周波数は、摂動素子21を設けない形態に比べて、動作周波数が低くなる。複数のパッチ部が配置された平面アンテナにおいては、動作周波数が互いに異なる平面アンテナが混在すると直線偏波としての利得が低下するので、パッチ部20Bは、一辺の長さを長くすることにより、パッチ部20の動作周波数とパッチ部20Bの動作周波数とが互いに一致するように形成されることが好ましい。このようにパッチ部20Bを形成することにより、パッチ部20の動作周波数とパッチ部20Bの動作周波数とを互いに一致させることができ、利得の低下をより抑制できる。 When the patch section has a square shape, the operating frequency of the patch is determined by the length of one side of the patch, but in the case of the patch section 20 having the perturbation element 21, the current flows around the part cut out as the perturbation element 21, so the path of the current becomes longer. In this case, the operating frequency of the patch section 20 is lower than that of a form without the perturbation element 21. In a planar antenna in which multiple patch sections are arranged, if planar antennas with different operating frequencies are mixed, the gain as a linearly polarized wave decreases, so it is preferable to form the patch section 20B so that the operating frequency of the patch section 20 and the operating frequency of the patch section 20B match each other by lengthening the length of one side. By forming the patch section 20B in this way, the operating frequency of the patch section 20 and the operating frequency of the patch section 20B can be matched with each other, and the decrease in gain can be further suppressed.

以上説明した第3実施形態の平面アンテナ100Bによれば、第1実施形態の平面アンテナ100と同様の効果を奏する。加えて、平面アンテナ100Bは、複数のパッチ部20およびパッチ部20Bを配置する場合において、オフセット方向と給電方向とを交差させるべき箇所には摂動素子21を備えるパッチ部20を配置すればよい。このため、必ずしもオフセット方向と給電方向とを一致させる必要がなくなり、伝送線路40Bの配線レイアウトの自由度の低下を抑制できる。 The planar antenna 100B of the third embodiment described above provides the same effects as the planar antenna 100 of the first embodiment. In addition, when multiple patch sections 20 and patch sections 20B are arranged in the planar antenna 100B, patch sections 20 equipped with perturbation elements 21 may be arranged at locations where the offset direction and the power feed direction should intersect. This eliminates the need to necessarily match the offset direction and the power feed direction, and reduces the reduction in the degree of freedom of the wiring layout of the transmission line 40B.

また、パッチ部20Bの一辺の長さは、パッチ部20の一辺の長さよりも大きくなるように形成されているので、摂動素子21を備えることにより低くなるパッチ部20の動作周波数とパッチ部20Bの動作周波数とを一致させることができ、直線偏波としての利得の低下をより抑制できる。 In addition, the length of one side of patch section 20B is formed to be greater than the length of one side of patch section 20, so that the operating frequency of patch section 20, which is lowered by providing perturbation element 21, can be matched with the operating frequency of patch section 20B, and the decrease in gain as a linearly polarized wave can be further suppressed.

D.他の実施形態:
(D1)上記実施形態において、オフセット方向と給電方向とは互いに直交するが、本開示はこれに限定されない。オフセット方向と給電方向とは、直角でない任意の角度で交差していてもよい。
D. Other embodiments:
(D1) In the above embodiment, the offset direction and the power supply direction are perpendicular to each other, but the present disclosure is not limited to this. The offset direction and the power supply direction may intersect at any angle other than a right angle.

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be realized in various configurations without departing from the spirit of the present disclosure. For example, the technical features in each embodiment that correspond to the technical features in the form described in the Summary of the Invention column can be replaced or combined as appropriate to solve some or all of the above-described problems or to achieve some or all of the above-described effects. Furthermore, if a technical feature is not described in this specification as essential, it can be deleted as appropriate.

10…基板、20…パッチ部、21…摂動素子、30…ビア導体、40…伝送線路、50…第1地板、60…第2地板、100…平面アンテナ 10...substrate, 20...patch section, 21...perturbation element, 30...via conductor, 40...transmission line, 50...first ground plane, 60...second ground plane, 100...planar antenna

Claims (6)

ミリ波用の平面アンテナ(100)であって、
誘電体を含む基板(10)と、
前記基板の表面に配置された第1パッチ部(20)と、
前記第1パッチ部の中心から、前記基板の板厚方向と直交する第1方向に予め定められた距離ずれた位置において前記第1パッチ部と接続し、前記基板の板厚方向に延びるビア導体(30)と、
前記基板の内部において前記ビア導体と接続し、前記基板の板厚方向と直交する方向であって、前記第1方向と交差する方向である第2方向に延びる伝送線路(40)と、
前記基板の内部において前記第1パッチ部と対向するように前記第1パッチ部と前記伝送線路との間に配置され、前記ビア導体が挿通する貫通孔を備える第1地板(50)と、
前記基板の表面のうち、前記第1パッチ部が配置された面とは反対側の面に配置された第2地板(60)と、
前記第1方向と前記第2方向とが交差することに起因して発生する円偏波を打ち消す位相の円偏波を発生させるように前記第1パッチ部に形成された摂動素子(21)と、
を備える、
平面アンテナ。
A planar antenna (100) for millimeter waves,
A substrate (10) including a dielectric material;
A first patch portion (20) disposed on a surface of the substrate;
a via conductor (30) that is connected to the first patch portion at a position shifted from the center of the first patch portion by a predetermined distance in a first direction perpendicular to the thickness direction of the substrate and that extends in the thickness direction of the substrate;
a transmission line (40) connected to the via conductor inside the substrate and extending in a second direction that is perpendicular to the thickness direction of the substrate and intersects with the first direction;
a first ground plane (50) disposed between the first patch section and the transmission line inside the substrate so as to face the first patch section, the first ground plane having a through hole through which the via conductor is inserted;
a second base plate (60) disposed on a surface of the substrate opposite to a surface on which the first patch portion is disposed;
a perturbation element (21) formed on the first patch portion so as to generate a circularly polarized wave having a phase that cancels out a circularly polarized wave generated due to an intersection of the first direction and the second direction;
Equipped with
Flat antenna.
請求項1に記載の平面アンテナであって、
前記ビア導体と前記伝送線路との接続部の周囲に互いに間隔を空けて配置され、前記第1地板と前記第2地板とを接続する複数の短絡素子(31)をさらに備える、
平面アンテナ。
2. A planar antenna as claimed in claim 1,
The first and second ground planes are connected to each other by a plurality of short-circuit elements (31), the short-circuit elements (31) being arranged at intervals around a connection portion between the via conductor and the transmission line, and connecting the first and second ground planes.
Flat antenna.
請求項1または請求項2に記載の平面アンテナであって、
前記第1方向と、前記第2方向と、が互いに直交する、
平面アンテナ。
3. The planar antenna according to claim 1,
The first direction and the second direction are perpendicular to each other.
Flat antenna.
請求項1または請求項2に記載の平面アンテナであって、
前記摂動素子は、前記第1パッチ部の中心を原点として、前記第1方向に平行な軸を第1軸、前記第2方向に平行な軸を第2軸とした場合に、前記第1パッチ部の頂点のうち、第2象限および第4象限に位置する頂点において形成される、
平面アンテナ。
3. The planar antenna according to claim 1,
the perturbation elements are formed at vertices of the first patch section that are located in a second quadrant and a fourth quadrant, when an axis parallel to the first direction is defined as a first axis and an axis parallel to the second direction is defined as a second axis, with the center of the first patch section as an origin.
Flat antenna.
請求項1または請求項2に記載の平面アンテナであって、
前記第1パッチ部と、
前記基板の表面に配置され、前記摂動素子を備えない第2パッチ部(20B)と、
をそれぞれ複数備え、
前記第2パッチ部の一辺の長さは、前記第1パッチ部の一辺の長さよりも大きい、
平面アンテナ。
3. The planar antenna according to claim 1,
The first patch portion;
A second patch portion (20B) disposed on the surface of the substrate and not including the perturbation element;
Each has multiple
The length of one side of the second patch portion is greater than the length of one side of the first patch portion.
Flat antenna.
請求項1または請求項2に記載の平面アンテナであって、
前記摂動素子は、等辺の長さが、前記平面アンテナの動作周波数の電波の波長を前記誘電体の実効誘電率の平方根で除して得られる電気長波長の0.04倍よりも大きく0.05倍未満の範囲に含まれる直角二等辺三角形を、前記第1パッチ部の頂点から除去した平面視形状を有する、
平面アンテナ。
3. The planar antenna according to claim 1,
the perturbation element has a planar shape in which a right-angled isosceles triangle, the length of each of the equal sides of which is in a range greater than 0.04 times and less than 0.05 times the electrical long wavelength obtained by dividing the wavelength of the radio wave having the operating frequency of the planar antenna by the square root of the effective dielectric constant of the dielectric, is removed from the apex of the first patch section.
Flat antenna.
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