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公開番号2024077546
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-07
出願番号2022189693
出願日2022-11-28
発明の名称アレイアンテナ
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人個人
主分類H01Q 13/02 20060101AFI20240531BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】誘電体基板に形成された複数のホーンアンテナからなるアレイアンテナを小型に構成しつつ、サイドローブの発生を抑制して放射指向性の向上が可能なアレイアンテナを実現する。
【解決手段】誘電体基板(11)を用いて形成されたアレイアンテナ(1)は、信号伝送方向が第1の方向(Z)に一致する複数のホーンアンテナ(10)を備える。各々のホーンアンテナは、接続部を介して接続された導波管部(20)とホーン部(21)とからなり、導波管部は第1の方向の一端の入力部から接続部に至るまで同一の矩形断面を有し、ホーン部は接続部から第1の方向の他端の開口部に向かって拡径する矩形断面を有する。導波管部の第1の方向の長さZaとホーン部の第1の方向の長さZbに関し、寸法比Za/Zbが2以上3以下の関係を満たすように設定されている。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
複数の誘電体層が積層された誘電体基板を用いて形成されたアレイアンテナであって、
前記アレイアンテナは、それぞれの信号伝送方向が前記誘電体基板の厚さ方向である第１の方向に一致する複数のホーンアンテナを備え、
各々の前記ホーンアンテナは、
接続部を介して接続された導波管部とホーン部とからなり、
前記導波管部は、前記第１の方向の一端の入力部から前記接続部に至るまで同一の矩形断面を有し、
前記ホーン部は、前記接続部から前記第１の方向の他端の開口部に向かって拡径する矩形断面を有し、
前記入力部から入力された高周波信号が前記導波管部及び前記ホーン部を経由して前記開口部から外部に放射されるように構成され、
前記導波管部の前記第１の方向の長さＺａと前記ホーン部の前記第１の方向の長さＺｂに関し、寸法比Ｚａ／Ｚｂが２以上かつ３以下の関係を満たすように設定されている、
ことを特徴とするアレイアンテナ。
続きを表示（約 440 文字）【請求項２】
前記導波管部及び前記ホーン部のそれぞれの矩形断面に沿った外縁領域は、前記誘電体基板において前記第１の方向に延伸する複数のビア導体を用いて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。
【請求項３】
前記入力部の導体層には、前記導波管部の矩形断面の中心部に配置され前記ホーンアンテナに高周波信号を入力するパッチ部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のホーンアンテナ。
【請求項４】
前記パッチ部の直下の導体層には、前記パッチ部と空間結合されるマイクロストリップラインが設けられ、外部から供給される前記高周波信号が前記マイクロストリップラインを介して前記パッチ部に伝送されることを特徴とする請求項３に記載のホーンアンテナ。
【請求項５】
前記複数のホーンアンテナは、前記第１の方向に沿った平面視で互いに同一の平面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体基板に構成された複数のホーンアンテナを具備するアレイアンテナに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロ波帯やミリ波帯の高周波信号を用いた無線通信において、高周波信号を伝送させ、伝送方向に沿って拡径するホーン形状の開口部から電磁波を放射するホーンアンテナが知られている。近年では、ホーンアンテナの小型軽量化や加工の容易性に鑑み、誘電体基板を用いて導波管部及びホーン部を構成し、導波管部からホーン部に至る高周波信号の伝送方向が誘電体基板の側面方向に一致する構造のホーンアンテナが利用されている。この場合、導波管部は同一の矩形断面に形成され、ホーン部は開口部に向かって拡径する矩形断面に形成される。しかし、このような構造は誘電体基板の側面方向に電磁波が放射されることから構造が複雑で使い勝手が悪いため、高周波信号の誘電体基板の厚さ方向に高周波信号を伝送して基板表面から電磁波を放射する構造のホーンアンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－２４７４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
誘電体基板の厚さ方向に電磁波を放射するホーンアンテナを構成する場合、誘電体基板の厚さ方向に沿って下側の導波管部と上側のホーン部とを所定の寸法比で形成する必要がある。通常は、特許文献１の図１に示すように、上側のホーン部の厚さ方向の長さに比べ、下側の導波管部の厚さ方向の長さが小さく設定される。また、導波管部の横方向の長さは、ホーンアンテナのインピーダンス整合の観点から、ある程度確保する必要がある。そして、ホーン部は導波管部との接続部から開口部に向かって拡径するので、上部の開口部では十分なサイズが必要となる。その結果、単体のホーンアンテナの小型化が難しくなるので、複数のホーンアンテナを含むアレイアンテナを構成する際にピッチ間隔が広がることは避けられない。これにより、アレイアンテナのサイズの大型化を招くとともに、複数のホーンアンテナのピッチ間隔が広がることで放射指向性にサイドローブが発生し、アンテナ性能が劣化するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、誘電体基板に形成されたホーンアンテナの導波管部とホーン部の厚さ方向の寸法比を適切に設定し、サイドローブの発生を抑圧して放射指向性を向上させ、小型化に適したアレイアンテナを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のアレイアンテナ（１）は、複数の誘電体層（Ｌ）が積層された誘電体基板（１１）を用いて形成されたアレイアンテナであって、前記アレイアンテナは、それぞれの信号伝送方向が前記誘電体基板の厚さ方向である第１の方向（Ｚ）に一致する複数のホーンアンテナ（１０）を備え、各々の前記ホーンアンテナは、接続部（Ｐ２）を介して接続された導波管部（２０）とホーン部（２１）とからなり、前記導波管部は、前記第１の方向の一端の入力部（Ｐ１）から前記接続部に至るまで同一の矩形断面を有し、前記ホーン部は、前記接続部から前記第１の方向の他端の開口部（Ｐ３）に向かって拡径する矩形断面を有し、前記入力部から入力された高周波信号が前記導波管部及び前記ホーン部を経由して前記開口部から外部に放射されるように構成され、前記導波管部の前記第１の方向の長さＺａと前記ホーン部の前記第１の方向の長さＺｂに関し、寸法比Ｚａ／Ｚｂが２以上かつ３以下の関係を満たすように設定されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明のアレイアンテナは、単体のホーンアンテナの信号伝送方向が誘電体基板の厚さ方向である第１の方向に一致し、導波管部の入力部から入力された高周波信号がホーン部の開口部から外部に放射される構造を有する。そして、第１の方向に関して導波管部の長さＺａとホーン部の長さＺｂとの寸法比Ｚａ／Ｚｂを２以上かつ３以下を満たすように設定したので、前述のホーン部の拡径を考慮した場合の誘電体基板の横方向へのサイズの拡大を抑制することができる。よって、複数のホーンアンテナによりアレイアンテナを構成した場合、アレイアンテナ全体の小型化が可能であるとともに、ホーンアンテナ同士のピッチ間隔を広げて放射指向性におけるサイドローブの発生を抑制することが可能となる。
【０００８】
本発明において、導波管部及びホーン部のそれぞれの矩形断面に沿った外縁領域は、誘電体基板において第１の方向に延伸する複数のビア導体（３０、３１）を用いて形成することができる。これにより、誘電体シート積層技術を適用することで、多層の誘電体基板において所望の形状及びサイズを有する導波管部及びホーン部を形成することが可能となる。
【０００９】
本発明において、入力部の導体層には、導波管部の矩形断面の中心部に配置されホーンアンテナに高周波信号を入力するパッチ部（２２）を設けることができる。この場合、パッチ部の直下の導体層には、パッチ部と空間結合されるマイクロストリップライン（２３）を設け、外部から供給される高周波信号を、マイクロストリップラインを介してパッチ部に伝送させるようにしてもよい。
【００１０】
本発明において、複数のホーンアンテナは、第１の方向に沿った平面視で互いに同一の平面形状を有していてもよい。これにより、例えば、平面視で同一の矩形のホーンアンテナを平面内の直交する２方向に並べて配置することで、自在に拡張することができる。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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