阵列天线装置制造方法

阵列天线装置制造方法
【专利摘要】一种阵列天线装置。本发明的平面阵列天线（10）包括电介质基板（11）、带状导体（12）、环形元件（14a～14e）及导体板（13）。带状导体（12）和导体板（13）构成微带线路。环形元件（14a～14e）形成于形成有带状导体（12）的电介质基板（11）的表面，每隔间隔（D）而排列。环形元件（14a～14e）具有对圆形的一部分开了缺口且周长约为1波长的开环构造。带状导体（12）和环形元件（14a～14e）电磁耦合。平面阵列天线（10）将环形元件作为辐射元件进行动作。
【专利说明】阵列天线装置【技术领域】
[0001]本发明涉及一种辐射电波的阵列天线装置。
【背景技术】
[0002]作为无线通信或无线定位所使用的具有微带构造的现有阵列天线装置，例如已知有贴片阵列天线。图19 (A)是表示在电介质基板501的平面上配置有四个贴片元件502a、502b、502c、502d和供电电路的现有贴片阵列天线的结构的平面图。图19 (B)是电介质基板501的剖面图。
[0003]在图19 (A)及(B)所示的贴片阵列天线中，在电介质基板501的一面配置有各贴片元件502a、502b、502c、502d作为辐射元件，在电介质基板501的另一面配置有接地导体
503。各贴片元件502a、502b、502c、502d经由作为微带线路形成的支路电路504而被供电。图19 (A)及(B)所示的贴片阵列天线可通过薄型构造实现高增益的辐射特性。
[0004]另外，作为现有的阵列天线装置，已知有非专利文献I所示的环形天线。图20是表示作为现有阵列天线装置的环形阵列天线的结构的立体图。图20所示的环形阵列天线在电介质基板601上形成微带线路602时，包括作为每隔一定间隔形成的环形辐射元件的福射单兀 603a、603b、603c、603d、603e、603f、603g、603h。
[0005]各辐射单元603&、60313、603(3、603(1、6036、603€、6038、60311 的周长为辐射电波的约I波长，相邻的辐射单元与辐射单元的间隔也分别为辐射电波的约I波长。图20所示的环形阵列天线可以通过简 单的供电构造减少辐射单元的数量，能够辐射良好的圆偏振波。
[0006]非专利文献1:电子信息通信学会论文杂志B、Vol.J85-B、N0.9,2002年9月
[0007]本发明人等对辐射电波的阵列天线装置进行了研究。但是，在图19 (A)所示的贴片阵列天线中，需要用于向贴片元件供电的支路电路，供电电路自身变得复杂。因此，作为阵列天线装置需要较大的安装面积，存在阵列天线装置大型化的课题。
[0008]另外，在非专利文献I的阵列天线装置中，构造上难以广泛控制来自各辐射元件的辐射量(例如电波的信号振幅)，因此难以抑制相对于从整个阵列天线装置辐射的电波的主波束的旁瓣。

【发明内容】

[0009]本发明为了解决上述现有课题，目的在于提供一种抑制相对于主波束的旁瓣并通过简单的构成实现高增益辐射的阵列天线装置。
[0010]本发明的阵列天线装置，具备:基板；形成于所述基板的一表面的带状导体；形成于所述基板的一表面的多个环形元件；形成于所述基板的另一表面的导体板，各所述环形元件具有相当于辐射电波的约I波长的周长，并且配置在与所述带状导体电磁耦合的位置，沿所述带状导体每隔所述I波长的间隔而排列。
[0011]根据本发明，能够抑制相对于主波束的旁瓣，实现高增益的辐射。【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是表示第一实施方式的平面阵列天线的构成的立体图，(A)是表示平面阵列天线的外观的立体图，(B)是平面阵列天线的平面图，(C)是平面阵列天线的剖面图；
[0013]图2是说明来自环形元件的电波辐射原理的图；
[0014]图3是表示平面阵列天线的辐射模式的图，(A)是图1所示的X - Z平面的辐射模式，(B)是图1所示的Y - Z平面的辐射模式；
[0015]图4是表示相对于带状导体与环形元件的间隔S的、辐射电能、透射电能及反射电能的各变化的曲线图；
[0016]图5是表示使用连接元件直接(物理上)连接带状导体和环形元件时的环形元件附近的平面图；
[0017]图6是表示在图5的环形元件中，辐射电能相对于带状导体与环形元件的间隔S的变化的曲线图；
[0018]图7是表示在图2的环形元件中，使环形元件的元件宽度W变化时的辐射电能的变化的曲线图；
[0019]图8是表示矩形的环形元件24附近的平面图；
[0020]图9是表示改变了缺口位置的环形元件34附近的平面图；
[0021]图10是表示设有微扰元件91的情况下的环形元件44附近的平面图；
[0022]图11是表示第二实施方式的平面阵列天线的构成的立体图；
[0023]图12是表示第二实施方式的平面阵列天线的环形元件附近的平面图；
[0024]图13是表示辐射电能及反射电能相对于带状导体与环形元件的间隔S的曲线图；
[0025]图14是表示第三实施方式的平面阵列天线的结构的立体图；
[0026]图15是表示使用可得到圆偏振波特性的环形元件的平面阵列天线的构成的立体图；
[0027]图16(A)是表示对各环形元件进行同样激振的平面阵列天线的构成的平面图，(B)是表示每个环形元件的辐射电力比不同的平面阵列天线的构成的图；
[0028]图17 (A)是表示图16 (A)所示的平面阵列天线150的各环形元件的辐射电力比和辐射电力相对于各输入电力的比例的表，(B)是表示图16 (B)所示的平面阵列天线160的各环形元件的辐射电力比和辐射电力相对于各输入电力的比例的表；
[0029]图18是表示平面阵列天线的Y - Z平面上的各辐射模式的曲线图；
[0030]图19 (A)是表示在电介质基板的平面上配置有四个贴片元件和供电电路的现有贴片阵列天线的构成的平面图，(B)是电介质基板的剖面图；
[0031]图20是作为现有阵列天线装置的环形阵列天线的结构的立体图；
[0032]图21 (A)是表示作为现有阵列天线装置的微带阵列天线的构成的平面图，(B)是电介质基板的剖面图；
[0033]图22 (A)是表示经由导电性连接部51与导体板13电连接的闭环元件54附近的平面图，(B)是表示经由导电性连接部51与导体板13电连接的闭环元件54附近的剖面图；
[0034]图23是表示第五实施方式的平面阵列天线的构成的立体图；
[0035]图24是表示平面阵列天线的X - Z平面上的各辐射模式的曲线图。[0036]标记说明
[0037]10、100、130、140、150、160:平面阵列天线
[0038]11:电介质基板
[0039]12:带状导体
[0040]13:导体板
[0041]14a ~14e、24、34、44、141a ~141e、142a ~142e、151a ~151e、161a ~161e:环形元件
[0042]15:输入端
[0043]21、21a:开口部
[0044]41:连接元件
[0045]51:导电性连接部
[0046]91:微扰元件
[0047]IOla ~101e、152a ~152e、162a ~162e、201a ~201e:匹配元件
[0048]131、142:微带天 线元件
【具体实施方式】
[0049](完成本发明的阵列天线装置的经过)
[0050]首先，在说明本发明的阵列天线装置的实施方式之前，参照【专利附图】

【附图说明】完成本发明的阵列天线装置的经过。作为能够控制辐射电波的信号振幅的现有阵列天线装置，例如已知有下述参考专利文献I所示的微带阵列天线。
[0051](参考专利文献I)日本特开2001- 44752号公报
[0052]图21 (A)是表示作为现有阵列天线装置的微带阵列天线的构成的平面图。图21(B)是电介质基板702的剖面图。
[0053]在图21 (A)及(B)所示的微带阵列天线中，在电介质基板702的一表面形成有供电带状线路703和10个辐射天线元件704&、70413、704(3、704(1、7046、704€、7048、70411、7041、704 j，在电介质基板702的另一表面形成有接地导体层701。10个辐射天线元件704a、704b、704c、704d、704e、704f、704g、704h、7041、704j为从直线状延伸的供电带状线路703突出的形状。
[0054]在10个辐射天线元件中，设于供电带状线路703的一侧的辐射天线元件704a、704b、704c、704d、704e与相邻的辐射天线元件具有辐射电波的约I波长的间隔，相对于供电带状线路703朝向约45度的方向倾斜。各辐射天线元件704a、704b、704c、704d、704e的长度L分别约为1/2波长。
[0055]同样地，10个辐射天线元件中、设于供电带状线路703的另一侧的辐射天线元件704f、704g、704h、7041、704j 与辐射天线元件 704a、704b、704c、704d、704e 平行地形成，相对于供电带状线路703朝向约一 135度的方向倾斜。辐射天线元件704a、704b、704c、704d、704e和辐射天线元件704f、704g、704h、7041、704j错开1/2波长而配置。
[0056]图21 (A)及(B)所示的微带阵列天线通过使输入供电带状线路703的输入端705的电力与辐射天线元件704a、704f、704b、704g、…、704e、704j依次耦合而辐射电波。即，微带阵列天线辐射45度的偏振波。另外，在微带阵列天线中，通过改变辐射天线元件704a、704b、704c、704d、704e、704f、704g、704h、7041、704j 的横向宽度 Wo，能够调节自各辐射天
线元件的福射量。
[0057]但是，在参考专利文献I所示的微带阵列天线中，为了增加自辐射天线元件的辐射量，需要增大辐射天线元件的横向宽度Wo，但为了抑制辐射高频信号(例如毫米波)时的辐射特性紊乱，需要将横向宽度Wo设定在一定值以下。
[0058]因此，一个辐射天线元件的辐射量相对于输入电力最多为50%左右，为了设计辐射高频信号(例如毫米波)的阵列天线装置，需要很多辐射天线元件，存在阵列天线装置整体的构造变得复杂的课题。
[0059]另外，需要在使各辐射天线元件的辐射量为50%以下程度的前提下控制阵列天线装置的激振分布，因此存在辐射电波的信号振幅的控制范围受限的课题。另外，在参考专利文献I所示的微带阵列天线中，存在难以辐射供电带状线路703的方向的偏振波或圆偏振波，作为辐射电波的偏振波的自由度低的课题。
[0060](本实施方式的说明)
[0061]以下，参照【专利附图】

【附图说明】作为本发明的阵列天线装置的平面阵列天线的各实施方式。各实施方式的平面阵列天线例如用于无线通信或无线定位，具有微带线路构造。
[0062](第一实施方式)
[0063]图1 (A)、(B)及(C)是表示第一实施方式的平面阵列天线10的构成的立体图。图1 (A)是表示平面阵列天线10的外观的立体图。图1 (B)是平面阵列天线10的平面图。图1 (C)是平面阵列天线10的剖面图。在图1 (A)?(C)中，将平面阵列天线10的长度方向作为Y方向，将平面阵列天线10的宽度方向作为X方向，将平面阵列天线10的厚度方向作为Z方向。
[0064]平面阵列天线10包括:电介质基板11、形成于电介质基板11的一表面的带状导体12、形成于电介质基板11的一表面的多个环形元件14a?He、配置于电介质基板11的另一表面的导体板13。
[0065]作为基板的电介质基板11为例如厚度为t、电容率为ε r的双面铜箔基板。带状导体12按照铜箔图案形成在例如电介质基板11的一表面。导体板13按照铜箔图案而形成在例如电介质基板11的另一表面。在图1 (A)所示的平面阵列天线10中，带状导体12和导体板13构成微带线路。
[0066]多个环形元件14a、14b、14c、14d、14e是形成于形成有带状导体12的电介质基板11的一表面，半径为R、元件宽度为W的圆形导体。各环形元件14a、14b、14c、14d、14e与相邻的环形元件具有环形元件间隔D而排列。
[0067]各环形元件14a、14b、14c、14d、14e具有对圆形的一部分开了缺口的、周长为辐射电波的约I波长的开环构造。在图1 (A)所示的平面阵列天线10中，各环形元件14a、14b、14c、14d、14e与带状导体12隔开规定间隔S而配置，由此，带状导体12和环形元件14a、14b、14c、14d、14e 电磁耦合〔参照图1 (B)〕。
[0068]因此，输入带状导体12的输入端15的电力通过带状导体12和各环形元件14a、14b、14c、14d、14e的电磁稱合，依次供给环形元件14a、14b、14c、14d、14e。S卩，平面阵列天线10作为将各环形元件14a、14b、14c、14d、14e作为辐射元件的阵列天线装置进行动作。
[0069]各环形元件14a、14b、14c、14d、14e的周长为辐射电波的约I波长，因此具有高定向增益。因此，平面阵列天线10即使是将少数环形元件排列而成的简单构造，也可得到高增益。
[0070]另外，通过将环形元件间隔D设定为约λ g (在带状导体12中传播的信号的有效波长)，各环形元件14a、14b、14c、14d、14e在同相位被激振，能够实现在+ Z方向具有最大增益的波束的辐射定向。
[0071]接着，参照图2说明本实施方式的平面阵列天线10中的来自各环形元件14a、14b、14c、14d、14e的电波的辐射原理。图2是说明自环形元件14a的电波的辐射原理的图。在图2中，从五个环形元件中抽出例如环形元件14a进行说明，自其它环形元件的电波的辐射原理也同样。
[0072]被输入输入端15的电力Pin通过带状导体12和环形元件14a的电磁耦合，从环形元件14a辐射一部分电力。通过将环形元件14a的开口部21设于从与带状导体12最接近的位置沿+Y方向偏移了 90度的位置，在环形元件14a上产生箭头标记a所示方向的电流22a、箭头标记b所示方向的电流22b。
[0073]由此，环形元件14a作为具有与带状导体12平行的Y轴方向的偏振波的辐射元件进行动作。另外，在图2中，说明了缺口在环形元件14a的十Y方向侧的情况，但缺口在一Y方向侧的情况下，同样也可得到与带状导体12平行的Y轴方向的偏振波特性。
[0074]另外，在环形元件14a的辐射电力以外的电力中，存在透过电力Pth和因带状导体12与环形元件14a的阻抗不匹配而返回输入端15的反射电力Pref。因此，来自环形元件14a的辐射电力是从所输入的电力(输入电力)Pin减去透过电力Pth和反射电力Pref而得的值。另外，透过电力Pth成为环形元件14b的输入电力，在后面的环形元件14c、14d、14e中同样地进行动作。
[0075]图3 (A)及(B)是表示平面阵列天线10的辐射模式的图。图3 (A)表示图1所示的X — Z平面上的水平E Φ偏振波成分的辐射模式。图3 (B)表示图1所示的Y — Z平面上的垂直ΕΘ偏振波成分的辐射模式。在图3 (A)及(B)中，标记el、e2表示最大增益的方向，标记fl、f2是表示从最大增益下降3 [dB]的半幅值的方向，标记gl表示旁瓣的最大增益。
[0076]这样，平面阵列天线10中，通过将环形元件14a、14b、14c、14d、14e每隔I波长间隔进行配置，使其在同相位产生激振，Z方向成为最大辐射方向。另外，平面阵列天线10的Y-Z面为窄波束的辐射特性。
[0077]另外，在平面阵列天线10中，各环形元件的周长为辐射电波的约I波长，因此，产生图2所示的两个电流22a、22b，能够实现高增益。另外，在平面阵列天线10中，通过在各环形元件设置缺口并形成开环，在环形元件14a、14b、14c、14d、14e中产生电流，能够得到方向与带状导体12的传播方向相同的偏振波即十Y轴方向偏振波。
[0078]图4是表示相对于带状导体12和环形元件14a的间隔S的辐射电能、透射电能及反射电能的各变化的曲线图。各电能按照将输入电能设定为100%的比例[%]进行表示。另夕卜，辐射电能31用实线表示，透射电能32用虚线表示，反射电能33用点划线表示。
[0079]在图4中，将电介质基板11的厚度t设为0.067 λ ( λ:动作频率下的自由空间波长)，将电介质基板11的电容率ε r设为2.2，另外，将环形元件14a的半径R设为0.12 λ，将环形元件14a的元件宽度W设定为0.04 λ。[0080]在图4所示的曲线图中，间隔S越窄，辐射电力越增大。这是因为若间隔S小，则带状导体12和环形元件14a的电磁耦合增强之故。另外，若间隔S变窄，则反射电力也存在增加趋势，因此，虽然辐射电力变大，但辐射效率却降低。
[0081]如上所述，第一实施方式的平面阵列天线10通过使带状导体12和各环形元件14的间隔S可变，能够调节各环形元件14的辐射电力，故而能够调节各环形元件14的激振分布。因此，本实施方式的平面阵列天线10能够抑制相对于主波束的旁瓣的水平，控制指向特性而实现高增益辐射。
[0082](第一实施方式的变形例)
[0083]在图4所示的曲线图中，带状导体12和环形元件14a的间隔S的调节是，使辐射电力为8%?38%。因此，各环形元件的激振分布的调节范围是有限的。
[0084]在第一实施方式的变形例中，对与第一实施方式的平面阵列天线10相比，更加强化带状导体12与环形元件14a的电磁耦合的多个例子进行说明。图5是表示使用连接元件41将带状导体12和环形元件14a直接(物理上)连接时的环形元件14a附近的平面图。
[0085]通过使用连接元件41将带状导体12和环形元件14a直接连接，能够进一步强化带状导体12与环形元件14a的电磁耦合，能够增大来自环形元件14a的辐射电力。
[0086]图6是表示在图5所示的环形元件14a中，辐射电能52相对于带状导体12与环形元件14a的间隔S的变化的曲线图。将连接元件41的元件宽度Wc设为0.026 λ，将从环形元件14a的中心到连接元件41的距离Sc设为0.026 λ。在图6所示的曲线图中，通过使用连接元件41将带状导体12和环形元件14a直接连接，与图4所示的辐射电能31相比，来自环形元件14a的辐射电能52增大。
[0087]另外，图7是表示在图2所示的环形元件14a中，改变环形元件14a的元件宽度W时的辐射电能61的变化的曲线图。带状导体12与环形元件14a的间隔S为0.032 λ。在图7所示的曲线图中，也能够通过改变元件宽度W来调节来自环形元件14a的辐射电能61。
[0088]也就是说，除了改变带状导体与环形元件的间隔以外，还可以通过将带状导体与环形元件的连接方法、及环形元件的元件宽度的变化进行组合来扩大来自环形元件的辐射电力的调节范围。
[0089]因此，本变形例的平面阵列天线10能够扩大各环形元件14a、14b、14c、14d、14e的辐射电能的调节范围，能够根据平面阵列天线的设计规格实现所要求的辐射电波的指向性。
[0090]另外，在第一实施方式及本变形例中，使用圆形环形元件进行了说明，但在包括第一实施方式及本变形例在内的各实施方式中，即使使用矩形环形元件也能够得到同样的效果。图8是表示矩形环形元件24附近的构成的图。图8所示的环形元件24与图2所示的环形元件14a同样地具有一部分被开了缺口且周长为辐射电波的约I波长的开环构造。
[0091]另外，通过改变环形元件缺口的位置(角度α )，能够适当调节偏振波方向。图9是表示改变了缺口位置的环形元件34附近的平面图。例如，若设将开口部21a缺口的位置与+Y轴方向所成的角度为α，则在图1及图2所示的α = O度时，能够得到+Y轴方向的偏振波。
[0092]即，第一实施方式的平面阵列天线10能够辐射与带状导体12的信号传播方向相同方向的偏振波。另外，形成为图9所示的α =45度的情况下，平面阵列天线10能够以+Y轴方向为基准辐射45度偏振波。
[0093]另外，在α =90度时，平面阵列天线10能够辐射+X轴方向的偏振波。另外，也可以不是将环形元件缺口的开环构造，而是在环形元件上设置微扰元件而成为闭环构造。
[0094]图10是表示设有微扰元件91的环形元件44附近的平面图。通过设置微扰元件91，环形元件44能够辐射圆偏振波。例如，通过将微扰元件91的元件宽度Wp设为0.026 λ，将元件长度Lp设为0.094 λ，将角度β设定为30度，能够辐射右旋偏振波。
[0095]图22 (A)是表示经由导电性连接部51与导体板13电连接的闭环元件54附近的平面图。图22 (B)是表示经由导电性连接部51与导体板13电连接的闭环元件54附近的剖面图。在图22 (A)及图22 (B)中，闭环元件54的一部分经由导电性连接部51与导体板13电连接。导电性连接部51能够使用通孔而构成，通过改变导电性连接部51和闭环元件54的连接位置，即图22 (A)所示的角度α，能够适当调节偏振波方向。例如，若设连接导电性连接部51和闭环元件54的位置的、与+Y轴方向所成的角度为α，则α = 90度时，可得到+ Y轴方向的偏振波。
[0096]这样，本变形例的平面阵列天线10对环形元件通过调节缺口的位置，或者没有缺口而追加微扰元件，能够产生各种偏振波，因此能够确保适应所要求的规格的设计自由度。
[0097](第二实施方式)
[0098]在第一实施方式中，对若带状导体12与环形元件14a的间隔S变小，则辐射电力增大，另一方面，反射电力也增大的平面阵列天线10进行了说明。在第二实施方式中，对降低反射电力的平面阵列天线的例子进行说明。
[0099]图11是表示第二实施方式的平面阵列天线100的构成的立体图。本实施方式的平面阵列天线100具有与第一实施方式的平面阵列天线10类似的构成，故而对于与第一实施方式的平面阵列天线10相同的构成要素使用相同标记并省略说明，对不同内容进行说明。
[0100]平面阵列天线100是在第一实施方式的平面阵列天线10中，在带状导体12上还配置有匹配元件 101a、101b、101c、101d、101e 的结构。匹配元件 101a、101b、101c、IOlcUIOle从带状导体12向与带状导体12的长度方向(+ Y轴方向或一 Y轴方向)垂直的方向(+ X轴方向或一 X轴方向)突起而形成，且与各环形元件14a、14b、14c、14d、14e对应配置。
[0101]接着，参照图12说明来自本实施方式的平面阵列天线100的各环形元件14a、14b、14c、14d、14e的电波的辐射原理。图12是表示第二实施方式的平面阵列天线100的环形元件14a附近的平面图。
[0102]被输入输入端15的电力Pin通过带状导体12和环形兀件14a的电磁稱合,将一部分电力从环形元件14a辐射。即，在环形元件14a中，与第一实施方式同样地产生电流112a及电流112b，辐射来自环形元件14a的电力。
[0103]另外，环形元件14a中的辐射电力以外的电力分为透过电力Pth、因带状导体12和环形元件14a的阻抗不匹配而返回输入端15的反射电力Pref。
[0104]透过电力Pth因基于匹配元件IOla的配置的阻抗不匹配，一部分透过电力Pth被反射而成为返回输入端15的反射电力Prefl，大部分作为透过电力Pthl在带状导体12上传播。
[0105]在本实施方式中，决定匹配元件IOla的长度Sr、元件宽度Wr及距离环形元件14a的中心位置的距离Dr，以使来自环形元件14a的反射电力Pref与来自匹配元件IOla的反射电力Prefl成为反相。即，决定匹配元件IOla的形状及位置，以产生抑制来自环形元件14a的反射波的反相反射波。由此，本实施方式的平面阵列天线100能够减少向输入端15侧反射的电能并能够提闻福射效率。
[0106]另外，环形元件14b将透过电力Pthl作为环形元件14b的输入电力，与环形元件14a同样地进行动作。在环形元件14b以后，直到环形元件14e，依次同样地进行动作。
[0107]图13是表示辐射电能及反射电能相对于带状导体12与环形元件14a的间隔S的曲线图。图13所示的曲线图表示与有无匹配元件IOla对应的福射电能及反射电能的各特性。图13的左侧纵轴表示辐射电能[%]，图13的右侧纵轴表示反射电能[%]。
[0108]实线的辐射电能121及点划线的反射电能123表示没有匹配元件IOla时(参照图2)的特性。另一方面，虚线的辐射电能122及双点划线的反射电能124表示具有匹配元件IOla时(参照图12)的特性。
[0109]作为一例，设间隔S为0.036 λ的情况，则匹配元件IOla的长度Sr = 0.074 λ，元件宽度Wr = 0.026 λ ,距离Dr = 0.11 λ ,环形元件14a的半径R = 0.14 λ ,元件宽度W =
0.04λ。在图13所示的曲线图中，平面阵列天线100通过设置匹配元件IOla能够减少反射电能，进而能够增大福射电能。
[0110]如上所述，第二实施方式的平面阵列天线100在带状导体12上设置各匹配元件101a、101b、101c、IOlcU 101e，使各匹配元件中产生抑制来自各环形元件14a、14b、14c、14d、14e的反射电能的反射电能。由此，本实施方式的平面阵列天线100能够减少反射电能,增大辐射电能，故而与上述各实施方式的平面阵列天线10相比，能够进一步提高辐射效率。
[0111](第三实施方式)
[0112]在上述各实施方式的平面阵列天线中，被输入到输入端15的电力在环形元件14a、14b、14c、14d、14e中依次进行电磁耦合并被辐射，因此，在带状导体12中传播的电力逐渐衰减。但是，存在未从环形元件He辐射而透过的残余电力。残余电力对平面阵列天线的电波辐射没有用处，故而导致辐射效率降低。
[0113]在第三实施方式中，对在上述各实施方式的平面阵列天线的构成中产生的残余电力也有效地进行辐射的平面阵列天线的例子进行说明。图14是表示第三实施方式的平面阵列天线130的结构的立体图。第三实施方式的平面阵列天线130具有与第二实施方式的平面阵列天线100类似的构成，故而对于与第二实施方式的平面阵列天线100相同的构成要素使用相同的标记并省略说明，对不同的内容进行说明。
[0114]平面阵列天线130为在第二实施方式的平面阵列天线100中，在带状导体12的输出侧(终端)配置有微带天线元件131的结构。
[0115]作为带状天线元件的微带天线元件131，输入透过了环形元件14e的透过电力，辐射与在各环形元件14a、14b、14c、14d、14e中未辐射的残余电力对应的电波。
[0116]如上所述，第三实施方式的平面阵列天线130使用未从环形元件14e辐射而是透过的残余电力，在微带天线元件131中辐射电波。因此，本实施方式的平面阵列天线130与上述各实施方式的平面阵列天线相比，能够进一步提高辐射效率。
[0117]另外，在本实施方式中，将输出侧配置的天线元件作为矩形微带天线元件，然而使用圆形的微带天线元件也能够得到同样的效果。
[0118](第三实施方式的变形例)[0119]图15是表示使用可得到圆偏振波特性的环形元件141a、141b、141c、141d、141e的平面阵列天线140的构成的立体图。平面阵列天线140还具有:具有微扰元件的环形元件141a、141b、141c、141d、141e和一部分被开了缺口且具有微扰元件的微带天线元件142。
[0120]微带天线元件142输入透过了环形元件141e的透过电力，辐射与在各环形元件141a、141b、141c、141d、141e中未辐射的残余电力对应的电波。
[0121]由此，本变形例的平面阵列天线140能够得到与第三实施方式的平面阵列天线130同等的辐射效率，还能够具有圆偏振波特性。
[0122](第四实施方式)
[0123]在第四实施方式中，将对各环形元件进行同样激振的情况和每个环形元件辐射电力比不同的情况进行比较，说明上述各实施方式或各实施方式的变形例的平面阵列天线的各环形元件的条件(例如半径R、元件宽度W、与带状导体12的间隔S)组合而成的平面阵列天线的例子。所谓同样激振是指，对各环形元件的输入电力和辐射电力的比(辐射电力比)在所有环形元件中均为相同的辐射。
[0124]图16 (A)是表示对各环形元件151a、151b、151c、151d、151e进行同样激振的平面阵列天线150的构成的平面图。另外，图17 (A)是表示图16 (A)所示的平面阵列天线150的各环形兀件151a、151b、151c、151d、151e的福射电力比和福射电力相对于各输入电力的比例的表。
[0125]在此，所谓辐射电力比是指，在图17 (A)中，(环形元件151a的Pin—环形元件151a的Pth):(环形元件151b的Pin —环形元件151b的Pth):(环形元件151c的Pin —环形元件151c的Pth):(环形元件151d的Pin —环形元件151d的Pth):(环形元件151e的 Pin —环形元件 151e 的 Pth) = 1:1:1:1:1。
[0126]另外，所谓辐射电力相对于各输入电力的比例是指，在图17(A)中，(环形元件151a的Pin —环形元件151a的Pth)/环形元件151a的PinX 100 = 16.2%,(环形元件151b的Pin 一环形元件151b的Pth)/环形元件151b的PinX 100 = 19.5%,(环形元件151c的Pin —环形元件151c的Pth)/环形元件151c的PinX 100 = 24.6%,(环形元件151d的Pin —环形元件151d的Pth)/环形元件151d的PinX 100 = 33.0%,(环形元件151e的Pin —环形元件 151e 的 Pth) / 环形元件 151e 的 PinX 100 = 49.7%。
[0127]在图17 (A)中，设定考虑了在带状导体12中的损失的数值，为了实现同样激振，将来自各环形元件151a、151b、151c、151d、151e的辐射电能设定为例如16.2%?49.7%的范围。
[0128]为了实现这些辐射电能，在图16 (A)所示的平面阵列天线150中，调节各环形元件151a、151b、151c、151d、151e和带状导体12的间隔S、及环形元件宽度W。例如，在环形元件151a的情况下，与带状导体12的间隔S变宽，且环形元件宽度W变大。另一方面，在环形元件151e的情况下，与带状导体12的间隔S变短，且环形元件宽度W变小。
[0129]另外，调节匹配元件152 (152a、152b、152c、152d、152e)的长度Sr、元件宽度Wr及距环形元件14的中心位置的距离Dr，以生成与来自对应的环形元件151( 151a、151b、151c、151d、151e)的反射波反相的反射波。
[0130]但是，若电波进行同样激振并被辐射，则来自平面阵列天线150的辐射电波的旁瓣变高。在此，通过不同地设定来自各环形元件151a、151b、151c、151d、151e的辐射电力t匕，能够抑制辐射电波的旁瓣。
[0131]图16(B)是表示每个环形元件的辐射电力比不同的平面阵列天线的构成的图。另夕卜，图17 (B)是表示图16 (B)所示的平面阵列天线160的各环形元件的辐射电力比和辐射电力相对于各输入电力的比例的表。
[0132]在图17 (B)中，与图17 (A)同样地，也设定考虑了在带状导体12中的损失的数值。在图17 (B)中，为了减少相对于从平面阵列天线辐射的电波的主波束的旁瓣，与图17(A)所示的同样激振不同，遍及8.7%?63.7%的大范围而设定来自各环形元件161a、161b、161c、161d、161e的福射电能。
[0133]S卩，在本实施方式的平面阵列天线160中，除了改变带状导体与环形元件的间隔S以外，通过将带状导体与环形元件的连接方法、及环形元件的元件宽度W的变化、匹配元件(162a、162b、162c、162d、162e)的长度Sr、元件宽度Wr及距环形元件14的中心位置的距离Dr进行组合，能够进一步减少相对于从上述各实施方式或各实施方式的变形例的平面阵列天线辐射的电波的主波束的旁瓣。
[0134]由此，本实施方式的平面阵列天线160能够增大来自各环形元件161a、161b、161c、161d、161e的辐射电能的调节范围，能够辐射图17 (B)所示的辐射电能的电波。
[0135]如上所述，第四实施方式的平面阵列天线160对各环形元件161a、161b、161c、161d、161e，进行对带状导体与各环形元件的间隔S、带状导体与环形元件有无直接连接、以及各环形元件的元件宽度W的适当改变，进行匹配元件162的长度Sr、元件宽度Wr及距环形元件14的中心位置的距离Dr的适当调节，并进行组合。由此，本实施方式的平面阵列天线160能够调节来自各环形元件的辐射电能，与上述各实施方式或各实施方式的变形例的平面阵列天线相比，能够进一步抑制相对于主波束的旁瓣。
[0136]例如，环形元件161a和带状导体12的间隔S比其它环形元件161b、161c、161d、161e与带状导体12的间隔S宽，且环形元件宽度W比其它环形元件161d、161e大。另外，环形元件161e与带状导体12经由连接元件直接(物理)连接。
[0137]另外，调节匹配元件152的长度Sr、元件宽度Wr及距环形元件14的中心位置的距离Dr，以产生与来自对应的各环形元件161的反射波反相的反射波。
[0138]图18是表示平面阵列天线150、160的Y — Z平面上的各辐射模式的曲线图。在图18所示的曲线图中，虚线的辐射模式171表示被同样激振的平面阵列天线150〔参照图16(A)〕的辐射模式。另外，实线的辐射模式172表示每个环形元件的辐射电力比不同的平面阵列天线160〔参照图16 (B)〕的辐射模式。在图18中，与辐射模式171相比，辐射模式172抑制了芳辦。
[0139]因此，第四实施方式的平面阵列天线160通过赋予适合每个环形元件的不同的条件〔例如半径R、元件宽度W、与带状导体12的间隔S、匹配元件152( 152a、152b、152c、152d、152e)的长度Sr、元件宽度Wr及距环形元件14的中心位置的距离Dr〕，能够将来自各环形元件的辐射电能的调节范围控制在较大的范围，能够对平面阵列天线赋予各种激振分布。因此，本实施方式的平面阵列天线160能够抑制相对于主波束的旁瓣，实现高增益辐射。
[0140](第五实施方式)
[0141]图23是表示第五实施方式的平面阵列天线170的构成的立体图。图23所示的平面阵列天线170为相对于沿Y轴设置的带状导体12的中心轴55对称排列环形元件的构造。[0142]具体而言，各环形元件142a、142b、142c、142d、142e和各匹配元件201a,201b,201c、201d、201e与第三实施方式所示的各环形元件14a、14b、14c、14d、14e和各匹配元件101a、101b、101c、101d、101e为相同形状(例如，参照图14)，配置在相对于中心轴55对称的位置。
[0143]本实施方式的平面阵列天线170通过增加沿X轴方向排列的环形元件的元件数量而缩窄天线辐射模式的波束，得到高增益。
[0144]图24是表示平面阵列天线130、170的X — Z面上的各辐射模式的曲线图。在图24所示的曲线图中，图23所示的平面阵列天线170的辐射模式182与图14所示的平面阵列天线130的辐射模式181相比，波束变窄。另外，在本实施方式中，即使在相对于中心轴55大致对称地排列环形元件的情况下，也可得到天线的高辐射特性。
[0145]以上，参照附图对各种实施方式进行了说明，但显然本发明不限定于上述例子。本领域的技术人员都明白，在权利要求记载的范围内可想到各种实施方式的变更例或修正例、以及各种实施方式的组合例，这些当然也属于本发明的技术范围。
[0146]另外，本发明的阵列天线装置不限于例如包括沿+ Y轴方向或一 Y轴方向形成的带状导体12、多个环形元件及微带天线元件的平面阵列天线(参照上述各实施方式或各实施方式的变形例)的构成。
[0147]例如，本发明的阵列天线装置可以是与各实施方式或各实施方式的变形例的结构相对应的平面阵列天线沿+ X轴或一 X轴方向排列多个的构成的阵列天线。由此，阵列天线装置同样地能够抑制相对于主波束的旁瓣，实现更高增益的辐射。
[0148]另外，本发明是基于2012年9月20日提出申请的日本专利申请(特愿2012 —207380)的发明，其内容作为参考引用于本发明中。
[0149]工业上的可利用性
[0150]本发明作为抑制相对于主波束的旁瓣，实现高增益辐射的阵列天线装置有用。
【权利要求】
1.一种阵列天线装置，具备: 基板； 形成于所述基板的一表面的带状导体； 形成于所述基板的一表面的多个环形元件； 形成于所述基板的另一表面的导体板， 各所述环形元件具有相当于辐射电波的约I波长的周长，并且配置在与所述带状导体电磁耦合的位置，沿所述带状导体每隔所述I波长的间隔而排列。
2.如权利要求1所述的阵列天线装置， 至少一个所述环形元件是一部分开了缺口的。
3.如权利要求1所述的阵列天线装置，至少一个所述环形元件具有微扰元件。
4.如权利要求1所述的阵列天线装置， 所述多个环形元件还包括至少一个经由连接元件与所述带状导体连接的环形元件。
5.如权利要求1所述的阵列天线装置， 在所述多个环形元件与所述导体板之间具有导电性部件， 至少所述环形元件的一部分经由所述导电性部件与所述导体板电磁连接。
6.如权利要求1?5中任一项所述的阵列天线装置， 将所述带状导体作为中心轴，在与所述多个环形元件对称的位置排列有与所述多个环形元件数量相同的环形元件。
7.如权利要求1?6中任一项所述的阵列天线装置， 还具备与至少一个所述环形元件相对应且从所述带状导体突起而形成的至少一个匹配元件。
8.如权利要求1?7中任一项所述的阵列天线装置， 还具备设于所述带状导体的终端的带状天线元件。
9.如权利要求1所述的阵列天线装置， 所述多个环形元件中的至少一个环形元件的如下各项的至少一项与其它环形元件不同，即， 所述环形元件与所述带状导体的间隔、 所述环形元件的宽度、 所述环形元件与所述带状导体有无直接连接、 所述环形元件的局部有无缺口、 所述环形元件与所述导体板有无电磁连接。
10.阵列天线装置，其由多个如权利要求1?9中任一项所述的阵列天线装置沿与所述带状导体正交的方向排列形成。
【文档编号】H01Q21/08GK103828127SQ201380002952
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】宇野博之, 樫野佑一 申请人:松下电器产业株式会社