(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体導波路の両端面に、この誘電体導波路への給電を行う第一の金属導体板と前記誘電体導波路を導波した電力を反射する第二の金属導体板とを互いに面を対向させてそれぞれ密着設置し、前記第一の金属導体板と前記第二の金属導体板との間の誘電体導波路の長さを管内波長の倍数で決定したことを特徴とする誘電体アンテナ用誘電体導波路。
【請求項２】
前記誘電体導波路が、所定の幅、高さ、長さをもった断面角型の直線状であることを特徴とする請求項１記載の誘電体アンテナ用誘電体導波路。
【請求項３】
前記第一の金属導体板に、給電源からの電力を取り込むための金属導体線を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の誘電体アンテナ用誘電体導波路。
【請求項４】
前記管内波長は、給電する電力の自由空間における波長と前記誘電体導波路の断面寸法と前記誘電体導波路の誘電率とにより決定されることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の誘電体アンテナ用誘電体導波路。
【請求項５】
前記第一の金属導体板に、該金属導体板及び前記誘電体導波路を他の構造物に固定するための金属導体線を設けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の誘電体アンテナ用誘電体導波路。
【請求項６】
１つの前記第一の金属導体板を２つの誘電体導波路で挟むことによりそれぞれの誘電体導波路に前記第一の金属導体板を密着設置し、それぞれの誘電体導波路に前記第二の金属導体板を密着設置したことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の誘電体アンテナ用誘電体導波路。
【請求項７】
金属導体線を枝状に分岐し、各分岐の先端に前記第一の金属導体板をそれぞれ取り付けたことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の誘電体アンテナ用誘電体導波路。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか記載の誘電体アンテナ用誘電体導波路の上に１以上の誘電体ブロックを配置し、その配置間隔を管内波長の倍数で決定したことを特徴とする誘電体アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナを構成する誘電体導波路に係り、特に、誘電体アンテナの放射部分を定在波励振することによって高利得かつ高効率な誘電体アンテナを実現できる誘電体アンテナ用誘電体導波路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信、無線通信に使用される固定端末、半固定端末、移動端末には平面アンテナが使用される。また、車載レーダにも平面アンテナが使用される。
【０００３】
従来、この種の平面アンテナは、伝送路（導波系）に導体線路を用いたマイクロストリップアンテナやプレートアンテナなどが主流である。しかしながら、これらの平面アンテナは、導波系に導体を使用するため、周波数の上昇とともに、導体に電磁波を励振した際に生ずる損失（導体損失）が大きく、導波系における高効率な伝送特性を得ることが困難となる。
【０００４】
そこで、高い周波数で使用するアンテナに関しては、導体を使用したアンテナ（マイクロストリップアンテナやプレートアンテナ）から、誘電体で導波系を構成した誘電体アンテナへと推移する傾向がある。誘電体アンテナにおける従来技術として、アレイ型の誘電体アンテナに関して、IEEE Trans.Microwave Theory and Tecniques Vol.MMT-31,No2,pp.198-208,Feb.,1981.及びIEEE Trans.Antenna and Propagation Vol.MMT-39,No7.,pp.883-891,June,1991.に詳細に述べられている。誘電体で構成される導波系は、外部から給電された電力を放射系に伝送するものである。従って、誘電体導波路に電力を供給する給電素子は、誘電体導波路の一端もしくは誘電体導波路の一部分に取り付けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術では、励振方法が導波路内を一方向に進行する電磁波（の振幅）による励振（進行波励振）であるため、波長周期で電磁波（の振幅）が励振（定在波励振）する場合に比べ、より大きな利得が得られないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、誘電体アンテナの放射部分を定在波励振することによって高利得かつ高効率な誘電体アンテナを実現できる誘電体アンテナ用誘電体導波路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、誘電体導波路の両端面に、この誘電体導波路への給電を行う第一の金属導体板と前記誘電体導波路を導波した電力を反射する第二の金属導体板とを互いに面を対向させてそれぞれ密着設置し、前記第一の金属導体板と前記第二の金属導体板との間の誘電体導波路の長さを管内波長の倍数で決定したものである。
【０００８】
前記誘電体導波路が、所定の幅、高さ、長さをもった断面角型の直線状であることが好ましい。
【０００９】
前記第一の金属導体板に、給電源からの電力を取り込むための金属導体線を設けてもよい。
【００１０】
前記管内波長は、給電する電力の自由空間における波長と前記誘電体導波路の断面寸法と前記誘電体導波路の誘電率とにより決定されるものである。
【００１１】
前記第一の金属導体板に、該金属導体板及び前記誘電体導波路を他の構造物に固定するための金属導体線を設けてもよい。
【００１２】
１つの前記第一の金属導体板を２つの誘電体導波路で挟むことによりそれぞれの誘電体導波路に前記第一の金属導体板を密着設置し、それぞれの誘電体導波路に前記第二の金属導体板を密着設置してもよい。
【００１３】
金属導体線を枝状に分岐し、各分岐の先端に前記第一の金属導体板をそれぞれ取り付けてもよい。
【００１４】
また本発明に係る誘電体アンテナは、前記誘電体導波路の上に１以上の誘電体ブロックを配置し、その配置間隔を管内波長の倍数で決定したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１に示されるように、本発明に係る誘電体アンテナ用誘電体導波路５は、所定の幅、高さ、長さを有する断面角型の直線状の誘電体導波路（励振用誘電体導波路）４の長手方向片端に、この誘電体導波路４への給電を行う金属導体板１を密着設置すると共に、反対端に、この誘電体導波路４を導波した電力を反射する前記給電用金属導体板１とは別の金属導体板３を密着設置し、これら金属導体板１と金属導体板３との間の誘電体導波路４内で定在波励振が起きるようにしたものである。
【００１７】
金属導体板１は、反射素子と給電素子とを兼ねたもので、図２に示されるように、幅ｗ及び高さｈ1 が誘電体導波路４の断面の幅及び高さと同じに形成されている。また、金属導体板１の下辺には、径φ1 を有する高さｈ2 の金属導体線１５が取り付けられている。金属導体線１５は、金属導体板１に給電を行う導波管、誘電体導波路等の給電源（図示せず）に、直接挿入するようになっている。金属導体線１５は、給電源からの電力を取り込むためのものであって、かつ、金属導体板１及び誘電体導波路４を他の構造物（後述する設置板１０）に固定するためのものである。
【００１８】
誘電体導波路４の長さは、給電する電力の自由空間における波長（使用波長）と、誘電体導波路４の断面寸法と、誘電体導波路４の誘電率とにより、管内波長を決定し、その管内波長の倍数で決定したものである。この誘電体導波路４の長手方向の片端に前記した金属導体板１が密着して設置されている。また、誘電体導波路４の反対端には、金属導体板１に対向させて金属導体板３が密着して設置されている。金属導体板３は、幅ｗ及び高さｈ1 が誘電体導波路４の断面の幅及び高さと同じに形成されている。金属導体板３は、もっぱら反射素子である。
【００１９】
図１の誘電体アンテナ用誘電体導波路５の動作を説明する。
【００２０】
反射素子と給電素子とを兼ねた金属導体板１から誘電体導波路４に入力された電力は、誘電体導波路４により導波され、対向する反射素子である金属導体板３で反射されて金属導体板１に戻る。この動作により、誘電体導波路４内で定在波励振を可能とし、かつ給電機能を有する誘電体アンテナ用誘電体導波路５が実現される。
【００２１】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００２２】
図３に示した誘電体アンテナ用誘電体導波路６は、図１の誘電体アンテナ用誘電体導波路５と同様に、誘電体導波路４の長手方向片端に、この誘電体導波路４への給電を行う金属導体板２を密着設置すると共に、反対端に、この誘電体導波路４を導波した電力を反射する前記給電用金属導体板２とは別の金属導体板３を密着設置し、これら金属導体板２と金属導体板３との間の誘電体導波路４内で定在波励振が起きるようにしたものである。
【００２３】
金属導体板２は、反射素子と給電素子とを兼ねたもので、図４に示されるように、幅ｗ及び高さｈ1 が誘電体導波路４の断面の幅及び高さと同じに形成されている。また、金属導体板２の片面のほぼ中央に、径φ1 を有する金属導体線１６が取り付けられている。この金属導体線１６は、金属導体板２に対して垂直に伸ばされ、適宜な位置で下方に折り曲げられ、金属導体板２の下辺以下の高さｈ2 まで伸ばされている。金属導体線１６は、金属導体板２に給電を行う導波管、誘電体導波路等の給電源（図示せず）に、直接挿入するようになっている。金属導体線１６は、給電源からの電力を取り込むためのものであって、かつ、金属導体板２及び誘電体導波路４を他の構造物（後述する設置板１０）に固定するためのものである。
【００２４】
図４と図２との比較から分かるように、金属導体線１５，１６の形状や金属導体板１，２への取り付け位置は、誘電体アンテナ用誘電体導波路５，６の使用用途に応じて変えることができる。
【００２５】
誘電体導波路４の形状、金属導体板３の形状については、図１と同じであるので、説明を省略する。
【００２６】
誘電体アンテナ用誘電体導波路６は、図１の誘電体アンテナ用誘電体導波路５の動作と同じであるので、説明を省略する。
【００２７】
以下、本発明の誘電体アンテナ用誘電体導波路５，６を誘電体平面アレイアンテナの導波系に応用する実施形態及び誘電体アンテナ用誘電体導波路の他の実施形態を説明する。
【００２８】
まず、図５、図６を用いて誘電体アンテナ用誘電体導波路５，６を設置する設置板について説明する。設置板１０は、絶縁筒７と設置用の金属導体板８と給電用の誘電体導波路９とからなる。図５に示されるように、絶縁筒７は、絶縁材料を内径φ1 、外径φ2 、高さｔ（＜ｈ2 ）の中空筒体に形成したものである。内径φ1 は、給電用金属導体板１，２に設けられている金属導体線１５，１６の径φ1 と同じである。高さｔは、金属導体板８の厚さと同じである。
【００２９】
図６に示されるように、金属導体板８は、厚さｔの金属製の板である。この金属導体板８には、絶縁筒７を金属導体板８に取り付けるために、等間隔に配置された径φ2 の穴が金属導体板８を貫通して開けられている。この穴に絶縁筒７を嵌め込んで取り付けることができる。前記穴の配置間隔は、設置板１０に複数の誘電体アンテナ用誘電体導波路５，６を設置した際に、誘電体アンテナ用誘電体導波路５，６間で電磁干渉が生じない距離としている。
【００３０】
金属導体板８の下面に前記穴の配置に沿わせて設けられた誘電体導波路（導波管でもよい）９は、誘電体アンテナ用誘電体導波路５，６のための給電源である。この誘電体導波路９は、所定の幅、厚さ、長さを有する断面角型の直線状のものであり、厚さｈ3 は、ｈ3 ≦ｈ2 −ｔで決定される。これは、絶縁筒７に挿通されて金属導体板８を突き抜けた金属導体線１５，１６が誘電体導波路９内に収まるようにするためである。誘電体導波路９への給電は、誘電体導波路９の外部もしくは内側に設けた図示しない給電構造を用いて行われる。
【００３１】
このように、絶縁筒７と金属導体板８と誘電体導波路９とを用いて設置板１０が構成されている。この誘電体アンテナ用誘電体導波路５，６を設置することができる。
【００３２】
図７に示した誘電体平面アレイアンテナは、設置板１０に設けた絶縁筒７に、金属導体板１に設けた金属導体線１５を差し込み、誘電体アンテナ用誘電体導波路５を設置板１０に密着させ、複数の誘電体アンテナ用誘電体導波路５を互いに平行に並べて配置し、さらに、各誘電体アンテナ用誘電体導波路５の上に誘電体ブロック１１を密着させ、複数の誘電体ブロック１１を等間隔に並べて配置したものである。誘電体ブロック１１は、誘電体を所定の幅、高さ、長さを有する直方体に形成したものである。誘電体ブロック１１の誘電率は、誘電体アンテナ用誘電体導波路５に使用された誘電体導波路４の誘電率よりも高い。誘電体ブロック１１の配置間隔は、誘電体アンテナ用誘電体導波路５の管内波長と同じである。また、この配置間隔は、誘電体アンテナ用誘電体導波路５における定在波励振の電磁界強度分布において、振幅が一番高くなる周期と同じであり、誘電体ブロック１１は、この振幅が一番高くなる位置に合わせて等間隔に設置される。これにより、高効率の放射特性と電力伝送とが可能となり、さらに導体損失も低くなり、結果として低消費電力動作の可能な誘電体平面アレイアンテナが実現される。
【００３３】
図８に示した誘電体アンテナ用誘電体導波路１２は、誘電体アンテナ用誘電体導波路５の特徴を生かし、構造を拡張したものである。この誘電体アンテナ用誘電体導波路１２は、給電用金属導体板１を２つの誘電体導波路４で挟むようにして各々の誘電体導波路４の長手方向片端に給電用金属導体板１を密着設置し、各誘電体導波路４の反対端に金属導体板３を密着設置したものである。これにより、１つの金属導体板１から２つの誘電体導波路４に給電できるので、図７の誘電体平面アレイアンテナと同じ個数の給電素子（金属導体板１）を用いて図７の誘電体平面アレイアンテナの倍の面積を有する誘電体平面アレイアンテナを構成することができる。
【００３４】
図９に示した誘電体平面アレイアンテナは、誘電体アンテナ用誘電体導波路１２を図７と同様に設置板１０に配置し、誘電体アンテナ用誘電体導波路１２上に複数の誘電体ブロック１１を等間隔に並べて配置したものである。
【００３５】
図１０に示した誘電体平面アレイアンテナは、設置板１０に設けた絶縁筒７に、金属導体板２に設けた金属導体線１６を差し込み、誘電体アンテナ用誘電体導波路６を設置板１０に密着させ、複数の誘電体アンテナ用誘電体導波路６を互いに平行に並べて配置し、さらに、各誘電体アンテナ用誘電体導波路６の上に誘電体ブロック１１を密着させ、複数の誘電体ブロック１１を等間隔に並べて配置したものである。誘電体ブロック１１の誘電率及び設置方法は、図７の場合と同じである。これにより、高効率の放射特性と電力伝送とが可能となり、さらに導体損失も低くなり、結果として低消費電力動作の可能な誘電体平面アレイアンテナが実現される。
【００３６】
図１１に示した誘電体アンテナ用誘電体導波路１４は、誘電体アンテナ用誘電体導波路６の特徴を生かし、構造を拡張したものである。この誘電体アンテナ用誘電体導波路１４は、金属導体線１３の設置板１０への差し込み部分の上方をＴ字状に分岐し、各分岐の先端にそれぞれ給電用金属導体板２を取り付け、各給電用金属導体板２を誘電体導波路４の長手方向片端に密着設置し、各誘電体導波路４の反対端に金属導体板３を密着設置したものである。これにより、１つの金属導体板２から２つの誘電体導波路４に給電できるので、図１０の誘電体平面アレイアンテナと同じ個数の給電素子（金属導体板２と金属導体線１３とからなる）を用いて図１０の誘電体平面アレイアンテナの倍の面積を有する誘電体平面アレイアンテナを構成することができる。
【００３７】
図１２に示した誘電体平面アレイアンテナは、誘電体アンテナ用誘電体導波路１４を図１０と同様に設置板１０に配置し、誘電体アンテナ用誘電体導波路１４上に複数の誘電体ブロック１１を等間隔に並べて配置したものである。
【００３８】
以上、説明したように、誘電体導波路は、その誘電体導波路の断面のサイズと誘電体の誘電率とアンテナの使用波長とにより決定される管内波長に比例した長さで作成し、金属導体板を電力の伝送方向に対し垂直に誘電体導波路の両端面に設置することで、誘電体導波路内における定在波励振を実現することができる。この定在波励振により、進行波励振を目的とした従来の誘電体アンテナ用誘電体導波路に比べ、伝送電力を誘電体導波路内に低損失で保持できることから、高利得かつ高効率な誘電体アンテナを実現するための誘電体アンテナ用誘電体導波路として有用なものとなる。また、誘電体導波路両端に設置した金属導体板の片方を給電素子として機能させることで、給電系と導波系とを繋ぐ際の調整手間を省き、かつ給電系を含めた導波系の作成を容易にすることができる。よって、定在波で励振することで高効率の電力伝送を可能にし、さらに導体損失も低く、そして給電系を含んだ導波系を容易に構成することができることから、結果として低消費電力動作の可能な誘電体アンテナを構成するために有用な誘電体アンテナ用誘電体導波路が実現される。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４０】
（１）従来より単純な構造で誘電体アンテナ用誘電体導波路が実現され、量産性の高い製造方法により、誘電体アンテナ用誘電体導波路が実現される。また、放射部分の位置決めを管内波長により容易に決定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す誘電体アンテナ用誘電体導波路の斜視図である。
【図２】図１の誘電体アンテナ用誘電体導波路に用いる給電用金属導体板の正面図及び側面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す誘電体アンテナ用誘電体導波路の斜視図である。
【図４】図３の誘電体アンテナ用誘電体導波路に用いる給電用金属導体板の正面図及び側面図である。
【図５】本発明の誘電体アンテナ用誘電体導波路に用いる絶縁筒の平面図及び側面図である。
【図６】本発明の誘電体アンテナ用誘電体導波路に用いる設置板の斜視図である。
【図７】本発明の誘電体アンテナ用誘電体導波路を用いた誘電体平面アレイアンテナの斜視図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す誘電体アンテナ用誘電体導波路の斜視図である。
【図９】本発明の誘電体アンテナ用誘電体導波路を用いた誘電体平面アレイアンテナの斜視図である。
【図１０】本発明の誘電体アンテナ用誘電体導波路を用いた誘電体平面アレイアンテナの斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す誘電体アンテナ用誘電体導波路の斜視図である。
【図１２】本発明の誘電体アンテナ用誘電体導波路を用いた誘電体平面アレイアンテナの斜視図である。
【符号の説明】
１，２  金属導体板（給電用金属導体板）
３  金属導体板（反射用金属導体板）
４  誘電体導波路（励振用誘電体導波路）
５，６，１２，１４  誘電体アンテナ用誘電体導波路
９  給電源（給電用誘電体導波路）
１１  誘電体ブロック
１３，１５，１６  金属導体線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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