(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線部から他の直線部への反射面が形成された少なくとも１つの屈曲部を有する誘電体導波路と、前記直線部の終端の端面に密着設置された端面導体板と、前記誘電体導波路の上面に密着設置され、前記誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体ブロックと、前記誘電体導波路の下面に密着設置された下面導体板と、前記屈曲部の反射面外側に密着設置され、前記誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体領域とを備えたことを特徴とする誘電体平面アンテナ。
【請求項２】
直線部から他の直線部への反射面が形成された複数の屈曲部を有し、無端状に形成された誘電体導波路と、前記誘電体導波路の上面に密着設置され、前記誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体ブロックと、前記誘電体導波路の下面に密着設置された下面導体板と、前記屈曲部の反射面外側に密着設置され、前記誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体領域とを備えたことを特徴とする誘電体平面アンテナ。
【請求項３】
前記反射面が全反射面であることを特徴とする請求項１又は２記載の誘電体平面アンテナ。
【請求項４】
前記誘電体領域の誘電率が前記誘電体導波路の誘電率よりも低いことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の誘電体平面アンテナ。
【請求項５】
前記反射面の角度が全反射条件を満たす角度であることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の誘電体平面アンテナ。
【請求項６】
複数の前記誘電体ブロックが前記誘電体導波路の管内波長の倍数で決定された間隔で配置されることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の誘電体平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体を用いた平面アンテナに係り、特に、高利得、高効率で小型化が可能な誘電体平面アンテナ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、導体の使用割合が高いため、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）や放射による損失（放射損失）が大きく、高効率な送受信特性を得ることが困難となる。さらに、これら平面アンテナの小型化の際には導体部分の配置の複雑化に伴い、導体間の電磁誘導も顕著に発生するため、導体部分のパターンやサイズに関する自由度が狭くなる問題がある。
【０００４】
そこで、高い周波数で使用するアンテナに関しては、導体の使用割合が高いアンテナ（マイクロストリップアンテナやプレートアンテナ）から、誘電体の使用割合を高く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。ここで述べられたアレイ型の誘電体アンテナは、アンテナを構成する誘電体内を一方向に進行する電磁波が、誘電率の異なる誘電体同士の組み合わせ（誘電率の不連続部分）から外部に漏洩するものである。
【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。また、使用周波数に対する誘電体導波路の長さ（励振長）により、小型化が困難な構造となっている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高利得、高効率で小型化が可能な誘電体平面アンテナ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、直線部から他の直線部への反射面が形成された少なくとも１つの屈曲部を有する誘電体導波路と、前記直線部の終端の端面に密着設置された端面導体板と、前記誘電体導波路の上面に密着設置され、前記誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体ブロックと、前記誘電体導波路の下面に密着設置された下面導体板と、前記屈曲部の反射面外側に密着設置され、前記誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体領域とを備えたものである。
【０００８】
また、本発明は、直線部から他の直線部への反射面が形成された複数の屈曲部を有し、無端状に形成された誘電体導波路と、前記誘電体導波路の上面に密着設置され、前記誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体ブロックと、前記誘電体導波路の下面に密着設置された下面導体板と、前記屈曲部の反射面外側に密着設置され、前記誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体領域とを備えたものである。
【０００９】
前記反射面が全反射面であってもよい。
【００１０】
前記誘電体領域の誘電率が前記誘電体導波路の誘電率よりも低くてもよい。
【００１１】
前記反射面の角度が全反射条件を満たす角度であってもよい。
【００１２】
複数の前記誘電体ブロックが前記誘電体導波路の管内波長の倍数で決定された間隔で配置されてもよい。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１に示されるように、本発明に係る誘電体平面アンテナは、屈曲部を有する誘電体導波路１と、その誘電体導波路１の終端の端面に密着設置された端面導体板２と、誘電体導波路１の上面に密着設置され、誘電体導波路１とは誘電率の異なる誘電体ブロック３と、誘電体導波路１の下面に密着設置された下面導体板４と、前記屈曲部の反射面外側に密着設置され、誘電体導波路１とは誘電率の異なる誘電体領域５と、誘電体導波路１の内部もしくは外部に設けられて誘電体導波路１内に電力を供給する給電部（図示せず）とを備えたものである。
【００１５】
誘電体導波路１の屈曲部について図２、図３を用いて詳しく説明する。
【００１６】
図２、図３に示されるように、誘電体導波路１は、断面が角型で互いに直交する直線部６と他の直線部７とを備え、これら直線部６，７が交差する屈曲部には、直線部６，７の長さ方向に対して角度θで傾斜し、誘電体導波路１の上面、下面に対して垂直な反射面８が形成されている。この反射面８は、直線部６からの電磁波を直線部７へ反射し、直線部７からの電磁波を直線部６へ反射する反射面８である。ここでは、角度θ＝４５°としている。また、誘電体導波路１の誘電率ε1 と誘電体領域５の誘電率ε2 との大小関係はε1 ＞ε2 としてある。これら角度θ及び誘電率ε1 ，ε2 の大小関係は、スネルの法則から定義付けられる全反射条件を満たすものである。
【００１７】
全反射条件について図４及び数式を用いて詳しく説明する。
【００１８】
図４は、ある誘電体（誘電率ε1 ）から他の誘電体（誘電率ε2 ）に電磁波が入射された際の反射波、透過波の関係を簡単に示したものである。即ち、入射角θと反射角θとは等しく、透過角φは異なる。この関係はスネルの法則により簡単に証明される。
【００１９】
このとき入射波を波の特徴により、電界が入射面に垂直な波（Ｓ波またはＴＥ波）と、電界が入射面に平行な波（Ｐ波またはＴＭ波）とに分けた場合、それぞれの波における反射係数（ＲS 、ＲP ）は式（１）及び式（２）で定義される。入射角θが式（３）に示す臨界角θC を超えると、Ｓ波及びＰ波の反射係数ＲS 、ＲP の絶対値は式（４）のように１となり、このとき電磁波の全反射が実現される。従って、直線部６，７が所望の角度で交差する屈曲部に対して、誘電率の差異と反射面８の角度θとを適宜に組み合わせることで、全反射条件を満たすことができる。
【００２０】
【数１】
0003680710.tif 000002
【００２１】
なお、誘電体導波路１の誘電率ε1 を適宜に選ぶことにより、誘電体領域５に実体のある誘電体を設けない（空気を存在させる）で全反射条件を満たすことができる。
【００２２】
図２に示した誘電体導波路１の軸長は、アンテナとして使用する際の使用周波数と誘電体導波路１の断面サイズと誘電率ε1 との兼ね合いで決定される管内波長の倍数とされている。
【００２３】
図２の誘電体導波路１を用い、定在波励振を可能にする構成を図５、図６により説明する。図５では、電磁波の全反射条件を満たす屈曲した誘電体導波路１の両端に、金属からなる端面導体板２が端面に密着して設置されている。これにより、図６に示されるように、誘電体導波路１の外部もしくは内部より給電された電力は、片端の端面導体板２で反射され、そして、反射面８を有する屈曲部の全反射構造により方向が直角（ψ＝９０°）に変えられ、もう片端の端面導体板２に到達する。この動作により、誘電体導波路１内では、図中＃１〜＃３で示した電力の伝達経路長が全て等しく安定した定在波励振が可能となる。これにより、高利得、高効率で、しかも屈曲させたことにより小型化が可能な誘電体平面アンテナ用の誘電体導波路１が実現される。
【００２４】
図１に示した誘電体平面アンテナは、金属からなる下面導体板４上にアンテナの導波系となる図５の誘電体導波路１を下面導体板４に密着して設置し、この誘電体導波路１上に放射素子となる誘電体ブロック３を誘電体導波路１に密着し、誘電体ブロック３同士の間隔をおいて並べて配置したものである。誘電体ブロック３は、所定の長さ、幅、高さを有する直方体である。
【００２５】
誘電体ブロック３の誘電率は、誘電体導波路１の誘電率よりも高い。また、誘電体ブロック３を配置する間隔は、誘電体導波路１の管内波長の倍数である。さらに、この間隔は誘電体導波路１における定在波励振の電磁界強度振幅の分布において、振幅が一番高くなる周期の倍数と同じであり、誘電体ブロック３は、この振幅が一番高くなる位置に合わせて設置する。これにより、高効率の放射特性が得られると共に高効率の電力伝送が可能となる。さらに、導体損失が低く、結果として低消費電力動作の可能な誘電体平面アンテナが実現される。
【００２６】
なお、図１の誘電体平面アンテナにおいて誘電体導波路１へ電力の供給を行う給電点は、図示しないが、誘電体導波路１の内側に設置されている。
【００２７】
次に、本発明の他の実施形態を図７、図８を用いて説明する。
【００２８】
図７に示した誘電体導波路９は、図５に示した誘電体導波路１を拡張したもので、直線部１０を加えたことにより、全反射条件を満たす反射面８を持つ屈曲部が２箇所形成され、両端には端面導体板２が端面に密着して設置されている。この誘電体導波路９における動作原理は、図５の場合と同様である。
【００２９】
図８に示した誘電体平面アンテナは、下面導体板４上に誘電体導波路９を導波系として下面導体板４に密着して設置し、この誘電体導波路９上に放射素子となる誘電体ブロック３を誘電体導波路９に密着し、誘電体ブロック３同士の間隔をおいて並べて配置したものである。誘電体ブロック３の誘電率及び設置方法は図１の場合と同じである。また、誘電体導波路９へ電力の供給を行う給電点は、図示しないが、誘電体導波路９の内側に設置されている。
【００３０】
次に、本発明の他の実施形態を図９、図１０を用いて説明する。
【００３１】
図９に示した誘電体導波路１１は、電磁波の全反射条件を満たす反射面８を持つ屈曲部を４箇所形成し、４つの直線部を連続構造にすることにより、誘電体導波路１１を無端状に形成したものである。端面がないので、端面導体板２は使用されない。誘電体導波路１１は、安定した定在波励振を可能にするものである。この誘電体導波路９における動作原理は、端面導体板２による電磁波の反射を除き、図５の場合と同様である。
【００３２】
図１０に示した誘電体平面アンテナは、下面導体板４上に誘電体導波路１１を導波系として下面導体板４に密着して設置し、この誘電体導波路１１上に放射素子となる誘電体ブロック３を誘電体導波路１１に密着し、誘電体ブロック３同士の間隔をおいて並べて配置したものである。誘電体ブロック３の誘電率及び設置方法は図１の場合と同じである。また、誘電体導波路１１へ電力の供給を行う給電点は、図示しないが、誘電体導波路１１の内側に設置されている。
【００３３】
以上、説明したように、本発明の誘電体平面アンテナは、誘電率の異なる複数の誘電体を所定の角度で組み合わせて電磁波の全反射条件を満たす反射面を形成した屈曲部を有する少なくとも１つの誘電体導波路を使用し、誘電体導波路の端面に金属からなる端面導体板を設置するか、または誘電体導波路を無端状に形成することで定在波励振を可能にしたものである。この定在波励振により、進行波励振である従来の誘電体アンテナに比べ、伝送電力を誘電体導波路内に保持できることから高利得の誘電体アンテナを実現できる。
【００３４】
さらに、屈曲した誘電体導波路を使用することで、導波系の配置に自由度が広がる。よって、定在波励振による高効率の電力伝送と、低導体損失による高い電力利得とが得られることから、結果として低消費電力動作で、さらに小型化も容易な誘電体平面アンテナを実現できる。
【００３５】
また、本発明の誘電体平面アンテナは、導波路形成プロセス等の量産性の高い製造方法で作製可能である。
【００３６】
また、放射素子となる誘電体ブロック３の位置決めを誘電体導波路の管内波長により容易に決定できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３８】
（１）高利得、高効率で小型化が可能な誘電体平面アンテナが実現される。
【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平面アンテナの斜視図である。
【図２】図１の誘電体平面アンテナの屈曲部を示した斜視図である。
【図３】図１の誘電体平面アンテナの屈曲部を示した平面図である。
【図４】異なる誘電率を持つ誘電体間の入射波と反射波及び透過波との関係図である。
【図５】図１の誘電体平面アンテナに用いる誘電体導波路の斜視図である。
【図６】図５の誘電体導波路における電力の伝達経路を示した平面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に用いる誘電体導波路の斜視図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの斜視図である。
【図９】本発明の他の実施形態に用いる誘電体導波路の斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの斜視図である。
【符号の説明】
１、９、１１  誘電体導波路
２  端面導体板
３  誘電体ブロック
４  下面導体板
５  誘電体領域
６、７、１０  直線部
８  反射面
【図１】
0003680710.tif 000003
【図２】
0003680710.tif 000004
【図３】
0003680710.tif 000005
【図４】
0003680710.tif 000006
【図５】
0003680710.tif 000007
【図６】
0003680710.tif 000008
【図７】
0003680710.tif 000009
【図８】
0003680710.tif 000010
【図９】
0003680710.tif 000011
【図１０】
0003680710.tif 000012