(57)【要約】【課題】  高帯域な積層型開口面アンテナにおいて、誘電体基板の厚さを厚くせずに給電線を構成できる薄型の積層型開口面アンテナを提供する。【解決手段】  積層型開口面アンテナは、誘電体層１の上面に形成された線路導体６および線路導体６の一端部７を取り囲むように形成された同一面接地導体層２から成る高周波線路８と、同一面接地導体層２に線路導体６と直交するように形成されたスロット３と、スロット３を取り囲むように誘電体層１の内部に形成された複数のシールド貫通導体４とを具備している。【選択図】図１
2006067403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層の上面に形成された線路導体および該線路導体の一端部を取り囲むように形成された同一面接地導体層から成る高周波線路と、前記同一面接地導体層に前記線路導体と直交するように形成されたスロットと、前記スロットを取り囲むように前記誘電体層の内部に形成された複数のシールド貫通導体とを具備していることを特徴とする積層型開口面アンテナ。
【請求項２】
前記誘電体層の内部に前記スロットよりも大きな開口を有するとともに該開口を前記スロットに対向させて設けられたシールド接地層と、平面視で前記開口に沿って前記開口を取り囲むように形成された、前記シールド接地層と前記同一面接地導体層とを電気的に接続する複数の接続貫通導体とを具備していることを特徴とする請求項１記載の積層型開口面アンテナ。
【請求項３】
前記線路導体の一端部が開放端でかつ前記スロットの中心との間の距離が、前記高周波線路を伝送する高周波信号の波長の（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の積層型開口面アンテナ。
【請求項４】
前記線路導体は、その一端部が前記同一面接地導体層に電気的に接続された短絡端であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の積層型開口面アンテナ。
【請求項５】
前記短絡端と前記スロットの中心との間の距離がスロット幅の１／２あるいは前記高周波信号の波長のｎ／２倍（ｎは自然数）であることを特徴とする請求項４記載の積層型開口面アンテナ。
【請求項６】
複数の前記シールド貫通導体間の間隔が前記誘電体層内部における前記高周波信号の波長の１／４倍以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の積層型開口面アンテナ。
【請求項７】
前記誘電体層の上面に形成された上部誘電体層と、該上部誘電体層の上面に形成された上部接地導体層とを具備していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の積層型開口面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波やミリ波を用いた通信やレーダーに使用されるアンテナに関するもので、帯域が広く薄型化が可能な積層型開口面アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波やミリ波等の電磁波を効率良く放射するアンテナとして導波管を用いたホーンアンテナが知られている。ホーンアンテナは導波管内を伝送してきた高周波信号を空間に放射するアンテナである。導波管内部は空間と同じ誘電率（一般的には空気の誘電率）であり、そのインピーダンスは空間のインピーダンスに近くなっている。また導波管内を伝送する高周波信号の電磁場モードは空間を伝送する高周波信号の電磁場モードに類似しており、導波管を伝送してきた高周波信号の電磁場モードはホーン近傍の空間で容易に空間を伝送する高周波信号の電磁場モードに変化できる。これらの理由よりホーンアンテナはインピーダンスやモードのミスマッチによる反射が小さく、高効率で比較的広帯域であることが知られている。
【０００３】
一方一般にマイクロ波やミリ波を用いた通信やレーダーに用いられる回路はマイクロストリップ線路やコプレーナ線路を用いた平面回路である。この場合、回路とホーンアンテナを接続するには平面回路を導波管に変換する変換器が必要になり、変換器を使用することによるコストアップや反射等の性能劣化が生じる場合がある。平面回路から空間に直接電磁波を放射するアンテナの１つとしてパッチアンテナが知られている。パッチアンテナは比較的インピーダンスが小さい平面回路と、比較的インピーダンスが大きい空間とをパッチの共振を使って整合している。共振による整合では共振器のインピーダンスが帯域に影響する。帯域を広くするためにパッチのインピーダンスを大きくしようとするとパッチ幅を小さくする必要があり放射効率が下がる。放射効率を上げるためにパッチ幅を大きくするとパッチのインピーダンスが小さくなり帯域が狭くなる傾向がある。パッチアンテナの設計では高周波信号を効率良く空間に放射することが第１条件であり、そのため帯域を犠牲にして、帯域が狭くなっている場合が多い。
【０００４】
この問題を解決するために共振器としてインピーダンスが大きい空洞共振器を用いた積層型開口面アンテナが提案されている。この積層型開口面アンテナでは平面回路を形成する誘電体基板内部に誘電体が充填された空洞共振器を構成し、広帯域なアンテナを実現している。
【特許文献１】特開２００１−０１６０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、積層型開口面アンテナでは空洞共振器を誘電体基板内部に構成する必要があるため、パッチアンテナと比較すると誘電体基板が厚くなる場合がある。特にこのアンテナの1次放射器であるスロットへの給電に積層型導波管やマイクロストリップ線路等の給電線を用いた場合、給電線を構成するためにスロットの上にさらに誘電体層を設ける必要があり誘電体基板の厚さが空洞共振器の厚さよりも更に厚くなって、装置が大型化するという問題があった。
【０００６】
従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、高帯域な積層型開口面アンテナにおいて、誘電体基板の厚さを厚くせずに給電線を構成できる薄型の積層型開口面アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の積層型開口面アンテナは、誘電体層の上面に形成された線路導体および該線路導体の一端部を取り囲むように形成された同一面接地導体層から成る高周波線路と、前記同一面接地導体層に前記線路導体と直交するように形成されたスロットと、前記スロットを取り囲むように前記誘電体層の内部に形成された複数のシールド貫通導体とを具備していることを特徴とする。
【０００８】
本発明の積層型開口面アンテナにおいて、好ましくは、前記誘電体層の内部に前記スロットよりも大きな開口を有するとともに該開口を前記スロットに対向させて設けられたシールド接地層と、平面視で前記開口に沿って前記開口を取り囲むように形成された、前記シールド接地層と前記同一面接地導体層とを電気的に接続する複数の接続貫通導体とを具備していることを特徴とする。
【０００９】
本発明の積層型開口面アンテナにおいて、好ましくは、前記線路導体の一端部が開放端でかつ前記スロットの中心との間の距離が、前記高周波線路を伝送する高周波信号の波長の（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の積層型開口面アンテナにおいて、好ましくは、前記線路導体は、その一端部が前記同一面接地導体層に電気的に接続された短絡端であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の積層型開口面アンテナにおいて、好ましくは、前記短絡端と前記スロットの中心との間の距離がスロット幅の１／２あるいは前記高周波信号の波長のｎ／２倍（ｎは自然数）であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の積層型開口面アンテナにおいて、好ましくは、複数の前記シールド貫通導体間の間隔が前記誘電体層内部における前記高周波信号の波長の１／４倍以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の積層型開口面アンテナにおいて、好ましくは、前記誘電体層の上面に形成された上部誘電体層と、該上部誘電体層の上面に形成された上部接地導体層とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の積層型開口面アンテナは、誘電体層の上面に形成された線路導体および線路導体の一端部を取り囲むように形成された同一面接地導体層から成る高周波線路と、同一面接地導体層に線路導体と直交するように形成されたスロットと、スロットを取り囲むように誘電体層の内部に形成された複数のシールド貫通導体とを具備していることから、高周波線路とスロットとが電磁的に結合するので、誘電体基板の厚さを厚くせずに給電線を構成でき、薄型の積層型開口面アンテナを提供できる。
【００１５】
本発明の積層型開口面アンテナは、好ましくは、誘電体層の内部にスロットよりも大きな開口を有するとともに開口をスロットに対向させて設けられたシールド接地層と、平面視で開口に沿って開口を取り囲むように形成された、シールド接地層と同一面接地導体層とを電気的に接続する複数の接続貫通導体とを具備していることから、誘電体層およびシールド貫通導体で形成される整合器の外周部と高周波線路とが電気的に隔離され、整合器外周部において励振されやすい不要共振が高周波線路の電磁波モードで励振されることがなく、安定した性能の積層型開口面アンテナを提供できる。
【００１６】
本発明の積層型開口面アンテナにおいて、好ましくは、線路導体の一端部が開放端でかつスロットの中心との間の距離が、高周波線路を伝送する高周波信号の波長の（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）であることから、たとえばｎが１の場合、線路導体の一端部とスロットの中心との間の距離は高周波信号の波長の１／４倍になる。今線路導体の一端部は開放なので一端部の電流は０になり、一端部から高周波信号の波長の１／４倍離れた位置すなわちスロット中心で線路導体の電流が最大になり、線路導体の電流による磁界で効率よくスロットを励振することができ、結果として放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。ｎが２の場合には一端部とスロットの中心との間の距離は高周波信号の波長の３／４倍になりｎが１の場合と同様スロットの中心で線路導体の電流が最大になり、放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。ｎが３以上の自然数の場合も同様にスロットの中心で線路導体の電流が最大になり、放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。
【００１７】
本発明の積層型開口面アンテナにおいて、好ましくは、線路導体は、その一端部が同一面接地導体層に電気的に接続された短絡端であることから、短絡端における電流が最大で、短絡端から高周波信号の波長の１／４倍だけ離れる毎に電流０、電流最大を繰り返す定在波が発生し、定在波による磁界でスロットを効率よく励振することができ、結果として放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。
【００１８】
本発明の積層型開口面アンテナにおいて、好ましくは、短絡端とスロットの中心との間の距離がスロット幅の１／２あるいは高周波信号の波長のｎ／２倍（ｎは自然数）であることから、短絡端とスロットの中心との間の距離はそれぞれ高周波信号の波長の１／２倍（ｎ＝１）、１倍（ｎ＝２）・・・となるのでいずれの場合もスロット中における線路導体の電流は最大になり、電流による磁界でスロットを効率よく励振することができ、結果として放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。
【００１９】
本発明の積層型開口面アンテナにおいて、好ましくは、複数のシールド貫通導体間の間隔が誘電体層内部における高周波信号の波長の１／４倍以下であることから、シールド貫通導体間の隙間からの電磁波の洩れを抑制し、放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。
【００２０】
本発明積層型開口面アンテナにおいて、好ましくは、誘電体層の上面に形成された上部誘電体層と、上部誘電体層の上面に形成された上部接地導体層とを具備していることから、スロットから上側への電磁波の漏れを抑制し、放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の積層型開口面アンテナを図面に基づき詳述する。図１は、本発明の積層型開口面アンテナの一例を説明するための概略図であり（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−ＡＡ断面図である。
【００２２】
図１において、１は誘電体層、２は同一面接地導体層、３はスロット、４はシールド貫通導体、５は導体非形成領域、６は線路導体、７は一端部、８は高周波線路、Ｇは隙間、ＬＯは開放端長さである。
【００２３】
この本発明の積層型開口面アンテナの例では、誘電体層１と誘電体層１の上面に配された同一面接地導体層２と、同一面接地導体層２に形成されたスロット３と、スロット３を取り囲むように誘電体層１の内部に所定の隙間をもって複数のシールド貫通導体４を配して積層型開口面アンテナを構成している。そして同一面接地導体層２にスロット３と直交するように導体非形成領域５を形成し、導体非形成領域５の内部に一端部７を有する線路導体６を配して同一面接地導体層２と線路導体６とから成る高周波線路８を構成し、高周波線路８とスロット３とを電磁的に結合することによって、誘電体層１の厚さを厚くせずに給電線を構成でき、薄型の積層型開口面アンテナを提供できる。この例では高周波線路８とスロット３との電磁結合は、一端部７が開放端となっているので高周波線路８の開放端とスロット３との電磁結合により実現される。
【００２４】
高周波線路８の開放端とスロット３との電磁結合は一端部７とスロット３の中心との間の距離である開放端長さＬＯを高周波信号の波長の（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）とした場合、たとえばｎが１の場合、開放端長さＬＯは高周波信号の波長の１／４倍になる。今線路導体６の一端部７は開放なので一端部７の電流は０になり、一端部７から高周波信号の波長の１／４倍離れた位置すなわちスロット３中心で線路導体６の電流が最大になり、線路導体６の電流による磁界で効率よくスロット３を励振することができ、結果として放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。ｎが２の場合には開放端長さＬＯは高周波信号の波長の３／４倍になりｎが１の場合と同様スロット３の中心で線路導体６の電流が最大になり、放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。
【００２５】
さらにシールド貫通導体４間の隙間Ｇを誘電体層１内部における高周波信号の波長の１／４倍以下にすると、シールド貫通導体４間の隙間からの電磁波の洩れを抑制し、放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。
【００２６】
図２は、本発明の積層型開口面アンテナの別の一例を説明するための概略図であり（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−ＢＢ断面図である。
【００２７】
図２において、図１と同じ部位には図1と同じ記号を付けており、ＬＳは短絡端長さである。
【００２８】
この本発明の積層型開口面アンテナの例は図1の例と比較すると線路導体６の一端７が同一面接地導体層２に電気的に接続されている部分のみが異なり他の部分は同一である。したがって図1の例と同様、誘電体層１の厚さを厚くせずに給電線を構成でき、薄型の積層型開口面アンテナを提供できる。この例では高周波線路８とスロット３との電磁結合は、一端部７が短絡端となっているので高周波線路８の短絡端とスロット３との電磁結合により実現される。この場合、短絡端で電流が最大で、短絡端から高周波信号の波長の１／４倍だけ離れる毎に電流０、電流最大を繰り返す定在波が発生し、定在波による磁界でスロットを効率よく励振することができ、結果として放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。
【００２９】
またこの場合、短絡端長さＬＳをスロット幅の１／２にすると、短絡端での電流が最大になり、スロット内にこの最大電流による最大磁界が発生してスロットを効率よく励振することができ、結果として放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。また短絡端長さＬＳが高周波信号の波長のｎ／２倍（ｎは自然数）の場合は、短絡端長さＬＳはそれぞれ高周波信号の波長の１／２倍（ｎ＝１）、１倍（ｎ＝２）となるのでいずれの場合もスロット３中心における線路導体６の電流は最大になり、電流による磁界でスロットを効率よく励振することができ、結果として放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。
【００３０】
図３は、本発明の積層型開口面アンテナのさらに別の一例を説明するための概略図であり（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−ＢＢ断面図である。
【００３１】
図３において、図１と同じ部位には図1と同じ記号を付けており、９はシールド接地層、10は接続貫通導体、11は上部誘電体層、12は上部接地導体層である。この本発明の例では、誘電体層１の内部にスロット３よりも大きな開口を有するシールド接地層９を開口がスロット３に対応するように配し、開口に沿ってシールド接地層９と同一面接地導体層２とを複数の接続貫通導体10で接続するので、整合器の外周部と高周波線路８とが電気的に隔離され、整合器外周部において励振されやすい不要共振が高周波線路８を伝送する高周波信号の電磁波モードで励振されることがなく、安定した性能の積層型開口面アンテナを提供できる。
【００３２】
またこの例においては、誘電体層１の上面に上部誘電体層11を配し、上部誘電体層11の上面に上部接地導体層12を配するので、スロット３から上側への電磁波の漏れを抑制し、放射効率が良い積層型開口面アンテナを提供できる。
【００３３】
なお、本発明は、以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の積層型開口面アンテナの一例を説明するための概略図であり（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−ＡＡ断面図である。
【図２】本発明の積層型開口面アンテナの別の一例を説明するための概略図であり（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−ＢＢ断面図である。
【図３】本発明の積層型開口面アンテナのさらに別の一例を説明するための概略図であり（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−ＢＢ断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１：誘電体層
２：同一面接地導体層
３：スロット
４：シールド貫通導体
６：線路導体
７：一端部
８：高周波線路
９：シールド接地層
10：接続貫通導体
11：上部誘電体層
12：上部接地導体層
Ｇ：隙間
ＬＯ：開放端長さ
ＬＳ：短絡端長さ
【図１】
2006067403.tif 000003
【図２】
2006067403.tif 000004
【図３】
2006067403.tif 000005