(57)【要約】【課題】  誘電体の装荷位置にバラツキが生じにくく、かつ接着層を誘電体底面に用いずに誘電体を固定させることができる誘電体アンテナを提供すること。【解決手段】  誘電体アンテナ１００は、放射源である導体板５と、導体板５内に設けられた給電用の給電導波管４と、導体板５内に設けられ、給電導波管４の一端に接続され、かつ一端に開口２を有する導波管共振部３と、開口２上に装荷される誘電体１とを備える。凹部６は、導体板５の一方端面に設けられている。開口２は、凹部６の略中心に設けられている。誘電体１は、凹部６に嵌め込まれる。導波管共振部３は、開口２の高さで決定される波長λに対してλ／２長である。【選択図】  図１
2006324969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体アンテナであって、
放射源である導体板と、
前記導体板内に設けられた給電用の給電導波管と、
前記導体板内に設けられ、前記給電導波管の一端に接続され、かつ一端に開口を有する導波管共振部と、
前記開口上に装荷された誘電体とを備え、
前記開口は、前記導体板の一方端面に設けられた凹部の略中心に設けられており、
前記誘電体は、前記凹部に嵌め込まれており、
前記導波管共振部は、前記開口の高さで決定される波長λに対してλ／２長である、誘電体アンテナ。
【請求項２】
前記誘電体と前記導体板とは、前記凹部の側壁部分で接着固定されている、請求項１に記載の誘電体アンテナ。
【請求項３】
前記誘電体は、前記凹部よりも大きく、圧着によって前記凹部に差し込まれている、請求項１に記載の誘電体アンテナ。
【請求項４】
前記誘電体は、底面の少なくとも一部に凸部を有しており、
前記凸部は、前記凹部に挿入される、請求項１に記載の誘電体アンテナ。
【請求項５】
前記凹部は、前記凸部と同じ形状をしている、請求項４に記載の誘電体アンテナ。
【請求項６】
前記誘電体に設けられた前記凸部は、複数の突出部分からなり、
前記凹部は、前記複数の突出部分に対応した複数の凹み部分からなる、請求項４に記載の誘電体アンテナ。
【請求項７】
誘電体アンテナであって、
誘電体基板と、
前記誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路と、
前記マイクロストリップ線路の終端部分に形成された給電用のパッチと、
前記パッチ上に装荷された誘電体とを備え、
前記誘電体基板は、前記マイクロストリップ線路を避けるように形成された凹部を含み、
前記誘電体は、底面に、前記凹部に対応する凸部を含み、
前記パッチは、前記凹部の略中心に設けられており、
前記誘電体は、前記凸部が前記凹部に嵌め込まれることによって固定される、誘電体アンテナ。
【請求項８】
誘電体アレーアンテナであって、
放射源である導体板と、
前記導体板内に設けられた給電用の複数の給電導波管と、
前記導体板内に設けられ、各前記給電導波管の一端に接続され、かつ一端に開口を有する複数の導波管共振部と、
各前記開口上に装荷された複数の誘電体とを備え、
前記導体板の一方端面には、各前記開口を略中心に設ける複数の凹部が形成されており、
各前記誘電体は、前記凹部に嵌め込まれており、
各前記導波管共振部は、前記開口の高さで決定される波長λに対してλ／２長である、誘電体アレーアンテナ。
【請求項９】
高周波通信用の無線装置であって、
請求項１〜７のいずれかに記載の誘電体アンテナ、もしくは請求項８に記載の誘電体アレーアンテナと、
前記誘電体アンテナもしくは前記誘電体アレーアンテナと一体的に接続されている通信回路とを備える、無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波、ミリ波帯で使用されるアンテナおよびそれを用いた無線装置に関し、より特定的には、誘電体から電磁波を放射する誘電体アンテナ、誘電体アレーアンテナおよびそれらを用いた無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ波、ミリ波帯の無線通信では、マイクロストリップ線路や導波管等で構成された給電回路に誘電体を接続している誘電体アンテナが多く用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、導波管を用いて給電する従来の導波管給電型の誘電体アンテナ９００の構成を示す分解斜視図である。図９において、従来の誘電体アンテナ９００は、導体板９０５内に給電導波管９０４を設けることで、高周波においても低損失な導波管給電を行う。誘電体アンテナ９００は、給電導波管９０４の端部に、給電を縦方向に曲げる放射導波管９０３を備える。放射導波管９０３の一端は、金属部（図示せず）で短絡されている。放射導体管９０３の他端には、導体板９０５上に開口９０２が設けられている。開口９０２上には、誘電体９０１が接着される。
【０００４】
給電導波管９０４内に給電された電磁波は、給電導波管９０４内を導波し、放射導波管９０３によって、導波方向が縦方向に変えられ、開口９０２で、誘電体９０１に電磁的に結合する。誘電体９０１下部に結合された電磁波は、誘電体９０１内を通り、誘電体９０１の表面から空間へと放射される。誘電体９０１の形状や、サイズによって、指向性が自由に操られる。
【０００５】
誘電体９０１に結合された電磁波には、二種類の動きが存在する。第一は、誘電体９０１の内部を進行する電磁波の動きである。第二は、誘電体９０１の表面に沿って進行する電磁波（表面波という）の動きである。誘電体９０１は、誘電体９０１の上面において、この二種類の電磁波の位相が同一となるようにサイズが決められている。これにより、より強い電磁波が出力されることとなり、誘電体９０１の高さ方向に強いビームを発する高利得なアンテナが提供されることとなる。
【０００６】
一例として、図９に示す構成の従来の誘電体アンテナにおいて、導体板９０５の材質はアルミとし、大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍであるとし、厚さが５．５ｍｍであるとする。給電導波管９０４の大きさが、３．７６ｍｍ×１．８８ｍｍであるとする。開口９０２は、大きさが３．０ｍｍ×３．０ｍｍであるとする。誘電体９０１は、材質がポリプロピレン（比誘電率２．２６）であるとし、直径φ＝６ｍｍ、高さＬ＝７ｍｍであるとする。
【０００７】
図１０は、上記のような条件で誘電体アンテナを構成したときの６０ＧＨｚでの電界面における放射指向性を示す図である。図１０に示すように、当該誘電体アンテナは、正面方向に強くビームを発しており、そのアンテナ利得は１４．１ｄＢｉである。このように、従来の誘電体アンテナは、小型でかつ高利得な、効率の良いアンテナである。
【特許文献１】特開２０００−２０９０２２号公報
【特許文献２】特開平７−２２１５３７号公報
【特許文献３】特開平７−２０２５３８号公報
【特許文献４】特開２００４−１０４３０１号公報
【特許文献５】特開平７−２０２５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図９に示すような従来の誘電体アンテナ９００において、高利得特性を有するためには、誘電体９０１が開口９０２の中心に装荷されていなければならない。したがって、誘電体９０１の装荷位置によっては、誘電体アンテナ９００の特性は、大きく異なってくる。
【０００９】
図１１は、誘電体９０１の位置が開口９０２の中心から電界面において、１．０ｍｍずれて接着されているときの放射指向性を示す図である。このように装荷位置がずれた場合、図１１に示すように、ビームが正面方向から１０度ほど傾き、正面方向の利得が５ｄＢほど劣化する。また、正面方向が傾いたことによって、ピーク利得も１ｄＢほど劣化する。このようなことから、誘電体アンテナを量産する際、装荷位置のバラツキが、誘電体アンテナの特性を大きく左右すると言える。
【００１０】
また、従来の誘電体アンテナ９００は、誘電体９０１の底面に接着層を設けて給電導波管９０４を形成している導体板９０５と接着されていた。しかし、この接着層によって誘電体９０１と開口９０２との間に新たな層が形成されるので、この接着層の材質、厚さは、誘電体アンテナ９００の特性のバラツキに繋がっていた。
【００１１】
それゆえ、本発明の目的は、誘電体の装荷位置にバラツキが生じにくく、かつ接着層を誘電体底面に用いずに誘電体を固定させることができる誘電体アンテナおよび誘電体アレーアンテナを提供することである。さらに、本発明の他の目的は、それらの誘電体アンテナおよび誘電体アレーアンテナを用いた無線装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、以下のような特徴を有する。本発明は、誘電体アンテナであって、放射源である導体板と、導体板内に設けられた給電用の給電導波管と、導体板内に設けられ、給電導波管の一端に接続され、かつ一端に開口を有する導波管共振部と、開口上に装荷された誘電体とを備え、開口は、導体板の一方端面に設けられた凹部の略中心に設けられており、誘電体は、凹部に嵌め込まれており、導波管共振部は、開口の高さで決定される波長λに対してλ／２長である。
【００１３】
本発明によれば、誘電体が凹部に嵌め込まれ、開口の中心軸と誘電体の中心軸とが略一致することとなるので、誘電体の装荷位置にバラツキが生じにくくなり、かつ、誘電体の底面部分に接着層を設けずに誘電体を固定させることができる。
【００１４】
好ましくは、誘電体と導体板とは、凹部の側壁部分で接着固定されているとよい。
【００１５】
これにより、誘電体の底面部分における接着層が不要になる。
【００１６】
好ましくは、誘電体は、凹部よりも大きく、圧着によって凹部に差し込まれているとよい。
【００１７】
これにより、接着層を用いることなく、誘電体を固定することができる。
【００１８】
好ましくは、誘電体は、底面の少なくとも一部に凸部を有しており、凸部は、凹部に挿入されるとよい。
【００１９】
これにより、開口の位置を導体板の上面と水平にすることができるので、導体板を薄くすることができる。
【００２０】
好ましくは、凹部は、凸部と同じ形状をしているとよい。
【００２１】
これにより、誘電体がさらに強度に固定されることとなる。また、接着層が底面に設ける必要がないので、接着層によって、アンテナの特性が影響を受けなくなる。
【００２２】
好ましくは、誘電体に設けられた凸部は、複数の突出部分からなり、凹部は、複数の突出部分に対応した複数の凹み部分からなるとよい。
【００２３】
これにより、開口が大きい場合であっても、誘電体を固定することができる。また、誘電体を所望の位置に固定することができ、安定した特性の誘電体アンテナが得られる。
【００２４】
また、本発明は、誘電体アンテナであって、誘電体基板と、誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路と、マイクロストリップ線路の終端部分に形成された給電用のパッチと、パッチ上に装荷された誘電体とを備え、誘電体基板は、マイクロストリップ線路を避けるように形成された凹部を含み、誘電体は、底面に、凹部に対応する凸部を含み、パッチは、凹部の略中心に設けられており、誘電体は、凸部が凹部に嵌め込まれることによって固定される。
【００２５】
このように、マイクロストリップ線路を避けるようにして凹部および凸部を形成することによって、マイクロストリップ線路を用いて電磁波を給電する誘電体アンテナにおいても、誘電体をバラツキなく固定することができる。また、凹部および凸部において接着すればよいので、誘電体の底面部分での接着層が不要となる。導波管の給電を用いると低損失であるが、マイクロストリップ線路構造の給電を用いると無線回路との結合が簡素になり、全体の構成が簡素になる。
【００２６】
また、本発明は、誘電体アレーアンテナであって、放射源である導体板と、導体板内に設けられた給電用の複数の給電導波管と、導体板内に設けられ、各給電導波管の一端に接続され、かつ一端に開口を有する複数の導波管共振部と、各開口上に装荷された複数の誘電体とを備え、導体板の一方端面には、各開口を略中心に設ける複数の凹部が形成されており、各誘電体は、凹部に嵌め込まれており、各導波管共振部は、開口の高さで決定される波長λに対してλ／２長である。
【００２７】
これにより、誘電体をバラツキなく固定し、誘電体の底面部分に接着層が不要となる誘電体アレーアンテナが提供されることとなる。誘電体アレーアンテナを用いれば、アンテナの指向性成形が容易になるので、実用上有用である。
【００２８】
また、本発明は、高周波通信用の無線装置であって、上記いずれかに記載の誘電体アンテナ、もしくは誘電体アレーアンテナと、誘電体アンテナもしくは誘電体アレーアンテナと一体的に接続されている通信回路とを備える。
【００２９】
これにより、バラツキが小さな無線装置が提供されることとなる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、誘電体の装荷位置にバラツキが生じにくく、かつ接着層を誘電体底面に用いずに誘電体を固定させることができる誘電体アンテナおよび誘電体アレーアンテナが提供されることとなる。さらに、それらの誘電体アンテナおよび誘電体アレーアンテナを用いた無線装置が提供されることとなる。
【００３１】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る誘電体アンテナ１００の構成を示す分解斜視図である。図２は、図１に示す誘電体アンテナ１００の側面断面図である。図１および図２において、誘電体アンテナ１００は、誘電体１と、開口２と、導波管共振部３と、給電導波管４と、導体板５と、凹部６と、接着層７とを備える。
【００３３】
誘電体１は、ポリプロピレン等の材質の誘電体である。誘電体１は、円柱や角柱で形成され、所望の特性を得られるように、高さ、底面積が決定されている。
【００３４】
導体板５は、アルミ等の導体からなる部材である。
【００３５】
給電導波管４は、導体板５内に設けられており、電磁波を低損失に給電するための給電部として働く。
【００３６】
導波管共振部３は、給電導波管４の一端に接続されている。導波管共振部３は、給電導波管４に対し垂直に配置されている。導波管共振部３の一端は、開口２を有する。導波管共振部の他端は、導体で終端されている。導波管共振部３は、開口２を介して、誘電体１と接続されている。開口２は、給電導波管４および導波管共振部３を通ってきた電磁波を、電磁的に誘電体１に結合させる四角形等の多角形、もしくは円形の穴である。導波管共振部３の長さＬは、開口２が形成されている箇所から導体で終端されている箇所までの大きさである。導波管共振部３内での管内波長をλとした場合、導波管共振部３の長さＬは、λ／２である。導波管共振部３内での管内波長λは、導波管共振部３の底面から開口２までの高さで決定される。このとき、誘電体１の底面と導波管共振部３の一端である導体終端との間で、電磁波が共振する。これにより、給電導波管４から導波してきた電磁波の大半は、開口２を通って誘電体１に給電されるため、反射損失を低減することができる。
【００３７】
誘電体アンテナ１００は、誘電体１の面積に対するアンテナ利得が大きいので、効率の良いアンテナであると言える。しかし、誘電体１と開口２とを接着する際の位置関係が、利得、および放射指向性に大きく影響する。開口２の中心軸と誘電体１の中心軸とを合わせるように、誘電体１と開口２とを接着すると、誘電体アンテナ１００の利得が最大となり、放射されるビームが誘電体の天頂方向を向く。しかし、誘電体１の中心軸が開口２の中心軸からずれて接着されると、放射されるビームは誘電体１の接着位置の方向へと傾き、同時にアンテナ利得も劣化する。また、開口２と誘電体１とを接着する接着層の材質、厚みによっても特性が変化する。これらの理由により、特性バラツキが生じることが課題であった。
【００３８】
そこで、第１の実施形態に係る誘電体アンテナ１００は、導体板５の上面に凹部６を備えることとする。凹部６は、開口２の上に形成されている。開口２は、凹部６の略中心に設けられている。凹部６は、誘電体１を差し込むことができるように形成されている。凹部６の形状は、誘電体１の底面部分の形状と同じである。誘電体１は、凹部６に嵌め込まれる。これによって、誘電体１をずらさずに、誘電体１を開口２上に装荷することが可能となる。
【００３９】
また、図２に示されているように、凹部６と誘電体１とが接する側壁部分に、誘電体１を導体板５に固定するための接着層７が設けられている。これによって、電磁波の特性にはほとんど関係しない箇所で、誘電体１が固定されることとなる。
【００４０】
このように、第１の実施形態では、開口２は、導体板５の一方端面に設けられた凹部の略中心に設けられているので、開口２の中心軸と誘電体１の中心軸とを略一致させることができる。したがって、誘電体１の位置ズレを防止することができる。よって、誘電体１の装荷位置のバラツキを防止することができ、小型で高利得な効率の良いアンテナを安定して提供することができる。さらに、凹部６と誘電体１とが接する側壁部分に接着層７が設けられているので、接着層を誘電体１の底面に用いることなく誘電体１を導体板５に固定することができる。したがって、接着層の影響による特性のバラツキを防止することができる。ゆえに、所望の特定を得ることができる誘電体アンテナを容易に供給することができる。
【００４１】
なお、接着層７は、必須の構成ではない。たとえば、誘電体１の底面積を凹部６の面積より、少し大きくし、圧着するように差し込む構造とすれば、接着層７を用いなくてもよい。
【００４２】
なお、上記実施形態で示しているような開口、誘電体、導波管、および凹部は、材質、形状ともに限定されない。
【００４３】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る誘電体アンテナ２００の構成を示す分解斜視図である。図４は、図３に示す誘電体アンテナ２００の側面断面図である。図３において、第１の実施形態と同様の部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
図３および図４において、誘電体凸部９は、誘電体１の底面部分に設けられている。誘電体凸部９は、誘電体１の下部外周に合わせて、形成されている。なお、誘電体凸部９は、誘電体１の底面の少なくとも一部に突出する構造であればよい。誘電体凸部９は、誘電体１の外周上に形成されているので、誘電体１と開口２との間の電磁結合は、誘電体凸部９の影響をほとんど受けない。したがって、誘電体凸部９は、電気特性に変化を与えることはほとんどない。
【００４５】
凹部６ａは、誘電体凸部９の形状およびサイズに合わせて、誘電体凸部９と同じ形状になるように、導体板５ａの上面に形成されている。
【００４６】
開口２は、凹部６ａの略中心に設けられている。
【００４７】
誘電体１と開口２とを接着する際、図４に示すように、誘電体凸部９が凹部６に差し込まれる。誘電体凸部９の側壁に、接着層７が設けられる。これにより、誘電体１の位置ズレ、電磁波に対する接着層８の影響をなくすことが可能となる。
【００４８】
誘電体凸部９と凹部６とを開口２の周辺に設けることによって、第１の実施形態と異なり、第２の実施形態では、開口２の位置は、導体板の内部に押し下がらない。すなわち、開口２は、導体板５ａの上面と同一の高さに形成されることとなる。
【００４９】
導波管共振部３ａは、反射波を低減させるために、λ／２の長さＬを有する。
【００５０】
第２の実施形態では、開口２を導体板５の上面と同一の高さに設けることができるので、第１の実施形態における導波管共振部３と同じ長さの導波管共振部３ａを形成する場合、導体板５の厚さは、第１の実施形態よりも薄くなる。
【００５１】
また、第２の実施形態では、誘電体凸部９ａと凹部６ａとを接着させるので、第１の実施形態に比べて、接着面積が大きくなる。
【００５２】
図５は、第２の実施形態の変形例である誘電体アンテナ２０１の構成を示す分解斜視図である。図５に示すように、誘電体凸部９ａは、複数の突出部分からなっていてもよい。このとき、凹部６ｂは、複数の突出部分に対応した複数の凹み部分からなる。開口２は、凹部６ｂの略中心に位置するように設けられている。複数の凹み部分からなる凹部６ｂの略中心とは、複数の凹み部分によって得られる輪郭で決まる形状（円形または多角形）の重心位置のことをいう。すなわち、開口２の中心軸と、誘電体１の底面部分の中心軸とが略一致するように、開口２は、凹部６ｂで囲まれる領域の内側に設けられている。
【００５３】
誘電体１の底面積が小さいにも関わらず、開口２の面積が大きい場合には、図３に示すように誘電体１の下部の外周全体に誘電体凸部９を設けることが困難となる。そのような場合等には、図５に示すように、複数の突出部分からなる誘電体凸部９ａを設ければ、誘電体凸部９ａと開口２とが重なるのを避けて、誘電体１を導体板５ｂの上に、装荷することができる。また、誘電体１が左右不対称等で接着する向きが重要なときには、図５に示すように、誘電体凸部９と凹部６とを複数個別に設ければ、誘電体１の向きも所望の位置に固定することができ、安定した特性が得られる。
【００５４】
このように、複数の突出部部分からなる誘電体凸部を設ければ、誘電体１を所望の位置や向きに固定することができ、所望の特性が得られやすくなる。
【００５５】
なお、上記実施形態で示しているような誘電体の凸部は、数、材質、および形状ともに限定されない。
【００５６】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る誘電体アンテナ３００の構成を示す分解斜視図である。図６において、誘電体アンテナ３００は、誘電体１と、誘電体凸部９ａと、励振パッチ１０と、マイクロストリップ線路１１と、誘電体基板１２、誘電体基板凹部１３とを含む。図６において、第２の実施形態と同様の部分については、同一の参照符号を付す。
【００５７】
第２の実施形態における図５に示すように、複数の突出部分からなる誘電体凸部９ａと複数の凹み部分からなる誘電体基板凹部１３とを設ける構造であれば、図６に示すように、マイクロストリップ線路１１の給電による誘電体アンテナにおいても、誘電体１を固定することができる。
【００５８】
誘電体基板１２の下面は、接地導体面である。マイクロストリップ線路１１は、誘電体基板１２の上面に形成されている。励振パッチ１０は、マイクロストリップ線路１１の端部に設けられており、円形状、もしくは、角形状である。誘電体１は、励振パッチ１０の上に装荷される。誘電体１は、誘電体凸部９ａと誘電体基板凹部１３とが接する面で、誘電体基板１２と接着される。したがって、励振パッチ１０と誘電体１との間には、接着層は形成されない。励振パッチ１０は、誘電体基板凹部１３の略中心に設けられている。すなわち、励振パッチ１０の中心軸は、誘電体１の中心軸と略一致するように、誘電体基板凹部１３の内側に設けられている。
【００５９】
マイクロストリップ線路１１によって導波された電磁波は、励振パッチ１０上で誘電体１と電磁的に結合し、誘電体表面から放射される。マイクロストリップ線路による給電は、一般的な無線回路において広く使用されているため、誘電体アンテナ３００と無線回路との接続は、容易である。
【００６０】
第３の実施形態では、図５に示すような導波管給電の場合の構造と同様に、励振パッチ１０の周辺に複数の誘電体基板凹部１３が設けられている。誘電体１の誘電体凸部９ａが誘電体基板凹部１３に嵌め込まれることで、誘電体１は、誘電体基板１２に固定される。誘電体凸部９ａ、および誘電体基板凹部１３を複数分割して設けることで、誘電体基板１２上に設けられているマイクロストリップ線路１１に影響を与えることなく、誘電体１を誘電体基板１２に固定することができる。
【００６１】
一般的に、給電のための誘電体基板１２は、薄い形状である。そのため、誘電体基板に誘電体基板凹部１３として、穴を開け、穴の周辺の接地導体ははがすとよい。これにより、誘電体１を誘電体基板１２に固定させることができる。
【００６２】
第３の実施形態によれば、一般的に広く使用されているマイクロストリップ線路によって給電される誘電体１の位置および向きを所望の位置に固定することができ、所望のアンテナ特性が得られやすくなる。
【００６３】
なお、上記実施形態で示しているようなパッチ、誘電体基板の材質、および形状は、ともに限定されない。
【００６４】
なお、第３の実施形態において、誘電体１は、誘電体凸部９ａとして、Ｃ型の一つの突出部を底面に設けていてもよい。この場合、凸部が形成されていない領域にマイクロストリップ線路１１が位置されるように、当該突出部と同じ形状を有する凹部が誘電体基板１２に形成されていてもよい。すなわち、マイクロストリップ線路を用いて電磁波を給電する誘電体アンテナの場合、誘電体基板は、マイクロストリップ線路を避けるように形成された凹部を含み、誘電体は、底面に、凹部に対応する凸部を含んでいるとよい。この場合、パッチは、凹部の略中心に設けられる。誘電体は、凸部が凹部に嵌め込まれることによって固定される。
【００６５】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る誘電体アレーアンテナ４００の構成を示す分解斜視図である。図７において、誘電体アレーアンテナ４００は、導体板５ｃと、誘電体１０ａ〜１０ｄと、開口２０ａ〜２０ｄと、導波管共振部３０ａ〜３０ｄと、給電導波管４０ａ〜４０ｄと、凹部６０ａ〜６０ｄと、分配給電導波管１４とを備える。
【００６６】
誘電体アンテナ単体でも、誘電体の形状を変化させることで指向性の成形、および高利得化が可能である。しかし、誘電体素子を多数設けた誘電体アンテナアレー構造にすることで、指向性の成形の幅が広がり、更なる高利得化を図ることができる。
【００６７】
分配給電導波管１４は、各アンテナ素子に給電するために、所望の分配電力比で、入力された電磁波を給電導波管４０ａ〜４０ｄに給電する。
【００６８】
第１の実施形態における１素子の誘電体アンテナの構造と同様に、給電導波管４０ａ〜４０ｄの端部には、それぞれ、導波管共振部３０ａ〜３０ｄが設けられている。導波管共振部３０ａ〜３０ｄの長さは、それぞれ、λ／２である。各導波管共振部３０ａ〜３０ｄの上部には、開口２０ａ〜２０ｄが設けられている。開口２０ａ〜２０ｄは、それぞれ、凹部６０ａ〜６０ｄの略中心に設けられている。開口２０ａ〜２０ｄを介して、電磁波は、誘電体１０ａ〜１０ｄに給電される。誘電体１０ａ〜１０ｄの表面からそれぞれ放射された電磁波が結合し、アンテナアレー全体の放射電磁波となる。
【００６９】
誘電体アンテナアレーの放射指向性は、（Ａ）各々のアンテナ素子の放射指向性であるエレメントファクタと、（Ｂ）アンテナ間隔と、（Ｃ）給電される電磁波の位相差で決定されるアレーファクタの積とで決定される。そのため、高利得アンテナを得るためには、アンテナ間隔を自由空間波長λ０に対し、λ０／２とし、各々の誘電体１ａ〜１ｄに給電される電磁波の位相を等しくする必要がある。そして、エレメントファクタ（アンテナ素子単体の放射指向性）を等しくする必要がある。そのため、各々のアンテナ素子である誘電体１ａ〜１ｄの形状を等しくし、接着位置のズレを防がなくてはならない。接着位置のズレはエレメントファクタの誤差を起こし、アレーアンテナの利得を大きく劣化させる要因となる。
【００７０】
そのため、各々の開口２０ａ〜２０ｄの上部、もしくは周辺に凹部６０ａ〜６０ｄを設け、その凹部６０ａ〜６０ｄに誘電体１０ａ〜１０ｄを各々差し込むことで、全ての誘電体１０ａ〜１０ｄの位置が固定される。これにより、各々の素子のエレメントファクタを等しくすることができるので、高利得のアレーアンテナを得ることができる。
【００７１】
以上のようにすれば、アレーアンテナに用いる全ての誘電体素子を所望の位置に固定することができ、その結果として、アレーアンテナの高利得化を図ることが可能となる。
【００７２】
なお、上記実施形態では、導波管給電の誘電体アンテナアレー構成を示しているが、第３の実施形態のように、マイクロストリップ線路給電の誘電体アンテナをアレー化した場合においても、複数の凹部を設けて、アレーアンテナの高利得化を図ることができる。
【００７３】
また、複数の突出部からなる凸部を誘電体の底面部分に設け、それに対応するように複数の凹み部分からなる凹部を導体板または誘電体基板の上面に設けることによって、誘電体を所望の位置に固定することができ、所望の特性を有するアレーアンテナが得られることとなる。
【００７４】
また、上記実施形態では４素子でのアレーアンテナで示しているが、素子数は限定されない。
【００７５】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係る誘電体アンテナを用いた無線装置５００の構成を示す分解斜視図である。図８において、無線装置５００は、誘電体１と、開口２と、凹部６と、上側導波管共振部３ｅと、下側導波管共振部３ｆと、上側給電導波管４ｅと、下側給電導波管４ｆと、上側導体板５ｅと、下側導体板５ｆと、マイクロストリップ線路１１と、誘電体基板１２ａと、リッジ部１５と、通信回路１６と、導体溝１７とを備える。図８において、第１の実施形態と同様の部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７６】
上側導体板５ｅの下面に溝が掘られることで、上側給電導波管４ｅが形成される。上側給電導波管４ｅの端部に、上側導波管共振部３ｅが形成される。導波管共振部３ｅの上部であって、上側導体板５ｅの上に、開口２が形成される。
【００７７】
同様に、下側導体板５ｆの上面に溝が掘られることで、下側給電導波管４ｆが形成される。下側給電導波管４ｆの一端に、下側導波管共振部３ｅが形成される。下側給電導波管４ｆの他端に、導体溝１７が形成される。導体溝１７の深さと下側給電導波管４ｆの深さとは、同じである。
【００７８】
上側導体板５ｅと下側導体板５ｆとが貼り付けられることによって、導波管給電線路が形成される。そのため、上側給電導波管４ｅと下側給電導波管４ｆとの位置、同時に上側導波管共振部３ｅと下側導波管共振部３ｆとの位置を合わせるように、上側導体板５ｅと下側導体板５ｆとが貼り付けられなければならない。
【００７９】
上述のように貼り付けられることよって、導波管給電が得られる。開口２の上部または周辺に形成された凹部６に、誘電体１が差し込まれる。これにより、誘電体１が精度良く固定され、かつ接着層の影響を少なくすることができる。
【００８０】
誘電体基板１２ａは、導体溝１７の中に挿入されている。誘電体基板１２ａには、通信回路１６及びそれと接続されたマイクロストリップ線路１１が形成されている。通信回路１６を導体溝１７の中に構成すると、通信回路１６は、上側導体板５ｅおよび下側導体板５ｆに囲まれるため、シールドされた状態となる。これによって、安定した回路動作が得られる。リッジ部１５は、上側導体板５ｅにおいて、上側給電導波管４ｅの一端中央に凸型に形成されている。リッジ部１５は、上側導体板５ｅと下側導体板５ｆとを貼り付ける際に、マイクロストリップ線路１１上に接するように構成されている。リッジ構成によって、マイクロストリップ線路１１におけるＴＥＭ波は、給電導波管４ｅおよび４ｆへのＴＥ波に変換する。これによって、マイクロストリップ線路１１と給電導波管４ｅおよび４ｆとの間での、損失が低減する。
【００８１】
送信装置の場合、通信回路１６で処理された信号は、マイクロストリップ線路１１を導波し、リッジ部１５によって、給電導波管４ｅおよび４ｆへと給電される。当該信号は、給電導波管４ｅおよび４ｆから導波管共振部３ｅおよび３ｆ、ならびに開口２を経て、誘電体１に給電され、空間へと放射される。
【００８２】
受信装置の場合、送信装置と逆で、空間から到来した電磁波と誘電体１とが電磁結合し、当該電磁波は、誘電体１内を通し、開口２、導波管共振部３ｅおよび３ｆ、給電導波管４ｅおよび４ｆ、リッジ部１５、ならびにマイクロストリップ線路１１への順に導波し、通信回路１６へと伝送する。そして、通信回路１６は、当該電磁波を、所望信号へと処理する。
【００８３】
特に、ミリ波帯のような高周波帯では、空間での伝搬損失が大きい。したがって、高利得のアンテナを用いることに加え、バラつきが押さえられたアンテナが用いられなければ、無線通信が困難となる。そのため、本実施形態のように、誘電体１を凹部６に差し込んで固定することによって、製造上のバラツキが低減し、得られたアンテナが高利得のアンテナとして動作するので、安定した無線通信が可能となる。
【００８４】
なお、上記実施形態では、第１の実施形態に係る誘電体アンテナと、当該誘電体アンテナと一体的に接続されている通信回路とを備える無線装置について説明した。しかし、本発明の無線装置は、これに限られるものではなく、本明細書に記載の誘電体アンテナまたは誘電体アレーアンテナと、当該誘電体アンテナまたは当該誘電体アレーアンテナと一体的に接続される通信回路とを備える無線装置であってもよい。導波管給電型の誘電体アンテナまたは誘電体アレーアンテナ（たとえば、図３，５，または７）を用いる場合、通信回路から導波管へ電磁波を給電する構造は、図８と同様でよい。マイクロストリップ線路給電型の誘電体アンテナ（たとえば、図６）を用いる場合、通信回路と電磁波を導波するためのマイクロストリップ線路とが接続されていればよい。
【００８５】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係る誘電体アンテナは、安定した特性を得ることができ、高周波通信等の分野で有用に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る誘電体アンテナ１００の構成を示す分解斜視図
【図２】図１に示す誘電体アンテナ１００の側面断面図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る誘電体アンテナ２００の構成を示す分解斜視図
【図４】図３に示す誘電体アンテナ２００の側面断面図
【図５】第２の実施形態の変形例である誘電体アンテナ２０１の構成を示す分解斜視図
【図６】本発明の第３の実施形態に係る誘電体アンテナ３００の構成を示す分解斜視図
【図７】本発明の第４の実施形態に係る誘電体アレーアンテナ４００の構成を示す分解斜視図
【図８】本発明の第５の実施形態に係る誘電体アンテナを用いた無線装置５００の構成を示す分解斜視図
【図９】導波管を用いて給電する従来の導波管給電型の誘電体アンテナ９００の構成を示す分解斜視図
【図１０】従来の誘電体アンテナにおける６０ＧＨｚでの電界面における放射指向性を示す図
【図１１】誘電体９０１の位置が開口９０２の中心から電界面において、１．０ｍｍずれて接着されているときの放射指向性を示す図
【符号の説明】
【００８８】
１００、２００，２０１，３００  誘電体アンテナ
４００  誘電体アレーアンテナ
５００  無線装置
１，１０ａ〜１０ｄ  誘電体
２，２０ａ〜２０ｄ  開口
３，３ａ，３０ａ〜３０ｄ  導波管共振部
３ｅ  上側導波管共振部
３ｆ  下側導波管共振部
４，４０ａ〜４０ｄ  給電導波管
４ｅ  上側給電導波管
４ｆ  下側給電導波管
５，５ａ，５ｂ，５ｃ  導体板
５ｅ  上側導体板
５ｆ  下側導体板
６，６ａ，６ｂ，６０ａ〜６０ｂ  凹部
７  接着層
９，９ａ，９ｂ  誘電体凸部
１０  パッチ
１１  マイクロストリップ線路
１２，１２ａ  誘電体基板
１３  誘電体基板凹部
１４  分配給電導波管
１５  リッジ部
１６  通信回路
１７  導体溝
【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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