(57)【要約】【課題】導波管アンテナを小型軽量・低価格化する手段を提供することにより、パーソナル携帯情報端末等の無線装置への応用を可能とする。【解決手段】導波管には薄い金属板を用い、誘電体を安定に固定し、回路基板パターンと安価で安定に接続し、磁性体と誘電体を組合せて小型化する構成とする。【選択図】　図１
2004088293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体を成形した誘電体部と、金属板を加工した導波管部から構成され、前記誘電体部が前記導波管部に挿入される力により、前記誘電体部の表面と前記導波管部の内壁間の距離が固定されるよう、前記誘電体部と前記導波管部に固定手段を設けたことを特徴とする導波管アンテナ。
【請求項２】
請求項１記載の導波管アンテナにおいて、前記誘電体部に設ける固定手段は該誘電体部と同一の誘電体で該誘電体部と一体に構成し、さらに前記導波管部に設ける固定手段は該導波管部と同一の金属で該導波管部と一体に構成したことを特徴とする導波管アンテナ。
【請求項３】
請求項１記載の導波管アンテナにおいて、前記固定手段は凹凸部もしくは勘合ツメであることを特徴とする導波管アンテナ。
【請求項４】
請求項１から請求項３記載の導波管アンテナを用いた無線装置。
【請求項５】
金属板を加工した導波管において、該導波管内に射出充填される樹脂を該導波管の内壁に固定するために、該導波管の内壁に前記射出充填した樹脂に埋め込まれる形状の固定手段を設けたことを特徴とする導波管アンテナ。
【請求項６】
請求項５記載の導波管アンテナにおいて、前記固定手段は前記導波管の内壁に設けた切起こしであることを特徴とする導波管アンテナ。
【請求項７】
金属板を加工した導波管において、該導波管内に挿入される回路基板上のパターンに接触するよう、該導波管の内壁に接触手段を設けたことを特徴とする導波管アンテナ。
【請求項８】
請求項７記載の導波管アンテナにおいて、前記接触手段は前記導波管を絞り加工するとともに、該絞り加工部に設けたバネ特性を有する切起こしであることを特徴とする導波管アンテナ。
【請求項９】
請求項５から請求項８記載の導波管アンテナを用いた無線装置。
【請求項１０】
金属板を加工した導波管において、該導波管の一方の開口部を金属板で短絡するとともに、該導波管内部の前記金属板で短絡した側の領域を磁性体で、短絡していない側の領域を誘電体で充填したことを特徴とする導波管アンテナ。
【請求項１１】
請求項１０記載の特徴を有する、請求項１から請求項３記載、および請求項５から請求項８記載の導波管アンテナ。
【請求項１２】
請求項１１記載の導波管アンテナを用いた無線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ部が突出しない無線装置に用いられる導波管アンテナを、パーソナル携帯情報端末等の小型軽量で低価格な無線装置に応用する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線装置において、アンテナ部を装置から突出させたくない用途において、開口面が塞がれない限り放射効率が劣化することのない導波管アンテナが用いられることがあった。
図４は従来の導波管アンテナを用いた無線装置を示す図であり、図４（ａ）は無線装置の透過斜視図であり、図４（ｂ）は導波管アンテナの中央縦断面図である。
以下図４を用いて、従来の導波管アンテナ、及びそれを用いた無線装置について説明する。
４００は無線装置、４０１は導波管アンテナ、４０２は無線回路、４０３はアンテナ給電線、４０４は導波管金属、４０５は誘電体樹脂、４０６は給電線コネクタ、４０７はアンテナコネクタ、４０８は励振プローブ、４０９はアンテナ開口部である。
上記にように構成された、従来の導波管アンテナ、及びそれを用いた無線装置において、無線装置４００は、アンテナ部を装置から突出させたくないという要求から、導波管アンテナ４０１を採用している。
また無線装置４００において、無線回路４０２はアンテナ給電線４０３、給電線コネクタ４０６を介して導波管アンテナ４０１へ接続されている。
さらに導波管アンテナ４０１は、導波管金属４０４、誘電体樹脂４０５、アンテナコネクタ４０７、励振プローブ４０８、アンテナ開口部４０９で構成されている。
上記従来の導波管アンテナ４０１、及びそれを用いた無線装置４００において、導波管アンテナ４０１はアンテナ開口部４０９の前面を除く周囲のどの位置に金属が近接しても放射効率が劣化しないという特性を有している。
つまり図４（ａ）に示すように導波管アンテナ４０１は、無線回路４０２等の周辺部品との位置関係を気にすることなく自由に配置できるとともに、無線装置４００の金属筐体に空けた窓等に、突出しない形態で取り付けることが可能であり、無線装置のデザインにおいて自由度の向上が図れるという優れた特性を有している。
ここで導波管アンテナ４０１において、誘電体樹脂４０５は一般に、堅牢な導波管金属４０４に圧入もしくは射出充填により固定されており、導波管内部を機械的・電気的に保護するとともに、導波管アンテナ４０１内の電磁波の共振波長を短縮させて、導波管アンテナ４０１を小型化する目的で用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の導波管アンテナ４０１では、パーソナル携帯情報端末等への応用が困難であるという問題があった。
具体的には、導波管アンテナ４０１を小型軽量化するために導波管金属４０４を薄い金属板に置き換える場合、誘電体樹脂４０５を圧入もしくは射出充填すると、圧入により導波管が変形したり、射出後に導波管金属４０４と誘電体樹脂４０５が剥がれたりすることで、共振周波数が不確定に変化してアンテナ性能が悪化するという問題があった。
さらにアンテナ給電線４０３と導波管アンテナ４０１との接続部が複雑なことから部品点数と製造工数が多くなり、導波管アンテナ４０１及びそれを用いた無線装置４００の低価格化および小型軽量化が困難であるという問題があった。
さらにより小型化の要求が進むパーソナル携帯情報端末においては、導波管アンテナ４０１もさらなる小型化が要求されるが、誘電体樹脂４０５のみでは導波管アンテナ４０１の小型化に限界があるという問題があった。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、導波管アンテナを小型軽量・低価格化する手段を提供することにより、パーソナル携帯情報端末等の無線装置への応用を可能にすることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明にかかる導波管アンテナは、誘電体を成形した誘電体部と、金属板を加工した導波管部から構成され、前記誘電体部が前記導波管部に挿入される力により、前記誘電体部の表面と前記導波管部の内壁間の距離が固定されるよう、前記誘電体部と前記導波管部に固定手段を設けたことを特徴とするものである。
また請求項２に記載の発明にかかる導波管アンテナは、請求項１記載の導波管アンテナにおいて、前記誘電体部に設ける固定手段は該誘電体部と同一の誘電体で該誘電体部と一体に構成し、さらに前記導波管部に設ける固定手段は該導波管部と同一の金属で該導波管部と一体に構成したことを特徴とするものである。
また請求項３に記載の発明にかかる導波管アンテナは、請求項１記載の導波管アンテナにおいて、前記固定手段は凹凸部もしくは勘合ツメであることを特徴とするものである。
また請求項４に記載の発明にかかる無線装置は、請求項１から請求項３記載の導波管アンテナを用いたことを特徴とするものである。
また請求項５に記載の発明にかかる導波管アンテナは、金属板を加工した導波管において、該導波管内に射出充填される樹脂を該導波管の内壁に固定するために、該導波管の内壁に前記射出充填した樹脂に埋め込まれる形状の固定手段を設けたことを特徴とするものである。
また請求項６に記載の発明にかかる導波管アンテナは、請求項５記載の導波管アンテナにおいて、前記固定手段は前記導波管の内壁に設けた切起こしであることを特徴とするものである。
また請求項７に記載の発明にかかる導波管アンテナは、金属板を加工した導波管において、該導波管内に挿入される回路基板上のパターンに接触するよう、該導波管の内壁に接触手段を設けたことを特徴とするものである。
また請求項８に記載の発明にかかる導波管アンテナは、請求項７記載の導波管アンテナにおいて、前記接触手段は前記導波管を絞り加工するとともに、該絞り加工部に設けたバネ特性を有する切起こしであることを特徴とするものである。
また請求項９に記載の発明にかかる無線装置は、請求項５から請求項８記載の導波管アンテナを用いたことを特徴とするものである。
また請求項１０に記載の発明にかかる導波管アンテナは、金属板を加工した導波管において、該導波管の一方の開口部を金属板で短絡するとともに、該導波管内部の前記金属板で短絡した側の領域を磁性体で、短絡していない側の領域を誘電体で充填したことを特徴とするものである。
また請求項１１に記載の発明にかかる導波管アンテナは、請求項１０記載の特徴を有する、請求項１から請求項３記載、および請求項５から請求項８記載の導波管アンテナであることを特徴とするものである。
また請求項１２に記載の発明にかかる無線装置は、請求項１１記載の導波管アンテナを用いたことを特徴とするものである。
本発明によれば、周辺部品との位置関係を気にすることなく自由に配置できるとともに、無線装置に突出しない形態で取り付けることが可能であり、無線装置のデザインにおいて自由度の向上が図れるという優れた特性を有する導波管アンテナを、パーソナル携帯情報端末等の小型軽量・低価格化が要求される無線装置へ応用することが可能となる。
具体的には、導波管アンテナを小型軽量化するために導波管金属を薄い金属板に置き換えても、アンテナ性能が悪化しない導波管アンテナを実現することが可能となる。
さらにアンテナ給電線と導波管アンテナとの接続部が単純化できるとともに、導波管アンテナ内に射出充填した樹脂の変形を伴う半田付け工程が必要なくなるので、部品点数と製造工数が少なく、より低価格・小型軽量で、さらに共振周波数が安定な、導波管アンテナ、及びそれを用いた無線装置を実現することが可能となる。
さらに導波管アンテナのさらなる小型化ができるので、より小型化の要求が進むパーソナル携帯情報端末へ応用することが可能となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
従来例の説明で述べたように、導波管アンテナはアンテナ開口部の前面を除く周囲のどの位置に金属が近接しても放射効率が劣化しないという特性を有していることから、周辺部品との位置関係を気にすることなく配置が自由であり、さらに無線装置の金属筐体に空けた窓等に、突出しない形態で取り付けることが可能であり、無線装置のデザインにおいて自由度の向上が図れるという優れた特性を有している。
しかし一般的にアンテナは、利得と帯域幅の積が周囲空間への等価的な開口面積に比例するという経験則があることから、例えばモノポールアンテナはダイポールアンテナ等のアンテナ周囲全てが等価的な開口面であるアンテナに比べて、導波管アンテナは利得と帯域幅の積が小さいという性質がある。
したがって導波管アンテナの優れた面を活かしながら、他のアンテナに替えて使用する為には、帯域を必要最小限とすることで利得を確保するという設計手法が要求される。ここで帯域を必要最小限とすることは、言換えると、特に中心周波数の安定性が要求されるということであり、より厳密な設計と堅牢な構造が要求されるということになる。
そして導波管アンテナの中心周波数、つまり共振周波数の安定性を決定するのは、導波管内部の寸法精度、内部に装填（もしくは充填）される材料の誘電率・透磁率・導電率・寸法精度、さらに導波管と装填（もしくは充填）材料の相対位置であり、これらのパラメータがアンテナ製造後、つまり使用状態において不確定に変化してしまうと、無線装置の通信性能を著しく劣化させてしまうことになる。
以上の理由から一般的に導波管アンテナは、従来例のように、導波管を堅牢な金属管を用いて作製していたために、軽量小型と低価格化が難しく、前述したようなデザイン上優れた特性を有しながらも、パーソナル携帯情報端末等への応用が困難であった。
ここで本発明は、導波管アンテナをパーソナル携帯情報端末等へ応用すべく、共振周波数の安定性を確保しつつ、軽量小型で低価格化を可能とするものである。以下３つの実施例にて本発明を詳細に説明する。
【０００６】
（実施の形態１）
以下に、本発明の請求項１から請求項４に記載された発明の実施の形態について、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態によるの導波管アンテナを示す図であり、図１（ａ）は組立斜視図、図１（ｂ）は回路基板接続時の中央縦断面図である。
図１において、１００は導波管アンテナ、１０１は誘電体部、１０２は導波管部、１０３は回路基板、１０４は誘電体部に設けた固定手段、１０５は導波管部に設けた固定手段、１０６は回路基板１０３上に設けた給電線パターン、１０７は給電端子パターン、１０８は回路基板１０３上の給電端子パターン１０７に接触するように導波管内壁に設けた接触手段、１０９は誘電体部１０１の表面と導波管部１０２の内壁間の距離、である。
ここで、誘電体部１０１とは、例えばポリエチレン樹脂に高周波特性の安定性が保証されたセラミック粉体を混ぜ込んだものである。
以下、本発明の導波管アンテナ、及びそれを用いた無線装置について、詳細に説明する。
図１に示す導波管アンテナ１００は、樹脂を成形した誘電体部１０１を、薄い金属板を加工した導波管部１０２内に挿入して組立てられる。そして組立てられた導波管アンテナ１００には、給電線パターン１０６と給電端子パターン１０７が設けられた無線装置の一部である回路基板１０３が挿入されるとともに、導波管アンテナ１００と回路基板１０３は、接触手段１０８を給電端子パターン１０７に半田付けすることで接続される。
尚、誘電体部１０１に用いる樹脂が、半田付けに対する耐熱性がない場合には、導波管部１０２と回路基板１０３とを接続した後に、導波管部１０２内に誘電体部１０１を挿入しても導波管アンテナ１０１を組立てることが可能である。
ここで前述したように、導波管部１０２に薄い金属板を用いる場合、導波管アンテナ１００の中心周波数、つまり共振周波数の安定性を確保するためには、導波管部１０２の寸法精度、誘電体部１０１の誘電率・透磁率・導電率・寸法精度、さらに導波管部１０２と誘電体部１０１の相対位置を、安定化することが不可欠となる。
ここで一般的にパーソナル携帯情報端末の使用周波数は、空間伝送損失や建物の壁の透過度から、１０ＧＨｚ以下の周波数が用いられることが多く、これらの周波数の自由空間での波長は３ｃｍ以上である。
これに対して、導波管部１０２や誘電体部１０１の加工に要する、一般的な板金加工法や誘電体樹脂成形加工法における精度は±５０μｍ以下であり、さらに一般的に要求されるアンテナの加工精度は波長の１／１００程度である。
また誘電体部１０１に用いる誘電体については、近年の高周波専用材料の開発のより、誘電率・透磁率・導電率の安定性が、実用上問題のない高いレベルで保証されている。
したがって前記パラメータのうち、導波管部１０２の寸法精度、誘電体部１０１の誘電率・透磁率・導電率・寸法精度の安定性は、一般的な板金加工精度、高周波用材料の材料特性精度をもって十分であることから、導波管アンテナ１００の共振周波数の安定性を決定するのは、導波管部１０２と誘電体部１０１の距離（相対位置）となる。
ここで本発明の導波管アンテナでは、図１に示すように、誘電体部には固定手段１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを、導波管部には固定手段１０５ａ、１０５ｂを設けることによって、誘電体部１０１が導波管部１０２に挿入される力を利用して、誘電体部１０１の表面と導波管部１０２の内壁間の距離１０９が固定されるように構成している。
具体的には、互いに勘合するツメ形状をした固定手段１０４ａと１０５ａは、誘電体部１０１が導波管部１０２内に挿入される力が強くなる程、誘電体部１０１の表面と導波管部１０２の内壁間の距離１０９を近づける力が強くなるように、互いに噛み合う面を斜め加工している。
また凸形状をした固定手段１０４ｂは、誘電体部１０１の表面と導波管部１０２の内壁間の距離１０９の最小値を決定し、さらに凹形状をした固定手段１０４ｃと凸形状をした固定手段１０５ｃとは、導波管金属がバネ性を有していることと、正規位置において凹形状の固定手段１０４ｃの側壁に、凸形状の固定手段１０５ｃの側壁が接触するよう設計加工されることにより、誘電体部１０１が導波管部１０２内に挿入される力を発生保持するとともに、誘電体部１０１の表面と導波管部１０２の内壁間の距離１０９の最小値を決定している。
上記のように構成された本発明の導波管アンテナによれば、薄い金属板を用いて導波管アンテナを構成しても、共振周波数の安定性を確保できるので、導波管アンテナを軽量小型で低価格化することが可能となり、導波管アンテナをパーソナル携帯情報端末等へ応用することが可能となる。
そして、導波管アンテナの有する、周辺部品との位置関係を気にすることなく配置が自由であり、さらに無線装置の金属筐体に空けた窓等に、突出しない形態で取り付けることが可能であり、無線装置のデザインにおいて自由度の向上が図れるという優れた特性を活かして、使い勝手の良いパーソナル携帯情報端末等の無線装置の実現が可能となる。
【０００７】
（実施の形態２）
次に、本発明の請求項５から請求項９に記載された発明の実施の形態について、図２を用いて説明する。
図２は、本発明の一実施の形態による導波管アンテナを示す図であり、図２（ａ）は透過斜視図、図２（ｂ）は回路基板接続時の中央縦断面図、図２（ｃ）は導波管アンテナのみの中央縦断面図である。
図２において、２００は導波管アンテナ、２０１は射出充填された樹脂、２０２は導波管部、２０３は回路基板、２０４は射出充填された樹脂の固定手段、２０６は回路基板２０３上に設けた給電線パターン、２０７は回路基板２０３上に設けた給電端子パターン、２０８は給電端子パターン２０７に接触するように導波管内壁に設けた絞り加工部、２０９は絞り加工部２０８上に設けたバネ特性を持つ切起こし、である。
ここで、射出充填された樹脂２０１とは、例えばポリエチレン樹脂に高周波特性の安定性が保証されたセラミック粉体を混ぜ込んだものである。
以下、本発明の導波管アンテナ、及びそれを用いた無線装置について、詳細に説明する。
図２に示す導波管アンテナ２００は、薄い金属板を加工した導波管部２０２内に樹脂２０１を射出充填して製作される。そして製作された導波管アンテナ２００には、給電線パターン２０６と給電端子パターン２０７が設けられた無線装置の一部である回路基板２０３が挿入されるとともに、導波管アンテナ２００と回路基板２０３は、絞り加工部２０８上に設けられたバネ特性を持つ切起こし２０９が給電端子パターン２０７に圧接することで接続される。
ここで前述したように、導波管部２０２に薄い金属板を用いる場合、導波管アンテナ２００の中心周波数、つまり共振周波数の安定性を確保するためには、導波管部２０２の寸法精度、射出充填された樹脂２０１の誘電率・透磁率・導電率・寸法精度、さらに導波管部２０２と射出充填された樹脂２０１の相対位置を、安定化することが不可欠となる。
ここで一般的にパーソナル携帯情報端末の使用周波数は、空間伝送損失や建物の壁の透過度から、１０ＧＨｚ以下の周波数が用いられることが多く、これらの周波数の自由空間での波長は３ｃｍ以上である。
これに対して、導波管部２０２や射出充填された樹脂２０１の加工に要する、一般的な板金加工法や樹脂成形加工法における精度は±５０μｍ以下であり、さらに一般的に要求されるアンテナの加工精度は波長の１／１００程度である。
また射出充填された樹脂２０１に用いる樹脂については、近年の高周波専用材料の開発のより、誘電率・透磁率・導電率の安定性が、実用上問題のない高いレベルで保証されている。
したがって前記パラメータのうち、導波管部２０２の寸法精度、射出充填された樹脂２０１の誘電率・透磁率・導電率・寸法精度の安定性は、一般的な板金加工精度、高周波用材料の材料特性精度をもって十分であることから、導波管アンテナ２００の共振周波数の安定性を決定するのは、導波管部２０２と射出充填された樹脂２０１の距離（相対位置）となる。
ここで本発明の導波管アンテナでは、図２に示すように、導波管部２０２には射出充填された樹脂の固定手段２０４を設けることによって、射出充填後、つまり使用状態において、導波管部２０２の内面と射出充填された樹脂２０１が剥がれることが無いよう構成している。
具体的には、固定手段２０４は導波管部２０２の内壁に、該導波管部の一部を切起こして作製されており、樹脂２０１が導波管部２０２内に射出充填される際に、樹脂が固定手段２０４の後ろ側、つまり導波管部２０２の外側へ回り込むと同時に、固定手段２０４は射出充填される樹脂２０１に埋め込まれることにより、導波管部２０２の内壁と樹脂の接合が保持されることになる。
上記のように構成された本発明の導波管アンテナによれば、薄い金属板を用いて導波管アンテナを構成しても、共振周波数の安定性を確保できるので、導波管アンテナを軽量小型で低価格することが可能となり、導波管アンテナをパーソナル携帯情報端末等へ応用することが可能となる。
また本実施例のように、導波管部２０２内に樹脂を射出充填して導波管アンテナを製作する場合、まず導波管部２０２を他の電子部品と同時に回路基板２０３に半田付けし、その後に樹脂を射出充填するという工法では、回路基板２０３の形状が変わると樹脂の射出充填時の金型も変更になる等、無線装置の低コスト化が困難であることから、まず樹脂を射出充填して導波管アンテナ２００を完成させた後、回路基板２０３と接続する工法が適する。
しかしその場合、導波管アンテナ２００と回路基板２０３を半田付けにて接続するならば、射出充填した樹脂２０１の耐熱性が低いと、半田付け時に変形が起こり、前述した導波管アンテナの共振周波数が不確定に変化してしまう。
この問題を避けるために、高周波特性が良好でありながら、耐熱性の良い樹脂を用いること必要になるが、一般にこれら２つの特徴を有する樹脂は高価であり、やはり無線装置の低コスト化を困難にしてしまう。
したがって本発明の導波管アンテナでは、図２の実施例に示すように、導波管部２０２の一部を絞り加工するとともに、絞り加工部２０８上にバネ特性を有する切起こし２０９を設けることで、半田付け無しで回路基板２０３上に設けた給電端子パターン２０７と接続できるよう構成している。
上記のように構成された本発明の導波管アンテナによれば、薄い金属板を用いた導波管部に樹脂を射出充填して導波管アンテナを構成した場合、アンテナ給電線と導波管アンテナとの接続部が単純化できるとともに、導波管アンテナ内に射出充填した樹脂の変形を伴う半田付け工程が必要なくなるので、部品点数と製造工数が少なく、より低価格・小型軽量で、さらに共振周波数の安定性が確保できるので、導波管アンテナをパーソナル携帯情報端末等へ応用することが可能となる。
そして、導波管アンテナの有する、周辺部品との位置関係を気にすることなく配置が自由であり、さらに無線装置の金属筐体に空けた窓等に、突出しない形態で取り付けることが可能であり、無線装置のデザインにおいて自由度の向上が図れるという優れた特性を活かして、使い勝手の良いパーソナル携帯情報端末等の無線装置の実現が可能となる。
【０００８】
（実施の形態３）
次に、本発明の請求項１０から請求項１２に記載された発明の実施の形態について、図３および表１を用いて説明する。
図３は、本発明の一実施の形態によるの導波管アンテナを示す図であり、図３（ａ）は透過斜視図、図３（ｂ）は回路基板接続時の中央縦断面図である。
また表１は、図３の導波管アンテナについて、充填する材料種の組合せと導波管長の対応を示した表である。
【０００９】
【表１】
2004088293.tif 000003
【００１０】
図３において、３００は導波管アンテナ、３０１ａは射出充填された磁性体樹脂、３０１ｂは射出充填された誘電体樹脂、３０２は導波管部、３０３は回路基板、３０４は導波管後部の金属板による短絡面、３０６は回路基板３０３上に設けた給電線パターン、３０７は回路基板３０３上に設けた給電端子パターン、３０８は給電端子パターン３０７に接触するように導波管内壁に設けた接触手段、３０９は磁性体樹脂３０１ａと誘電体樹脂３０１ｂの境界面、である。
以下、本発明の導波管アンテナ、及びそれを用いた無線装置について、詳細に説明する。
図３に示す導波管アンテナ３００は、薄い金属板を加工した導波管部３０２内に磁性体樹脂３０１ａと誘電体樹脂３０１ｂを射出充填して製作される。そして製作された導波管アンテナ３００には、給電線パターン３０６と給電端子パターン３０７が設けられた無線装置の一部である回路基板３０３が挿入されるとともに、導波管アンテナ３００と回路基板３０３は、接触手段３０８と給電端子パターン３０７とで接続される。
ここで、上記磁性体樹脂３０１ａとは、例えばポリエチレン樹脂にセラミックの磁性粉体を混ぜ込んだものであり、同様に誘電体樹脂３０１ｂとは、例えばポリエチレン樹脂にセラミックの誘電粉体を混ぜ込んだものである。
上記のように構成された本発明の導波管アンテナによれば、従来の導波管アンテナが有する課題を、以下のように解決できる。
つまり従来の導波管アンテナの課題で述べたように、導波管アンテナをパーソナル携帯情報端末に応用できるようにするためには、より小型化の要求が進むパーソナル携帯情報端末に応じて、導波管アンテナもより小型化なものを実現しなければならないが、導波管の内部に充填する高周波材料として、誘電体のみでは導波管アンテナの小型化に限界があるという問題がある。
そこで本発明の導波管アンテナでは、導波管部内に充填する高周波材料として、誘電体だけでなく磁性体も用いるとともに、導波管の金属板で短絡した側の領域である３０１ａを磁性体で、短絡していない側の領域である３０１ｂを誘電体で充填することで、導波管アンテナのさらなる小型化を実現している。
以下、充填位置の選択と組合せ方法により、目的の周波数で共振する導波管アンテナの長さを最小にできる方法について、表１を用いてさらに詳しく説明する。一般に導波管はＴＥ１０モードと呼ばれる基本伝送モードで用いられ、本発明の導波管アンテナも同様にＴＥ１０モードで用いるものである。
ここでＴＥ１０モードで用いる導波管においては、内部を比誘電率εｒ、もしくは比透磁率μｒの材料で充填した場合には、内部が空気である導波管に比べて管内波長はそれぞれ、εｒの平方根分の１、μｒの平方根分の１に短縮される。
しかし導波管の特性インピーダンス（ＴＥ１０モードの電波インピーダンス）に注目すると、内部を比誘電率εｒ、もしくは比透磁率μｒの材料で充填した場合、内部が空気である導波管に比べてそれぞれ、εｒの平方根分の１、μｒの平方根倍と、磁性体を充填したほうが大きな特性インピーダンスとなる。
これは例えば、εｒ＝μｒ＝１０の材料を使うなら、ＴＥ１０モードでの特性インピーダンスは、磁性体を充填したほうが誘電体を充填した場合よりも１０倍も大きいということを意味する。
また、一方の開口面を金属板で短絡した導波管アンテナの基本共振周波数は、管内での位相回りの合計が１／４波長（ここで言う波長は管内波長のこと）となる周波数であるが、この位相回りは、図３に示したように管内が異なる材料、つまり特性インピーダンスの異なる領域に分かれている場合は、両領域の位相回り量の合計に加えて、領域の境界面での特性インピーダンスの変化による位相回り量の合計となる。
この境界面での特性インピーダンスの変化による位相回り量は、両領域の特性インピーダンス比と境界面の位置によって決まり、例えば金属板で短絡した側の領域１０３ａを比透磁率μｒ（μｒ＝１０とする）の磁性体で充填し、短絡していない側の領域１０３ｂを比誘電率εｒ（εｒ＝１０とする）の誘電体で充填し、さらに境界面を導波管長の中間に配置した場合は、１／８波長（ここで言う波長は管内波長のこと）近くにも達する。つまり基本共振する導波管アンテナの長さを半分近く短くすることが可能となる。
ここでεｒのみ、もしくはμｒのみ（但し、εｒ＝μｒとする）で充填した場合に、周波数Ｆｏで基本共振する導波管長をＬとして、図３の３０１ａと３０１ｂの領域を充填する材料種の組合せと導波管長を比較すると表１のようになる。
つまり、ＴＥ１０モードで基本共振する導波管アンテナの長さを最も短くできるのは、本発明の導波管アンテナのように、図３において、導波管の金属板で短絡した側の領域３０１ａを磁性体で、短絡していない側の領域３０１ｂを誘電体で充填した場合である。
言換えると、本発明の組合せにて導波管内部を充填することにより、従来の誘電体だけを充填する場合に比べて、導波管アンテナのより小型化が可能となる。
上記のように構成された本発明の導波管アンテナによれば、薄い金属板を用いて軽量で低価格の導波管アンテナを構成する場合に、導波管アンテナをより小型化することが可能となり、導波管アンテナをパーソナル携帯情報端末等へ応用することが可能となる。
そして、導波管アンテナの有する、周辺部品との位置関係を気にすることなく配置が自由であり、さらに無線装置の金属筐体に空けた窓等に、突出しない形態で取り付けることが可能であり、無線装置のデザインにおいて自由度の向上が図れるという優れた特性を活かして、使い勝手の良いパーソナル携帯情報端末等の無線装置の実現が可能となる。
尚、上記説明では、樹脂として、ポリエチレンを用いる例を示したが、それ以外でも、高周波特性が安定な樹脂であれば、本発明による効果が同様に得られることは言うまでもない。
さらに上記実施の形態１において、誘電体部を焼成したセラミックにて構成することにより、同様の導波管アンテナが実現できるが、これらが本発明の効果が及ぶところであることは言うまでもない。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の請求項１から請求項４に記載の発明によれば、誘電体を成形した誘電体部を、薄い金属板を加工した導波管部に挿入して導波管アンテナを構成しても、共振周波数の安定性を確保できるので、より軽量小型で低価格な導波管アンテナ、及びそれを用いた無線装置を実現することが可能となる。
また本発明の請求項５から請求項６に記載の発明によれば、薄い金属板を加工した導波管内に樹脂を射出充填して導波管アンテナを構成しても、共振周波数の安定性を確保できるので、より軽量小型で低価格な導波管アンテナ、及びそれを用いた無線装置を実現することが可能となる。
また本発明の請求項７から請求項９に記載の発明によれば、薄い金属板を用いた導波管部に樹脂を射出充填して導波管アンテナを構成した場合、アンテナ給電線と導波管アンテナとの接続部が単純化できるとともに、導波管アンテナ内に射出充填した樹脂の変形を伴う半田付け工程が必要なくなるので、部品点数と製造工数が少なく、より低価格・小型軽量で、さらに共振周波数が安定な、導波管アンテナ、及びそれを用いた無線装置を実現することが可能となる。
また本発明の請求項１０から請求項１２に記載の発明によれば、誘電体だけを充填する導波管アンテナに比べて、より小型な導波管アンテナ、及びそれを用いた無線装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１から請求項４記載の導波管アンテナを説明するための組立斜視図、及び縦断面図
【図２】本発明の請求項５から請求項９記載の導波管アンテナを説明するための透過斜視図、及び縦断面図
【図３】本発明の請求項１０から請求項１２記載の導波管アンテナを説明するための透過斜視図、及び縦断面図
【図４】従来の導波管アンテナおよびそれを用いた無線装置を説明するための透過斜視図、及び縦断面図
【符号の説明】
１００　導波管アンテナ
１０１　誘電体部
１０２　導波管部
１０３　回路基板
１０４　誘電体部に設けた固定手段
１０５　導波管部に設けた固定手段
１０６　回路基板上に設けた給電線パターン
１０７　給電端子パターン
１０８　導波管内壁に設けた接触手段
１０９　誘電体部の表面と導波管部の内壁間の距離
２００　導波管アンテナ
２０１　射出充填された樹脂
２０２　導波管部
２０３　回路基板
２０４　射出充填された樹脂の固定手段
２０６　回路基板上に設けた給電線パターン
２０７　給電端子パターン
２０８　導波管内壁に設けた接触手段
２０９　バネ特性を持つ切起こし、
３００　導波管アンテナ
３０１ａ　射出充填された磁性体樹脂
３０１ｂ　射出充填された誘電体樹脂
３０２　導波管部
３０３　回路基板
３０４　導波管の金属板短絡面
３０６　回路基板上に設けた給電線パターン
３０７　給電端子パターン
３０８　導波管内壁に設けた接触手段
３０９　バネ特性を持つ切起こし
３１０　磁性体樹脂と誘電体樹脂の境界面
４００　無線装置
４０１　導波管アンテナ
４０２　無線回路
４０３　アンテナ給電線
４０４　導波管金属
４０５　誘電体樹脂
４０６　給電線コネクタ
４０７　アンテナコネクタ
４０８　励振プローブ
４０９　アンテナ開口部
【図１】
2004088293.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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