(57)【要約】【課題】トリプレート型平面アンテナにおいて、平行平板モード波の抑圧、インピーダンス整合の調整のために給電部に設ける２つの金属ブロックを、加工が容易な形状とするとともに、その設置スペースが狭い場合でもインピーダンス整合を調整可能にする。【解決手段】地導体板１側から、同軸線路８の内部導体９を給電回路５の線路中央の給電接続点で接続し、その外導体１０を地導体板１に接続し、給電接続点の所定長の長さの前記ストリップラインを所定幅に狭くしてインピーダンス変成器１２を形成するとともに、給電接続点から両側に等間隔で、地導体板１とスロット板４とを短絡する２つの円柱状金属体１１を設ける。【選択図】      図２
2004320521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地導体板と、
該地導体板の面上に設けられた第１誘電体層と、
該第１誘電体層上に設けられ、ストリップラインよりなる給電回路、この給電回路に接続された複数の放射素子を形成したフィルム状アンテナ回路基板と、
該フィルム状アンテナ回路基板の面上に設けられた第２誘電体層と、
該第２誘電体層上に設けられ、電波を放射させるための複数のスロットが前記複数の放射素子の真上にそれぞれ位置するように設けられているスロット板とを備えたトリプレート型平面アンテナにおいて、
前記地導体板側から、同軸線路の内部導体を前記給電回路の線路中央の給電接続点で接続し、その外導体を前記地導体板に接続し、前記給電接続点の所定長の長さの前記ストリップラインを所定幅に狭くしてインピーダンス変成器を形成するとともに、
前記給電接続点から両側に等間隔で、前記地導体板と前記スロット板とを短絡する２つの柱状金属体を設けたことを特徴とする、トリプレート型平面アンテナ。
【請求項２】
前記柱状金属体は、円柱状の金属体であることを特徴とする、請求項１記載のトリプレート型平面アンテナ。
【請求項３】
前記給電接続点及び前記２つの柱状金属体は、前記給電回路が配設されてないスロット間の直線上に設けられていることを特徴とする、請求項１、２記載のトリプレート型平面アンテナ。
【請求項４】
更に、前記柱状金属体と同じ形状、同じ材質の複数の第２金属体を、前記スロット及び前記給電回路を避ける位置に、前記地導体板と前記スロット板とを短絡するように設けていることを特徴とする、請求項１ないし３記載のトリプレート型平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯、ミリ波帯における電波の送受信装置に適用して好適なトリプレート型平面アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、一般的なトリプレート型平面アンテナ１００の分解斜視構成を示している。
【０００３】
トリプレート型平面アンテナ１００は、地導体板１、アンテナ回路基板３およびスロット板４の３つの導体層を有し、地導体板１とアンテナ回路基板３との間、およびアンテナ回路基板３とスロット板４との間に、それぞれ誘電体２ａ、２ｂからなる誘電体層が挿入された、５層のサンドイッチ構造とされている。
【０００４】
アンテナ回路基板３には、複数の四角形平板状の放射素子６が形成され、この放射素子６に、アイクロストリップラインよりなる給電回路５から電力が供給される。スロット板４には、放射素子６の形状および形成位置に対応した位置に四角形状のスロット（開口）７が形成されている。放射素子６から放射される電波がスロット７を通じて外部に放射され、また、スロット７を通じて入射した電波が放射素子６で取り込まれるようになっている。なお、以下の説明においては、繁雑となるので、送信アンテナとしてのトリプレート型平面アンテナについてのみ説明する。
【０００５】
トリプレート型平面アンテナ１００の各構成要素の相互関係について、さらに詳しく説明する。面状（四角形平板状）の地導体板１と、この地導体板１の面上に重ねて配される第１の誘電体２ａの層と、この第１の誘電体２ａの層上に重ねて配され、ストリップラインよりなる給電回路５とこの給電回路５に接続される放射素子６とが形成されたアンテナ回路基板３と、このアンテナ回路基板３上に重ねて配される第２の誘電体２ｂの層と、この第２の誘電体２ｂの層上に重ねて配され、放射素子６の直上部分に電波放射のためのスロット７が形成されたスロット板４と、アンテナ回路基板３上の給電回路５に外部より電力を給電するために、給電回路５に地導体板１側から地導体板１および第１の誘電体２ａの層を貫通して電気的に接続される同軸線路とを備えている。
【０００６】
図６は、従来のトリプレート型平面アンテナ１００の給電部１１０の構成を示す図であり、図６（ａ）は給電部１１０の縦断面構造を示しており、図６（ｂ）は図６（ａ）の給電部１１０のＡ−Ａ線断面構成を示している（以下、特許文献１参照）。
【０００７】
アンテナ回路基板３上に配線される給電回路５への入力部である給電部１１０は、給電回路５における線路損失（挿入損失）を少なくするため、トリプレート型平面アンテナ１００の中央部付近に設けられている。
【０００８】
図５、図６（ａ）（ｂ）に示すように、給電部１１０においては、給電回路５を構成するストリップライン１３の中央部に、同軸線路８がトリプレート型平面アンテナ１００の背面側（地導体板側）から接続されている。例えば、１０ＧＨｚ帯以上の周波数では、給電回路５のストリップライン１３の線路幅を細くするために、一般には、１００オーム程度の特性インピーダンスを有するストリップラインが使用される。また、同軸線路８としては、５０オームの同軸コネクタであるＳＭＡコネクタが用いられている。
【０００９】
この場合、給電部１１０では、給電回路５（即ち、ストリップライン１３）の中央部が給電点として同軸線路８の内部導体９に半田１４により接続される。同軸線路８の外導体１０は、地導体板１に接続される。そして、ストリップライン１３と同軸線路８とのインピーダンスを整合させるために、給電点付近のストリップラインを幅狭にしたインピーダンス変成器１２を設ける。
【００１０】
一方、インピーダンス変成器１２及びそれと同軸線路８との接続点を両側から挟むように、地導体板１とスロット板４とを短絡する２つの金属ブロック１１を設けている。この２つの金属ブロック１１は、地導体板１とスロット板４とを短絡して等電位とするので、平行平板モード波を抑圧する役目を果たしている。
【００１１】
また、２つの金属ブロック１１は、インピーダンス変成器１２とともに、同軸線路８側から給電回路５（ストリップライン１３）側をみたインピーダンスが、正確に同軸線路８の５０オームの特性インピーダンスと一致するようにするための調整部分となる。すなわち、このインピーダンス変成器１２の幅、長さ、および２つの金属ブロック１１間の距離を適切に微調整することにより、完全なインピーダンス整合をとるようにしている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−０８８０１６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の特許文献１のトリプレート型平面アンテナでは、平行平板モード波の抑圧、インピーダンス整合の調整のために設ける２つの金属ブロック１１を、インピーダンス変成器１２及びそれと同軸線路８との接続点を両側から挟むような形状に構成するから、構造が複雑になりその加工が困難であり、コスト増の要因となっていた。
【００１４】
また、２つの金属ブロック１１は、インピーダンス変成器１２や同軸線路８の内部導体９とともに、スロット板４のスロット（開口）７間に配置されるから、スロット（開口）７間の間隔が狭い場合には配置することが困難である。また、配置できた場合でも２つの金属ブロック１１間の距離を変更してインピーダンス整合の調整を行うことは困難である。
【００１５】
そこで、本発明は、背面から同軸線路により給電されるトリプレート型平面アンテナにおいて、平行平板モード波の抑圧、インピーダンス整合の調整のために給電部に設ける２つの金属体を、加工が容易な形状とするとともに、その設置スペースが狭い場合でもインピーダンス整合を調整することができるトリプレート型平面アンテナを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１のトリプレート型平面アンテナは、地導体板１と、
該地導体板１の面上に設けられた第１誘電体層２ａと、
該第１誘電体層２ａ上に設けられ、ストリップラインよりなる給電回路５、この給電回路５に接続された複数の放射素子６を形成したフィルム状アンテナ回路基板３と、
該フィルム状アンテナ回路基板３の面上に設けられた第２誘電体層２ｂと、
該第２誘電体層２ｂ上に設けられ、電波を放射させるための複数のスロット７が前記複数の放射素子６の真上にそれぞれ位置するように設けられているスロット板４とを備えたトリプレート型平面アンテナにおいて、
前記地導体板１側から、同軸線路８の内部導体９を前記給電回路５の線路中央の給電接続点で接続し、その外導体１０を前記地導体板１に接続し、前記給電接続点の所定長の長さの前記ストリップラインを所定幅に狭くしてインピーダンス変成器１２を形成するとともに、
前記給電接続点から両側に等間隔で、前記地導体板１と前記スロット板４とを短絡する２つの柱状金属体２０を設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２のトリプレート型平面アンテナは、請求項１記載のトリプレート型平面アンテナにおいて、前記柱状金属体は、円柱状の金属体であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３のトリプレート型平面アンテナは、請求項１、２記載のトリプレート型平面アンテナにおいて、前記給電接続点及び前記２つの柱状金属体は、前記給電回路が配設されてないスロット間の直線上に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４のトリプレート型平面アンテナは、請求項１ないし３記載のトリプレート型平面アンテナにおいて、更に、前記柱状金属体と同じ形状、同じ材質の複数の第２金属体３０を、前記スロット７及び前記給電回路５を避ける位置に、前記地導体板１と前記スロット板４とを短絡するように設けていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトリプレート型平面アンテナの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明のトリプレート型平面アンテナ２００の全体の上面図である。図２は、図１の中央部分の４つのスロットを含む部分を拡大して示す図である。また、図３（ａ）（ｂ）は、本発明のトリプレート型平面アンテナ２００の給電部２１０の構造を、断面で示す図であり、図３（ａ）は給電部２１０の縦断面構造を示しており、図３（ｂ）は図３（ａ）の給電部２１０のＡ−Ａ線断面構成を示している。本発明のトリプレート型平面アンテナ２００の基本構成は、図５と同様であり、その各構成部分の符号も含めて、本発明の説明にもそのまま使用する。
【００２２】
図１、図２において、アンテナ回路基板３は、正方形状のフィルムの上に、複数の放射素子６がアレイ状に等間隔で整然と配置されている。この図１では、理解を容易にするために、放射素子６は８×８の６４個の場合を例に示している。この複数の放射素子６には、アンテナ回路基板３の中心部に設けられる給電部２１０から給電回路５によりそれぞれ給電される。給電回路５は、図１の点線で示すように、給電部２１０から全ての放射素子６への電気的な距離が等しくなるように、形成されている。
【００２３】
スロット板４は、正方形の金属板であり、複数の放射素子６のそれぞれの真上に、放射素子６の面積より若干広い面積のスロット（開口）７が設けられている。放射素子６から放射される電波がスロット７を通じて外部に放射され、また、スロット７を通じて入射した電波が放射素子６で取り込まれる。
【００２４】
アンテナ回路基板３上に配線される給電回路５への入力部である給電部２１０は、給電回路５における線路損失（挿入損失）を少なくするため、トリプレート型平面アンテナ２００の中央部付近に設けられている。
【００２５】
図３（ａ）（ｂ）に示すように、給電部２１０においては、従来のものと同様に、給電回路５を構成するストリップライン１３の中央部に、同軸線路８がトリプレート型平面アンテナ２００の背面側（地導体板側）から接続されている。１０ＧＨｚ帯以上の周波数では、給電回路５のストリップライン１３の線路幅を細くするために、一般には、１００オーム程度の特性インピーダンスを有するストリップラインが使用される。また、同軸線路８としては、５０オームの同軸コネクタであるＳＭＡコネクタが用いられている。
【００２６】
この場合、給電部２１０では、給電回路５（即ち、ストリップライン１３）の中央部が給電点として同軸線路８の内部導体９に半田１４により接続される。同軸線路８の外導体１０は、地導体板１に接続される。そして、ストリップライン１３と同軸線路８とのインピーダンスを整合させるために、給電点付近のストリップラインを幅狭にしたインピーダンス変成器１２を設ける。
【００２７】
一方、インピーダンス変成器１２と同軸線路８との接続点の両側に等間隔で、地導体板１とスロット板４とを短絡する２つの円柱状金属体２０を設けている。この金属体２０の形状は、円柱状に限らず、楕円柱や多角形柱等でも良いが、できるだけ加工のし易い柱状が望ましい。
【００２８】
この２つの円柱状金属体２０は、地導体板１とスロット板４とを短絡して等電位とするので、並行平板モード波を抑圧する役目を果たしている。
【００２９】
また、２つの円柱状金属体２０は、インピーダンス変成器１２とともに、同軸線路８側から給電回路５（ストリップライン１３）側をみたインピーダンスが、正確に同軸線路８の５０オームの特性インピーダンスと一致するようにするための調整部分となる。
【００３０】
このインピーダンス変成器１２の幅や、長さを適切に微調整することにより、インピーダンス整合を取るようにすることは可能である。しかし、インピーダンス変成器１２の幅や、長さを調整するためには、その調整を可能にするための回路基板３の材料費やエッチングに要する費用などによりコストを増加させる。したがって、インピーダンス変形器１２での調整によってインピーダンス整合を取ることは、できるだけ避けることが望ましい。
【００３１】
しかし、従来のものでは、２つの金属ブロック１１を、インピーダンス変成器１２及びそれと同軸線路８との接続点を両側から挟むような形状に構成するから、スロット７間の間隔が狭い場合には金属ブロックを調整してインピーダンス整合を行うことができない。このような場合には、例え、コストが増加しても、インピーダンス変成器１２の幅や、長さによって、調整せざるを得なかった。
【００３２】
本発明では、これに対して、地導体板１とスロット板４とを短絡する２つの柱状金属体２０を、図２に示すように、給電接続点とともに、給電回路５（マイクロストリップライン１３）が配設されてないスロット間の直線上（図２のＸ−Ｘ方向）に設けられている。したがって、給電回路５（マイクロストリップライン１３）を考慮する必要がなく、２つの柱状金属体２０の太さ（直径）や、給電接続点からの距離を任意に変更できる。
【００３３】
この２つの柱状金属体２０の太さ（直径）や給電接続点からの距離を変更することにより、インピーダンス整合の調整を、インピーダンス変成器の幅や長さを変更せずに、行うことができる。また、円柱状等の柱状金属体とするから、構造が簡単になり、その加工が容易であるから、インピーダンス整合の調整が低コストで、容易に行える。
【００３４】
図４（ａ）（ｂ）は、２つの柱状金属体２０を、円柱金属体とし、その直径を変更した場合のリターンロス特性を、周波数との関係で示したものである。この図の例においては、マイクロストリップライン１３の幅Ｗｓ、インピーダンス変成器１２の幅Ｗｔ、及び２つの柱状金属体２０間の間隔Ｌを同一としている。
【００３５】
図４では、間隔Ｌ＝１２．２ｍｍ、幅Ｗｔ＝１．０ｍｍ（その特性インピーダンスＺｔ＝１３１Ω）、幅Ｗｓ＝１．８２ｍｍ（その特性インピーダンスＺｓ＝１００Ω）としている。そして、円柱状金属体２０の直径ｄとして、４．０ｍｍ、５．０ｍｍ及び６．０ｍｍの場合の、それぞれのリターンロス特性を示している。
【００３６】
また、図４（ｂ）の周波数−リターンロスの特性図において、ＢＷは必要帯域幅を示している。この例では、必要帯域幅ＢＷは、１０．１５ＧＨｚから１０．６５ＧＨｚである。この図４（ｂ）の例では、必要帯域幅ＢＷとリターンロスとの関係から、リターンロスが一番少なくなる直径ｄ＝５．０ｍｍの円柱状金属体２０を選択すれば良い。
【００３７】
この図４の周波数−リターンロス特性から分かるように、マイクロストリップライン１３の幅Ｗｓや、インピーダンス変成器１２の幅Ｗｔやその長さを変更することなく、円柱状金属体２０の直径ｄを変更することにより、リターンロス特性を調整することができる。
【００３８】
この図４の例では、円柱状金属体２０の直径ｄを変更してリターンロス特性を調整することを示したが、同様に２つの柱状金属体２０間の間隔Ｌを変更してもリターンロス特性を同様に調整することができる。また、２つの円柱状金属体２０の直径ｄ及び間隔Ｌの両方を変更してリターンロス特性を同様に調整することができる。
【００３９】
また、図１に示すように、柱状金属体２０と、同様な形状、同様な材質の第２の柱状金属体（円柱金属体）３０を、トリプレート型平面アンテナ２００の周辺部の複数個所、具体的にはスロット７及び給電回路５を避ける位置に、地導体板１とスロット板４とを短絡するように設けている。
【００４０】
このように、トリプレート型平面アンテナ２００の周辺部の複数個所に、地導体板１とスロット板４とを短絡するように設けることにより、平行平板モード波を更に抑制することができる。従来のトリプレート型平面アンテナ１００では、その端部に吸収体を設けて平行平板モード波を抑制していたが、本発明では、そのための吸収体を設置する必要がなくなる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、地導体板とスロット板とを短絡する２つの柱状金属体を、給電接続点から両側に等間隔で設けているから、同軸線路、インピーダンス変成器、ストリップラインで構成される同軸−マイクロストリップ変換部のリターンロスを減少させるとともに、平板平行モード波を抑制することができる。
【００４２】
また、金属体を、円柱状等の柱状金属体とするから、構造が簡単になり、その加工が容易になる。
【００４３】
また、２つの金属体は、給電接続点とともに、給電回路が配設されてないスロット間の直線上に設けられているから、その太さ（直径）や、給電接続点からの距離を任意に変更できる。したがって、インピーダンス整合の調整を、インピーダンス変成器の幅や長さを変更せずに、金属体の太さ（直径）や給電接続点からの距離を変更することにより、行うことができる。
【００４４】
また、２つの金属体の他に、同じ形状、同じ材質の複数の第２金属体を、スロット及び給電回路を避ける位置に、地導体板とスロット板とを短絡するように設けるから、従来のように端部に吸収体を設けることなく、平行平板モード波を更に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトリプレート型平面アンテナの全体の上面図。
【図２】図１の中央部分を拡大して示す図。
【図３】本発明のトリプレート型平面アンテナの給電部の構造を断面で示す図。
【図４】円柱金属体の直径を変えた場合の周波数−リターンロス特性を示す図。
【図５】一般的なトリプレート型平面アンテナの分解斜視構成を示す図。
【図６】従来のトリプレート型平面アンテナの給電部の構成を示す図。
【符号の説明】
１００、２００  トリプレート型平面アンテナ
１１０、２１０  給電部
１  地導体板
２ａ、２ｂ  誘電体
アンテナ回路基板３
４  スロット板
５  給電回路
６  放射素子
７  スロット
８  同軸線路
９  内部導体
１０  外導体
１１  金属ブロック
１２  インピーダンス変成器
１３  マイクロストリップライン
１４  半田
２０  円柱状金属体
３０  第２金属体
【図１】
2004320521.tif 000003
【図２】
2004320521.tif 000004
【図３】
2004320521.tif 000005
【図４】
2004320521.tif 000006
【図５】
2004320521.tif 000007
【図６】
2004320521.tif 000008