(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストリップ線路導体を有し地導体の面上に第１の誘電体を介して配置されるフィルム基板と前記フィルム基板の面上に第２の誘電体を介して配置される上部地導体とで構成されるトリプレート線路、および前記地導体に接続する導波管とを備え、
前記地導体の地導体と前記導波管の接続位置に、前記導波管の内寸法と同寸法の貫通孔を設け、前記フィルム基板の保持部に前記第１の誘電体と同等の厚みの第１の金属スペーサ部を設け、前記第２の誘電体と同等の厚み、かつ、前記第１の金属スペーサ部と同寸法の第２の金属スペーサ部とで前記フィルム基板を挟み、前記第２の金属スペーサ部の上部に前記上部地導体を配置し、前記フィルム基板に形成した前記ストリップ線路導体の前記導波管の変換部先端に方形共振パッチパターンを形成し、かつ、前記方形共振パッチパターンの中心位置と前記導波管の内寸法の中心位置とが一致するように配置したことを特徴とするトリプレート線路−導波管変換器。
【請求項２】
前記方形共振パッチパターンの線路接続方向の寸法Ｌ１を所望の周波数の自由空間波長λOの略０．２７倍とし、かつ前記方形共振パッチパターンの線路接続方向と直交する方向の寸法Ｌ２を所望の周波数の自由空間波長λOの略０．３８倍としたことを特徴とする請求項１に記載のトリプレート線路−導波管変換器。
【請求項３】
前記第１の誘電体に代えて前記第１の金属スペーサを延設し、前記第２の誘電体に代えて前記第２の金属スペーサを延設した請求項１に記載のトリプレート線路−導波管変換器、およびアンテナ部が積層されてなる平面アンテナモジュールであって、
前記アンテナ部は、
放射素子に接続される第１の給電線路と、前記トリプレート線路−導波管変換器に電磁結合した第１の接続部とを組とするアンテナ群が複数形成されるアンテナ基板と、
前記放射素子の位置に相当する箇所に第１のスロットを有する第１の地導体と、
前記アンテナ基板と前記第１の地導体との間に設けられ、第１の誘電体と、第２の誘電体と、前記第１の接続部の位置に相当する箇所に第１の結合口形成部とを有する第２の地導体と、
前記アンテナ基板と前記上部地導体との間に設けられ、第３の誘電体と、第４の誘電体と、前記第１の接続部の位置に相当する箇所に第２の結合口形成部とを有する第３の地導体と、
を含み、
前記上部地導体は、前記第１の接続部の位置に相当する箇所に第２のスロットを有し、
前記フィルム基板は、前記ストリップ線路導体の前記導波管の変換部先端と反対側の先端に、前記第１の接続部に電磁結合する第２の接続部を有し、
前記導波管、前記地導体、前記第１の金属スペーサ、前記フィルム基板、前記第２の金属スペーサ、前記上部地導体、前記第３の誘電体と前記第４の誘電体とを含む前記第３の地導体、前記アンテナ基板、前記第１の誘電体と前記第２の誘電体とを含む前記第２の地導体、前記第１の地導体の順に積層して構成されたことを特徴とする平面アンテナモジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の平面アンテナモジュールにおいて、前記第１のスロットに隣接してダミースロットが設けられることを特徴とするトリプレート型平面アレーアンテナ。
【請求項５】
前記第１のスロットが、利用する周波数帯域の中心周波数の自由空間波長λ０に対して、０．８５〜０．９３倍の間隔で配列され、前記ダミースロットが、利用する周波数帯域の中心周波数の自由空間波長λ０に対して、０．８５〜０．９３倍の間隔で配列されることを特徴とする請求項４に記載のトリプレート型平面アレーアンテナ。
【請求項６】
前記ダミースロットが、少なくとも２列以上配置されたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のトリプレート型平面アレーアンテナ。
【請求項７】
前記アンテナ基板に、前記ダミースロットが真上に位置するように、ダミー素子を設けたことを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれかに記載のトリプレート型平面アレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ミリ波帯の送受信に用いられる平面アレーアンテナ、これを用いたアンテナモジュール、及びトリプレート線路−導波管変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】  同一面上に複数のアンテナ群を形成して、ミリ波帯の送受信を行う平面アンテナモジュールにおいて、複数のアンテナ群の入出力ポートとミリ波回路とを低損失に接続するため、図１に示すように、第４の地導体（１４）に形成した第３の導波管開口（６５）と、第９の地導体（１９）に形成した第４の導波管開口（６６）とを第９の地導体（１９）に形成した導波管溝部（８）により接続する方法が用いられていた。このような方法は、例えば、特開２００２−２９９９４９号公報に開示されている。【０００３】  図１に示す従来のポート接続方法を用いた平面アンテナモジュールでは、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示す第４の地導体（１４）と第９の地導体（１９）が、隣接する導波管溝部（８）の隔離部において十分に密着していないと、第９の地導体（１９）の導波管溝部（８）と第４の地導体（１４）で構成された導波管部の損失が増加し、また、隣接する導波管部に電力漏洩が生じてしまう。例えば所望の周波数が７６．５ＧＨｚ帯のように極めて高い周波数帯では、導波管溝部（８）の隔離部の第４の地導体（１４）との接触面精度を高精度に保ち、また、導波管溝部（８）の表面粗さを極力小さくするように第４の地導体（１４）と第９の地導体（１９）を切削加工品で製作しても、単位長さ１ｃｍ当りの損失が０．３ｄＢ程度となる。アンテナ群の入出力ポート、すなわち、第４の地導体（１４）に形成した第３の導波管開口（６５）と、ミリ波回路入出力ポート、すなわち、第９の地導体（１９）に形成した第４の導波管開口（６６）を接続する導波管の長さは、最大５ｃｍ程度必要になるため、図３に示すように、全体として、アンテナ群の入出力ポートからミリ波回路入出力ポートに亘って生じる通過損失が約１．８ｄＢ程度になってしまう。また、第４の地導体（１４）と第９の地導体（１９）を切削加工品より低コストとなる鋳造等で製作した場合、ソリやうねりが生じて、導波管溝部（８）の隔離部と第４の地導体（１４）との接触面精度が確保できず、さらに、腐食防止の為の表面保護処理等が不可欠となるため、切削加工品より更に損失が増加してしまうといった問題が生じ、低コスト化が困難である問題点があった。【０００４】  また、ミリ波帯の車載レーダや高速通信に用いられる平面アレーアンテナでは、高利得・広帯域特性が重要である。本発明者らは、これらの用途に適用可能な高利得平面アレーアンテナとして図１１に示すようなアンテナを構成し、給電線路の損失低減及び線路不要放射の抑制について検討を行ってきた（特開平０４−０８２４０５号公報を参照）。【０００５】  この種のアンテナは、図１２に示すように、給電線路からパッチを励振した際に、スロットから外部空間へ直接放射されるエネルギー成分以外に、地導体とスロット板間を横方向に伝播する成分が発生する。この横方向成分は、やがて隣接するスロットから空間に放射する為、スロットから外部空間へ直接放射されるエネルギー成分との位相関係によって生じる影響をアレーアンテナ利得に及ぼすことが知られている。すなわち、アレーアンテナ利得は、特殊な素子配列間隔において、図１３に示すような利得、効率の極大点を示し、高利得、高効率のアンテナが実現可能である。【０���０６】  また、これらの用途では、前方車両の方向検出や感度の高い通信方向を自動的選択する為に、図１４に示すように、送信アンテナと複数の受信アンテナを一体構成とし、各々のアンテナの信号を位相制御あるいは選択合成することで、アンテナビーム方向をコントロールしたり、特定方向からの信号を選択抽出することが可能となる。
この場合、複数の受信アンテナの利得・指向性を均一にすることで、特定方向の検出精度や検出範囲の拡大が図れるため、各受信アンテナの均一した特性を実現することが重要とされている。【０００７】  上述のように、図１４に示す送信アンテナと複数の受信アンテナを一体構成したトリプレ―ト型平面アンテナにおいて、複数の受信アンテナを同一面で構成しアレー化した際、アレー中央部とアレー端部では横方向へ伝播する成分の影響の違いにより、全てのアンテナの利得及び指向特性を均一にすることは困難であった。
また、横方向伝播成分を少なくするために、図１２に示すように放射素子と電磁結合を行うパラサイト素子を設けることも考えられるが、部品点数の増加等により対応困難である。【０００８】
なお、近年、マイクロ波・ミリ波帯の平面アンテナでは、高効率な特性を実現するため、給電系をトリプレート線路構成とする方式が主流となっている（例えば、実開平０６−０７０３０５号公報、特開２００４−２１５０５０号公報を参照）。このトリプレート線路給電方式の平面アンテナにおいて、各アンテナ素子の給電電力は、トリプレート線路により合成されるが、この合成電力の最終出力部とＲＦ信号処理回路との接続部には、組立が容易で接続信頼性の高いため、トリプレート線路−導波管変換器が用いられることが多い。ここで、このトリプレート線路−導波管変換器の従来構成を図２３（ａ）〜２３（ｃ）に示す。この従来構成では、低損失で導波管系との変換を容易とするため、地導体１１１の面上に誘電体１２０ａを介してストリップ線路導体１３０を形成したフィルム基板１４０を積層配置し、さらにその面上に誘電体１２０ｂを介して上部地導体１５０を配置してトリプレート線路を構成している。また、回路系の導波管入力部１６０との接続に際して、地導体１１１に導波管の内寸法と同寸法の貫通孔を設け、さらにフィルム基板１４０を保持する為に誘電体１２０ａと同等の厚みの金属スペーサ部１７０ａを設け、この金属スペーサ部１７０ａと同寸法の金属スペーサ部１７０ｂとによりフィルム基板１４０を挟み込み、かつこの金属スペーサ部１７０ｂの上部に、導波管内寸法と同寸法の貫通孔を有する上部地導体１５０を前記地導体１１１に設けた貫通孔と前記金属スペーサ１７０ａ・１７０ｂの内壁で構成される導波管部と上部地導体１５０に設けた貫通孔の位置が一致するように配置すると共に、前記地導体１５０に設けた貫通孔を塞ぐように短絡金属板１８０を配置して、トリプレート線路−導波管変換器が構成されている。図２３（ａ）に示す導波管内へのストリップ線路導体１３０の挿入長Ａと図２３（ｂ）に示す短絡距離Ｌを所定の寸法とすることで、所望の周波数帯において広帯域で低損失の特性を有するトリプレート線路−導波管変換器を実現できる。
【０００９】
図２３（ａ）〜２３（ｃ）に示す従来のトリプレート線路−導波管変換器において、７６ＧＨｚ程度のミリ波帯では波長が短い為、導波管内へのストリップ線路導体１３０の挿入長Ａや短絡距離Ｌの機械的寸法精度の僅かな悪化でも、反射特性の劣化が生じ、精度の高い加工方法や組立構造の選択が不可欠である。また、図２３（ｃ）に示すように、短絡距離Ｌを調整する為に図２４（ｃ）に示すような導波管内寸と同寸法の貫通孔を有する短絡距離調整金属板１９０が必要となる場合があり、部品点数の増加によりコストが高くなるといった問題点があった。
【００１０】  本発明の目的は、損失の低減、組立誤差による特性変化の低減、及び周波数特性の安定性の向上を実現できる平面アンテナモジュールを安価に提供することにある。
本発明の他の目的は、複数個の小型アンテナを配列して構成されるアンテナアレーのアレー端のアンテナとアレー中央部のアンテナとの間において、同等なアンテナ特性を実現できるトリプレート型平面アレーアンテナを提供することにある。
本発明の更に別の目的は、従来の広帯域で低損失な特性を損なうことなく、従来構造で必要とされた短絡金属板１８０や短絡距離調整金属板１９０が不要となり、組立てが容易で接続信頼性の高いトリプレート線路−導波管変換器を安価に提供することにある。
【発明の開示】
【００１１】
本発明の第１の態様は、ストリップ線路導体を有し地導体の面上に第１の誘電体を介して配置されるフィルム基板と前記フィルム基板の面上に第２の誘電体を介して配置される上部地導体とで構成されるトリプレート線路、および前記地導体に接続する導波管とを備えるトリプレート線路−導波管変換器を提供する。前記地導体の地導体と前記導波管の接続位置に、前記導波管の内寸法と同寸法の貫通孔が設けられる。前記フィルム基板の保持部に前記第１の誘電体と同等の厚みの第１の金属スペーサ部が設けられる。前記第２の誘電体と同等の厚み、かつ、前記第１の金属スペーサ部と同寸法の第２の金属スペーサ部とで前記フィルム基板が挟まれる。前記第２の金属スペーサ部の上部に前記上部地導体が配置される。前記フィルム基板に形成した前記ストリップ線路導体の前記導波管の変換部先端に方形共振パッチパターンが形成される。前記方形共振パッチパターンの中心位置と前記導波管の内寸法の中心位置とが一致する。
【００１２】
本発明の第２の態様は、前記方形共振パッチパターンの線路接続方向の寸法Ｌ１を所望の周波数の自由空間波長λOの略０．２７倍とし、かつ前記方形共振パッチパターンの線路接続方向と直交する方向の寸法Ｌ２を所望の周波数の自由空間波長λOの略０．３８倍とした、第１の態様に係るトリプレート線路−導波管変換器を提供する。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、従来の広帯域で低損失な特性を損なうことなく、従来構造で必要とされた短絡金属板１８０や短絡距離調整金属板１９０が不要となり、組立てが容易で接続信頼性の高い安価なトリプレート線路−導波管変換器が提供される。しかも、金属スペーサ部１７０ａ、１７０ｂ、及び上部地導体１５０・地導体１１１等の構成部品は、所望の厚みを有する金属板等の打ち抜き加工で安価に形成できる為、このトリプレート線路−導波管変換器はより安価に提供される。
【００１４】
本発明の第３の態様は、前記第１の誘電体に代えて前記第１の金属スペーサを延設し、前記第２の誘電体に代えて前記第２の金属スペーサを延設した請求項１に記載のトリプレート線路−導波管変換器、およびアンテナ部が積層されてなる平面アンテナモジュールを提供する。前記アンテナ部は、放射素子に接続される第１の給電線路と、前記トリプレート線路−導波管変換器に電磁結合した第１の接続部とを組とするアンテナ群が複数形成されるアンテナ基板と、前記放射素子の位置に相当する箇所に第１のスロットを有する第１の地導体と、前記アンテナ基板と前記第１の地導体との間に設けられ、第１の誘電体と、第２の誘電体と、前記第１の接続部の位置に相当する箇所に第１の結合口形成部とを有する第２の地導体と、前記アンテナ基板と前記上部地導体との間に設けられ、第３の誘電体と、第４の誘電体と、前記第１の接続部の位置に相当する箇所に第２の結合口形成部とを有する第３の地導体と、を含む。前記上部地導体は、前記第１の接続部の位置に相当する箇所に第２のスロットを有する。前記フィルム基板は、前記ストリップ線路導体の前記導波管の変換部先端と反対側の先端に、前記第１の接続部に電磁結合する第２の接続部を有する。平面アンテナモジュールは、前記導波管、前記地導体、前記第１の金属スペーサ、前記フィルム基板、前記第２の金属スペーサ、前記上部地導体、前記第３の誘電体と前記第４の誘電体とを含む前記第３の地導体、前記アンテナ基板、前記第１の誘電体と前記第２の誘電体とを含む前記第２の地導体、前記第１の地導体の順に積層して構成される。
【００１５】
本発明の他の実施形態によれば、損失の低減、組立誤差による特性変化の低減、及び周波数特性の安定性の向上を実現できる安価な平面アンテナモジュールを提供される。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第３の態様に係る平面アンテナモジュールにおいて、前記第１のスロットに隣接してダミースロットが設けられるトリプレート型平面アレーアンテナを提供する。
【００１７】
本発明の第５の態様は、前記第１のスロットが、利用する周波数帯域の中心周波数の自由空間波長λ０に対して、０．８５〜０．９３倍の間隔で配列され、前記ダミースロットが、利用する周波数帯域の中心周波数の自由空間波長λ０に対して、０．８５〜０．９３倍の間隔で配列される、第４の態様に係るトリプレート型平面アレーアンテナを提供する。
【００１８】
本発明の第６の態様は、前記ダミースロットが、少なくとも２列以上配置される、第４または５の態様に係るトリプレート型平面アレーアンテナを提供する。
【００１９】
本発明の第７の態様は、前記アンテナ基板に、前記ダミースロットが真上に位置するように、ダミー素子を設けたことを特徴とする第４ないし６の態様のいずれかのトリプレート型平面アレーアンテナを提供する。
【００２０】
本発明の更に他の実施形態によれば、複数個の小型アンテナを配列して構成されるアンテナアレーのアレー端のアンテナとアレー中央部のアンテナとの間において、同等なアンテナ特性を実現できるトリプレート型平面アレーアンテナが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、従来の平面アンテナモジュールの構成要素を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、従来の平面アンテナモジュールの構成要素を示す平面図であり、（ｄ）は、その積層断面図である。
【図３】図３は、従来の平面アンテナモジュールの通過損失特性図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態にかかる平面アンテナモジュールを示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態にかかる平面アンテナモジュールのアンテナ部（１０１）の構成要素を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態にかかる平面アンテナモジュールのアンテナ部（１０１）の構成要素を示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態にかかる平面アンテナモジュールの給電線路部（１０２）の構成要素を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施形態にかかる平面アンテナモジュールの給電線路部（１０２）の構成要素を示す平面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかる平面アンテナモジュールの接続導体（１８）を示す斜視図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図１０】図１０は、従来例と比較した本発明の第１の実施形態にかかる平面アンテナモジュールの相対利得特性図である。
【図１１】図１１は、本発明者らが検討に用いたトリプレート型平面アンテナにおける横方向伝播成分の説明図である。
【図１２】図１２は、平面アンテナにおける横方向伝播成分の低減方法の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、従来のトリプレート型平面アンテナにおける素子配列間隔と利得・効率の関係を示す線図である。
【図１４】図１４は、従来のトリプレート型平面アンテナを示す分解斜視図である。
【図１５】図１５（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかるトリプレート型平面アレーアンテナを示す分解斜視図であり、（ｂ）は、その正面図である。
【図１６】図１６（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかるトリプレート型平面アレーアンテナを示す分解斜視図、（ｂ）は、その正面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２の実施形態にかかるトリプレート型平面アレーアンテナを示す正面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第２の実施形態にかかるトリプレート型平面アレーアンテナを示す正面図である。
【図１９】図１９（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかるトリプレート型平面アレーアンテナを示す分解斜視図、（ｂ）は、その正面図である。
【図２０】図２０は、本発明の第２の実施形態にかかるトリプレート型平面アレーアンテナを示す正面図である。
【図２１】図２１は、従来例の受信アンテナアレー中央部と端部の水平面指向性の線図である。
【図２２】図２２は、本発明の第２の実施形態にかかるトリプレート型平面アレーアンテナによる受信アンテナアレー中央部と端部の水平面指向性の線図である。
【図２３】図２３（ａ）は、従来例を示す上面図であり、（ｂ）は、その断面図である。（ｃ）は他の従来例を示す断面図である。
【図２４】図２４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の本発明の第３の実施形態にかかるトリプレート線路−導波管変換器の一実施例の一部を示す上面図であり、（ｄ）は、従来例の短絡距離調整金属板を示す上面図である。
【図２５】図２５（ａ）は、本発明の第３の実施形態にかかるトリプレート線路−導波管変換器の一実施例を示す上面図であり、（ｂ）は、その断面図である。
【図２６】図２６は、本発明の第３の実施形態にかかるトリプレート線路−導波管変換器の他の実施例を示す上面図である。
【図２７】図２７は、本発明の第３の実施形態にかかるトリプレート線路−導波管変換器における励振モードの変換状況を説明する断面図である。
【図２８】図２８は、本発明の第３の実施形態にかかるトリプレート線路−導波管変換器の一実施例と他の実施例の周波数とリターンロスの関係を示す線図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】  （第１の実施形態）
本発明の平面アンテナモジュールは、図４、図５、図７に示すように、主に、アンテナ部（１０１）、給電線路部（１０２）、及び接続導体（１８）から構成される。
アンテナ部（１０１）は、放射素子（４１）に接続された第１の給電線路（４２）と給電線路部（１０２）に電磁結合した第１の接続部（４３）とを組とするアンテナ群を複数形成したアンテナ基板（４０）と、放射素子（４１）の位置に相当する箇所に第１のスロット（２１）を有する第１の地導体（１１）と、アンテナ基板（４０）と第１の地導体（１１）との間に第１の誘電体（３１）と、第２の誘電体（３２）と、第１の接続部（４３）の位置に相当する箇所に第１の結合口形成部（２２）を有する第２の地導体（１２）と、アンテナ基板（４０）と第４の地導体（１４）との間に第３の誘電体（３３）と、第４の誘電体（３４）と、第１の接続部（４３）の位置に相当する箇所に第２の結合口形成部（２３）を有する第３の地導体（１３）と、第１の接続部（４３）の位置に相当する箇所に第２のスロット（２４）を有する第４の地導体（１４）を備える。【００２６】  給電線路部（１０２）は、第２の給電線路（５１）とアンテナ部（１０１）の第１の接続部（４３）に電磁結合した第２の接続部（５２）と第７の地導体（１７）の第１の導波管開口部（６３）と電磁結合した第３の接続部（５３）を組とする給電線路群を複数形成した給電基板（５０）と、給電基板（５０）と第４の地導体（１４）との間に、第２の接続部（５２）の位置に相当する箇所に第３の結合口形成部（２５）と第１の導波管開口部（６３）の位置に相当する箇所に第１の導波管開口形成部（６１）を有し、かつ、第３の結合口形成部（２５）と第１の導波管開口形成部（６１）を連通する空隙部（７１）を有する第５の地導体（１５）とを備える。【００２７】  給電基板（５０）と第７の地導体（１７）との間に、第２の接続部（５２）の位置に相当する箇所に第４の結合口形成部（２６）と第１の導波管開口部（６３）の位置に相当する箇所に第２の導波管開口形成部（６２）を有し、かつ、第４の結合口形成部（２６）と第２の導波管開口形成部（６２）を連通する空隙部（７２）を有する第６の地導体（１６）と、第３の接続部（５３）の位置に相当する箇所に第１の導波管開口部（６３）を有する第７の地導体（１７）を備える。【００２８】  接続導体（１８）は、給電線路部（１０２）の第７の地導体（１７）の第１の導波管開口部（６３）に相当する位置に第２の導波管開口部（６４）を有する。
高周波回路との接続導体（１８）、第７の地導体（１７）、第６の地導体（１６）、給電基板（５０）、第５の地導体（１５）、第４の地導体（１４）、第３の地導体（１３）と第３の誘電体（３３）とを含む第４の誘電体（３４）、アンテナ基板（４０）、第２の地導体（１２）と第１の誘電体（３１）とを含む第２の誘電体（３２）、及び第１の地導体（１１）の順に積層される。【００２９】  図４、図５、図７を参照すると、本実施形態の平面アンテナモジュールにおいて、アンテナ基板（４０）に形成された放射素子（４１）は、第４の地導体（１４）と第１の地導体（１１）に形成された第１のスロット（２１）とともに、アンテナエレメントとして機能し、所望の周波数のエネルギーを取り込むことができる。このエネルギーは、アンテナ基板（４０）に形成された第１の給電線路（４２）により、第１の接続部（４３）に伝達される。そのエネルギーは、さらに、アンテナ基板（４０）に形成された第１の接続部（４３）が、第４の地導体（１４）に形成された第２のスロット（２４）を介して、給電基板（５０）に形成された第２の接続部（５２）と電磁結合するため、給電基板（５０）に形成された第２の給電線路（５１）に伝達される。【００３０】  その際、第２の地導体（１２）に形成された第１の結合口形成部（２２）と、第３の地導体（１３）に形成された第２の結合口形成部（２３）と、第５の地導体（１５）に形成された第３の結合口形成部（２５）と、第６の地導体（１６）に形成された第４の結合口形成部（２６）とは、アンテナ基板（４０）に形成された第１の接続部（４３）から給電基板（５０）に形成された第２の接続部（５２）に電磁結合した電力を周囲に漏洩させずに、効率よく伝達されることに寄与する。【００３１】  また、第２の給電線路（５１）に伝達された電力は、給電基板（５０）に形成された第３の接続部（５３）により、第７の地導体（１７）に形成された第１の導波管開口部（６３）を介して、高周波回路に接続される接続導体（１８）に形成された第２の導波管開口部（６４）に伝達される。その際、第５の地導体（１５）に形成された第１の導波管開口形成部（６１）と第６の地導体（１６）に形成された第２の導波管開口形成部（６２）は、給電基板（５０）に形成された第３の接続部（５３）の電力を周囲に漏洩させずに、効率よく第２の導波管開口部（６４）に伝達されることに寄与する。【００３２】  第１の誘電体（３１）、第２の誘電体（３２）、及び第２の地導体（１２）、並びに第３の誘電体（３３）、第４の誘電体（３４）、及び第３の地導体（１３）は、アンテナ基板（４０）を第１の地導体（１１）と第４の地導体（１４）の中間に安定に保持し、これにより、第１の給電線路（４２）は、高周波でも低損失特性が実現できる。
同様に、第５の地導体（１５）と第６の地導体（１６）は、給電基板（５０）を第４の地導体（１４）と第７の地導体（１７）の中間に安定に保持し、かつ、第５の地導体（１５）に形成した空隙部（７１）と第６の地導体（１６）に形成した空隙部（７２）によって、第２の給電線路（５１）は、低誘電特性で高周波でも低損失特性が実現できる。【００３３】  本実施形態にかかる平面アンテナモジュールは、また、各構成部品を積層するのみで構成され、送受信電力が電磁結合によって伝達されるため、組立時の位置精度も、従来の組立精度ほど、高精度で無くとも良い。【００３４】  本実施形態で用いるアンテナ基板（４０）及び給電基板（５０）は、ポリイミドフィルムに銅箔を貼り合わせたフレキシブル基板を用いて構成されることができる。これを用いる場合には、エッチングにより銅箔の不要部分を除去することにより、放射素子（４１）、第１の給電線路（４２）、及び第１の接続部（４３）、並びに第２の給電線路（５１）、第２の接続部（５２）、及び第３の接続部（５３）を形成することが好ましい。【００３５】  なお、フレキシブル基板は、フィルムを基材とし、その上に銅箔等の金属箔を張り合わせた基板の不要な銅箔（金属箔）をエッチング除去することにより複数の放射素子やそれらを接続する給電線路を形成するために使用される。また、フレキシブル基板は、ガラスクロスに樹脂を含浸させて得た薄い樹脂板に銅箔を張り合わせた銅張り積層板であってもよい。【００３６】  本実施形態に用いる地導体は、金属板又はメッキしたプラスチックの板から製造され得る。特に、アルミニウム板を使用するのが好ましい。アルミニウム板を使用すれば、軽量かつ安価な平面アンテナを製造できるからである。また、それらは、フィルムを基材とし、その上に銅箔を張り合わせたフレキシブル基板、さらにガラスクロスに樹脂を含浸させた薄い樹脂板に銅箔を張り合わせた銅張り積層板でも構成することができる。地導体に形成するスロットや結合口形成部は、機械プレスで打ち抜き加工したり、エッチングにより形成することができる。簡便性、生産性等から機械プレスでの打ち抜き加工が好ましい。【００３７】  本実施形態で用いる誘電体としては、対空気比誘電率の小さい発泡体などを用いるのが好ましい。ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系発泡体、ポリスチレン系発泡体、ポリウレタン系発泡体、ポリシリコーン系発泡体、ゴム系発泡体が発泡体として挙げられる。これらのうち、ポリオレフィン系発泡体が、対空気比誘電率がより小さいので好ましい。
【実施例】
【００３８】  （実施例１）
本発明の１実施例を図４、図５、図７を用いて説明する。第１の地導体（１１）、第４の地導体（１４）は、厚さ０．７ｍｍのアルミ板を用いた。第２の地導体（１２）、第３の地導体（１３）、第５の地導体（１５）、第６の地導体（１６）及び第７の地導体（１７）は、厚さ０．３ｍｍのアルミ板を用いた。また、（回路）接続導体（１８）は、厚さ３ｍｍのアルミ板を用いた。誘電体（３１）、（３２）、（３３）、（３４）は、厚さ０．３ｍｍで比誘電率約１．１の発泡ポリエチレンフォームを用いた。アンテナ基板（４０）及び給電基板（５０）は、ポリイミドフィルムに銅箔を貼り合わせたフレキシブル基板を用い、不要な銅箔をエッチングで除去して放射素子（４１）、第１の給電線路（４２）、第１の接続部（４３）及び第２の給電線路（５１）、第２の接続部（５２）、第３の接続部（５３）を形成した。地導体は、すべてアルミ板に機械プレスで打ち抜き加工したものを用いた。【００３９】  ここで、放射素子（４１）は、周波数７６ＧＨｚの自由空間波長（λ０＝３．９５ｍｍ）の約０．３８倍となる１．５ｍｍ角の正方形とした。また、第１の地導体（１１）に形成した第１のスロット（２１）と第４の地導体（１４）に形成した第２のスロット（２４）は、所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長（λ０＝３．９５ｍｍ）の約０．５８倍となる２．３ｍｍ角の正方形とし、第２の地導体（１２）に形成した第１の結合口形成部（２２）、第３の地導体（１３）に形成した第２の結合口形成部（２３）、第５の地導体（１５）に形成した第３の結合口形成部（２５）と第６の地導体（１６）に形成した第４の結合口形成部（２６）も一辺長を所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長（λ０＝３．９５ｍｍ）の約０．５８倍となる２．３ｍｍとした。【００４０】  さらに、第６の地導体（１６）、第５の地導体（１５）、第７の地導体（１７）、第３の地導体（１３）と第３の誘電体（３３）と第４の誘電体（３４）、第２の地導体（１２）と第１の誘電体（３１）と第２の誘電体（３２）の厚み寸法を所望の周波数７６ＧＨｚの自由空間波長（λ０＝３．９５ｍｍ）の約０．０８倍となる０．３ｍｍとした。【００４１】  以上の各部材を図４、図５、図７に示すように順次重ねて平面アンテナモジュールを構成し、計測器を接続して受信電力を測定した結果、反射損失−１５ｄＢ以下で、図１０に示したように受信利得が、従来部品構成時の利得を基準とした場合に比べて相対利得で１ｄＢ以上改善され、良好な特性が実現できた。【００４２】  （第２の実施形態）
図１５（ａ）に示す通り、第２の実施形態にかかる平面アレーアンテナは、誘電体２ａ、２ｂと同じ厚みの金属スペーサ９ａ，９ｂが、金属シールド部として、アンテナ回路基板３を挟むように設けられると共に、スロット板４に設けたスロット開口７に隣接するダミースロット開口８を設けたことを特徴とするものである。【００４３】  本実施形態にかかる他の平面アレーアンテナは、図１５（ｂ）に示すように、対象とするダミースロット開口８の配列間隔を利用する周波数帯域の中心周波数の自由空間波長λ０に対して、０．８５〜０．９３倍にしたことを特徴とするものである。
本実施形態にかかるまた別の平面アレーアンテナは、図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１７に示す通り、ダミースロット開口８が真上に位置するように、放射素子５とサイズの点で同様なダミー素子１０をアンテナ回路基板３に設けたことを特徴とするものである。【００４４】  本実施形態に係る更に別の平面アレーアンテナは、図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図２０に示す通り、アンテナ回路基板３に設けたダミー素子１０に線路１１０を設け金属スペーサ９ｂを介して電気的にショートしたことを特徴とするものである。
本実施形態に係るまた別の平面アレーアンテナは、対象とするダミースロット開口８が少なくとも２列配置されたことを特徴とするものである。【００４５】  地導体１およびスロット板４は、どのような金属板あるいはプラスチックにメッキした板でも用いることができるが、特にアルミニウム板を用いれば、軽量で安価に製造でき好ましい。また、基材としてのフィルムに銅箔が張り合わされて構成されるフレキシブル基板の不要な銅箔をエッチング除去しても構成でき、さらにガラスクロスに樹脂を含浸させた薄い樹脂板に銅箔を張り合わせた銅張り積層板でも構成することができる。地導体に形成するスロット等は、機械プレスで打ち抜き加工したり、エッチングにより形成することができる。簡便性、生産性等から機械プレスでの打ち抜き加工が好ましい。【００４６】  誘電体２ａ及び誘電体２ｂには、空気、比誘電率の低い発泡体などを用いるのが好ましい。発泡体としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系発泡体、ポリスチレン系発泡体、ポリウレタン系発泡体、ポリシリコーン系発泡体、ゴム系発泡体が挙げられ、ポリオレフィン系発泡体が、対空気比誘電率がより小さいので好ましい。【００４７】  アンテナ回路基板３は、フィルムを基材とし、その上に銅箔を張り合わせたフレキシブル基板の不要な銅箔をエッチング除去して、放射素子５や給電線路６を形成して構成できるが、ガラスクロスに樹脂を含浸させた薄い樹脂板に銅箔を張り合わせた銅張り積層板でも構成できる。フィルムとして、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンポリプロピレンコポリマー、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、熱可塑ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリメチルペンテンなどのフィルムが挙げられ、フィルムと金属箔との積層には接着剤を用いても良い。耐熱性、誘電特性と汎用性からポリイミドフィルムに銅箔を積層したフレキシブル基板が好ましい。誘電特性からフッ素系フィルムが好ましく用いられる。
また、放射素子５とスロット開口７の基本形状は、菱形、正方形または円形であってもかまわない。【００４８】  （実施例２）
図１５（ａ）、図１５（ｂ）を参照しながら、第２の実施形態の実施例（実施例２）を説明する。地導体１は、厚さ１ｍｍのアルミニウム板で作製された。誘電体２ａ及び誘電体２ｂは、比誘電率が略１で厚みが０．３ｍｍの発泡ポリエチレン板で作製された。また、アンテナ回路基板３は、厚さ２５μｍのポリイミドフィルムに厚さ１８μｍの銅箔をはり合わせたフィルム基板を用い、その銅箔をエッチングして複数個の放射素子５及び給電線路６を形成することにより、作製された。放射素子５は、この実施例では正方形であり、その一辺の長さは利用周波数７６．５ＧＨｚの自由空間波長λ０の略０．４倍である。また、スロット板４は、厚さ１ｍｍのアルミニウム板に、プレス工法による打ち抜きで複数個の長方形のスロット開口７を形成し、作製された。スロット開口７の短辺はλ０の略０．５５倍とした。ここで、放射素子５及びスロット開口７は、λ０の約０．９倍の間隔で配列されている。
なお、各アンテナの出力端の変換は、導波管変換とし短絡板１２０にて変換を行い構成とした。【００４９】  以上の構成では、１個の４×１６素子アンテナが送信アンテナとして、９個の２×１６素子アンテナが受信アンテナとして構成された。
さらに、スロット板４においては、スロット開口７と同じ開口寸法を有し、それぞれ１×１６状に配列されたダミースロット開口８の一対を、これらの間に９個の受信アンテナが位置するように、設けた（図１５（ｂ）参照）。ダミースロット開口８の配列間隔は、スロット開口７と同一（０．９λ０）した。【００５０】  以上のように構成された本実施例の平面アレーアンテナは、従来の平面アレーアンテナでは、図２１に示すように、受信アンテナアレー中央部と端部において水平面指向性に大きなレベル差と非対称性が生じているのに対して、図２２に示したように安定した特性が実現できた。【００５１】  （実施例３）
図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示す実施例３は、実施例２において、アンテナ回路基板３にダミースロット開口８が真上に位置するように、放射素子５と同じく一辺の長さが略０．４λ０のダミー素子１０を設けた。
この結果、実施例２と同様の受信アンテナのアレー中央部とアレー端部の水平面指向特性は、安定した特性が実現できた。【００５２】  （実施例４）
図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示す実施例４は、実施例３において、ダミー素子１０に線路１１０を形成し、スロット板４と電気的接続を行った。
この結果、実施例２及び３と同様の受信アンテナのアレー中央部とアレー端部の水平面指向特性は、安定した特性が実現できた。【００５３】  以上説明した通り、本実施形態によれば、小型アレーアンテナを複数個配列した際に、アレー端に構成されたアンテナの利得・指向特性が、アレー中央に構成されたアンテナと同等の特性が確保できるトリプレート型平面アレーアンテナを実現することができる。【００５４】  （第３の実施形態）
図２５（ａ）及び（ｂ）に示す本発明の第３の実施形態に係るトリプレート線路−導波管変換器において、図２４（ｂ）に示す金属スペーサ部１７０ａ、１７０ｂ等は、所望の厚みの金属板の打ち抜き加工品で形成できる。ここで、図２４（ａ）に示すように、導波管の内寸法ａ×ｂの貫通孔を有する地導体１の面上に、図２５（ｂ）に示すように、金属スペーサ部１７０ａとフィルム基板１４０、金属スペーサ部１７０ｂを順に積層配置し、さらにこの上部に上部地導体１５０を配置することにより、容易にトリプレート線路−導波管変換器が構成できる。【００５５】  本構成において、フィルム基板１４０の面上に形成した方形共振パッチパターン１００には、上部地導体５００との間で、図２７に示すように、ＴＭ０１モードの励振モードが励起される。従って、フィルム基板１４０の面上に形成されたストリップ線路導体３００と地導体１１１、１５１で形成されたトリプレート線路の励振モードＴＥＭモードは、方形共振パッチパターン１００と地導体１５０との間で、ＴＭ０１モードに変換され、さらに方形導波管の励振モードＴＥ１０モ―ドにモード変換を行うことができる。また、各構成部材の組立に際して、方形共振パッチパターン１００の中心位置と導波管１６０の内寸法の中心位置とが一致するようにし、かつ、地導体１１１の貫通孔と金属スペーサ部１７０ａ、１７０ｂの内壁の機械的な連続性を保つため、各構成部品の位置精度をガイドピン等によって組立て、ネジ止め等で固定することが望ましいことは言うまでもない。【００５６】  本構成において、方形共振パッチパターン１００の線路接続方向の寸法Ｌ１を所望の周波数の自由空間波長λ０の略０．２７倍とし、かつ前記方形共振パッチパターン１００の線路接続方向と直交する方向の寸法Ｌ２を所望の周波数の自由空間波長λ０の略０．３８倍とすることが好ましい。Ｌ１を所望の周波数の自由空間波長λ０の略０．２７倍とするのは、導波管の内寸法ａの略０．８５倍程度として異なる電磁界モードをスムーズに変換可能とするためである。好ましくは、自由空間波長λ０の０．２５〜０．２９倍である。【００５７】  Ｌ２を所望の周波数の自由空間波長λ０の略０．３８倍とするのは、リターンロスの確保できる帯域を、より広帯域に確保するためである。好ましくは、自由空間波長λ０の０．３２〜０．４倍である。【００５８】  フィルム基板１４０は、フィルムを基材とし、その上に銅箔等の金属箔を張り合わせたフレキシブル基板の不要な銅箔（金属箔）をエッチング除去することにより複数の放射素子やそれらを接続するストリップ導体線路が形成される。また、フィルム基板には、ガラスクロスに樹脂を含浸させた薄い樹脂板に銅箔を張り合わせた銅張り積層板でも構成できる。【００５９】  地導体１１１及び上部地導体１５０は、どのような金属板あるいはプラスチックにメッキした板でも用いることができるが、特にアルミニウム板を用いれば、本実施形態に係る変換器を軽量で安価に製造でき好ましい。また、それらは、フィルムを基材とし、その上に銅箔を張り合わせたフレキシブル基板、またはガラスクロスに樹脂を含浸させた薄い樹脂板に銅箔を張り合わせた銅張り積層板を用いて構成することができる。【００６０】  また、誘電体１２０ａ，１２０ｂとしては、対空気比誘電率の小さい発泡体などを用いるのが好ましい。発泡体としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系発泡体、ポリスチレン系発泡体、ポリウレタン系発泡体、ポリシリコーン系発泡体、ゴム系発泡体が挙げられ、ポリオレフィン系発泡体が対空気比誘電率がより小さいので好ましい。【００６１】  以下に本実施形態の実施例を用いて詳細に説明する。
（実施例５）
本実施形態に係る一実施例（実施例５）を図２５（ａ）（ｂ）に示す。本実施例において、地導体１１１は、厚さ３ｍｍのアルミニウム板で作製した。誘電体１２０ａ、１２０ｂは、厚さ０．３ｍｍの比誘電率約１．１を有する発泡ポリプロピレンシートで作製した。フィルム基板４は、厚さ２５μｍのポリイミドフィルムに、厚さ１８μｍの銅箔を貼り合わせたフィルム基板で作製した。地導体５は、厚さ０．７ｍｍのアルミニウム板で作製した。また、金属スペーサ部１７０ａ、１７０ｂには、厚さ０．３ｍｍのアルミニウム板を用いた。
ここで地導体１１１には、図２４（ａ）に示す如く導波管の内寸法に等しいａ＝１．２７ｍｍ、ｂ＝２．５４ｍｍの貫通孔を打ち抜き加工により形成した。また図２４（ｂ）に示す金属スペーサ部１７０ａ、１７０ｂの各寸法は、ａ＝１．２７ｍｍ，ｂ＝２．５４ｍｍ，ｃ＝１．５ｍｍ，ｄ＝１．３ｍｍとして打ち抜き加工により形成した。【００６２】  また、フィルム基板１４０には、図２４（ｃ）に示すごとく線路幅０．３ｍｍの直線線路のストリップ線路導体３００とその先端の導波管の位置する部分に、線路接続方向の寸法Ｌ１と線路接続方向と直交する方向の寸法Ｌ２を所望の周波数の自由空間波長λ０の略０．２７倍、すなわち、Ｌ１＝Ｌ２＝１．０７ｍｍ、とした方形共振パッチパターン１００をエッチングにより形成した。さらに、図２５（ａ）（ｂ）の構成において、地導体１１１の貫通孔及び金属スペーサ部１７０ａ、１７０ｂのａ寸法・ｂ寸法で示される内壁部の位置、方形共振パッチパターン１００の位置が精度良く一致するように、各部材料を貫通させたガイドピン等によって積層配置し、上部地導体１５０の上面から各部材を貫通して地導体１１１にネジ止め固定して構成した。【００６３】  図２５（ａ）（ｂ）を参照しつつ説明した構成により、入力部と出力部を左右対称に形成し、一方の出力部に導波管終端を接続し、入力部に導波管を接続して反射特性を測定した結果を図２８に実線で示した。所望の７６．５ＧＨｚ帯で反射損失は−２０ｄＢ以下の特性を有しており、かつ広い周波数帯域に渡って、−２０ｄＢ以下の低反射損失特性が得られた。【００６４】  （実施例６）
本実施形態の他の実施例（実施例６）を図２６に示す。
実施例６は、方形共振パッチパターン１００の線路接続方向と直交する方向の寸法Ｌ２を所望の周波数の自由空間波長λ０の略０．３８倍、すなわちＬ２＝１．５ｍｍとしたことを除くと、実施例４と同じ構成を有する。
図２６の構成において、入力部と出力部を左右対称に形成し、一方の出力部に導波管終端を接続し、入力部に導波管を接続して反射特性を測定した結果を図２８に破線で示した。所望の７６．５ＧＨｚ帯で反射損失は−２０ｄＢ以下の特性を有しており、かつさらに広い周波数帯域に渡って、−２０ｄＢ以下の低反射損失特性が得られた。【００６５】  以上説明した通り、本実施形態によれば、金属スペーサ部１７０ａ、１７０ｂ、上部地導体１５０、及び地導体１１１等の構成部品は、所望の厚みを有する金属板等の打ち抜き加工で安価に形成できる。したがって、従来の広帯域で低損失な特性を損なうことなく、従来構造で必要とされた短絡金属板１８０や短絡距離調整金属板１９０が不要となり、組立てが容易で接続信頼性の高い安価なトリプレート線路−導波管変換器が実現できる。【００６６】  なお、第１の実施形態におけるアンテナ基板（４０）、第２の実施形態におけるアンテナ回路基板（３）、および第３の実施形態におけるフィルム基板（１４０）を構成するために使用したフレキシブル基板のフィルムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンポリプロピレンコポリマー、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、熱可塑ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリメチルペンテンなどのフィルムが挙げられる。フィルムと金属箔との積層には接着剤を用いても良い。耐熱性、誘電特性と汎用性からポリイミドフィルムに銅箔を積層したフレキシブル基板が好ましい。誘電特性からフッ素系フィルムが好ましく用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】  本発明によれば、ミリ波帯での通信に好適で、特性が向上したアンテナデバイスを安価に提供することができる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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