(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形導波管に接続されて使用される伝搬モードトランスデューサであって、
地導体板と、該地導体板から所定間隔を確保して設けられる円形状のパッチと、を有する円形パッチアンテナを備えており、
前記円形導波管は、接続端側においてパッチ周囲を囲むように前記パッチを管内に収容するとともに前記地導体板に電気的に接続され、
前記円形パッチアンテナは、外部から給電されるマイクロ波またはミリ波をＴＭ01モードで前記管内に放射する場合であって、
前記パッチがＴＭ01モードで励振する円環パッチアンテナのパッチの円板形状であると仮定したとき、次式から得られるｒ0よりも前記円形導波管の内半径ｒが小さい場合に、
ｒ0＝（３．８１３７×λ）／２π
（ただし、λは、前記マイクロ波またはミリ波の波長である）
前記パッチは、
前記パッチの外周縁と前記円形導波管の内周壁との離隔間隔ｓが前記所定間隔に等しいときに、半径ｄ＝ｒ−ｓおよび高さｔ≒ｒ0−ｄの関係が成り立つ有底円筒形状であることを特徴とする伝搬モードトランスデューサ。
【請求項２】
前記円形パッチアンテナは、前記マイクロ波またはミリ波の給電点を前記パッチの中心部に有するとともに、前記地導体板に対する短絡点を、該給電点を中心にした複数の点対称位置に有することを特徴とする請求項１に記載の伝搬モードトランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管に接続されて使用される伝搬モードトランスデューサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示される技術は、導波管ではなく導体線に接続されて使用される伝搬モードトランスデューサの一例であり、パルスレーダ方式で被測定物である液面までの距離を測定する。特許文献１の技術では、トランスデューサとしてのパッチアンテナが中心導体に実装されている。そして、この中心導体が、筐体に一体に結合されたショートピンを有することにより、中心導体にかかる導体線の荷重がショートピンを介して筐体に加わる。これにより、中心導体の周囲に設けられた誘電体等には、荷重がかからないことから、導体線の揺れ等により中心導体の導体線結合部にかかる荷重が変動しても、そのような荷重の影響を受けることなく安定した精度での測定を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１３４４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、中心導体が複数のショートピンを有する構成にする必要がある。そのため、同文献１の図３に図示されているように、中心導体の構造が複雑になることから、製品コストの増加に繋がり得る。また、導体線の揺れ等により中心導体の導体線結合部にかかる荷重の一部を、ショートピンを介して筐体に逃がすことができても、導体線結合部に加わるスロッシング（sloshing）荷重のすべてを筐体に逃がすことは難しい。そのため、導体線結合部の機械的強度を相当程度に高める必要があることから、これも製品コストの増加の一因になり得る。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、製品コストを低減し得る伝搬モードトランスデューサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載された本発明の伝搬モードトランスデューサは、円形導波管に接続されて使用される伝搬モードトランスデューサであって、地導体板と、該地導体板から所定間隔を確保して設けられる円形状のパッチと、を有する円形パッチアンテナを備えており、前記円形導波管は、接続端側においてパッチ周囲を囲むように前記パッチを管内に収容するとともに前記地導体板に電気的に接続され、前記円形パッチアンテナは、外部から給電されるマイクロ波またはミリ波をＴＭ01モードで前記管内に放射する場合であって、前記パッチがＴＭ01モードで励振する円環パッチアンテナのパッチの円板形状であると仮定したとき、次式から得られるｒ0よりも前記円形導波管の内半径ｒが小さい場合に、ｒ0＝（３．８１３７×λ）／２π（ただし、λは、前記マイクロ波またはミリ波の波長である）、前記パッチは、前記パッチの外周縁と前記円形導波管の内周壁との離隔間隔ｓが前記所定間隔に等しいときに、半径ｄ＝ｒ−ｓおよび高さｔ≒ｒ0−ｄの関係が成り立つ有底円筒形状であることを技術的特徴とする。なお、有底円筒形状は、その一例として茶筒蓋形状を含む。また、ｔ≒ｒ0−ｄは、ｔ＝ｒ0−ｄを含む。ｄは、パッチの地導体板と平行な部分の半径を示す。なお、ｔは、パッチの端を９０度折り曲げた長さを表す。
【０００７】
円形パッチアンテナは、外部から給電されるマイクロ波等をＴＭ01モードで管内に放射する。ＴＭ01モードでマイクロ波等が伝搬した場合の導波管の遮断周波数は、ＴＥ01モードでマイクロ波等が伝搬した場合の遮断周波数よりも低くなる。例えば、ＦＭＣＷレーダ方式においては、測定精度を高めるためには、掃引周波数幅が大きいことが望ましい。また、導波管の遮断周波数が低いほど、所望の周波数幅で掃引する送信波（特に掃引の下限周波数の送信波）を通すことが可能になる。これにより、ＴＭ01モードは、ＴＥ01モードよりも掃引周波数幅の下限側が通り易く、広い掃引周波数幅を確保することが可能になる。これは、相対的に導波管の内径（内半径）を小さくし得ることを意味する。そのため、導波管が重量当たりで単価が定められ得る金属（例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等）で導波管が製造されている場合には、製品コストの低減を図ることが可能になる。
【０００８】
また、円形導波管は、接続端側においてパッチ周囲を囲むようにパッチを管内に収容するとともに地導体板に電気的に接続される。これにより、円形導波管は、ワイヤー等の導体線に比べて撓み難いため、スロッシングの影響を受け難い。また、例えば、円形導波管の接続端側の全周を地導体板に機械的に接続（例えば、溶接）する等の比較的簡素な構成により、両者を強固に接続することが可能になる。そのため、円形導波管にスロッシング荷重が加わる場合があっても、その荷重を接続端側の全周を介して地導体板側に逃がすことが可能になる。
【００１０】
円形パッチアンテナのパッチは、半径ｄ＝ｒ−ｓおよび高さｔ≒ｒ0−ｄの関係が成り立つ有底円筒形状である。そして、この有底円筒形状のパッチは、その周囲が地導体板に電気的に接続されている円形導波管に囲まれており、パッチの外周縁と円形導波管の内周壁との離隔間隔ｓは、地導体板とパッチとの間の所定間隔に等しい。これにより、パッチが円板形状である円形パッチアンテナが、地導体板とパッチとの間に主に電界を形成するのに対して、パッチが有底円筒形状である円形パッチアンテナ（以下「有底円筒パッチアンテナ」という場合がある）では、地導体板とパッチとの間に加えて、パッチの高さ（厚さ）方向にも、円形導波管（地導体板とほぼ同電位）とパッチとの間において電界を形成することが可能になる。そのため、アンテナの比帯域幅を大きくすることが可能になり、その分、掃引周波数幅を拡げることが可能になる。また、有底円筒パッチアンテナは、その半径ｄを、ＴＭ01モードで励振する円環パッチアンテナのパッチの半径ｒ0よりも小さくすることが可能であるため、円形導波管を積極的に細くすることもできる。「比帯域幅」とは、伝搬モードトランスデューサがマイクロ波等をＴＭ01モードで導波管内に放射することが可能な周波数の上限から下限を差し引くことにより求められる帯域幅を、その中央の周波数（中心周波数）で除算した値または除算した値を１００倍した値（％）のことをいう。
【００１１】
また、特許請求の範囲の請求項２に記載された本発明の伝搬モードトランスデューサは、請求項１に記載の伝搬モードトランスデューサにおいて、前記円形パッチアンテナは、前記マイクロ波等の給電点を前記パッチの中心部に有するとともに、前記地導体板に対する短絡点を、該給電点を中心にした複数の点対称位置に有することを技術的特徴とする。マイクロ波等の給電点をパッチの中心部に有するとともに、地導体板に対する短絡点を、該給電点を中心にした複数の点対称位置に有することから、このような複数の点対称位置に給電点を設ける場合に比べて、円形パッチアンテナや有底円筒パッチアンテナを容易にＴＭ01モードで励振させることが可能になる。また、短絡点を４箇所に有することにより、２箇所に有する場合に比べて比帯域幅を大きくすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の伝搬モードトランスデューサでは、ＴＭ01モードは、ＴＥ01モードよりも低い遮断周波数を実現することが可能になる。したがって、例えば、ＦＭＣＷレーダ方式において、相対的に細い円形導波管を使用することが可能になる。導波管は、重量当たりで単価が定められ得る金属（例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等）で製造されている場合が多い。そのため、円形導波管を積極的に細くすることは、導波管のコストを下げることになるので、製品コストを低減することができる。また、例えば、円形導波管の接続端側の全周を地導体板に機械的に接続（例えば、溶接）する等の比較的簡素、かつ、製品コストの増加に繋がり難い構成により、両者を強固に接続することが可能になる。そのため、円形導波管にスロッシング荷重が加わる場合があっても、その荷重を接続端側の全周を介して地導体板側に逃がすことが可能になる。したがって、これによっても製品コストを低減することができる。
【００１３】
また、本発明の伝搬モードトランスデューサでは、パッチが有底円筒形状である有底円筒パッチアンテナにすることにより、パッチの半径ｄがＴＭ01モードで励振する円環パッチアンテナのパッチの半径ｒ0よりも小さくなるので、円形導波管を積極的に細くすることが可能になる。したがって、導波管のコストをさらに下げることが可能になるので、製品コストを一層低減することができる。また、重量当たりで単価が定められ得る金属（例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等）でパッチが製造されている場合には、パッチのコストダウンに伴い製品コストをさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る液位測定装置の構成例を示す説明図である。
【図２】本実施形態の液位測定装置を構成するトランスデューサの構成例を示す模式的断面図である。
【図３】図２に表されるIII−III線断面を示す模式的断面図である。
【図４】図４(A)は、同心円アレーアンテナ用ラジアル線路の給電回路を示す説明図である。図４(B)は、図４(A)に太線で表す共振器をＴＭ01モード円環パッチアンテナに変形した例を示す説明図である。図４(C)、図４(D)は、有底円筒形状のパッチアンテナを備えた本実施形態のトランスデューサの構成を比較する説明図である。
【図５】本実施形態のトランスデューサの他の構成例を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の伝搬モードトランスデューサを液面測定装置に適用した実施形態について図を参照して説明する。まず図１に基づいて本実施形態の液位測定装置１０の構成概要を説明する。図１には、液位測定装置１０の構成例を示す説明図が図示されている。
【００１６】
図１に示すように、液位測定装置１０は、タンカー等の液体１００を運搬する船舶のカーゴタンク９１に設けられるものであり、主に、トランスデューサ２０、パイプ１３、レーダ送受信機、コントローラ等から構成されている。液体１００は、例えば、水、石油、液化天然ガス等である。なお、図１では、レーダ送受信機およびコントローラの図示を省略している。
【００１７】
トランスデューサ２０は、マイクロ波またはミリ波を送受信可能なアンテナ装置であり、カーゴタンク９１の天井９３に取り付けられている。天井９３には、トランスデューサ２０を取り付けるための取付穴９４が形成されている。トランスデューサ２０は、後述するパッチアンテナ３０がこの取付穴９４からカーゴタンク９１内に露出するように、天井９３に固定されている。トランスデューサ２０は、同軸ケーブルを介してレーダ送受信機に接続されている。本実施形態のトランスデューサ２０は、レーダ送受信機から出力されたレーダ波をＴＭ01モードで送信したり、被測定物に反射して戻って来たＴＭ01モードのレーダ波を受信してレーダ送受信機に出力したりする。
【００１８】
パイプ１３は、カーゴタンク９１の天井９３から底板９５に向けて延設される金属製の円筒管であり、本実施形態では、後述するように円形導波管として機能する。金属は、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等であり、重量当たりで単価が定められ得るものである。図１においては、図面表現の便宜上、パイプ１３の長さが比較的短く表現されているが、パイプ１３は、例えば、５０ｍ（メートル）の長さに設定されている。また、パイプ１３の先端は、底板９５と電気的に接続されていても、底板９５と電気的に接続されていなくても良い。パイプ１３の内側には、カーゴタンク９１内に貯留された液体１００の液面高さと同じ液面高さの液体１００が満たされている。
【００１９】
レーダ送受信機は、本実施形態では、例えば、ＳＨＦ（Super High Frequency）帯の周波数で送受信可能な無線装置である。本実施形態では、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ方式で被測定物までの距離を計測する。そのため、レーダ送受信機は、例えば、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に三角波のＦＭ変調をかけて送信波を生成し、トランスデューサ２０に出力する。これにより、送信波は、トランスデューサ２０から被測定物に向けて発射される。また、レーダ送受信機の内部では、送信波の一部を分配して受信用ミクサのローカル波として使う。被測定物で反射した反射波は、トランスデューサ２０により受信されてレーダ送受信機に出力される。レーダ送受信機に入力された受信波は、受信ミクサに入力されてローカル波（分配された送信波）と混合されることにより、ビート信号が生成される。このビート信号を解析することで、被測定物までの距離を算出することが可能になる。
【００２０】
コントローラは、複数本の信号線等を介してレーダ送受信機に接続されている。コントローラは、例えば、マイクロコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ、ＤＳＰ等を備えている。コントローラは、例えば、レーダ送受信機に対して電圧制御発振器を制御する電圧信号を出力したり、レーダ送受信機から入力されるビート信号を波形解析したりする。詳細は、例えば、特開２０１３−２５３９３６号公報を参照されたい。なお、本実施形態では、レーダ送受信機およびコントローラは、トランスデューサ２０と別体に構成したが、トランスデューサ２０内に構成しても良い。
【００２１】
次に図２および図３を参照して、トランスデューサ２０の構成例を説明する。図２には、トランスデューサ２０の構成例を示す模式的断面図が図示されている。また、図３には、図２に表されるIII−III線断面を示す模式的断面図が図示されている。
【００２２】
図２および図３に示すように、トランスデューサ２０は、主に、ベースプレート２１、カバー２４、パッチアンテナ３０、円形導波管４０等から構成されている。ベースプレート２１は、円形状に形成される金属板であり、本実施形態では、トランスデューサ２０をカーゴタンク９１に取り付ける取付板として機能するとともに、電気的にはパッチアンテナ３０を構成する地導体板として機能する。そのため、ベースプレート２１は、図略のボルトやナットを介し、カーゴタンク９１の天井９３に対して電気的に導通可能に接続される。
【００２３】
ベースプレート２１には、複数の穴部が形成されている。周縁部付近に周方向に９０度間隔で４箇所に形成される貫通穴２２は、ベースプレート２１（トランスデューサ２０）をカーゴタンク９１の天井９３に固定するボルトが挿通されるものである（図３参照）。本実施形態では、ベースプレート２１は、カバー２４と共締めされる。これに対して、ベースプレート２１のほぼ中心部に形成される給電孔２３は、パッチアンテナ３０にレーダ波の高周波電力を給電する給電線２７を挿通するためのものである。また、図２等に図示していないが、ベースプレート２１には、コネクタ２６（例えば、ＳＭＡタイプの同軸コネクタ）を取り付けるコネクタ用取付孔も形成されている。
【００２４】
カバー２４は、ベースプレート２１の表面およびベースプレート２１に取り付けられるコネクタ２６等を海水や風雨等から保護するための蓋部である。キャップと呼ばれる場合もある。カバー２４は、本実施形態では、有底の円筒形状に形成されており、周囲に径方向外側に張り出すフランジを備えている。このフランジには、ベースプレート２１の貫通穴２２と同様に、貫通穴２５が周方向に９０度間隔で４箇所に形成されている。これにより、カバー２４をベースプレート２１とともに天井９３に共締め可能にしている。なお、図示されていないが、ベースプレート２１とカバー２４のフランジとの間には、両者の隙間を液密に密閉するＯリング等が介在している。また、カーゴタンク９１の天井９３とベースプレート２１との間にも、同様のＯリング等が介在している。
【００２５】
パッチアンテナ３０は、前述したベースプレート２１（地導体板）とパッチ３１とにより構成されている。パッチ３１は、金属製であり、例えば、茶筒の蓋部分のような有底の円筒形状に形成されている。金属は、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等であり、重量当たりで単価が定められ得るものである。パッチ３１の内部は、空洞である。パッチ３１の内部空間は、上面３２と内周面３６により囲まれている。上面３２に対向する側（下面）は、円形導波管４０内空間に開口する開口面３３である。
【００２６】
パッチ３１は、外径が円形導波管４０の内径寸法よりも小さい寸法に設定されている。そのため、パッチ３１の外周面３５と円形導波管４０の内周壁４５ａとの間には、隙間（間隔）ｓが形成されている。また、パッチ３１は、ベースプレート２１の裏面に対して隙間（間隔）ｈを空けて対向している。即ち、パッチ３１の上面３２とベースプレート２１との間には、隙間（間隔）ｈが形成されている。
【００２７】
本実施形態では、後で図４を参照しながら説明するように、これらの隙間（間隔）ｓとｈが同じ値になるように、パッチ３１の外径や軸長または円形導波管４０の内径がそれぞれ設定されている。そのため、パッチ３１とベースプレート２１とを電気的に接続するショートピン２８は、ベースプレート２１の裏面とパッチ３１の上面３２とが隙間（間隔）ｈになるように軸長が設定されている。パッチ３１の中心には、コネクタ２６に接続される給電線２７の芯線が電気的に接続されている（図３に示す給電点３７）。また、この給電点３７を中心に所定距離だけ径方向に離れた円上に周方向に９０度間隔で４箇所にショートピン２８が電気的に接続されている。つまり、パッチ３１の円柱形状の軸中心に径方向に所定距離だけ離れた円の周方向等間隔にショートピン２８が接続されている。なお、図２においては、図面表現上の便宜から、本来であれば、給電線２７と重なって現れるショートピン２８の図示が省略されていることに注意されたい。
【００２８】
この４本のショートピン２８は、パッチアンテナ３０をＴＭ01モードで励振可能にするための短絡部材である。前述したように、本実施形態のパッチアンテナ３０では、給電点３７を中心にした複数の点対称位置を短絡点３９にする。本実施形態では、短絡点３９に、ベースプレート２１（地導体板）との電気的に接続するショートピン２８を配置する。これにより、パッチアンテナ３０は、ＴＭ01モードで励振可能になる。なお、これとは逆に、パッチ３１の中心を短絡点３９にし、短絡点３９を中心にした複数の点対称位置を給電点３７にする構成を採る場合にも、パッチアンテナ３０は、ＴＭ01モードで励振可能になる。
【００２９】
円形導波管４０は、金属製の円筒管であり、前述したパイプ１３とほぼ同様に構成されている。本実施形態では、トランスデューサ２０の構成を理解し易くするため、円形導波管４０とパイプ１３を分離している。しかし、両者を電気的および機械的に接合する構成を採っても良いし、また円形導波管４０をパイプ１３の長さ相当に延長する構成を採っても良い。また、パイプ１３の上端部が円形導波管４０の機能を兼ねても良い。
【００３０】
また、本実施形態では、円形導波管４０は、基端部４１がほぼ全周に亘ってベースプレート２１の裏面に電気的に接続されている。電気的な接続は、例えば、溶接やハンダ付けによって行われる。即ち、円形導波管４０は、基端部４１においてパッチ３１の周囲を囲むようにパッチ３１を円形導波管４０の内部に収容するとともにベースプレート２１に電気的かつ機械的に接続される。円形導波管４０は、一般に、ワイヤー等の導体線に比べて撓み難い。そのため、例えば、タンカーの航行中に生じ得るスロッシングの影響を受け難くなる。また、円形導波管４０にスロッシング荷重が加わる場合があっても、その荷重を、基端部４１のほぼ全周を介してベースプレート２１側（カーゴタンク９１の天井９３）に逃がすことが可能になる。
【００３１】
ここで、パッチアンテナ３０の構成について、図４を参照してさらに詳細に説明する。図４(A)には、同心円アレーアンテナ用ラジアル線路の給電回路が図示されている。また、図４(B)には、図４(A)に太線で表す共振器をＴＭ01モード円環パッチアンテナに変形した例を示す説明図が図示されている。図４(C)には、トランスデューサ２０の構成を模式的に表した斜視図が図示されており、また図４(D)には、トランスデューサ２０の構成を模式的に表した断面図が図示されている。なお、図４(A)および図４(B)におけるｚ軸は、空洞共振器や円環パッチアンテナの中心軸に相当する。
【００３２】
図４(A)に示すように、同心円アレーアンテナ用ラジアル線路給電回路では、給電する無線周波数により決定される波長λに対して、その空洞共振器（図４(A)に表す太線部分）の半径ｒ0において、ＴＭ01モードの共振条件は、次式により導かれる。
【００３３】
ｒ0  ＝  （３．８１３７×λ）／２π  ＝  ０．６０９８３×λ
【００３４】
ここで、「ラジアル線路を用いた同心円アレーアンテナ」（後藤尚久、電子情報通信学会技術研究報告、Dec.2015）に掲載されている図９同心円アレーアンテナ用ラジアル線路の給電回路に表されているスロットの幅ｗ（図２に示す符号「ｓ」に相当）およびｈ（図２に示す符号「ｈ」に相当）は、λに対して十分に小さい値とする。また、定数３．８１３７は、第一次ベッセル関数が原点に続いてゼロになる値である。
【００３５】
また、図４(A)に太線で表した空洞共振器において、半径ａ’をスロットの位置ａに近づけ、さらにｗ’＝ｈ’をｗ＝ｈに近づけることにより、図４(B)に示すＴＭ01モード円環パッチアンテナに変形される。円環パッチアンテナのＴＭ01モードは、中心点にショートピン、同心円上の４箇所から同相給電することで励振可能である。しかし、これとは逆に、中心点に給電し、同心円上の４箇所にショートピンを設けることで励振できることも知られている（「アンテナ工学入門講座」（後藤尚久著、電波新聞社発行、２００８年、p.230）。なお、図４(A)において、ｚ軸からの半径ａ’は上記ｒ0に等しい。また図４(B)において、ｚ軸からの半径ａは上記ｒ0に等しい。
【００３６】
これに対して、図４(C)および図４(D)に示すように、内半径がｒ0よりも小さいｒの円形導波管４０にＴＭ01モードを励振する場合には、パッチ端（パッチアンテナ３０の外周縁のこと）と円形導波管４０の内周壁４５ａまでの距離ｓ＝パッチ面（パッチ３１の上面３２）と地導体板（ベースプレート２１）間の距離ｈとが等しくなるようにパッチ端を円形導波管４０の内周壁４５ａに沿って円形導波管４０の開口側（上方）に折り曲げる。ここで、ｈは、λより十分に小さい値とする。これにより、有底円筒形状を成すパッチアンテナ３０のパッチの地導体板（ベースプレート２１）に平行な部分の半径ｄ（＝ｒ−ｓ）が決まる。また、パイプ内壁面に沿って折り曲げる（折り上げる）長さｔは、ｄ＋ｔ≒ｒ0により導かれる値を目安に、実験や計算機シミュレーションの結果に基づいて決定する。これにより、パッチの上端から従来の円環パッチアンテナと同様の磁界が生成されてＴＭ01モードのマイクロ波等をパイプ内に放射することが可能になる。
【００３７】
「比帯域幅」とは、トランスデューサ２０がマイクロ波等をＴＭ01モードで円形導波管４０内に放射することが可能な周波数の上限から下限を差し引くことにより求められる帯域幅を、その中央の周波数（中心周波数）で除算して１００倍した値（％）のことをいう。本願発明者らによる確認試験によると、反射係数Ｓ11によるリターンロスを測定したところ、本実施形態のトランスデューサ２０は、１０％を超える比帯域幅を確保できていることを確認した。
【００３８】
これまで説明したトランスデューサ２０では、パッチアンテナ３０として、有底円筒形状のパッチ３１を例示した。図５に示すように、ＴＭ01モードの円環パッチアンテナに相当するパッチアンテナ５０を円形導波管１４０に収容するように構成しても良い。図５には、トランスデューサの他の構成例としてトランスデューサ１２０を示す模式的断面図が図示されている。同図において、トランスデューサ２０と実質的に同一の構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３９】
図５に示すように、トランスデューサ１２０は、円板形状に形成されたパッチ５１を有するパッチアンテナ５０を備えている。パッチ５１の上面５２は、ベースプレート１２１の裏面に隙間（間隔）ｈだけ離隔して対向しており、４本のショートピン２８を介してベースプレート１２１に電気的に接続されている。また、パッチ５１の外周縁５５は、隙間（間隔）ｓだけ離隔して円形導波管１４０の内周壁１４５ａに対向している。パッチ５１の下面５３は、円形導波管１４０の開口側に向いている。なお、図５においては、図面表現上の便宜から、本来であれば、給電線２７と重なって現れるショートピン２８の図示が省略されていることに注意されたい。
【００４０】
パッチアンテナ５０のパッチ５１は、ＴＭ01モードの円環パッチアンテナに相当する。そのため、パッチアンテナ３０のパッチ３１に比べると、図４を参照して説明したように、半径ｄが大きい。円形導波管１４０の内半径ｒ0も、前述した円形導波管４０の内半径ｒに比べると拡大する。円形導波管１４０の基端部１４１は、円形導波管４０の基端部４１と同様に、基端部１４１のほぼ全周に亘ってベースプレート１２１の裏面に電気的に接続されている。また、円形導波管１４０の先端部１４３には、円形導波管１４０と同サイズのパイプ１３等が接続される。ベースプレート１２１およびカバー１２４は、パッチアンテナ５０のサイズに適合した外径寸法に設定されている。そのため、前述したベースプレート２１やカバー２４よりも外径が大きい。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態のトランスデューサ２０，１２０では、パッチアンテナ３０，５０は、コネクタ２６から給電されるマイクロ波等をＴＭ01モードで円形導波管４０，１４０内に放射する。ＴＭ01モードでマイクロ波等が伝搬した場合の円形導波管４０，１４０の遮断周波数は、ＴＥ01モードでマイクロ波等が伝搬した場合の遮断周波数よりも低くなる。これにより、ＴＭ01モードは、ＴＥ01モードよりも相対的に細い導波管を採用することが可能になる。したがって、製品コストを低減することができる。
【００４２】
また、本実施形態のトランスデューサ２０，１２０では、円形導波管４０，１４０は、基端部４１，１４１においてパッチ３１，５１の周囲を囲むようにパッチ３１，５１を円形導波管４０，１４０内に収容するとともにベースプレート２１，１２１に電気的に接続される。これにより、円形導波管４０，１４０は、ワイヤー等の導体線に比べて撓み難いため、スロッシングの影響を受け難い。また、例えば、円形導波管４０，１４０の基端部４１，１４１は、その全周がベースプレート２１，１２１に機械的に接続（例えば、溶接）する等の比較的簡素な構成により接続される。そのため、ベースプレート２１，１２１と円形導波管４０，１４０とを強固に接続することが可能になるので、円形導波管４０，１４０にスロッシング荷重が加わる場合があっても、その荷重を基端部４１，１４１の全周を介してベースプレート２１，１２１側に逃がすことが可能になる。したがって、複雑な構成を採ることなく、簡素な構成でスロッシング対策が可能になるので、トランスデューサ２０，１２０の製品コストを低減することができる。
【００４３】
さらに、本実施形態のトランスデューサ２０では、パッチアンテナ３０のパッチ３１は、半径ｄ＝ｒ−ｓおよび高さｔ≒ｒ0 −ｄの関係が成り立つ有底円筒形状である。これにより、より細い円形導波管を採用することが可能になる。したがって、重量当たりで単価が定められ得る金属（例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等）で円形導波管４０やパイプ１３が製造されている場合には、円形導波管４０やパイプ１３のコストダウンに伴い製品コストを低減することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、円形導波管４０，１４０やパイプ１３を円筒形状に形成した。しかし、マイクロ波等の導波管として機能する金属管であれば、例えば、開口形状（径方向断面形状）が、矩形状、多角形状、楕円形状や小判形状等の導波管であっても良い。
【００４５】
また、本実施形態では、トランスデューサ２０，１２０を適用する液位測定装置１０として、ＦＭＣＷ方式の場合を例示して説明した。しかし、本発明の伝搬モードトランスデューサは、使用するマイクロ波等の周波数が導波管の遮断周波数に影響を受けるものであれば、例えば、パルス方式やドプラー方式等の他方式の液位測定装置にも適用することが可能である。
【００４６】
さらに、本実施形態では、トランスデューサ２０，１２０を液位測定装置１０に適用する場合を例示して説明した。しかし、本発明の伝搬モードトランスデューサは、地導体板（ベースプレート２１，１２１）に導波管（円形導波管４０，１４０）を接続する構成を採るものであれば、例えば、車載用のミリ波レーダ等の障害物検知装置にも適用することが可能である。
【００４７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、上述した具体例を様々に変形または変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。さらに、本明細書または図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つ。なお、[符号の説明]の欄における括弧内の記載は、上述した実施形態で用いた用語と、特許請求の範囲に記載の用語との対応関係を明示し得るものである。
【符号の説明】
【００４８】
１０…液位測定装置
１３…パイプ（円形導波管）
２０，１２０…トランスデューサ（伝搬モードトランスデューサ）
２１，１２１…ベースプレート（地導体板）
２４，１２４…カバー
２６…コネクタ
２７…給電線
２８…ショートピン
３０，５０…パッチアンテナ（円形パッチアンテナ）
３１，５１…パッチ
３２，５２…上面
３５…外周面（外周縁）
３７…給電点
３９…短絡点
４０，１４０…円形導波管
４１，１４１…基端部（接続端側）
４５，１４５…周壁部
４５ａ，１４５ａ…内周壁
５５…外周縁
９１…カーゴタンク
９３…天井
９５…底板
１００…液体（被測定物）
【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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