(57)【要約】【課題】  誘電体導波管内部において各スロットで生じる反射波を抑圧して、給電点の反射特性を改善した、簡便で量産に適した誘電体導波管スロットアレイアンテナの構造を提供する。【解決手段】  同一表面に管内波長に等しい間隔で電磁波を放射する複数の第1のスロットを具えた誘電体導波管、それらのスロットに対向する位置にそれぞれスルーホールを具えたプリント基板、およびそれらのスロットに対向する位置にそれぞれ貫通孔を具えた金属板からなる誘電体導波管スロットアレイアンテナにおいて、上記複数のそれぞれのスロットに近接して第2のスロットが形成され、第2のスロットに対向する位置のプリント基板にスルーホールが、金属板にそれぞれ貫通孔が形成され、第2のスロットに対向して金属板に形成される貫通孔の長さが第１のスロットに対向する貫通孔の長さと異なる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一表面に所定の間隔で電磁波を放射する複数のスロットを具えた誘電体導波管、それらのスロットに対向する位置にそれぞれスルーホールを具えたプリント基板、およびそれらのスロットに対向する位置にそれぞれ貫通孔を具えた金属板からなる誘電体導波管スロットアレイアンテナにおいて、
上記複数のそれぞれのスロットに近接してスロットが形成され、当該スロットに対向する位置のプリント基板にそれぞれスルーホールが、金属板にそれぞれ貫通孔が形成されたことを特徴とする誘電体導波管スロットアレイアンテナ。
【請求項２】
電磁波を放射する複数のスロットに近接して形成されたスロットに対向する金属板の貫通孔の長さが、電磁波を放射する複数のスロットに対向する金属板の貫通孔の長さと異なる請求項１記載の誘電体導波管スロットアレイアンテナ。
【請求項３】
電磁波を放射する複数のスロットに近接して形成されたスロットに対向する金属板の貫通孔の長さを、電磁波を放射する複数のスロットに対向する金属板の貫通孔の長さと異ならせて、自由空間とのインピーダンスを不整合状態とすることを特徴とする請求項１記載の誘電体導波管スロットアレイアンテナ。
【請求項４】
同一表面に管内波長にほぼ等しい間隔で電磁波を放射する複数の第1のスロットを具えた誘電体導波管、それらのスロットに対向する位置にそれぞれスルーホールを具えたプリント基板、およびそれらのスロットに対向する位置にそれぞれ貫通孔を具えた金属板からなる誘電体導波管スロットアレイアンテナにおいて、
上記複数のそれぞれのスロットに近接して第2のスロットが形成され、第2のスロットに対向する位置のプリント基板にスルーホールが、金属板にそれぞれ貫通孔が形成され、
第2のスロットに対向して金属板に形成される貫通孔の長さが第１のスロットに対向する貫通孔の長さと異なることを特徴とする誘電体導波管スロットアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体材料によって小型化した導波管である誘電体導波管を利用した誘電体導波管スロットアレイアンテナに係るもので、給電点における反射特性を改善する構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広壁にスロットを設けた誘電体導波管とスルーホールを設けたプリント基板および貫通孔を設けた金属板を用いて構成した誘電体導波管スロットアレイアンテナでは、ビームを正面方向に向ける必要がある場合、管内波長とほぼ等しい間隔でスロットを配列し、各スロットを同位相で励振すればよい。しかし、誘電体導波管内部において各スロットで生じた反射波が給電点において同位相となって反射特性が非常に悪くなってしまい、給電した電力を効率よく自由空間に放射することができないという問題を生じる。反射特性を改善するには、スロット間隔を管内波長からずらして反射波が同位相にならないようにすればよいが、同時に各スロットの励振位相もずれてしまうのでビームが傾いてしまう。ビームを傾けずに反射特性を改善するためには、導波管に反射波抑圧用素子を設ける必要がある。これまでに、導波管内部にポストやアイリスを設けたり、スロットと反対側の広壁に凹溝を設ける方法が提案されているが、いずれも構造が複雑で加工に手間がかかる方法であり、量産に適しているとはいえない。これが誘電体導波管スロットアレイアンテナの普及の妨げになっていた。
【０００３】
図４は、従来の誘電体導波管スロットアレイアンテナの基本構成を示す斜視図を示す。図４に示すように、誘電体導波管41の広壁に導電膜の一部を除去したスロット44を形成し、プリント基板42にはスロット44とほぼ同形状のスルーホール45を形成する。また、金属板43には貫通孔46を設け、スロット44、スルーホール45、貫通孔46のそれぞれの位置を一致させて誘電体導波管41と金属板43はプリント基板42を介して接続される。金属板43の貫通孔46は、スロット44と自由空間とのインピーダンス整合をとる役割を果たし、誘電体導波管41中を伝播する電磁波のエネルギーを自由空間に効率よく放射する。これらのスロット44およびスルーホール45と貫通孔46を複数配列することにより、利得および指向性を強めることができる。誘電体導波管41を用いることで波長短縮効果によりアンテナの寸法を小さくできるため、通信機器の小型化と低廉化が可能になる。また、グレーテイングローブの発生を抑えることができるという利点もある。
【０００４】
しかし、この構造には次のような問題点がある。ビームを正面方向に向ける必要がある場合、管内波長とほぼ等しい間隔でスロットを配列し、各スロットを同位相で励振すればよいが、図５に示すように、誘電体導波管内部において各スロットで生じた反射波が給電点において同位相となって反射特性が非常に悪くなってしまい、給電した電力を効率よく自由空間に放射することができないという問題を生じる。
【０００５】
図５は、断面寸法が18mm×４mmで比誘電率21の誘電体導波管の広壁に、１mm幅のスロット10個をほぼ管内波長に等しい間隔で配列し、0.5mm厚のプリント基板と、60ｍｍ×２mmの貫通孔を設けた16mm厚の金属板を用いて誘電体導波管スロットアレイアンテナを構成した場合のシミュレーション結果である。図６(a)より5GHzにおいてビームは正面方向を向いているが、図６(b)に示すようにリターンロスは約1.5dBと非常に悪くなっている。
【０００６】
反射特性を改善するには、スロット間隔を管内波長からずらして反射波が同位相にならないようにすればよいが、同時に各スロットの励振位相もずれてしまうためにビームが傾いてしまう。ビームを傾けずに反射特性を改善するためには、導波管に反射波抑圧素子を設ける必要がある。これまでに、導波管内部にポストやアイリスを設けたり（特開2002−198728号公報）、スロットの反対側の広壁に凹溝を設ける方法（特開平11−214919号公報）等が提案されているが、いずれも構造が複雑で加工に手間がかかる方法であり、量産に適しているとはいえず、これが誘電体導波管スロットアレイアンテナの普及の妨げになっていた。
【特許文献１】特開２００２−１９８７２８号公報
【特許文献２】特開平１１−２１４９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、誘電体導波管内部において各スロットで生じる反射波を抑圧して、給電点の反射特性を改善した、簡便で量産に適した誘電体導波管スロットアレイアンテナの構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、反射波抑制用のスロットを付加することによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、同一表面に所定の間隔で電磁波を放射する複数のスロットを具えた誘電体導波管、それらのスロットに対向する位置にそれぞれスルーホールを具えたプリント基板、およびそれらのスロットに対向する位置にそれぞれ貫通孔を具えた金属板からなる誘電体導波管スロットアレイアンテナにおいて、上記複数のそれぞれのスロットに近接してスロットが形成され、当該スロットに対向する位置のプリント基板にそれぞれスルーホールが、金属板にそれぞれ貫通孔が形成されたことに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
反射抑圧用スロットを設けることにより、ビームを正面方向に向けた場合の給電点での反射特性が大幅に改善される。放射用スロットと反射抑圧用スロットは同一平面上に存在するため、放射用スロットのみの場合と同じ加工方法を使用することが可能であり、部品点数と組み立ての手間が変わらないので量産に適している。反射抑圧用スロットからの自由空間へのエネルギーの放射はないため、放射用スロットからの放射のみを考慮すればよく、指向性の設計が複雑となることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
誘電体導波管の広壁に管内波長とほぼ等しい間隔を置いて2個１組のスロット対を複数設ける。プリント基板にも同様の形状のスルーホールを設ける。金属板にも２個１組の貫通孔を設けるが、１つはスロットと自由空間との間でインピーダンス整合がとれる形状とし、もうひとつは長さを短くするなどして遮断状態にする。放射用スロットで生じた反射波を打ち消すことができるように、貫通孔およびスロットとスルーホールの位置と形状を調整する。各スロットおよび各スルーホールと各貫通孔はそれぞれ位置が一致しており、誘電体導波管と金属板はプリント基板を介して接続される。
【実施例】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は本発明の基本構成を示す斜視図である。図１に示したように、誘電体導波管11の広壁に管内波長とほぼ等しい間隔を置いて2個1組のスロット対14、17を複数設ける。プリント基板12にも同様のスルーホール15、18を設ける。金属板13にも2個1組の貫通孔16、19を設けるが、一つはスロット14と自由空間との間でインピーダンスの整合が取れる形状とし、もう一つは長さを短くするなどして遮断状態にする。遮断状態にした貫通孔19はエネルギーを自由空間に放射しないため、指向性には寄与しない。しかし、図２に示すように、放射用スロットで生じた反射波を打ち消すように、貫通孔およびスロットとスルーホールの位置と形状を調整することにより、反射特性を改善する役割を果たす。この構造の利点として、放射用スロットと反射波抑圧用スロットとが同一平面上に存在するため、図４の構造と同じ加工方法を使用することが可能になるとともに、部品点数と組み立ての手間が変わらないため、量産に向いていることが挙げられる。また、反射波抑圧用スロットから自由空間へのエネルギーの放射はないため、放射用スロットからの放射のみを考慮すればよく、指向性の設計が複雑にならないという利点もある。
【００１２】
図３は、図１に示す構造の誘電体導波管スロットアレイアンテナのシミュレーション結果および試作結果である。なお、誘電体導波管とプリント基板および金属板は図６のシミュレーションで用いたものと同じである。シミュレーション結果と実測値はよく一致し、図３(a)より、5GHzにおいてビームがほとんど正面方向を向いているが、図３(b)に示すように20dB以上のリターンロスが得られ、本発明によって反射特性が大幅に改善されたことを示している。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明は、高周波帯域において指向性を要求されるアンテナとして有用であり、良好な反射特性が要求されるものにおいて利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例を示す分解斜視図
【図２】本発明の実施例を示す正面断面図
【図３】本発明によるアンテナの特性の説明図
【図４】従来のアンテナを示す分解斜視図
【図５】従来のアンテナを示す正面断面図
【図６】その特性の説明図
【符号の説明】
【００１５】
11、41：誘電体導波管
12、42：プリント基板
13、43：金属板
14、17、44：スロット
15、18、45：スルーホール
16、19、46：貫通孔
【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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