(57)【要約】【課題】スロット線路の伸長方向をアンテナ開口部が存在する基板端面の法線方向と平行にしたまま、アンテナの指向性を変える。【解決手段】テーパードスロットアンテナは、誘電体基板１と、誘電体基板１上に形成された金属薄膜２と、金属薄膜２に形成されたスロット３と、金属薄膜２に形成され、スロット３の一端と連続し、かつスロット３の伸長方向に沿ってスロット幅が漸次拡大する切欠きからなるテーパー部４ａとを備える。テーパー部４ａと金属薄膜２との境界線は、双曲線正接関数曲線によって規定される。スロット３の伸長方向は、アンテナ開口部５となる誘電体基板１の基板端面の法線方向と同一方向であり、かつ、テーパー部４ａを構成する２本の双曲線正接関数曲線は、スロット３の中心軸に関して非対称となっている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
この誘電体基板上に形成された導体と、
この導体に形成されたスロットと、
前記導体に形成され、前記スロットの一端と連続し、かつ前記スロットの伸長方向に沿ってスロット幅が漸次拡大する切欠きからなるテーパー部とを備え、
このテーパー部と前記導体との境界線が双曲線正接関数曲線によって規定され、前記伸長方向が、アンテナ開口部となる前記誘電体基板の基板端面の法線方向と同一方向であり、かつ、前記テーパー部を構成する２本の前記双曲線正接関数曲線が、前記スロットの中心軸に関して非対称となっていることを特徴とするテーパードスロットアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のテーパードスロットアンテナにおいて、
前記スロットの伸長方向と垂直な方向の座標をｘ、前記スロットの伸長方向と平行な方向の座標をｙとしたとき、前記誘電体基板と平行な平面上における前記導体と前記テーパー部との境界線の座標（ｘ，ｙ）は、ｘ＝ａ［ｔａｎｈ（ｂｙ＋ｃ）＋ｄ］＋ｏｆｆｓｅｔ（ａ，ｂ，ｃ，ｄは任意の定数、ｏｆｆｓｅｔはオフセット量）により規定されることを特徴とするテーパードスロットアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯型情報端末等の無線装置に内蔵可能な平面アンテナのうち、特にテーパードスロットアンテナ（Tapered Slot Antenna、以下ＴＳＡと略記）に関し、更に詳しくは、Ｅ面におけるアンテナの指向性を、アンテナ正面方向すなわちアンテナ開口部が有る基板端面の法線方向とは異なる方向にすることが可能なＴＳＡに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＴＳＡは、進行波型平面アンテナの一種であり、誘電体基板上に形成された金属導体薄膜によって構成されるスロット線路の幅が、当該線路の伸長方向に沿って徐々に広がったテーパー形状を有するアンテナである。このような構造を有するＴＳＡは、スロットに強く束縛されて伝搬する信号（電磁エネルギー）がテーパー部を伝搬するうちに自由空間を伝搬するモードに遷移することで、アンテナ開口部が有る基板端からスロットの伸長方向に向かって電磁波が放射される、いわゆるエンドファイア型のアンテナである。
【０００３】
ＴＳＡは、誘電体基板上の導体のみで構成され、フォトリソグラフィー技術によって簡単に作製可能であり、薄型、軽量で、かつコプレーナ線路等から成る回路との集積化も容易であるため、マイクロ波からミリ波に至る周波数帯で通信用、計測用など様々な用途に利用される。また、誘電体レンズと組み合わせてミリ波イメージング用のアンテナアレイとしても利用されている。
【０００４】
イメージング用途にＴＳＡを用いる場合、画素に相当するＴＳＡを複数個並べてアンテナアレイを構成する必要があるが、この場合、アレイを構成する各単体のＴＳＡは、その放射方向あるいは受信方向をアンテナの正面方向とは異なる、レンズの中心方向に向けなければならないことがある。ＴＳＡにおいてアンテナの正面方向とは異なる方向に指向性を持たせる従来技術として、例えば特許文献１において、アンテナ開口部が有る基板端面をスロット線路の伸長方向に対して斜めにし、かつテーパー形状を非対称にする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２０６７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の特許文献１に開示された技術では、アンテナ開口部が有る基板端面の法線方向に対してＴＳＡを構成するスロットを傾斜させているため、給電用の伝送線路を引き回さねばならず、線路部分の損失が大きくなってしまうという問題があった。また、ＴＳＡを構成するスロットが傾斜しているため、異なる指向性を有するアンテナを複数個並べてアレイを構成する場合、余分な面積が必要となるため、単体の各ＴＳＡを近接して配置できないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、ＴＳＡを構成するスロット線路をアンテナ開口部が存在する基板端面に対して傾斜させることなく、すなわちＴＳＡを構成するスロット線路の伸長方向をアンテナ開口部が存在する基板端面の法線方向と平行にしたまま、ＴＳＡの指向性を変えることが可能な手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のテーパードスロットアンテナは、誘電体基板と、この誘電体基板上に形成された導体と、この導体に形成されたスロットと、前記導体に形成され、前記スロットの一端と連続し、かつ前記スロットの伸長方向に沿ってスロット幅が漸次拡大する切欠きからなるテーパー部とを備え、このテーパー部と前記導体との境界線が双曲線正接関数曲線によって規定され、前記伸長方向が、アンテナ開口部となる前記誘電体基板の基板端面の法線方向と同一方向であり、かつ、前記テーパー部を構成する２本の前記双曲線正接関数曲線が、前記スロットの中心軸に関して非対称となっていることを特徴とするものである。
また、本発明のテーパードスロットアンテナの１構成例において、前記スロットの伸長方向と垂直な方向の座標をｘ、前記スロットの伸長方向と平行な方向の座標をｙとしたとき、前記誘電体基板と平行な平面上における前記導体と前記テーパー部との境界線の座標（ｘ，ｙ）は、ｘ＝ａ［ｔａｎｈ（ｂｙ＋ｃ）＋ｄ］＋ｏｆｆｓｅｔ（ａ，ｂ，ｃ，ｄは任意の定数、ｏｆｆｓｅｔはオフセット量）により規定されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＴＳＡを構成するスロット線路の伸長方向をアンテナ開口部が存在する基板端面の法線方向と平行にし、かつＴＳＡを構成するテーパー部の形状を双曲線正接関数曲線で規定した上でテーパー部の形状を非対称にすることにより、Ｅ面におけるＴＳＡの指向性を変えることが可能となる。よって、単体のＴＳＡを複数個並べてアレイを構成する場合でも、給電用の伝送線路を余分に引き回す必要がなく、伝送線路の損失を最小限に抑制することが可能であり、また各単体ＴＳＡを近接して配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の線形かつ対称なテーパー形状を有するＴＳＡの構造を示す平面図である。
【図２】双曲線正接関数で規定されかつ対称なテーパー形状を有するＴＳＡの構造を示す平面図である。
【図３】図１および図２に示したＴＳＡのＥ面における放射パタンのシミュレーション結果を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＴＳＡの構造を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るＴＳＡおよび図１に示したＴＳＡのＥ面における放射パタンのシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係るＴＳＡについて図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、本発明の特徴の一つである、テーパー部の形状を双曲線正接関数（ｔａｎｈ；ハイパーボリックタンジェント）曲線で規定することによる利点を説明する。図１は、従来の代表的なＴＳＡであるＬＴＳＡ（Linearly Tapered Slot Antenna）の構造を示す平面図である。誘電体基板１は、例えばアルミナやポリイミドといった材料から成る。誘電体基板１は、図１に示すように長さがＬ＋ＡＬ、幅がＤ＋ＡＡ＋Ｄの矩形形状であり、当該誘電体基板１上に、例えば銅箔や金箔から成る金属薄膜２が形成されている。金属薄膜２には、長さＬのスロット（溝）３が設けられてスロット線路を形成している。また、金属薄膜２には、スロット３の一端と連続し、かつスロット３の伸長方向（図１中、ｙ軸正方向）に沿ってスロット幅が直線状に拡大する切欠きである、長さＡＬのテーパー部４が設けられている。金属薄膜２には、例えば銅箔や金箔が用いられる。スロット３やテーパー部４は、誘電体基板１が露出するまで金属薄膜２にエッチング等を施すことにより容易に作製できる。
【００１２】
テーパー部４は、アンテナの中心軸Ｃ（スロット３の中心軸）に関して対称形状を成している。テーパー部４の終端部すなわちアンテナ開口部５が存在する基板端面の法線の方向は、スロット３およびテーパー部４の伸長方向（図１中、Ｃ軸の方向）と揃っている。
スロット３にｙ軸負方向から入力された信号は、スロット３に沿ってｙ軸正方向に伝搬するうちに、テーパー部４において自由空間を伝搬するモードに遷移し、最終的にアンテナ開口部５からｙ軸正方向に電磁波（スロット３に対して垂直方向に電界が生じる直線偏波）として放射される。
【００１３】
図２は、テーパー部４の形状を双曲線正接関数曲線で規定した場合のＴＳＡ（以下、ｔａｎｈ−ＴＳＡと略記）の構造を示す平面図であり、図１と同一または同様の機能を有する構成要素には同じ符号を付してある。図２に示すｔａｎｈ−ＴＳＡも図１に示すＬＴＳＡと同じく、アンテナの中心軸Ｃはアンテナ開口部５が存在する基板端面の法線方向と揃っており、中心軸Ｃはアンテナ開口部５の中点を通る。テーパー部４の形状を規定する双曲線正接関数は、以下の数式で記述される。
ｘ＝ａ［ｔａｎｈ（ｂｙ＋ｃ）＋ｄ］＋ｏｆｆｓｅｔ                ・・・（１）
【００１４】
ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄは任意の定数であり、ｏｆｆｓｅｔは座標原点の採り方に伴う定数であるオフセット量である。座標原点は、中心軸Ｃ上の、スロット３とテーパー部４との切替り点とする。式（１）における座標（ｘ，ｙ）は、図２における金属薄膜２とテーパー部４との下側（ｘ座標が正）の境界線である双曲線正接関数曲線の座標を表す。図２中、上側（ｘ座標が負）の境界線である双曲線正接関数曲線は、中心軸Ｃに関して下側の双曲線正接関数曲線と完全に対称である。
【００１５】
テーパー部の形状を双曲線正接関数曲線で規定することによる利点を明らかにするため、図１および図２に示したＴＳＡについて電磁界シミュレーションにより求めた周波数１２５ＧＨｚにおけるＥ面の放射パタンを図３に示す。ここでＥ面とは、図１および図２に示した座標系でｘｙ平面、すなわち平面アンテナであるＴＳＡが存在する面である。図３の横軸は指向性を表す角度すなわち放射角度、縦軸は放射強度である。放射角度は、図２に示すように、ｙ軸正方向を０°とし、角度０°から時計回りに９０°回った角度を−９０°とし、角度０°から反時計回りに９０°回った角度を＋９０°とした。また、図３では、図１に示した対称型ＬＴＳＡの放射パタンを破線で示し、図２に示した対称型ｔａｎｈ−ＴＳＡの放射パタンを実線で示している。
【００１６】
この電磁界シミュレーションでは、誘電体基板１を厚さ５０μｍのポリイミドからなるものとし、金属薄膜２を厚さ３μｍの金からなるものとしている。図１の対称型ＬＴＳＡ、図２の対称型ｔａｎｈ−ＴＳＡともに、Ｌ＝Ｄ＝ＡＡ＝２．４ｍｍ、ＡＬ＝９．６ｍｍとした。また、図２の対称型ｔａｎｈ−ＴＳＡのテーパー曲線を規定する式（１）の定数を、ａ＝０．６４９１ｍｍ、ｂ＝０．３１２５ｍｍ−1、ｃ＝−１．５、ｄ＝０．９０５２、ｏｆｆｓｅｔ＝２５μｍとした。
【００１７】
図３から明らかなように、対称型アンテナの指向性はアンテナ正面の角度０°方向、すなわちアンテナ開口部５が有る基板端面の法線方向を向いている。図３において注目すべき点は、放射角度±５０°近傍においてＬＴＳＡで生じている第１サイドローブが、ｔａｎｈ−ＴＳＡでは抑圧されている点である。一般に、スピルオーバー等の観点からサイドローブはできるだけ抑圧されることが望ましい。このように、ＴＳＡのテーパー部の形状を双曲線正接関数曲線で規定することにより、サイドローブを抑圧できるという利点がある。
【００１８】
次に、本実施の形態に係るＴＳＡの平面図を図４に示す。図４中、図１および図２と同一または同様の機能を有する構成要素には同じ符号を付してある。図４に示した本実施の形態の第一の特徴は、テーパー部４ａの形状が図２に示したｔａｎｈ−ＴＳＡと同じく式（１）の関数形で表され、かつテーパー部４ａを構成する２本の双曲線正接関数曲線がアンテナ中心軸Ｃに関して非対称となっている点である。
【００１９】
図４に示した本実施の形態の第二の特徴は、テーパー部４ａが中心軸Ｃに関して非対称となっているものの、スロット３およびテーパー部４ａの伸長方向は中心軸Ｃの方向、すなわちアンテナ開口部５が有る基板端面の法線方向と平行になっている点である。これにより、図４に示した本実施の形態においてもアンテナ中心軸Ｃは図１および図２と同様、アンテナ開口部５の中点を通る。
【００２０】
図４に示した本実施の形態のＴＳＡについて電磁界シミュレーションにより求めた周波数１２５ＧＨｚにおけるＥ面の放射パタンを図５に示す。ここでは、図４における各寸法Ｌ，Ｄ，ＡＡ，ＡＬと、誘電体基板１および金属薄膜２の材料と膜厚を、図３に示した電磁界シミュレーション結果を求めた際の値と完全に同一としている。図４における金属薄膜２とテーパー部４ａとの上側（ｘ座標が負）の境界線である双曲線正接関数曲線を規定する式（１）の定数を、ａ＝−０．６８０９ｍｍ、ｂ＝０．３１２５ｍｍ−1、ｃ＝−２、ｄ＝０．９６４０、ｏｆｆｓｅｔ＝−２５μｍとし、下側（ｘ座標が正）の境界線である双曲線正接関数曲線を規定する式（１）の定数を、ａ＝１．１７５８ｍｍ、ｂ＝０．４１６７ｍｍ−1、ｃ＝０、ｄ＝０、ｏｆｆｓｅｔ＝２５μｍとした。
【００２１】
なお、図５には、比較のため、図３に示した対称型ＬＴＳＡに関するシミュレーション結果も併せて示してある。すなわち、対称型ＬＴＳＡの放射パタンを破線で示し、本実施の形態の非対称型ｔａｎｈ−ＴＳＡの放射パタンを実線で示している。
図５から明らかなように、本実施の形態によれば、従来の対称型ＬＴＳＡと比較してアンテナの指向性を５°程度負側に傾けることが可能となる。指向性を正負どちら側の角度に、また、どの程度変えるかはテーパー部４ａの形状を決定する式（１）の各パラメータを調整すればよい。
【００２２】
本実施の形態の効果として次に言えることは、従来の対称型ＬＴＳＡにおいて放射角＋５０°近傍で生じていた第１サイドローブを抑圧できている点である。第１サイドローブを抑圧できる理由は、本実施の形態ではテーパー形状を双曲線正接関数曲線で規定していることによる。本実施の形態では、負側の放射角（−５０°近傍）における第１サイドローブが従来の対称型ＬＴＳＡに比較して大きくなってしまっているが、−６０°近傍の第２サイドローブは従来の対称型ＬＴＳＡに比較して抑圧できている。第２サイドローブの抑圧効果も、テーパー形状を双曲線正接関数曲線で規定していることによるものと考えられる。
【００２３】
また、図３に示した、従来の対称型ＬＴＳＡと対称型ｔａｎｈ−ＴＳＡに関する放射パタンのシミュレーション結果によれば、テーパー形状を双曲線正接関数曲線で規定すると、直線状のテーパー形状の場合に比較して、放射角０°方向の指向性利得が僅かながら低下する。これに対して、本実施の形態によれば、放射角０°方向の指向性利得低下が回復していることが分かる。
以上、詳細に説明したように、本実施の形態のＴＳＡによれば、スロット線路の伸長方向をアンテナ開口部が存在する基板端面の法線方向と平行にしたまま、Ｅ面における放射パタンの指向性を変えることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、テーパードスロットアンテナに適用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１…誘電体基板、２…金属薄膜、３…スロット、４ａ…テーパー部、５…アンテナ開口部。
【図１】
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【図２】
2012109645.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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