(57)【要約】【課題】従来の誘電体導波管スロットアンテナは利得が低かったり、高利得化のために放射板の構造を変化させた場合は、専有面積が大きくなり過ぎて近接配置しずらいという問題があった。【解決手段】誘電体の一表面に、誘電体が露出する少なくとも１つのスロットを具えた誘電体導波管と、前記スロットに対向する位置に、前記スロットと略同じ形状のビアホールを具えた基板と、前記ビアホールに対向する位置に、前記ビアホールの長手方向の長さより長手方向の長さの長い放射孔を具えた放射板とが接合され、前記放射板の表面の、前記放射孔の中心から周波数の１．５波長以下の距離に、微小な突起を設ける。【選択図】  図１
2013066003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体の一表面に、誘電体が露出する少なくとも１つのスロットを具えた誘電体導波管と、
前記スロットに対向する位置に、前記スロットの長手方向の長さより、長手方向の長さが長い放射孔を具えた放射板とが、対向して配置され、
前記スロットと前記放射孔とは、前記スロット側の断面形状が前記スロットと略同じであり、前記放射板側の断面形状が前記放射孔と略同じである導波路により接続され、
前記放射板の表面であって、前記放射孔の近傍に、微小な突起を設けたことを特徴とする誘電体導波管スロットアンテナ。
【請求項２】
前記の微小な突起は、
前記放射孔の中心から１波長以下の領域に設けた
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ンテナ。
【請求項３】
前記微小な突起は、
長手方向が前記放射孔の長手方向と並行に配置され、
前記放射孔の長手方向と並行な辺の長さが、２分の１波長以下、
高さが、波長の２５％から３０％である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の誘電体導波管スロットアンテナ。
【請求項４】
前記の微小な突起は、
前記放射孔の長手方向に対して対称に配置した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の誘電体導波管スロットアンテナ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４記載の誘電体導波管スロットアンテナを用いた
ことを特徴とするアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にマイクロ波帯およびミリ波帯で用いられている、誘電体導波管により給電される誘電体導波管スロットアンテナ、および、それを用いたアレイアンテナに係わり、特に簡便な構造でアンテナの利得を増大させることができる誘電体導波管スロットアンテナに係わる。
【背景技術】
【０００２】
（従来例１）
マイクロ波帯やミリ波帯で利用できるアンテナの構造として、誘電体導波管スロットアンテナが知られている。
図９は、特許文献１において本願発明者が提案した、誘電体導波管スロットアンテナの分解斜視図である。
図９に示すように、誘電体導波管スロットアンテナ１０８は、誘電体の一表面に、誘電体が露出する長穴形状のスロット２８を具えた誘電体導波管１８と、スロット２８に対向する位置に、内壁に導体膜が形成された、スロット２８と略同じ形状のビアホール４８を具えた基板３８と、ビアホール４８に対向する位置にビアホール４８の長さよりも長い長孔形状の放射孔６８を具えた導体からなる放射板５８とが積み重ねられている。
スロット２８から放出された電磁波は、ビアホール４８の内壁と放射孔６８の内壁により形成された導波路を通して、放射孔６８から自由空間に放出される。
【０００３】
（従来例２）
図１０は、従来例１に示した誘電体導波管スロットアンテナをさらに改良し、特許文献２において本願発明者が提案した誘電体導波管スロットアンテナの分解斜視図である。
図１０に示すように、誘電体導波管スロットアンテナ１０９は、図９に示した誘電体導波管スロットアンテナ１０８の放射板５８の表面の放射孔６８の近傍に、くの字形状の一対の溝７９、７９が形成されている。溝７９以外の構成は、上記した従来例１と同様であり、同じ物には同じ番号を付しており、説明は省略する。
くの字形状の溝７９、７９は、放射孔６８に対して対称に配置され、放射孔６８の中心から、くの字形状の溝７９の距離は、１．５波長より近い。
【０００４】
誘電体導波管スロットアンテナ１０９は、放射孔６８から放射される直接波と、溝６９、６９から再放射される反射波との位相を揃えることにより、アンテナの利得を増大することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２２１７１４号公報
【特許文献２】特開２００５−２１７８６５号公報
【特許文献３】特開２００５−３４１４８８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｋ．Ｓａｎｏ，Ｋ．Ｉｔｏ，“Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｓｌｏｔ  ａｎｔｅｎｎａ  ｗｉｔｈ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｆｉｌｔｅｒ  ｆｏｒ  ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  ＵＷＢ  ｒａｄａｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＩＥＥＥ  ＭＴＴ−Ｓ  Ｓｙｍｐ．  Ｄｉｇ．，ｐ．１１３−１１６，２００８．
【非特許文献２】佐野和久、伊藤一洋、“非共振型誘電体導波管スロットアンテナの開発”、［online］、東光技術時報、Ｎｏ．２０（２００８年号）、［平成２３年８月２２日検索］、インターネット＜URL：http://www.toko.co.jp/products/jp/report/pdf/20/toko_technical_report_2008_4.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来例１に示した誘電体導波管スロットアンテナは、得られる最大利得が、７［ｄＢｉ］程度であり、高周波無線通信の分野では、さらに高い利得のアンテナが求められている。
高い利得を得るために複数のアンテナ素子を並べて配置したアレイアンテナとする場合、従来例１に示した誘電体導波管スロットアンテナは、個々の誘電体導波管スロットアンテナの利得が低いために、より多くの誘電体導波管スロットアンテナを配列する必要があり、アレイアンテナの大きさが大きくなってしまうという問題があった。
【０００８】
また、アレイアンテナでは、隣接するアンテナ素子とアンテナ素子との間の距離は、自由空間における電波の１波長より近くする必要がある。しかし、従来例２に示した誘電体導波管スロットアンテナは、専有面積が大きくなり過ぎて近接配置しずらいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の誘電体導波管スロットアンテナは、
誘電体の一表面に、誘電体が露出する少なくとも１つのスロットを具えた誘電体導波管と、
前記スロットに対向する位置に、前記スロットの長手方向の長さより、長手方向の長さが長い放射孔を具えた放射板とが、対向して配置され、
前記スロットと前記放射孔とは、前記スロット側の断面形状が前記スロットと略同じであり、前記放射板の断面形状が前記放射孔と略同じである導波路により接続され、
前記放射板の表面であって、前記放射孔の近傍に、微小な突起を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の誘電体導波管スロットアンテナによれば、利得の高い誘電体導波管スロットアンテナとすることができる。さらに、本発明の誘電体導波管スロットアンテナは専有面積が小さいので、アレイアンテナを構成し易く、個々のアンテナ素子の利得も高いので、アレイアンテナを構成するアンテナの素子の数を減らすことができ、アレイアンテナを小型、高性能化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の誘電体導波管スロットアンテナの斜視図である。
【図２】本発明の誘電体導波管スロットアンテナを説明する平面図と切断部端面図である。
【図３】図１の誘電体導波管スロットアンテナの電界強度分布を示す図である。
【図４】図１の誘電体導波管スロットアンテナの放射パターンを３Ｄ表示した図である。
【図５】図１の誘電体導波管スロットアンテナのアンテナパターンを示すグラフである。
【図６】アレイアンテナの一実施例を示す分解斜視図である。
【図７】アレイアンテナの別の一実施例を示す分解斜視図である。
【図８】図７のアレイアンテナの指向性の示すグラフである。
【図９】従来例１の誘電体導波管スロットアンテナの分解斜視図である。
【図１０】従来例２の誘電体導波管スロットアンテナの分解斜視図である。
【実施例】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明する。
図１は、本発明の誘電体導波管スロットアンテナの一実施例を示す分解斜視図であり、
図１に示すように誘電体導波管スロットアンテナ１００は、
表面を導体膜で覆われた直方体形状の誘電体の一表面に、誘電体が露出するスロット２０を具えた誘電体導波管１０と、
スロット２０に対向する位置に、内壁に導体膜が形成されたスロット２０と略同じ形状のビアホール４０を具えた基板３０と、
ビアホール４０に対向する位置に、ビアホール４０の長さよりも長い放射孔６０を具えた導体からなる放射板５０とが積み重ねられている。
【００１３】
スロット２０、ビアホール４０と放射孔６０は、直線状の長孔形状であり、スロット２０の長手方向の長さＬ１とビアホール４０の長手方向の長さＬ２は略等しく、放射孔６０の長手方向の長さＬ３は、ビアホール４０の長手方向の長さＬ２より長く、それぞれの中心および長手方向は一致している。
【００１４】
図２は、図１に示した誘電体導波管スロットアンテナをさらに説明する図であり、図２（ａ）は平面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）中にＡ−Ａで示した断面部端面図を示す。
図２に示すように、放射板５０の放射面の放射孔６０の近傍には、長さｌ×幅ｗ×高さｈの直方体形状の微小な突起８０、８０が、放射孔６０に対して対称に配置されている。なお、放射孔６０の長手方向を長さ方向とする。
放射孔６０の中心から微小な突起８０までの距離は、１波長以下である。
スロット２０から放出された電磁波は、ビアホール４０の内壁と放射孔６０の内壁により形成された導波路９０を通して、放射孔６０から自由空間に放出される。
【００１５】
図３は、図９に示した従来例１の誘電体導波管スロットアンテナと、図１に示した本発明の誘電体導波管スロットアンテナの電界強度分布を、電磁界シミュレータで解析した結果であり、スロットの中央のＥ面（ＹＺ平面）における電界強度分布を示す。
図３（ａ）は従来例１の誘電体導波管スロットアンテナを示し、図３（ｂ）は本発明の誘電体導波管スロットアンテナを示す。
図３（ａ）に示すように、従来例１の誘電体導波管スロットアンテナでは、スロットから放射された電磁波はスロットを中心に同心円状に拡がっている。一方、図３（ｂ）に示すように、本発明の誘電体導波管スロットアンテナでは、スロットから放射された電磁波は微小な突起により反射もしくは回折している。そのため、本発明の誘電体導波管スロットアンテナは、従来例１の誘電体導波管スロットアンテナに比べて、電磁波の拡がりが少なくなっていることがわかる。
【００１６】
図４は、図９に示した従来例１の誘電体導波管スロットアンテナと、図１に示した本発明の誘電体導波管スロットアンテナの放射パターンを電磁界シミュレータで解析して３Ｄ表示した結果である。
図４（ａ）は従来例１の誘電体導波管スロットアンテナを示し、図４（ｂ）は本発明の誘電体導波管スロットアンテナを示す。
図４に示すように、本発明の誘電体導波管スロットアンテナは、従来例１の誘電体導波管スロットアンテナに比べて、Ｅ面（ＹＺ平面）の指向性が鋭くなっていることがわかる。
【００１７】
微小な突起の長さｌは、インピーダンスの変動を少なくして、整合を取りやすくするために、２分の１波長以下であることが望ましく、
微小な突起の高さｈは、２分の１波長以上にしても効果が薄く、波長に対して２５％〜３０％程度が好適である。
微小な突起の幅ｗは、波長の長さに対して無関係なので、必要な機械的強度に応じて適宜変更可能であり、例えば、波長の１０分の１から４分の１程度の寸法に選ばれる。
また、微小な突起と放射孔との距離が遠い場合は、微小な突起による回折や反射の効果が弱くなるため、微小な突起は、放射孔の中心から周波数の１波長以内の距離に配置されるのが好適である。
【００１８】
図５は、図９に示した従来例１の誘電体導波管スロットアンテナと、図１に示した本発明の誘電体導波管スロットアンテナのＥ面（ＹＺ平面）およびＨ面（ＸＺ平面）におけるアンテナパターンを電磁界シミュレータで解析したグラフである。
図５（ａ）は従来例１の誘電体導波管スロットアンテナを示し、図５（ｂ）は本発明の誘電体導波管スロットアンテナを示す。図５において、横軸は角度［°］、縦軸は絶対利得［ｄＢｉ］、実線はＥ面（ＹＺ平面）におけるアンテナパターン、点線はＨ面（ＸＺ平面）におけるアンテナパターンを示す。
図５に示すように、従来例１の誘電体導波管スロットアンテナの最大利得が７．３［ｄＢｉ］であるのに対し、本発明の誘電体導波管スロットアンテナの最大利得は１０．１［ｄＢｉ］であり、本発明の誘電体導波管スロットアンテナは、従来例１の誘電体導波管スロットアンテナに比べて、利得が２．８［ｄＢ］増大している。
【００１９】
上記の結果から、放射板上に微小な突起を設けるだけで、誘電体導波管スロットアンテナの指向性を大きく変化させ、利得を増大することができることがわかる。なお、微小な突起は放射孔の近傍に配置されるのでアンテナの専有面積が大きくなることはない。
【００２０】
上記した実施例では、基板に設けられたビアホールと放射板に設けられた放射孔とで導波路を構成し、ビアホールと放射孔との大きさを変えることにより、導波路の形状を途中で変えたが、貫通孔の形状が途中で変えられた、誘電体板または金属版のみを用いても良い。また、微小な突起は、直方体形状に限らず、三角錐形状、蒲鉾形状等、種々変形可能である。
【００２１】
本発明の誘電体導波管スロットアンテナをアレイアンテナ化することにより、さらに利得を向上することができる。
図６と図７は、本発明の誘電体導波管スロットアンテナを用いてアレイアンテナを構成した場合の実施例を示す。
【００２２】
図６は、本発明の誘電体導波管スロットアンテナを用いた直線偏波用のリニアアレイアンテナの一実施例を示す斜視図である。
図６に示すように、リニアアレイアンテナ１０１は、誘電体導波管１１と、基板３１と、放射板５１とからなる。
誘電体導波管１１には、長手方向の角度が誘電体導波管１１の管軸方向に対して垂直なスロット２１が、誘電体導波管１１の管軸方向に一列に、２０個設けられている。
放射板５１には、スロット２１に対応する位置に放射孔６１と、放射孔６１の両側に一対の微小な突起８１ａ、８１ｂが配置されている。
基板３１には、スロット２１に対応する位置にビア４１が配置されている。
なお、隣接するアンテナは、隣接するアンテナの間には微小な突起は１個あればよく、図６に示した実施例では、隣接するアンテナ間の微小な突起を共有している。
【００２３】
図７は、本発明の誘電体導波管スロットアンテナを用いた４５度直線偏波用のアレイアンテナの別の一実施例を示す斜視図である。
図７に示すように、リニアアレイアンテナ１０２は、誘電体導波管１２と、基板３２と、放射板５２とからなり、
誘電体導波管１２には、長手方向の角度が誘電体導波管１２の管軸方向に対して４５度傾いたスロット２２が、誘電体導波管１２の管軸方向に一列に、２０個設けられている。
放射板５２には、スロット２２に対応する位置に放射孔６２と、放射孔６２の両側に一対の微小な突起８２ａ、８２ｂが配置されている。
基板３２には、スロット２２に対応する位置にビア４２が配置されている。
スロット２２は、誘電体導波管１２の管軸方向に対して４５度傾いているので、隣接する微小な突起の位置は、ずれて配置される。
【００２４】
図７に示した、スロットの長手方向が誘電体導波管の管軸方向に対して４５度傾いている誘電体導波管スロットアンテナは、４５度直線偏波を放射する。この４５度直線偏波は、自動車用レーダとして用いられており、本発明の誘電体導波管スロットアンテナを用いたアレイアンテナは、特に自動車用レーダの小型化、高性能化に有用である。
【００２５】
図８は、図９に示した従来例１の誘電体導波管スロットアンテナを用いた２０素子のアレイアンテナと、図７に示した本発明の２０素子のアレイアンテナの指向性を、電磁界シミュレータで解析したグラフである。
図８（ａ）は従来例１の誘電体導波管スロットアンテナを用いたアレイアンテナを示し、図８（ｂ）は本発明のアレイアンテナの特性を示す。図８において、横軸は角度［°］、縦軸は絶対利得［ｄＢｉ］、実線はＹＺ平面におけるアンテナパターン、点線はＸＺ平面におけるアンテナパターンを示す。
従来例１の誘電体導波管スロットアンテナを用いたアレイアンテナの最大利得は１９．９［ｄＢｉ］であるのに対して、本発明のアレイアンテナの最大利得は、２２．６［ｄＢｉ］であり、本発明の誘電体導波管スロットアンテナを用いたアレイアンテナの方が、２．７［ｄＢ］利得が向上していることがわかる。これは、アレイアンテナの素子数が同じ場合、本発明の誘電体導波管スロットアンテナを用いたアレイアンテナの利得は、従来例１の誘電体導波管スロットアンテナを用いたアレイアンテナの１．８６倍であり、たとえば、所望の利得を得るためには、従来例１の誘電体導波管フィルタを用いたアレイアンテナでは３７素子が必要だが、本発明の誘電体導波管スロットアンテナを用いたアレイアンテナでは２０素子しか必要でなく、アレイアンテナの長さを５４％程度に小型化できるということを示している。
【００２６】
このように、アンテナの素子単体の利得を向上したことにより、そのアンテナ素子を用いて構成されたアレイアンテナも利得を向上することができる。
【符号の説明】
【００２７】
誘電体導波管  １０、１１、１２、１８
スロット      ２０、２１、２２、２８
基板          ３０、３１、３２、３８
ビアホール    ４０、４１、４２、４８
放射板        ５０、５１、５２、５８
放射孔        ６０、６１、６２、６８
溝            ７９
導波路        ９０
微小な突起    ８０、８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂ
誘電体導波管スロットアンテナ      １００、１０８、１０９
リニアアレイアンテナ  １０１、１０２
【図１】
2013066003.tif 000003
【図２】
2013066003.tif 000004
【図５】
2013066003.tif 000005
【図６】
2013066003.tif 000006
【図７】
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【図８】
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【図９】
2013066003.tif 000009
【図１０】
2013066003.tif 000010
【図３】
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【図４】
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