(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体導波路の上面に前記誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体ブロックを設け、前記誘電体導波路の下面に金属導体板を設け、前記誘電体導波路の導波方向両端にそれぞれ金属導体ブロックを設け、これら金属導体ブロック間に前記誘電体導波路への給電素子を設け、この給電素子を介して外部より前記誘電体導波路へ供給された電力が前記誘電体導波路で導波され前記金属導体ブロックで反射されて前記誘電体導波路内で定在波が励振され、前記誘電体ブロックが設けられた部分から電力が放射されるようにしたことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
誘電体導波路の上面に凹部を形成し、前記誘電体導波路の下面に金属導体板を設け、前記誘電体導波路の導波方向両端にそれぞれ金属導体ブロックを設け、これら金属導体ブロック間に前記誘電体導波路への給電素子を設け、この給電素子を介して外部より前記誘電体導波路へ供給された電力が前記誘電体導波路で導波され前記金属導体ブロックで反射されて前記誘電体導波路内で定在波が励振され、前記凹部が形成された部分から電力が放射されるようにしたことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項３】
前記給電素子を前記誘電体導波路に埋め込まれた金属導体線と前記金属導体板に取り付けられた同軸コネクタとから構成し、この同軸コネクタの外部導体を前記金属導体板に電気的に接続し、前記同軸コネクタの内部導体を前記金属導体線に電気的に接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の平面アンテナ。
【請求項４】
前記金属導体線を前記誘電体導波路に貫通させたことを特徴とする請求項３記載の平面アンテナ。
【請求項５】
前記給電素子を前記誘電体導波路の導波方向中央に配置したことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の平面アンテナ。
【請求項６】
前記誘電体ブロック又は前記凹部を前記誘電体導波路の導波方向に複数並べたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の平面アンテナ。
【請求項７】
前記誘電体導波路及び前記給電素子を複数並列に配置したことを特徴とする請求項１〜６記載の平面アンテナ。
【請求項８】
各給電素子に、それぞれ移相器を介して給電することを特徴とする請求項７記載の平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体導波路を用いた平面アンテナに係り、特に、低在波励振によって高利得・高効率な放射を行う平面アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型化された移動端末、車載レーダ等に用いられている平面アンテナは、導波系にマイクロストリップ線路やトリプレート線路等を用いたアンテナが主流である。しかしながら、上記のような従来の平面アンテナは、電磁波の伝送路に細い導体線を使用するため、周波数の上昇とともに導体線に電磁波を励振させた際に生じる損失（導体損失）や放射による損失（放射損失）が大きく、高効率な送受信特性を得ることが困難となる。そこで、高い周波数で用いる金属導波管を用いたアンテナや誘電体導波路を用いたアンテナへと推移する傾向がある。金属導波管を用いた従来技術として、IEICE Trans.Communications,E79-B,1765(1996) が知られている。また、誘電体導波路を用いた従来技術として、グレーティング型の誘電体アンテナが、IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques VOL.MMT-31,No.2(1981)P199-208 及び、IEEE Trans.Antenna and Propagation VOL.MMT-46,No.11(1998)P1665-1673 に詳細に述べられている。グレーティング型の誘電体アンテナは、アンテナ内部を一方向に進行する電磁波が外部に漏洩するものである。従って、図８に示されるように、外部から誘電体導波路１に電力を供給する給電素子１１は、誘電体導波路１の一端に取り付けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術には、電波を放射する部分を一方向に進行する電磁波によって励振するため、定在波で励振する場合に比べて振幅が小さく、大きな利得が得られないという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、定在波励振によって高利得・高効率な放射を行う平面アンテナを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、誘電体導波路の上面に前記誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体ブロックを設け、前記誘電体導波路の下面に金属導体板を設け、前記誘電体導波路の導波方向両端にそれぞれ金属導体ブロックを設け、これら金属導体ブロック間に前記誘電体導波路への給電素子を設け、この給電素子を介して外部より前記誘電体導波路へ供給された電力が前記誘電体導波路で導波され前記金属導体ブロックで反射されて前記誘電体導波路内で定在波が励振され、前記誘電体ブロックが設けられた部分から電力が放射されるようにしたものである。
【０００６】
また、誘電体導波路の上面に凹部を形成し、前記誘電体導波路の下面に金属導体板を設け、前記誘電体導波路の導波方向両端にそれぞれ金属導体ブロックを設け、これら金属導体ブロック間に前記誘電体導波路への給電素子を設け、この給電素子を介して外部より前記誘電体導波路へ供給された電力が前記誘電体導波路で導波され前記金属導体ブロックで反射されて前記誘電体導波路内で定在波が励振され、前記凹部が形成された部分から電力が放射されるようにしたものである。
【０００７】
前記給電素子を前記誘電体導波路に埋め込まれた金属導体線と前記金属導体板に取り付けられた同軸コネクタとから構成し、この同軸コネクタの外部導体を前記金属導体板に電気的に接続し、前記同軸コネクタの内部導体を前記金属導体線に電気的に接続してもよい。
【０００８】
前記金属導体線を前記誘電体導波路に貫通させてもよい。
【０００９】
前記給電素子を前記誘電体導波路の導波方向中央に配置してもよい。
【００１０】
前記誘電体ブロック又は前記凹部を前記誘電体導波路の導波方向に複数並べてもよい。
【００１１】
前記誘電体導波路及び前記給電素子を複数並列に配置してもよい。
【００１２】
各給電素子に、それぞれ移相器を介して給電してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態を図１〜図３により説明する。
【００１４】
図１及び図２に示されるように、本発明に係る平面アンテナは、誘電体導波路１と、この誘電体導波路１の上面に密着され誘電体導波路１とは誘電率の異なる誘電体ブロック２と、誘電体導波路１の下面に密着された金属導体板３と、誘電体導波路１の導波方向両端にそれぞれ密着された金属導体ブロック４と、これら金属導体ブロック４間に取り付けられて外部からの電力を誘電体導波路１に給電する給電素子５とからなる。
【００１５】
誘電体導波路１は、所定の高さ、所定の幅、所定の長さを有する長尺直方体状に形成され、長手方向が電力の導波方向になっている。誘電体導波路１の素材にはアルミナなどのセラミックが用いられている。給電素子５は、同軸ケーブルに接続可能な同軸コネクタ６と、この同軸コネクタ６の芯線（内部導体）に接続される線状の金属導体（金属導体線）７とから構成されている。誘電体導波路１には、誘電体導波路１の両端以外、ここでは長手方向中央には、金属導体線７を貫通させるための孔８が予め設けてあり、この孔８に金属導体線７を挿入することにより、金属導体線７を誘電体導波路１に電気的に接続することができる。金属導体板３には、同軸コネクタ６の外部導体を嵌め込むネジ孔９とが設けられている。誘電体ブロック２は、図示のように所定の高さ、所定の幅、所定の長さを有する短尺直方体状に形成されている。金属導体ブロック４は、図示のように所定の高さ、所定の幅、所定の長さを有する長尺（誘電体導波路１に直交する方向に長尺）の直方体状に形成されている。
【００１６】
図３に示されるように、金属導体板３に同軸コネクタ６を取り付ける。これにより、金属導体板３に同軸コネクタ６が固定されると共に電気的に接続される。また、同軸コネクタ６の内部導体には金属導体線７を接続する。この金属導体線７が誘電体導波路１の孔８を貫通するように、誘電体導波路１を金属導体板３の上面に設置する。そして、誘電体導波路１の両端にそれぞれ金属導体ブロック４を密着させて設置する。さらに、誘電体導波路１の上面に、誘電体ブロック２をセラミック用接着剤で密着するように取り付ける。誘電体ブロック２は誘電体導波路１の長手方向に一定の間隔で複数設置する。このようにして平面アンテナを組み立てることができる。
【００１７】
次に、この平面アンテナの動作を説明する。給電素子５を介して外部から給電された電力は、誘電体導波路１の両端に向けて導波される。誘電体導波路１内を導波される電磁波（＝電力）は、その一部が誘電体ブロック２の設けられている部分からアンテナ外部に漏洩（放射）される。漏洩されずに誘電体導波路１内を導波される電磁波は、他の誘電体ブロック２の設けられている部分から一部が漏洩される。このような漏洩を繰り返しながら残りの電磁波が誘電体導波路１の両端に達する。誘電体導波路１の両端では、電磁波は、金属導体ブロック４によって反射され、再び誘電体導波路１内を導波される。このように、導波、放射、反射が繰り返されると、誘電体導波路１の両端を固定端とした定在波が励振される。定在波が励振されることで、誘電体導波路１内には長手方向に振幅の大きいところと、振幅の小さいところとが形成される。このうち振幅の大きいところに誘電体ブロック２を予め配置しておくと、効率よく電磁波を放射させることができる。誘電体導波路１の長さや各部品の誘電率を適宜に設定することで、有効に誘電体導波路１内で定在波を励振させることができる。定在波励振を行うことで、進行波励振を行う従来の平面アンテナより高利得が得られる。また、給電素子５を誘電体導波路１に埋め込まれた金属導体線７と同軸コネクタ６とから構成するので、製造が容易となる。また、導体損失の影響も低いので、従来に比べて低消費電力動作が可能となる。
【００１８】
以上のように、誘電体導波路内で定在波を励振させ、誘電体ブロックの設置部分から放射を行うようにしたので、従来の平面アンテナに比べて高利得・高効率な放射が可能となる。
【００１９】
次に、第二の実施形態を図４、図５により説明する。
【００２０】
本発明に係る平面アンテナは、上面に複数の凹部１０が形成された誘電体導波路１と、誘電体導波路１の下面に密着された金属導体板３と、誘電体導波路１の導波方向両端にそれぞれ密着された金属導体ブロック４と、これら金属導体ブロック４間に取り付けられて外部からの電力を誘電体導波路１に給電する給電素子５とからなる。
【００２１】
誘電体導波路１は、所定の上面高さ、所定の幅、所定の長さを有する長尺体状に形成され、長手方向が電力の導波方向になっている。誘電体導波路１の素材にはアルミナなどのセラミックが用いられている。凹部１０は、誘電体導波路１を幅方向に横断するように形成されている。このような凹部１０が誘電体導波路１の長手方向に一定の間隔で複数設置されている。誘電体導波路１は、予め凹部１０を設けた形状となるよう金型等で成形されている。給電素子５は、第一の実施形態と同様に、同軸ケーブルに接続可能な同軸コネクタ６と、この同軸コネクタ６の芯線（内部導体）に接続される線状の金属導体（金属導体線）７とから構成されている。給電素子５の取り付け構造は、第一の実施形態と同様である。第一の実施形態と同様にして、誘電体導波路１、金属導体板３、同軸コネクタ６、金属導体線７、金属導体ブロック４を組み立てる。ただし、第一の実施形態と異なり誘電体ブロックは取り付けない。
【００２２】
次に、この平面アンテナの動作を説明する。第一の実施形態では誘電体ブロック２が設けられている部分から電磁波が放射されたが、第二の実施形態では誘電体導波路１に設けた凹部１０から電磁波が漏洩しアンテナ外部に放射される。第二の実施形態でも、第一の実施形態と同様に誘電体導波路１の両端を固定端とした定在波が励振され、定在波が励振されることで、誘電体導波路１内には長手方向に振幅の大きいところと、振幅の小さいところとが形成される。このうち振幅の大きいところに凹部１０を予め配置しておくと、効率よく電磁波を放射させることができる。
【００２３】
第一の実施形態と比べると、誘電体導波路１に誘電体ブロック２を接着する必要がなく、小さいサイズで高利得・高効率なアンテナが実現されるだけでなく、安価に製作が可能となる。
【００２４】
次に、第三の実施形態を図６、図７により説明する。
【００２５】
本発明に係る平面アンテナは、第一の実施形態のものと同様に、誘電体導波路１、誘電体ブロック２、金属導体板３、金属導体ブロック４、給電素子５からなる。ただし、１枚の金属導体板３の上に複数の誘電体導波路１が並列配置されている。各誘電体導波路１は、誘電体導波路１の幅方向に一定の間隔で並べられている。これにより、誘電体ブロック２は、縦横にアレイ状に設置されていることになる。給電素子５は、各誘電体導波路１に１個ずつ設置されている。金属導体ブロック４は、全ての誘電体導波路１の両端に接する大きさのものが１組設置されている。
【００２６】
次に、この平面アンテナの動作を説明する。この平面アンテナは、誘電体導波路１を複数並べることで誘電体ブロック２がアレイ状に並べてある。各誘電体導波路１に設けた給電素子５にそれぞれ同相で給電した場合、各誘電体導波路１において両端を固定端とした定在波が励振され、振幅の大きいところに配置された誘電体ブロック２が効率よく電磁波を放射する。このとき、アレイ状に並べた誘電体ブロック２はすべて同相で励振されるから、放射された電磁波は金属導体板３に垂直な方向で強め合う。その結果、この平面アンテナは、金属導体板３に垂直な方向に鋭い指向性を持つことになる。また、各給電素子５に位相差（移相差）をつけて給電した場合、各誘電体ブロック２から放射される電磁波にも位相差がつき、放射される電磁波が強め合う方向が金属導体板３に垂直な方向からずれる。その結果、電磁波の放射方向が前記同相給電の場合に比べて変化する。
【００２７】
このように、誘電体導波路１を複数並べて誘電体ブロック２をアレイ状にした平面アンテナは、第一、第二の実施形態のものに比べ、鋭い指向性を持つことが可能になる。また、各給電素子５の位相差を電気的に制御することで、電磁波の放射方向を変化させることが可能になる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２９】
（１）従来技術による誘電体アンテナに比べ、高利得・高効率な平面アンテナが安価に実現でき、固定、半固定及び移動端末並びに車載レーダに好適な平面アンテナを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す平面アンテナの斜視図である。
【図２】図１の平面アンテナの断面図である。
【図３】図１の平面アンテナの分解・組立図である。
【図４】本発明の第二の実施形態を示す平面アンテナの斜視図である。
【図５】図４の平面アンテナの断面図である。
【図６】本発明の第三の実施形態を示す平面アンテナの斜視図である。
【図７】図６の平面アンテナの裏面側斜視図である。
【図８】従来の平面アンテナの斜視図である。
【符号の説明】
１  誘電体導波路
２  誘電体ブロック
３  金属導体板
４  金属導体ブロック
５  給電素子
６  同軸コネクタ
７  金属導体線
１０  凹部
【図１】
0003903671.tif 000002
【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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