(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の一方の面上に直線状に伸び前記誘電体基板と同じ誘電率を有する放射用凸部を複数形成すると共に、これら複数の放射用凸部の一端を連絡する給電用凸部を形成し、前記複数の放射用凸部の上面に前記誘電体基板とは誘電率の異なる誘電体ブロックを設け、前記給電用凸部の長手方向一端に給電素子を設け、前記誘電体基板の他方の面に金属導体板を設けたことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
前記放射用凸部の上面に複数の前記誘電体ブロックを配置し、その誘電体ブロックの配置間隔を使用周波数における約１波長の整数倍としたことを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ。
【請求項３】
誘電体基板の一方の面上に直線状に伸び前記誘電体基板を同じ誘電率の放射用凸部を複数形成すると共に、これら複数の放射用凸部の一端を連絡する給電用凸部を形成し、前記複数の放射用凸部の上面に凹部を形成し、前記給電用凸部の長手方向一端に給電素子を設け、前記誘電体基板の他方の面に金属導体板を設けたことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項４】
前記放射用凸部の上面に複数の前記凹部を配置し、その凹部の配置間隔を使用周波数における約１波長の整数倍としたことを特徴とする請求項３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、構成が簡素で製造が容易な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や車載レーダ等の固定局、半固定局或いは移動局に用いられる平面アンテナは、導体線路によるマイクロストリップアンテナなどが主流である。しかしながら、従来の平面アンテナは、電磁波の伝送路に導体を使用するため、周波数の上昇と共に導体に電磁波を励振した際に生じる損失（導体損失）が大きく、高効率な送受信特性を得ることが困難である。そこで、高い周波数で用いるアンテナは、マイクロストリップアンテナから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。誘電体導波路を用いたアンテナにおける従来技術として、グレーティング型の誘電体アンテナが、アイ・イー・イー・イー  トランザクション  マイクロウェイブセオリーアンドテクニクス  ＶＯＬ．ＭＭＴ−３１，Ｎｏ．２  １９８１年２月  Ｐ１９９−２０８、及びアイ・イー・イー・イー  トランザクション  アンテナアンドプロパゲイション  ＶＯＬ．ＭＭＴ−３９，Ｎｏ．７  １９９１年６月  Ｐ８８３−８９１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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術は、誘電体導波路が棒状の直方体になっており、この誘電体導波路を金属導体板上に取り付ける際、微妙な位置調整が必要であり、このとき位置が少しでもずれると放射効率が低下したり、所望の指向性が得られなくなるという問題がある。
【０００４】
また、分岐構造のある誘電体導波路を含む平面アンテナを構成する場合、全部の導波路を一括で作製することが難しく、各導波路を別々に成形して組み立てる必要があり、作製が難しく、コストが高いという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、構成が簡素で製造が容易な平面アンテナを提供することにある。
【０００６】
【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、誘電体基板の一方の面上に直線状に伸び前記誘電体基板と同じ誘電率を有する放射用凸部を複数形成すると共に、これら複数の放射用凸部の一端を連絡する給電用凸部を形成し、前記複数の放射用凸部の上面に前記誘電体基板とは誘電率の異なる誘電体ブロックを設け、前記給電用凸部の長手方向一端に給電素子を設け、前記誘電体基板の他方の面に金属導体板を設けたものである。
【０００７】
前記放射用凸部の上面に複数の前記誘電体ブロックを配置し、その誘電体ブロックの配置間隔を使用周波数における約１波長の整数倍としてもよい。
【０００９】
また、本発明は、誘電体基板の一方の面上に直線状に伸び前記誘電体基板を同じ誘電率の放射用凸部を複数形成すると共に、これら複数の放射用凸部の一端を連絡する給電用凸部を形成し、前記複数の放射用凸部の上面に凹部を形成し、前記給電用凸部の長手方向一端に給電素子を設け、前記誘電体基板の他方の面に金属導体板を設けたものである。
【００１０】
前記放射用凸部の上面に複数の前記凹部を配置し、その凹部の配置間隔を使用周波数における約１波長の整数倍としてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
図１に示されるように、本発明に係る平面アンテナは、誘電体基板１と、誘電体基板１の上面に設けられた直線状（ストライプ状）の凸部２と、誘電体基板１とは誘電率の異なる誘電体ブロック３と、凸部２に外部からの電力を給電するための給電素子４と、誘電体基板１の下面を覆う金属導体板５とにより構成されている。
【００１４】
誘電体基板１は、矩形に形成されている。凸部２は、複数設けられている。ひとつの凸部２ａは、誘電体基板１の長辺近傍に配置されている。この凸部２ａは、誘電体基板１の長手方向に長く伸びており、誘電体基板１の短手方向に切った断面において両側辺が誘電体基板１の上面から垂直に立上がり、上辺が平坦となるものである。この凸部２ａの一端より誘電体基板１の短手方向に向けて分岐された凸部２ｂが設けられている。さらに、この凸部２ｂより誘電体基板１の長手方向に向けて分岐された複数の凸部２ｃが誘電体基板１の短手方向に所定間隔で設けられている。従って、誘電体基板１上には、互いに並行な複数の凸部２ａ，２ｃと、これらの凸部２ａ，２ｃの一端を連絡するひとつの直交した凸部２ｂとが設けられていることになる。ここで、これら互いに並行な複数の凸部２ａ，２ｃを放射用凸部と称し、放射用凸部２ａ，２ｃを連絡する凸部２ｂを給電用凸部と称する。誘電体ブロック３は、直交した給電用凸部２ｂを除く全ての放射用凸部２ａ，２ｃに、それぞれ同じ個数設けられている。各誘電体ブロック３の形状は同一であり、その形状は一辺が放射用凸部２ａ，２ｃの幅に等しい矩形となっている。誘電体基板１の長手方向における誘電体ブロック３の配置間隔は一定である。従って、誘電体ブロック３は、縦横それぞれ所定の間隔でアレイ状に配置されていることになる。誘電体ブロック３は、放射用凸部２ａ，２ｃの上面に密着させて設けられている。給電素子４は、誘電体基板１の下面より誘電体基板１を貫通して給電用凸部２ｂの一端に挿入されている。金属導体板５は、誘電体基板１と同じ大きさの矩形に形成され、誘電体基板１の下面に密着させて設けられている。
【００１５】
図１の平面アンテナの製造工程を図２により説明する。
【００１６】
まず、第一工程では、アルミナなどのセラミックを用い、誘電体基板１に凸部２を含めた形状の金型６により、凸部２を有する誘電体基板１を成形し、焼結する。このとき誘電体基板１の下面には給電素子４を取り付ける孔７を設けておく。なお、成形は、金型によるものなので、複数の凸部２を設けることや孔７を設けることで製作費が増加することはほとんどない。第二工程では、誘電体基板１の下面に金属をイオンプレーティングや無電界メッキすることによって金属導体板５を作製する。第三工程では、給電素子４用の孔７についた金属をエッチングなどにより金属導体板５から分離し、給電素子４用の孤立電極９としておく。第四工程では、誘電体ブロック３を凸部２の上面にセラミック用の接着剤で取り付ける。第五工程では、給電素子４を給電素子４用の孔７に取り付ける。給電素子４には同軸コネクタ等を用い、内部導体が孤立電極に接し、外部導体が金属導体板５に接するように取り付ける。なお、第四工程と第五工程とは、順序を入れ替えてもよい。
【００１７】
次に、この平面アンテナの動作を説明する。
【００１８】
給電素子４によって外部から誘電体基板１に給電された電力は、凸部２内を導波される。凸部２内を導波される電力（電磁波）は、給電用凸部２ｂによって誘電体基板１全体に分配され、各放射用凸部２ａ，２ｃ内を導波されてその導波路の途中にある各誘電体ブロック３に到達する。誘電体ブロック３に到達した電磁波のうち、一部は放電用凸部２ａ，２ｃに沿って誘電体ブロック３の下を通過し、残りは誘電体基板１と誘電体ブロック３との誘電率差によってこの平面アンテナの外部に放射される。誘電体ブロック３の下を通過した電磁波は、次の誘電体ブロック３に到達して同様の通過と放射とを繰り返す。この結果、誘電体基板１の上面全体から電磁波が放射されることになり、高利得な平面アンテナが実現される。
【００１９】
この平面アンテナは、誘電体基板１の誘電率、誘電体基板１の厚さ、凸部２の段差を調整することで、従来の棒状の直方体誘電体導波路と同じ導波路の機能を持たせることができる。
【００２０】
また、この平面アンテナは、分岐構造を有する導波路の全体を一括成形できるので、従来の棒状の直方体誘電体導波路を用いたアンテナに比べて、安価に製作できる。
【００２１】
また、この平面アンテナは、導波路が誘電体基板と共に成形されるので、微妙な位置調整を必要としない。
【００２２】
また、この平面アンテナは、上面の導波路部にも放射素子部にも金属導体が使われていないので、金属導体による導体損失を低減することができ、特にミリ波帯などの高い周波数における利得の改善が図れる。
【００２３】
これらの特性を利用し、アンテナとして作用させる励振周波数に対して適切なアンテナのサイズ、構造、材料定数を与えることで、所望の指向性を形成し、かつ所望のエネルギの電波を放射させることができる。また、この平面アンテナは、導体損失の影響が小さいことから、高い電力利得が得られ、結果として、従来の平面アンテナに比べて安価で微妙な調整の必要がない平面アンテナを構成することができる。
【００２４】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００２５】
図３に示されるように、本発明に係る平面アンテナは、誘電体基板１と、誘電体基板１の上面に設けられた直線状の凸部２と、凸部２の上面に設けられた凹部８と、凸部２に外部からの電力を給電するための給電素子４と、誘電体基板１の下面を覆う金属導体板５とにより構成されている。
【００２６】
誘電体基板１の形状、凸部２、給電素子４及び金属導体板５の配置は、図１のものと同様であるから説明を省略する。凹部８は、直交した給電用凸部２ｂを除く全ての放射用凸部２ａ，２ｃに、それぞれ同じ個数設けられている。各凹部８は、一辺が放射用凸部２ａ，２ｃの幅に等しく、放射用凸部２ａ，２ｃの上面からの深さ及び誘電体基板１の長手方向の長さが一定となっている。誘電体基板１の長手方向における凹部８の配置間隔は一定である。従って、凹部８は、縦横それぞれ所定の間隔でアレイ状に配置されていることになる。
【００２７】
図３の平面アンテナの製造工程を図４により説明する。
【００２８】
まず、第一工程では、アルミナなどのセラミックを用い、誘電体基板１に凸部２及び凹部８を含めた形状の金型により、凸部２及び凹部８を有する誘電体基板１を成形し、焼結する。このとき誘電体基板１の下面には給電素子４を取り付ける孔７を設けておく。なお、成形は、金型によるものなので、複数の凸部２及び凹部８を設けることや孔７を設けることで製作費が増加することはほとんどない。第二工程では、誘電体基板１の下面に金属をイオンプレーティングや無電界メッキすることによって金属導体板５を作製する。第三工程では、給電素子４用の孔７についた金属をエッチングなどにより金属導体板５から分離し、給電素子４用の孤立電極９としておく。第四工程では、給電素子４を給電素子４用の孔７に取り付ける。給電素子４には同軸コネクタ等を用い、内部導体が孤立電極９に接し、外部導体が金属導体板５に接するように取り付ける。
【００２９】
次に、この平面アンテナの動作を説明する。
【００３０】
給電素子４によって外部から誘電体基板１に給電された電力は、凸部２内を導波される。凸部２内を導波される電力（電磁波）は、給電用凸部２ｂによって誘電体基板１全体に分配され、各放射用凸部２ａ，２ｃ内を導波されてその導波路の途中にある各凹部８に到達する。凹部８に到達した電磁波のうち、一部は放射用凸部２ａ，２ｃに沿って凹部８の下を通過し、残りは凹部８の形状によって（導波路の途中にギャップがあるという形状によって）この平面アンテナの外部に放射される。凹部８の下を通過した電磁波は、次の凹部８に到達して同様の通過と放射とを繰り返す。この結果、誘電体基板１の上面全体から電磁波が放射されることになる。
【００３１】
この平面アンテナは、誘電体ブロック３をアレイ状に配置するという工程を必要としない。給電素子４用の孔７、凸部２及び凹部８が金型で一括成形できるので、いっそう安価に製作できると共に微妙な位置調整を必要としない。
【００３２】
さらに、他の実施形態を説明する。
【００３３】
図５は、平面アンテナの製造工程を示すものである。この平面アンテナは、図１の平面アンテナにおいて誘電体ブロック３がゾルゲル法で作製した誘電体薄膜の孤立パターン１１（第六工程参照）となっているもので、それ以外は図１の平面アンテナと同じ構成を有する。
【００３４】
この平面アンテナの製造工程を説明すると、第一工程では、アルミナなどのセラミックを用い、誘電体基板１に凸部２及び給電素子４を取り付ける孔７を含めた形状の金型により、凸部２を有する誘電体基板１を成形し、焼結する。第二工程では、凸部２による段差を埋めるように誘電体基板１の上面に樹脂１２を塗布し、硬化させる。第三工程では、樹脂１２の上面を研削、研磨し、凸部２の上面を露出させる。第四工程では、アレイ状に穴１４の空いたメタルマスク１３を誘電体基板１の上面に密着させる。第五工程では、メタルマスク１３を密着させたまま、ゾルゲル法で誘電体薄膜１５を形成する。その後、メタルマスク１３を取り外して孤立パターン１１を形成し、乾燥させる。第六工程では、樹脂１２の残りを除去して洗浄した後、再度、焼結する。この孤立パターン１１が誘電体ブロック３に相当する。第七工程では、誘電体基板１の下面に金属をイオンプレーティングや無電界メッキすることによって金属導体板５を作製する。この後、給電素子４用の孔７についた金属をエッチングなどにより金属導体板５から分離し、給電素子４を給電素子４用の孔７に取り付ける。
【００３５】
図２の製造方法では、複数の誘電体ブロック３を個別に接着剤で取り付けていたが、図５の製造方法では、誘電体基板１とは誘電率の異なる材料をメタルマスク１３及びゾルゲル法を用いて一括成形しているので、さらに安価に製作が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３７】
（１）所望配置の複数の導波路を一括で形成することができ、位置調整も不要であるため、高効率・高利得な平面アンテナを安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す平面アンテナの図であり、（ａ）は上面側斜視図、（ｂ）は下面側斜視図である。
【図２】図１の平面アンテナの製造工程図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す平面アンテナの図であり、（ａ）は上面側斜視図、（ｂ）は下面側斜視図である。
【図４】図３の平面アンテナの製造工程図である。
【図５】図１の平面アンテナの他の実施形態による製造工程図である。
【符号の説明】
１  誘電体基板
２  凸部
３  誘電体ブロック
４  給電素子
５  金属導体板
６  金型
７  給電素子取付用孔
８  凹部
９  孤立電極
１１  誘電体薄膜の孤立パターン
１２  樹脂
１３  メタルマスク
１４  アレイ状の孔
１５  誘電体薄膜
【図１】
0003937652.tif 000002
【図２】
0003937652.tif 000003
【図３】
0003937652.tif 000004
【図４】
0003937652.tif 000005
【図５】
0003937652.tif 000006