(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体導波路と、該誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体ブロックと、円筒形の誘電体共振器と、金属導体板と、外部電力源から電力を供給する給電素子とにより構成されており、前記金属導体板の上面には複数の前記誘電体導波路が互いに平行になるよう配置されており、これら誘電体導波路の上面には複数の前記誘電体ブロックが該誘電体導波路に密着して配置されており、互いに平行に配置した複数の誘電体導波路の両端には金属導体ブロックが密着して配置されており、前記平行に配置した誘電体導波路の間にはそれぞれ誘電体導波路に近接して前記誘電体共振器が配置されており、ひとつの誘電体導波路には前記給電素子が取り付けられており、該給電素子によって外部電力源から供給された電力を当該誘電体導波路に導波させて前記金属導体ブロック間で定在波を励起させ、かつ前記電力を前記誘電体共振器を介して隣接した誘電体導波路に導波させ、これら誘電体導波路の前記誘電体ブロックを配置した部分から外部空間に電力を放射することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項２】
誘電体導波路と、円筒形の誘電体共振器と、金属導体板と、外部電力源から電力を供給する給電素子とにより構成されており、前記金属導体板の上面には複数の前記誘電体導波路が互いに平行になるよう配置されており、これら誘電体導波路の上面には複数の凹部が設けられており、互いに平行に配置した複数の誘電体導波路の両端には金属導体ブロックが密着して配置されており、前記平行に配置した誘電体導波路の間にはそれぞれ誘電体導波路に近接して前記誘電体共振器が配置されており、ひとつの誘電体導波路には前記給電素子が取り付けられており、該給電素子によって外部電力源から供給された電力を当該誘電体導波路に導波させて前記金属導体ブロック間で定在波を励起させ、かつ前記電力を前記誘電体共振器を介して隣接した誘電体導波路に導波させ、これら誘電体導波路上の前記凹部から外部空間に電力を放射することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項３】
片面に複数の直線状の凸部を設けた誘電体基板と、該誘電体基板とは誘電率の異なる誘電体ブロックと、円筒形の誘電体共振器と、金属導体板と、外部電力源から電力を供給する給電素子とにより構成されており、前記誘電体基板の凸部の無い面には前記金属導体板が密着して取り付けられており、前記誘電体基板の前記凸部の上面には複数の前記誘電体ブロックが前記凸部に密着して配置されており、互いに平行に配置した複数の誘電体導波路の両端には金属導体ブロックが密着して配置されており、前記凸部の間にはそれぞれ凸部に近接して前記誘電体共振器が配置されており、前記誘電体基板の一部には前記給電素子が取り付けられており、該給電素子によって外部電力源から供給された電力を前記凸部に導波させて前記金属導体ブロック間で定在波を励起させ、かつ前記電力を前記誘電体共振器を介して隣接した凸部に導波させ、これら凸部の前記誘電体ブロックを配置した部分から外部空間に電力を放射することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項４】
片面に複数の直線状の凸部を設けた誘電体基板と、円筒形の誘電体共振器と、金属導体板と、外部電力源から電力を供給する給電素子とにより構成されており、前記誘電体基板の凸部の無い面には前記金属導体板が密着して取り付けられており、前記誘電体基板の前記凸部の上面には複数の凹部が設けられており、互いに平行に配置した複数の誘電体導波路の両端には金属導体ブロックが密着して配置されており、前記凸部の間にはそれぞれ凸部に近接して前記誘電体共振器が配置されており、前記誘電体基板の一部には前記給電素子が取り付けられており、該給電素子によって外部電力源から供給された電力を前記凸部に導波させて前記金属導体ブロック間で定在波を励起させ、かつ前記電力を前記誘電体共振器を介して隣接した凸部に導波させ、これら凸部上の前記凹部から外部空間に電力を放射することを特徴とするアレイアンテナ。
【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アレイアンテナに係り、特に、分岐部の放射損失を低減させた高利得・高効率なアレイアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信および無線通信機器、車載レーダ等に用いられる固定、半固定または移動端末の平面アンテナに、誘電体導波路を用いたアレイアンテナ（誘電体アンテナ）が適用される。
【０００３】
従来、小型化された移動端末、車載レーダ等に用いられる平面アンテナは、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、導体に電磁波を励振した際に生ずる損失（導体損失）や放射による損失（放射損失）が大きくなり、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アンテナにおいて、誘電体導波路を用いたアレイアンテナが提案されている。
【０００４】
図８に示されるように、従来のアレイアンテナは、誘電体導波路１と、誘電体導波路１とは異なる誘電率の誘電体ブロック２と、金属導体板４と、金属導体ピン６とにより構成されており、誘電体導波路１は金属導体板４の上面に密着して配置されており、誘電体導波路１は複数の分岐を有し、誘電体導波路１の一端に外部電力源（図示せず）から供給された電力を各分岐に導波させ、分岐上の誘電体ブロック２を配置した部分から外部空間に電力を放射するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、誘電体導波路による分岐構造に屈曲部９が存在するため、この屈曲部９から導波するべき電磁波がアンテナ外部に放射されてしまい、アンテナ全体の効率を低下させてしまう問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、分岐部の放射損失を低減させた高利得・高効率なアレイアンテナを提供することにある。
【０００７】
【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、誘電体導波路と、該誘電体導波路とは誘電率の異なる誘電体ブロックと、円筒形の誘電体共振器と、金属導体板と、外部電力源から電力を供給する給電素子とにより構成されており、前記金属導体板の上面には複数の前記誘電体導波路が互いに平行になるよう配置されており、これら誘電体導波路の上面には複数の前記誘電体ブロックが該誘電体導波路に密着して配置されており、互いに平行に配置した複数の誘電体導波路の両端には金属導体ブロックが密着して配置されており、前記平行に配置した誘電体導波路の間にはそれぞれ誘電体導波路に近接して前記誘電体共振器が配置されており、ひとつの誘電体導波路には前記給電素子が取り付けられており、該給電素子によって外部電力源から供給された電力を当該誘電体導波路に導波させて前記金属導体ブロック間で定在波を励起させ、かつ前記電力を前記誘電体共振器を介して隣接した誘電体導波路に導波させ、これら誘電体導波路の前記誘電体ブロックを配置した部分から外部空間に電力を放射するものである。
【０００８】
また、誘電体導波路と、円筒形の誘電体共振器と、金属導体板と、外部電力源から電力を供給する給電素子とにより構成されており、前記金属導体板の上面には複数の前記誘電体導波路が互いに平行になるよう配置されており、これら誘電体導波路の上面には複数の凹部が設けられており、互いに平行に配置した複数の誘電体導波路の両端には金属導体ブロックが密着して配置されており、前記平行に配置した誘電体導波路の間にはそれぞれ誘電体導波路に近接して前記誘電体共振器が配置されており、ひとつの誘電体導波路には前記給電素子が取り付けられており、該給電素子によって外部電力源から供給された電力を当該誘電体導波路に導波させて前記金属導体ブロック間で定在波を励起させ、かつ前記電力を前記誘電体共振器を介して隣接した誘電体導波路に導波させ、これら誘電体導波路上の前記凹部から外部空間に電力を放射するものである。
【０００９】
また、片面に複数の直線状の凸部を設けた誘電体基板と、該誘電体基板とは誘電率の異なる誘電体ブロックと、円筒形の誘電体共振器と、金属導体板と、外部電力源から電力を供給する給電素子とにより構成されており、前記誘電体基板の凸部の無い面には前記金属導体板が密着して取り付けられており、前記誘電体基板の前記凸部の上面には複数の前記誘電体ブロックが前記凸部に密着して配置されており、互いに平行に配置した複数の誘電体導波路の両端には金属導体ブロックが密着して配置されており、前記凸部の間にはそれぞれ凸部に近接して前記誘電体共振器が配置されており、前記誘電体基板の一部には前記給電素子が取り付けられており、該給電素子によって外部電力源から供給された電力を前記凸部に導波させて前記金属導体ブロック間で定在波を励起させ、かつ前記電力を前記誘電体共振器を介して隣接した凸部に導波させ、これら凸部の前記誘電体ブロックを配置した部分から外部空間に電力を放射するものである。
【００１０】
また、片面に複数の直線状の凸部を設けた誘電体基板と、円筒形の誘電体共振器と、金属導体板と、外部電力源から電力を供給する給電素子とにより構成されており、前記誘電体基板の凸部の無い面には前記金属導体板が密着して取り付けられており、前記誘電体基板の前記凸部の上面には複数の凹部が設けられており、互いに平行に配置した複数の誘電体導波路の両端には金属導体ブロックが密着して配置されており、前記凸部の間にはそれぞれ凸部に近接して前記誘電体共振器が配置されており、前記誘電体基板の一部には前記給電素子が取り付けられており、該給電素子によって外部電力源から供給された電力を前記凸部に導波させて前記金属導体ブロック間で定在波を励起させ、かつ前記電力を前記誘電体共振器を介して隣接した凸部に導波させ、これら凸部上の前記凹部から外部空間に電力を放射するものである。
【００１１】
前記誘電体導波路または前記誘電体基板の両端に金属導体ブロックを密着して配置し、該金属導体ブロックを利用して前記誘電体導波路または前記誘電体基板に定在波を励振させてもよい。
【００１２】
【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２、図３に基づいて詳述する。
【００１３】
本発明に係る平面アンテナ（アレイアンテナ）は、所定の誘電率を有する誘電体導波路１と、この誘電体導波路１とは誘電率の異なる誘電体ブロック２と、円筒形の誘電体共振器３と、金属導体板４と、金属導体ブロック５と、外部電力源から電力を供給する給電素子となる金属導体ピン６及び同軸コネクタ７とによって構成されている。図２では、誘電体導波路１を１１〜１５で示す。
【００１４】
以下、これら１〜７の構成要素の特徴をアンテナ製造方法と共に説明する。
【００１５】
誘電体導波路１の素材にはアルミナなどのセラミックを用いる。誘電体導波路１は、長方形に形成されている金属導体板４の奥行き方向（図では右上がりの方向）を長手方向とする所定長、所定幅、所定高さの直方体に形成する。また、誘電体導波路１の一つには金属導体ピン６を取り付ける孔２１を設けておく。円筒形の誘電体共振器３は、素材にセラミックを用い、このアレイアンテナの使用周波数で共振するよう、誘電体共振器３の形状（直径、高さ等）を設計する。金属導体板４には、金属導体ピン６と同軸コネクタ７とを取り付けるネジ孔（図示せず）を設けておき、そのネジ孔に同軸コネクタ７を取り付けておく。
【００１６】
次に、金属導体板４の上面に誘電体導波路１を接着剤などで固定する。このとき、誘電体導波路１は、互いに等間隔で平行になるように取り付ける。また、孔２１を設けた誘電体導波路１には金属導体ピン６を取り付け、この金属導体ピン６が金属導体板４に取り付けた同軸コネクタ７の中心に位置するように組み合わせる。
【００１７】
次に、金属導体板４に誘電体共振器３を取り付ける。このとき、誘電体共振器３を、既に取り付けた誘電体導波路１と誘電体導波路１との間に取り付けることにより、誘電体共振器３を誘電体導波路１，１のそれぞれに近接させる。
【００１８】
次に、誘電体導波路１の両端に密着するように金属導体ブロック５を金属導体板４に固定する。金属導体ブロック５は、金属導体板４の幅方向（図では左上がりの方向）を長手方向とする所定長、所定幅、所定高さの直方体に形成する。
【００１９】
次に、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。このとき、誘電体ブロック２は、このアレイアンテナの使用周波数によって決まる間隔で配置する。誘電体ブロック２の形状は、所定長、所定幅、所定高さの直方体であり、誘電体導波路１の幅と同じ長さを有する。
【００２０】
次に、このアレイアンテナの動作を説明する。
【００２１】
金属導体ピン６及び同軸コネクタ７によってアンテナ外部（図示しない外部電力源）から給電された電力は、金属導体ピン６によって誘電体導波路１１内に伝搬する。誘電体導波路１１の両端には金属導体ブロック５があるため、この金属導体ブロック５による反射で、誘電体導波路１１に定在波が励振される。このとき、誘電体導波路１１から漏れ出る磁界は、隣接した誘電体共振器３を励振し、電磁的な結合によって、誘電体共振器３にも定在波が励振される。さらに、誘電体共振器３に隣接した誘電体導波路１２にも電磁的な結合によって定在波が励振される。このように、ひとつの誘電体導波路１から誘電体共振器３を介して隣接した誘電体導波路１に導波させることを繰り返すと、すべての誘電体導波路１１〜１５に電力が分配され、すべての誘電体導波路１１〜１５に定在波が励振される。それぞれの誘電体導波路１１〜１５には動作周波数に応じた間隔で誘電体ブロック２が配置されているので、この誘電体ブロック２を設けた部分からアンテナ外部（空間）に電磁波が漏洩する。
【００２２】
このアレイアンテナは、分岐構造に従来のような屈曲部がないので、望まない電磁波の放射が少なく、放射損失による効率の低下が少ない。よって、小さいサイズで高利得・高効率なアンテナを実現することができる。
【００２３】
図４には、前記第一の実施形態を変形した第二の実施形態を示す。給電素子である金属導体ピン６及び同軸コネクタ７をアレイアンテナの中心に配置し、その金属導体ピン６及び同軸コネクタ７の両脇に誘電体共振器３を配置する。
【００２４】
以下、本発明の第三の実施形態を図５に基づいて詳述する。
【００２５】
このアレイアンテナは、誘電体導波路１と、円筒形の誘電体共振器３と、金属導体板４と、金属導体ブロック５と、外部電力源から電力を供給する給電素子となる金属導体ピン６及び同軸コネクタ７とによって構成されている。
【００２６】
以下、これら１〜７の構成要素の特徴をアンテナ製造方法と共に説明する。
【００２７】
誘電体導波路１の素材にはアルミナなどのセラミックを用い、誘電体導波路１の上面には等間隔に凹部８１を設けておく。また、誘電体導波路１の一つには金属導体ピン６を取り付ける孔２１を設けておく。前記第一の実施形態と同様に、円筒形の誘電体共振器３、金属導体板４を作製する。さらに、第一の実施形態と同様に、金属導体板４に同軸コネクタ７、誘電体導波路１、誘電体共振器３、金属導体ブロック５を取り付ける。このとき、凹部８１が上面に位置するように誘電体導波路１を取り付ける。
【００２８】
次に、このアレイアンテナの動作を説明する。
【００２９】
金属導体ピン６及び同軸コネクタ７から給電された電力が、第一の実施形態と同様に、各誘電体導波路１に分配され、すべての誘電体導波路１に定在波が励振される。それぞれの誘電体導波路１１〜１５には動作周波数に応じた間隔で凹部８１が配置されているので、この凹部８１を設けた部分からアンテナ外部に電磁波が漏洩する。
【００３０】
この第三の実施形態によれば、第一、第二の実施形態と同様に導波路の屈曲部をなくして高利得・高効率なアレイアンテナを実現できると共に、第一、第二の実施形態に比べて誘電体導波路１に誘電体ブロック２を接着する必要がないため安価に製造することができる。
【００３１】
以下、本発明の第四の実施形態を図６に基づいて詳述する。図６では、見やすくするために金属導体ブロック５の図示を省略してある。
【００３２】
このアレイアンテナは、上面に直線状の凸部１７を設けた所定の誘電率を有する誘電体基板１６と、誘電体基板１６とは誘電率の異なる誘電体ブロック２と、円筒形の誘電体共振器３と、金属導体板４と、金属導体ブロック５（図示省略）と、外部電力源から電力を供給する給電素子となる金属導体ピン６及び同軸コネクタ７とによって構成されている。
【００３３】
以下、これら１〜７の構成要素の特徴をアンテナ製造方法と共に説明する。
【００３４】
誘電体基板１６の素材にはアルミナなどのセラミックを用いる。誘電体基板１６の上面には、等間隔に直線状の凸部１７を設けておき、金属導体ピン６を取り付ける孔２１を一箇所設けておく。凸部１７の間隔はこのアレイアンテナの動作周波数（使用周波数）によって決定される。凸部１７の形状は、金属導体板４の奥行き方向を長手方向とする所定長、所定幅、所定高さの直方体に形成する。また、第一の実施形態と同様に、円筒形の誘電体共振器３、金属導体板４を作製する。誘電体基板１６に設けた孔２１に金属導体ピン６を取り付け、この金属導体ピン６が金属導体板４に取り付けた同軸コネクタ７の中心に位置するように組み合わせる。
【００３５】
次に、誘電体基板１６に誘電体共振器３を取り付ける。このとき誘電体共振器３は、凸部１７と凸部１７との間に取り付け、それぞれの凸部１７に近接させる。
【００３６】
次に、誘電体基板１６の両端に密着するように金属導体ブロック（図示せず）を金属導体板４に固定する。
【００３７】
次に、凸部１７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。このとき、誘電体ブロック２は、このアレイアンテナの使用周波数（動作周波数）によって決まる間隔で配置する。
【００３８】
次に、このアレイアンテナの動作を説明する。
【００３９】
金属導体ピン６及び同軸コネクタ７から給電された電力が、第一の実施形態と同様に、各凸部１７に分配され、すべての凸部１７に定在波が励振される。それぞれの凸部１７には動作周波数に応じた間隔で誘電体ブロック２が配置されているので、この誘電体ブロック２を設けた部分からアンテナ外部に電磁波が漏洩する。
【００４０】
この第四の実施形態によれば、第一〜第三の実施形態と同様に導波路の屈曲部をなくして高利得・高効率なアレイアンテナを実現できると共に、第一〜第三の実施形態のように複数の誘電体導波路１を金属導体板４に接着する必要がなく、１枚の誘電体基板１６を金属導体板４に接着するだけでよいので、安価に製造することが可能で、かつ組立時に生じる取り付け位置誤差を小さくすることができる。
【００４１】
以下、本発明の第五の実施形態を図７に基づいて詳述する。図７では、見やすくするために金属導体ブロック５の図示を省略してある。
【００４２】
このアレイアンテナは、上面に直線状の凸部１７を設けた所定の誘電率を有する誘電体基板１６と、円筒形の誘電体共振器３と、金属導体板４と、金属導体ブロック５（図示省略）と、外部電力源から電力を供給する給電素子となる金属導体ピン６及び同軸コネクタ７とによって構成されている。
【００４３】
以下、これら１〜７の構成要素の特徴をアンテナ製造方法と共に説明する。
【００４４】
誘電体基板１６の上面には等間隔に直線状の凸部１７を設けておき、さらに、凸部１７の上面には等間隔に凹部８１を設けておく。その他の構成要素については、第四の実施形態と同様に加工、組立を行う。ただし、誘電体ブロック２は設けない。
【００４５】
次に、このアレイアンテナの動作を説明する。
【００４６】
第四の実施形態と同様に金属導体ピン６及び同軸コネクタ７から給電された電力が、各凸部１７に分配され、すべての凸部１７に定在波が励振される。それぞれの凸部１７には動作周波数に応じた間隔で凹部８１が配置されているので、この凹部８１を設けた部分からアンテナ外部に電磁波が漏洩する。
【００４７】
この第五の実施形態によれば、第四の実施形態と同様に導波路の屈曲部をなくして高利得・高効率なアレイアンテナを実現できると共に、１枚の誘電体基板１６を金属導体板４に接着するだけでよく、第四の実施形態と比べると誘電体ブロック２を接着する必要がないため安価に製造することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４９】
（１）従来技術による誘電体アンテナに代わり、高利得・高効率な平面アンテナが安価に実現でき、固定端末、半固定端末、移動端末、車載レーダ等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アレイアンテナの斜視図である。
【図２】図１に示したアレイアンテナのＡ−Ａ’断面図である。
【図３】図１に示したアレイアンテナのＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】本発明の第二の実施形態を示すアレイアンテナの斜視図である。
【図５】本発明の第三の実施形態を示すアレイアンテナの斜視図である。
【図６】本発明の第四の実施形態を示すアレイアンテナの斜視図である。
【図７】本発明の第五の実施形態を示すアレイアンテナの斜視図である。
【図８】従来のアレイ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  誘電体共振器
４  金属導体板
５  金属導体ブロック
６  金属導体ピン
７  同軸コネクタ
１６  誘電体基板
１７  凸部
８１  凹部
【図１】
0003932767.tif 000002
【図２】
0003932767.tif 000003
【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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