アンテナ素子−導波管変換器、およびこれを用いた無線通信装置
【課題】アンテナ基板と導波管とを離間配置し、組み付けのばらつきによる応力を防ぎつつ良好なアンテナ特性を実現する。
【解決手段】アンテナ基板３０の一方の面にアンテナ素子３６と、このアンテナ素子の周囲に矩形金属プレート３７を配置させ、矩形金属プレートの表面と導波管の開口１２，１３を、アンテナ基板表面に直交する方向で離間配置する。
【解決手段】アンテナ基板３０の一方の面にアンテナ素子３６と、このアンテナ素子の周囲に矩形金属プレート３７を配置させ、矩形金属プレートの表面と導波管の開口１２，１３を、アンテナ基板表面に直交する方向で離間配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波、ミリ波帯通信に用いられるアンテナ素子−導波管変換器、およびこれを用いた無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高精細度テレビジョン放送（以下、ＨＤＴＶ）の無線伝送が注目されており、大容量情報を伝達する必要から、広い伝送帯域を確保できるミリ波を用いた無線伝送システムの開発が進められており、これに伴って上記システムに用いるための、高周波線路を導波管に変換してホーンアンテナ等に接続した小型の無線通信装置が開発されている。
【０００３】
図７（ａ）は、特許文献１による従来の無線通信装置の高周波線路−導波管変換器の分解斜視図、同図（ｂ）は断面図を示している。高周波線路−導波管変換器は、誘電体基板１０１の表面１０１ａに設けられたコプレーナ線路１０２と、第１のグランド層１１１の切り欠き部１１３内に配設されたアンテナ素子１０３と、第１のグランド層１１１に取り付けられた導波管１０４とを備えている。第１のグランド層１１１は、誘電体基板１０１の裏面１０１ｂに形成されており、第２のグランド層１１２は、誘電体基板１０１の中間に形成されている。コプレーナ線路１０２は、誘電体基板１０１の表面１０１ａに形成された直線状のマイクロストリップ線路１２１と長方形のキャビティ部１２２とによって構成されている。第１のグランド層１１１の一部であって、コプレーナ線路１０２のキャビティ部１２２のほぼ真下の部位には、矩形状の切り欠き部１１３が形成されている。
【０００４】
アンテナ素子１０３は、切り欠き部１１３内に位置するよう配置され、誘電体基板１０１の裏面１０１ｂに形成されている。このアンテナ素子１０３は、図７（ｂ）に示すように、コプレーナ線路１０２のマイクロストリップ線路１２１の先端部１２１ａのほぼ真下に位置している。そして、このアンテナ素子１０３が、１本のビアホール１３０を介してマイクロストリップ線路１２１の先端部１２１ａと接続している。また図７（ａ）に示すとおり、ビアホール１３０でマイクロストリップ線路１２１に接続されたアンテナ素子１０３は、複数のビアホール１３１によってシールドされている。
【０００５】
導波管１０４は、四角筒状の標準導波管であり、その開口１４０を切り欠き部１１３に対向させた状態で、第１のグランド層１１１に取り付けられている。
【０００６】
より具体的には、キャビティ部１２２の形状に対応した切り欠き部１１３が導波管１０４の開口１４０と同形に設定され、開口１４０をこの切り欠き部１１３に一致させた状態で、導波管１０４が第１のグランド層１１１に取り付けられている。
【０００７】
次に動作を説明すると、上記構成により、外部機器（図示せず）の出力端であるマイクロストリップ線路（図示せず）をこの導波管−高周波線路変換器のマイクロストリップ線路１２１に接続して、外部機器からの信号を入力する。入力された信号は、マイクロストリップ線路１２１の先端部１２１ａ側に向かい、コプレーナ線路を伝搬する。そして、この信号はマイクロストリップ線路１２１の先端部１２１ａからビアホール１３０を介してアンテナ素子１０３に至り、アンテナ素子１０３から放射されて、導波管１０４内を伝搬する。
【０００８】
また、特許文献２では、多層基板の内層に多数のスルーホールを円形状に配置して導波管部を形成し、この多層基板に形成された導波管部とフィードホーンの導波管部を接続した構成のフィードホーン一体型ＬＮＢ（ローノイズブロックコンバータ）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１３１５１３号公報
【特許文献２】特開平８−１２５４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来技術では、以下に示すような問題が生じる。
【００１１】
一般的に導波管は金属の塊であって硬く重いのに対して、基板は脆く軽いため、機械的強度の異なる両者を如何に接続するかは、高周波線路−導波管変換器の品質を確保する上で、構造上の重要な点となっていた。この点について、特許文献１では、高周波線路が配置された基板と導波管の接続に関して、両者は直接に取り付けられており、特許文献２では、導波管と一体成型されたシャーシと基板とをネジ等で固定している。しかしながら、基板厚さや導波管は個体差によって寸法公差が生じるため、単に物理的に押し付けるだけでは接触が不充分となる可能性がある。また、接触が不充分な場合は、例えば導波管にフィードホーンなどのアンテナが一体形成されているとアンテナ利得の低下に直接影響するという問題が起こりうる。また、導波管と基板を充分に接触させるために強く押し付けすぎると、その応力によって基板や基板上に搭載しているＩＣ等の部品が損傷する可能性がある。
【００１２】
これらの問題に対処するため、導波管と基板の接続のための他の材料、例えば導電性材料を介在させて、導波管と基板を間接的に接続させることもあるが、製造工程が複雑になり製品のコストアップとなっていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、アンテナ素子と前記アンテナ素子を取り囲むように複数列配置された矩形金属プレートを一方の表面に有する第１の基板と、一端に前記第1の基板の前記一方の表面に対向する第1の開口を有する導波管とを備え、前記矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口が、前記第１の基板の前記一方の表面に直交する方向に所定距離離間配置されることを特徴する。
【００１４】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、隣接する前記矩形金属プレート同士が一定の間隔で配置されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、前記第1の基板が、前記一方の表面と他方の表面との間に接地導体板を備え、前記矩形金属プレートと前記接地導体がスルーホールで接続されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、隣接する前記矩形金属プレート、前記接地導体および前記スルーホールからなる経路が共振回路を形成し、前記共振回路の周波数は前記アンテナ素子の放射波の周波数に等しいことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、前記複数の矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口が、前記アンテナ素子の放射波の波長の１／１０以下の間隔で離間配置されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、前記第1の基板の他方の表面に高周波回路が実装されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、前記導波管の他端に、前記第１の開口より大きな第２の開口を備えるホーンアンテナが連結されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る無線通信装置は、アンテナ素子と前記アンテナ素子の周囲に配置された複数の矩形金属プレートを一方の表面に有する第１の基板と、前記第１の基板を実装する第２の基板と、一端に前記第1の基板の前記一方の表面に対向する第1の開口を有する導波管と、前記導波管に連結された第２の開口を備えるホーンアンテナと、前記第１の基板と前記第２の基板を収容する筐体とを備え、前記複数の矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口は、前記第１の基板の前記一方の表面に直交する方向で所定距離離間配置されることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る無線通信装置は、前記ホーンアンテナが前記筐体に支持されることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る無線通信装置は、前記ホーンアンテナが前記筐体に一体に成型されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、アンテナ素子と共に基板に配置された複数の矩形金属プレートの表面と導波管の開口との間を離間配置する、すなわち複数の矩形金属プレートを配置した基板と導波管とを非接触とするため、両者の組み付けによる応力が回避されることで信頼性が向上したアンテナ素子−導波管変換器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１のアンテナ素子−導波管変換器を示す上面図および断面図である。
【図２】実施例１に係るアンテナ基板（第１の基板）の説明図である。
【図３】実施例１に係るアンテナ素子−導波管変換器の要部拡大図である。
【図４】実施例１に係るアンテナ素子−導波管変換器のアンテナ利得を示す図である。
【図５】実施例２に係る無線通信装置の構成図である。
【図６】実施例３に係る無線通信装置の構成図である。
【図７】従来の無線通信装置に用いられる高周波線路−導波管変換器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２５】
本発明のアンテナ素子−導波管変換器における実施例１について図１〜図４を参照して説明する。図１は実施例１におけるアンテナ素子−導波管変換器１の要部を示しており、図２は、アンテナ素子−導波管変換器１に使用するアンテナ基板３０（第１の基板）の詳細構造を示している。また図３は、図１（ｂ）の破線円部の拡大図であり、図４はアンテナ素子−導波管変換器１のアンテナ利得実測データである。
【００２６】
まず、実施例１におけるアンテナ素子−導波管変換器１の構成例について図１を参照して説明する。
【００２７】
図１（ａ）はアンテナ素子−導波管変換器１を波線の内側領域にてアンテナ面側から見た上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の破線Ａ−Ａ’における断面図である。図１（ｂ）に示すようにアンテナ素子−導波管変換器１は、アンテナ基板３０、アンテナ基板３０の表面に開口１３（第１の開口）を対向して配置される導波管１１、導波管１１に連結されたホーンアンテナ１０を備えている。また、アンテナ基板３０は、無線通信装置への適用に際して、実装基板２０（第２の基板）に実装される。
【００２８】
次に、アンテナ基板３０の全体構成例について図１（ｂ）を参照して説明する。アンテナ基板３０は、例えば低温焼成セラミック等を材料とする多層基板が用いられる。また、アンテナ基板３０は、アンテナ素子と、基板上の伝送線路や半導体集積回路で構成されている高周波回路（図示せず）とを混載した基板であり、アンテナ面Ｓ１にはアンテナ素子３６、実装基板２０との接続端子３１が形成され、回路面Ｓ２には給電線路３５に接続された高周波回路（図示せず）が形成される。また、内層に接地導体板３９を備えている。また、アンテナ素子３６から、回路面Ｓ２の給電線路３５に達するように形成されたスルーホール３４、および、環状接地部３２から接地導体板３９に達するように形成されたスルーホール３８を有している。
【００２９】
次にアンテナ基板３０の各部の構成例について図１（ｂ）、図２を参照して詳細に説明する。図２（ａ）は、アンテナ基板３０をアンテナ面Ｓ１に垂直な方向から見た平面図であり、図２（ｂ）は破線Ｂ−Ｂ’における断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）の構造の電気的等価回路である。
【００３０】
まず、アンテナ素子３６について説明する。図２（ａ）においてアンテナ素子３６は、アンテナ面Ｓ１の金属導体からエッチング加工によって形成、配置した矩形金属導体から成り、アンテナ面Ｓ１の中央部に、各端辺を使用周波数の波長に合わせた寸法にて形成される。また、各端辺が基板端と平行となるよう配置している。また、図１（ｂ）に示すとおりアンテナ素子３６は、スルーホール３４を介して給電線路３５に接続されている。なお、アンテナ素子３６は矩形形状以外にも他の例として、使用周波数の波長に合わせて円形状としてもよいし、配置が許容される範囲でアンテナ面Ｓ１の任意の位置に配置してもよい。また、本例ではアンテナ基板３０のアンテナ面Ｓ１の金属導体からアンテナ素子３６を形成したが、これに限らず他の別部材のアンテナ素子部品を使用してもよい。
【００３１】
次に、矩形金属プレート３７について説明する。図２（ａ）に示すとおり、矩形金属プレート３７は、アンテナ素子３６と同じくアンテナ面Ｓ１の金属導体から形成され、アンテナ素子３６を取り囲むように、一定の間隔で複数列を成して配置される。また、図１（ｂ）に示すとおり、各々の矩形金属プレートはスルーホール３３を介して接地導体板３９に接続されている。矩形金属プレート３７のそれぞれの端辺は、隣り合う他の矩形金属プレートの端辺と寸法が同一、すなわち個々の矩形金属プレートは正方形であることが好ましい。
【００３２】
更に、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して矩形金属プレート３７の詳細構造を説明する。図２（ｂ）のとおり、矩形金属プレート３７ａ、３７ｂは一定の間隔Ｌ１を介して配置されており、それぞれ、スルーホール３３ａ、３３ｂを介して接地導体板３９に接続される。この構造によって矩形金属プレート３７ａ、３７ｂによる間隔Ｌ１と、破線で示すスルーホール３３ａ、３３ｂおよびスルーホール３３ａ、３３ｂとの間の接地導体板３９の一部からなる経路Ｋとによって、図２（ｃ）に示すようなキャパシタとインダクタからなる共振回路を形成させている。また、このキャパシタとインダクタからなる共振回路の共振周波数は、アンテナ素子３６から放射される電磁波の周波数と等しく設定される。なお、矩形金属プレート３７はアンテナ素子３６を中央としてアンテナ基板のそれぞれの端辺に向かって２列に配置し、１列目と２列目の矩形金属プレートの隣り合う辺をずれの無いように対向させた例を図示しているがこれに限らず、上記で述べた共振周波数、すなわち、アンテナ素子３６から放射される電磁波の周波数、電界強度に合わせて３列以上に配置しても良いし、アンテナ基板のそれぞれの端辺に向かう矩形金属プレートの列の隣り合う辺を互い違いにずらして対向させて配置しても良い。
【００３３】
次に、環状接地部３２について説明する。図２（ａ）に示すとおり、環状接地部３２は、矩形金属プレート３７と同様にアンテナ面Ｓ１の金属導体から形成され、複数の矩形金属プレート３７の周囲を囲むように配置される。また、図１（ｂ）に示すとおり、環状接地部３２は複数のスルーホール３８を介して接地導体板３９に接続されるとともに、実装基板２０に設けられた接地部２６に接続される。
【００３４】
次に、接続端子３１について説明する。図２（ａ）に示すとおり、接続端子３１はアンテナ基板３０のアンテナ面Ｓ１の、相対する２辺の基板端に沿うように配置されている。これら接続端子は、アンテナ基板３０に配置された電源、グランド、信号端子等（いずれも図示せず）を図１（ｂ）に示すように実装基板２０に設けられた接続端子２５に接続するために用いる。なお、接続端子３１の個数や配置は、基板端辺の長さに応じて設定し、実装基板２０への実装強度を満足できるように設定するのが好ましい。
【００３５】
次に、接地導体板３９について説明する。図１（ｂ）に示すとおり、接地導体板３９は、アンテナ基板３０のアンテナ面Ｓ１と高周波回路面Ｓ２との間の内層に形成されている。また、接地導体板３９は、図１（ｂ）に示すとおり、スルーホール３４が形成される領域の導体が除去され、これ以外の領域は内層の全面に亘って形成されている。
【００３６】
実装基板２０の構成例について図１（ｂ）、図２（ａ）を参照して説明する。
【００３７】
実装基板２０は、ガラスエポキシの誘電体基材２２を備えるプリント基板で構成され、無線通信に必要なキャパシタや抵抗等の表面実装部品２７が実装されている。また、実装基板２０には、アンテナ基板３０の環状接地部３２の内側の矩形領域と相対する位置に、環状接地部３２の内側の矩形とほぼ同寸法の貫通孔２４を有している。また、アンテナ基板３０が実装される実装面Ｄには、接地部２６、および接続端子２５が備えられている。一方、実装面Ｄと反対側の表面には、金属面２１が形成されている。また、接地部２６から金属面２１に達するように形成されたスルーホール２３を有している。接地部２６は、表面形状がアンテナ基板３０の環状接地部３２の表面形状と同様な環状形状を有しており、両者は貼り合わされるように接続される。また、接地部２６は、実装基板２０の貫通孔２４の周縁に沿って配置されている。
【００３８】
次に、ホーンアンテナ１０について図１（ａ）、（ｂ）、図３を参照して説明する。
【００３９】
ホーンアンテナ１０は金属で形成され、一端が電波を放射させるための開口１２を備えており、他端には、アンテナ基板３０と対向する開口１３を備える導波管１１が連結されている。本実施例では一例として、ホーンアンテナ１０と導波管１１は一体に成型され、連結されているが、この限りではなく、それぞれ別体のホーンアンテナと導波管を接続し、連結してもよい。導波管１１の開口１３は、放射波の波長λに対してλ／２≦ａ≦λとなる長辺ａと、b＝ａ／２となる短辺ｂを有している。この開口１３の中心にアンテナ基板３０のアンテナ素子３６が位置し且つ、開口１３が矩形金属プレート３７の表面に対して離間配置される。この離間配置についてより具体的には、図３に示すようにホーンアンテナ１０に連結された導波管１１の開口１３と、矩形金属プレート３７の表面との間は隙間Ｌ２によって離間配置される。本実施例においては一例として、隙間Ｌ２は放射波の周波数が６０ＧＨｚの場合に０．０４波長、物理長にして０．２ｍｍとしている。またこの時、導波管１１は、先に述べた実装基板２０に設けられた貫通孔２４に挿入されて、上記離間配置される。
【００４０】
次に、アンテナ素子−導波管変換器１が送信処理を行う際の動作について図１（ｂ）、図２（ａ）〜（ｃ）、図３、図４を参照して説明する。
【００４１】
図１（ｂ）において、送信信号がアンテナ基板３０の高周波回路面Ｓ２に実装された高周波回路（図示せず）に入力され、高周波信号が生成される。この高周波信号は、高周波回路から給電部３５を経てスルーホール３４を介して、アンテナ素子３７に伝搬され、送信信号である電磁波が放射される。アンテナ素子３７から放射された電磁波は導波管１１の開口１３からホーンアンテナ１０の開口１２へと伝搬し、空間に放射される。
【００４２】
この時、アンテナ素子３６から放射される電磁波には、上述した導波管１１、ホーンアンテナ１０への伝搬を経た空間への放射以外に、アンテナ素子３６が実装されるアンテナ基板３０のアンテナ面Ｓ１に沿って基板端へ伝搬する表面波が存在する。
【００４３】
この点について図２を用いて説明すると、本実施例においては、表面波がアンテナ素子３６からアンテナ基板３０の基板端へ向かって伝搬すると、複数の矩形金属プレート３７がアンテナ素子３６と環状接地部３２との間に設けられているので、表面波はまず、矩形金属プレート３７に達する。その際、矩形金属プレート間の間隔Ｌ１と、矩形金属プレート３７と接地導体板３９を接続するスルーホール３３からなる経路Ｌによる共振回路は、放射波の周波数付近で共振するように設定されているため、表面波に対して高インピーダンスとなり、アンテナ素子３６からの表面波は基板端に達することなくアンテナ素子３６の方向へ反射され、その後、図１（ｂ）に示す、導波管１１、ホーンアンテナ１０への伝搬を経て空間に放射される。
【００４４】
次に、図３、図４を参照して、導波管開口１３と矩形金属プレート３７の表面との隙間Ｌ２と、アンテナ素子導波管変換器１が送信処理を行う際の動作の関係ついて説明する。
【００４５】
図４は、本実施例で用いた６０ＧＨｚ帯用アンテナのアンテナ利得と、図３における隙間Ｌ２の関係を表わしたグラフである。図４のグラフには、矩形金属プレートがある場合とない場合の両方の結果を示している。矩形金属プレート３７がない場合は、隙間Ｌ２がない場合でも、矩形金属プレート３７がある場合とくらべてアンテナ利得が約０．７ｄBほど低く、さらに、隙間Ｌ２がわずかにでもできるとアンテナ利得が大きく低下し、例えば隙間が０．２ｍｍ（６０ＧＨｚに対して０．０４波長）の場合はアンテナ利得が約０．６ｄB程度低下する。一方、矩形金属プレート３７がある場合は、隙間Ｌ２が０．２ｍｍ存在しても、アンテナ利得の低下は、隙間Ｌ２が無い場合と比較して０．２ｄＢに抑制できる。更に隙間Ｌ２を０．５ｍｍ（６０ＧＨｚに対して０．１波長）とした時、アンテナ利得の低下は約１ｄＢであり、矩形金属プレート３７がない場合の低下約１．５ｄＢに比較して、アンテナ利得の低下を０．５ｄB抑制できる。
【００４６】
以上のように実施例１によれば、アンテナ素子３６の周囲に矩形金属プレート３７を複数配置し、導波管１１の開口１３と矩形金属プレート３７の表面の間をアンテナ基板３０に垂直な方向で離間配置したので、導波管１１とアンテナ基板３０との間の機械的応力を回避しながら、アンテナ素子３６から放射される電磁波のうち、アンテナ基板３０の表面に沿って基板端へ伝搬する表面波を複数の矩形金属プレート３７で抑制して、アンテナ基板３０から導波管１１へ低損失に電磁波を伝搬できる。また、矩形金属プレート３７はアンテナ素子３６と同一工程でアンテナ基板３０に形成することができるので、部品点数を少なくしながらアンテナ素子導波管変換器１の性能を向上させることもできる。また、ホーンアンテナ１０に連結される導波管１１の開口１３は、放射波の波長λに対してλ／２≦ａ≦λとなる長辺ａと、b＝ａ／２となる短辺ｂを有しているため、放射に最適なＴＥ１０モードのみが低損失に伝搬できるとともに、交差偏波比を向上することもできる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の実施例２について図５を参照して説明する。
【００４８】
図５は、実施例２に係る無線通信装置２を示す図であり、図５（ａ）はホーンアンテナ１０の開口１２の側からみた平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）を破線Ｃ−Ｃ’方向から見た透過図である。無線通信装置２は、実施例１で説明したアンテナ素子導波管変換器１を、シャーシ４２とフレーム４４からなる筐体内部に組み込み、外部機器（図示せず）との接続のための信号端子４３を取り付けたものである。なお、実施例１と同一部分は同一符号で示している。
【００４９】
シャーシ４２とフレーム４４は樹脂で形成されており、実装基板２０には、予め、アンテナ基板３０の他にキャパシタや抵抗等の表面実装部品２７が実装されている。実装基板２０は、シャーシ４２の４隅の隅部４５にビス４１で取り付けられている。ホーンアンテナ１０は、シャーシ４２にビス４０で取り付けられる。より詳しくは、ホーンアンテナ１０とシャーシ４２は共に、端部がＬ字状に形成されており、このＬ字状の端部を互いに組み合わせたのちにビス４０によって取り付けられる。更に、ホーンアンテナ１０に連結された導波管１１の開口１３と、アンテナ基板３０に配置された矩形金属プレート３７の表面とが、アンテナ基板３０の表面に直交する方向で離間配置するように取り付けられる。なお、アンテナ基板３０には電磁遮蔽のためのシールドカバー４６が取り付けられる。
【００５０】
実施例２によれば、ホーンアンテナ１０の端部とシャーシ４２の端部をビス４０で取り付けるようにしたため、ホーンアンテナ１０に連結された導波管１１をアンテナ基板３０にも実装基板２０にも接続することなく、固定、位置決めができる。これにより、導波管１１とアンテナ基板３０とが離間配置され、機械的応力を回避できる。また、図示はしないが、上記で述べたホーンアンテナ１０とシャーシ４２の取り付けによる導波管の位置決め以外にも、ホーンアンテナ１０或いは、導波管１１と実装基板２０との間に支持部材を介在させて固定、位置決めすることも可能である。
【００５１】
また、実施例１の説明で述べたように、実施例２においてもアンテナ基板３０の表面に沿って基板端へ伝搬する表面波は、矩形金属プレート３７によってアンテナ素子３６の方向へ反射されるため、導波管１１とアンテナ基板３０の離間配置によるアンテナ利得低下を抑制できる。
【実施例３】
【００５２】
本発明の実施例３について図６を参照して説明する。
【００５３】
図６は、無線通信装置３の外観を示す図であり、図６（ａ）はホーンアンテナ１０側からみた平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）を破線Ｄ−Ｄ’方向から見た透過図である。無線通信装置３は、実施例１の図１で示したアンテナ素子導波管変換器１をシャーシ４２とフレーム４４内部に組み、外部機器（図示せず）との接続のための信号端子４３を取り付けたものである。なお、実施例２と同一部分は同一符号で示している。
【００５４】
実施例３が実施例２と異なる点は、シャーシ４２とホーンアンテナ１０およびこれに連結された導波管１１が金属で一体成型されている点と、フレーム４４も金属で形成されている点である。
【００５５】
実施例３の場合、ホーンアンテナ１０をシャーシ４２と一体化させたため、実施例２に比較して部品点数を減らすことができる。また、シャーシ４２とフレーム４４が共に金属で形成されているため、遮蔽特性の要求に応じてアンテナ基板３０の電磁遮蔽のためのシールドカバー４６を廃止することも可能である。また、ホーンアンテナ１０とシャーシ４２は同一の材料であることから、ホーンアンテナ１０とシャーシ４２の熱膨張の度合は等しくなり、周囲温度が変化してもホーンアンテナ１０に連結された導波管１１の開口１３とアンテナ基板３０との間隔がほぼ一定に保たれる。この結果、周囲温度の変化によって開口１３とアンテナ基板３０との間隔が変化することよる、アンテナ利得の変化を低減させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、アンテナ機能を有するマイクロ波・ミリ波無線通信装置に適用することができる。また、本発明は、小型で高性能な無線通信装置を実現する上で有効であり、ＨＤＴＶ信号の無線伝送装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ アンテナ素子−導波管変換器
２、３ 無線通信装置
１０ ホーンアンテナ
１１ 導波管
１２、１３ 開口
２０ 実装基板（第２の基板）
２１ 金属面
２２ 誘電体基材
２３、３３、３４、３８ スルーホール
２４ 貫通孔
２５、３１ 接続端子
２６ 接地部
２７ 表面実装部品
３０ アンテナ基板（第１の基板）
３２ 環状接地部
３５ 給電部
３６、１０３ アンテナ素子
３７ 矩形金属プレート
３９ 接地導体板
４０、４１ ビス
４２ シャーシ
４３ 信号端子
４４ フレーム
４５ 隅部
４６ シールドカバー
１０１ 誘電体基板
１０１ａ 誘電体基板１０１の表面
１０１ｂ 誘電体基板１０１の裏面
１０２ コプレーナ線路
１１１、１１２ グランド層
１１３ 切り欠き部
１２１ マイクロストリップ線路
１２１ａ マイクロストリップ線路１２１の先端部
１２２ キャビティ部
１３０、１３１ ビアホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波、ミリ波帯通信に用いられるアンテナ素子−導波管変換器、およびこれを用いた無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高精細度テレビジョン放送（以下、ＨＤＴＶ）の無線伝送が注目されており、大容量情報を伝達する必要から、広い伝送帯域を確保できるミリ波を用いた無線伝送システムの開発が進められており、これに伴って上記システムに用いるための、高周波線路を導波管に変換してホーンアンテナ等に接続した小型の無線通信装置が開発されている。
【０００３】
図７（ａ）は、特許文献１による従来の無線通信装置の高周波線路−導波管変換器の分解斜視図、同図（ｂ）は断面図を示している。高周波線路−導波管変換器は、誘電体基板１０１の表面１０１ａに設けられたコプレーナ線路１０２と、第１のグランド層１１１の切り欠き部１１３内に配設されたアンテナ素子１０３と、第１のグランド層１１１に取り付けられた導波管１０４とを備えている。第１のグランド層１１１は、誘電体基板１０１の裏面１０１ｂに形成されており、第２のグランド層１１２は、誘電体基板１０１の中間に形成されている。コプレーナ線路１０２は、誘電体基板１０１の表面１０１ａに形成された直線状のマイクロストリップ線路１２１と長方形のキャビティ部１２２とによって構成されている。第１のグランド層１１１の一部であって、コプレーナ線路１０２のキャビティ部１２２のほぼ真下の部位には、矩形状の切り欠き部１１３が形成されている。
【０００４】
アンテナ素子１０３は、切り欠き部１１３内に位置するよう配置され、誘電体基板１０１の裏面１０１ｂに形成されている。このアンテナ素子１０３は、図７（ｂ）に示すように、コプレーナ線路１０２のマイクロストリップ線路１２１の先端部１２１ａのほぼ真下に位置している。そして、このアンテナ素子１０３が、１本のビアホール１３０を介してマイクロストリップ線路１２１の先端部１２１ａと接続している。また図７（ａ）に示すとおり、ビアホール１３０でマイクロストリップ線路１２１に接続されたアンテナ素子１０３は、複数のビアホール１３１によってシールドされている。
【０００５】
導波管１０４は、四角筒状の標準導波管であり、その開口１４０を切り欠き部１１３に対向させた状態で、第１のグランド層１１１に取り付けられている。
【０００６】
より具体的には、キャビティ部１２２の形状に対応した切り欠き部１１３が導波管１０４の開口１４０と同形に設定され、開口１４０をこの切り欠き部１１３に一致させた状態で、導波管１０４が第１のグランド層１１１に取り付けられている。
【０００７】
次に動作を説明すると、上記構成により、外部機器（図示せず）の出力端であるマイクロストリップ線路（図示せず）をこの導波管−高周波線路変換器のマイクロストリップ線路１２１に接続して、外部機器からの信号を入力する。入力された信号は、マイクロストリップ線路１２１の先端部１２１ａ側に向かい、コプレーナ線路を伝搬する。そして、この信号はマイクロストリップ線路１２１の先端部１２１ａからビアホール１３０を介してアンテナ素子１０３に至り、アンテナ素子１０３から放射されて、導波管１０４内を伝搬する。
【０００８】
また、特許文献２では、多層基板の内層に多数のスルーホールを円形状に配置して導波管部を形成し、この多層基板に形成された導波管部とフィードホーンの導波管部を接続した構成のフィードホーン一体型ＬＮＢ（ローノイズブロックコンバータ）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１３１５１３号公報
【特許文献２】特開平８−１２５４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来技術では、以下に示すような問題が生じる。
【００１１】
一般的に導波管は金属の塊であって硬く重いのに対して、基板は脆く軽いため、機械的強度の異なる両者を如何に接続するかは、高周波線路−導波管変換器の品質を確保する上で、構造上の重要な点となっていた。この点について、特許文献１では、高周波線路が配置された基板と導波管の接続に関して、両者は直接に取り付けられており、特許文献２では、導波管と一体成型されたシャーシと基板とをネジ等で固定している。しかしながら、基板厚さや導波管は個体差によって寸法公差が生じるため、単に物理的に押し付けるだけでは接触が不充分となる可能性がある。また、接触が不充分な場合は、例えば導波管にフィードホーンなどのアンテナが一体形成されているとアンテナ利得の低下に直接影響するという問題が起こりうる。また、導波管と基板を充分に接触させるために強く押し付けすぎると、その応力によって基板や基板上に搭載しているＩＣ等の部品が損傷する可能性がある。
【００１２】
これらの問題に対処するため、導波管と基板の接続のための他の材料、例えば導電性材料を介在させて、導波管と基板を間接的に接続させることもあるが、製造工程が複雑になり製品のコストアップとなっていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、アンテナ素子と前記アンテナ素子を取り囲むように複数列配置された矩形金属プレートを一方の表面に有する第１の基板と、一端に前記第1の基板の前記一方の表面に対向する第1の開口を有する導波管とを備え、前記矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口が、前記第１の基板の前記一方の表面に直交する方向に所定距離離間配置されることを特徴する。
【００１４】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、隣接する前記矩形金属プレート同士が一定の間隔で配置されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、前記第1の基板が、前記一方の表面と他方の表面との間に接地導体板を備え、前記矩形金属プレートと前記接地導体がスルーホールで接続されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、隣接する前記矩形金属プレート、前記接地導体および前記スルーホールからなる経路が共振回路を形成し、前記共振回路の周波数は前記アンテナ素子の放射波の周波数に等しいことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、前記複数の矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口が、前記アンテナ素子の放射波の波長の１／１０以下の間隔で離間配置されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、前記第1の基板の他方の表面に高周波回路が実装されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係るアンテナ素子−導波管変換器は、前記導波管の他端に、前記第１の開口より大きな第２の開口を備えるホーンアンテナが連結されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る無線通信装置は、アンテナ素子と前記アンテナ素子の周囲に配置された複数の矩形金属プレートを一方の表面に有する第１の基板と、前記第１の基板を実装する第２の基板と、一端に前記第1の基板の前記一方の表面に対向する第1の開口を有する導波管と、前記導波管に連結された第２の開口を備えるホーンアンテナと、前記第１の基板と前記第２の基板を収容する筐体とを備え、前記複数の矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口は、前記第１の基板の前記一方の表面に直交する方向で所定距離離間配置されることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る無線通信装置は、前記ホーンアンテナが前記筐体に支持されることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る無線通信装置は、前記ホーンアンテナが前記筐体に一体に成型されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、アンテナ素子と共に基板に配置された複数の矩形金属プレートの表面と導波管の開口との間を離間配置する、すなわち複数の矩形金属プレートを配置した基板と導波管とを非接触とするため、両者の組み付けによる応力が回避されることで信頼性が向上したアンテナ素子−導波管変換器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１のアンテナ素子−導波管変換器を示す上面図および断面図である。
【図２】実施例１に係るアンテナ基板（第１の基板）の説明図である。
【図３】実施例１に係るアンテナ素子−導波管変換器の要部拡大図である。
【図４】実施例１に係るアンテナ素子−導波管変換器のアンテナ利得を示す図である。
【図５】実施例２に係る無線通信装置の構成図である。
【図６】実施例３に係る無線通信装置の構成図である。
【図７】従来の無線通信装置に用いられる高周波線路−導波管変換器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２５】
本発明のアンテナ素子−導波管変換器における実施例１について図１〜図４を参照して説明する。図１は実施例１におけるアンテナ素子−導波管変換器１の要部を示しており、図２は、アンテナ素子−導波管変換器１に使用するアンテナ基板３０（第１の基板）の詳細構造を示している。また図３は、図１（ｂ）の破線円部の拡大図であり、図４はアンテナ素子−導波管変換器１のアンテナ利得実測データである。
【００２６】
まず、実施例１におけるアンテナ素子−導波管変換器１の構成例について図１を参照して説明する。
【００２７】
図１（ａ）はアンテナ素子−導波管変換器１を波線の内側領域にてアンテナ面側から見た上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の破線Ａ−Ａ’における断面図である。図１（ｂ）に示すようにアンテナ素子−導波管変換器１は、アンテナ基板３０、アンテナ基板３０の表面に開口１３（第１の開口）を対向して配置される導波管１１、導波管１１に連結されたホーンアンテナ１０を備えている。また、アンテナ基板３０は、無線通信装置への適用に際して、実装基板２０（第２の基板）に実装される。
【００２８】
次に、アンテナ基板３０の全体構成例について図１（ｂ）を参照して説明する。アンテナ基板３０は、例えば低温焼成セラミック等を材料とする多層基板が用いられる。また、アンテナ基板３０は、アンテナ素子と、基板上の伝送線路や半導体集積回路で構成されている高周波回路（図示せず）とを混載した基板であり、アンテナ面Ｓ１にはアンテナ素子３６、実装基板２０との接続端子３１が形成され、回路面Ｓ２には給電線路３５に接続された高周波回路（図示せず）が形成される。また、内層に接地導体板３９を備えている。また、アンテナ素子３６から、回路面Ｓ２の給電線路３５に達するように形成されたスルーホール３４、および、環状接地部３２から接地導体板３９に達するように形成されたスルーホール３８を有している。
【００２９】
次にアンテナ基板３０の各部の構成例について図１（ｂ）、図２を参照して詳細に説明する。図２（ａ）は、アンテナ基板３０をアンテナ面Ｓ１に垂直な方向から見た平面図であり、図２（ｂ）は破線Ｂ−Ｂ’における断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）の構造の電気的等価回路である。
【００３０】
まず、アンテナ素子３６について説明する。図２（ａ）においてアンテナ素子３６は、アンテナ面Ｓ１の金属導体からエッチング加工によって形成、配置した矩形金属導体から成り、アンテナ面Ｓ１の中央部に、各端辺を使用周波数の波長に合わせた寸法にて形成される。また、各端辺が基板端と平行となるよう配置している。また、図１（ｂ）に示すとおりアンテナ素子３６は、スルーホール３４を介して給電線路３５に接続されている。なお、アンテナ素子３６は矩形形状以外にも他の例として、使用周波数の波長に合わせて円形状としてもよいし、配置が許容される範囲でアンテナ面Ｓ１の任意の位置に配置してもよい。また、本例ではアンテナ基板３０のアンテナ面Ｓ１の金属導体からアンテナ素子３６を形成したが、これに限らず他の別部材のアンテナ素子部品を使用してもよい。
【００３１】
次に、矩形金属プレート３７について説明する。図２（ａ）に示すとおり、矩形金属プレート３７は、アンテナ素子３６と同じくアンテナ面Ｓ１の金属導体から形成され、アンテナ素子３６を取り囲むように、一定の間隔で複数列を成して配置される。また、図１（ｂ）に示すとおり、各々の矩形金属プレートはスルーホール３３を介して接地導体板３９に接続されている。矩形金属プレート３７のそれぞれの端辺は、隣り合う他の矩形金属プレートの端辺と寸法が同一、すなわち個々の矩形金属プレートは正方形であることが好ましい。
【００３２】
更に、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して矩形金属プレート３７の詳細構造を説明する。図２（ｂ）のとおり、矩形金属プレート３７ａ、３７ｂは一定の間隔Ｌ１を介して配置されており、それぞれ、スルーホール３３ａ、３３ｂを介して接地導体板３９に接続される。この構造によって矩形金属プレート３７ａ、３７ｂによる間隔Ｌ１と、破線で示すスルーホール３３ａ、３３ｂおよびスルーホール３３ａ、３３ｂとの間の接地導体板３９の一部からなる経路Ｋとによって、図２（ｃ）に示すようなキャパシタとインダクタからなる共振回路を形成させている。また、このキャパシタとインダクタからなる共振回路の共振周波数は、アンテナ素子３６から放射される電磁波の周波数と等しく設定される。なお、矩形金属プレート３７はアンテナ素子３６を中央としてアンテナ基板のそれぞれの端辺に向かって２列に配置し、１列目と２列目の矩形金属プレートの隣り合う辺をずれの無いように対向させた例を図示しているがこれに限らず、上記で述べた共振周波数、すなわち、アンテナ素子３６から放射される電磁波の周波数、電界強度に合わせて３列以上に配置しても良いし、アンテナ基板のそれぞれの端辺に向かう矩形金属プレートの列の隣り合う辺を互い違いにずらして対向させて配置しても良い。
【００３３】
次に、環状接地部３２について説明する。図２（ａ）に示すとおり、環状接地部３２は、矩形金属プレート３７と同様にアンテナ面Ｓ１の金属導体から形成され、複数の矩形金属プレート３７の周囲を囲むように配置される。また、図１（ｂ）に示すとおり、環状接地部３２は複数のスルーホール３８を介して接地導体板３９に接続されるとともに、実装基板２０に設けられた接地部２６に接続される。
【００３４】
次に、接続端子３１について説明する。図２（ａ）に示すとおり、接続端子３１はアンテナ基板３０のアンテナ面Ｓ１の、相対する２辺の基板端に沿うように配置されている。これら接続端子は、アンテナ基板３０に配置された電源、グランド、信号端子等（いずれも図示せず）を図１（ｂ）に示すように実装基板２０に設けられた接続端子２５に接続するために用いる。なお、接続端子３１の個数や配置は、基板端辺の長さに応じて設定し、実装基板２０への実装強度を満足できるように設定するのが好ましい。
【００３５】
次に、接地導体板３９について説明する。図１（ｂ）に示すとおり、接地導体板３９は、アンテナ基板３０のアンテナ面Ｓ１と高周波回路面Ｓ２との間の内層に形成されている。また、接地導体板３９は、図１（ｂ）に示すとおり、スルーホール３４が形成される領域の導体が除去され、これ以外の領域は内層の全面に亘って形成されている。
【００３６】
実装基板２０の構成例について図１（ｂ）、図２（ａ）を参照して説明する。
【００３７】
実装基板２０は、ガラスエポキシの誘電体基材２２を備えるプリント基板で構成され、無線通信に必要なキャパシタや抵抗等の表面実装部品２７が実装されている。また、実装基板２０には、アンテナ基板３０の環状接地部３２の内側の矩形領域と相対する位置に、環状接地部３２の内側の矩形とほぼ同寸法の貫通孔２４を有している。また、アンテナ基板３０が実装される実装面Ｄには、接地部２６、および接続端子２５が備えられている。一方、実装面Ｄと反対側の表面には、金属面２１が形成されている。また、接地部２６から金属面２１に達するように形成されたスルーホール２３を有している。接地部２６は、表面形状がアンテナ基板３０の環状接地部３２の表面形状と同様な環状形状を有しており、両者は貼り合わされるように接続される。また、接地部２６は、実装基板２０の貫通孔２４の周縁に沿って配置されている。
【００３８】
次に、ホーンアンテナ１０について図１（ａ）、（ｂ）、図３を参照して説明する。
【００３９】
ホーンアンテナ１０は金属で形成され、一端が電波を放射させるための開口１２を備えており、他端には、アンテナ基板３０と対向する開口１３を備える導波管１１が連結されている。本実施例では一例として、ホーンアンテナ１０と導波管１１は一体に成型され、連結されているが、この限りではなく、それぞれ別体のホーンアンテナと導波管を接続し、連結してもよい。導波管１１の開口１３は、放射波の波長λに対してλ／２≦ａ≦λとなる長辺ａと、b＝ａ／２となる短辺ｂを有している。この開口１３の中心にアンテナ基板３０のアンテナ素子３６が位置し且つ、開口１３が矩形金属プレート３７の表面に対して離間配置される。この離間配置についてより具体的には、図３に示すようにホーンアンテナ１０に連結された導波管１１の開口１３と、矩形金属プレート３７の表面との間は隙間Ｌ２によって離間配置される。本実施例においては一例として、隙間Ｌ２は放射波の周波数が６０ＧＨｚの場合に０．０４波長、物理長にして０．２ｍｍとしている。またこの時、導波管１１は、先に述べた実装基板２０に設けられた貫通孔２４に挿入されて、上記離間配置される。
【００４０】
次に、アンテナ素子−導波管変換器１が送信処理を行う際の動作について図１（ｂ）、図２（ａ）〜（ｃ）、図３、図４を参照して説明する。
【００４１】
図１（ｂ）において、送信信号がアンテナ基板３０の高周波回路面Ｓ２に実装された高周波回路（図示せず）に入力され、高周波信号が生成される。この高周波信号は、高周波回路から給電部３５を経てスルーホール３４を介して、アンテナ素子３７に伝搬され、送信信号である電磁波が放射される。アンテナ素子３７から放射された電磁波は導波管１１の開口１３からホーンアンテナ１０の開口１２へと伝搬し、空間に放射される。
【００４２】
この時、アンテナ素子３６から放射される電磁波には、上述した導波管１１、ホーンアンテナ１０への伝搬を経た空間への放射以外に、アンテナ素子３６が実装されるアンテナ基板３０のアンテナ面Ｓ１に沿って基板端へ伝搬する表面波が存在する。
【００４３】
この点について図２を用いて説明すると、本実施例においては、表面波がアンテナ素子３６からアンテナ基板３０の基板端へ向かって伝搬すると、複数の矩形金属プレート３７がアンテナ素子３６と環状接地部３２との間に設けられているので、表面波はまず、矩形金属プレート３７に達する。その際、矩形金属プレート間の間隔Ｌ１と、矩形金属プレート３７と接地導体板３９を接続するスルーホール３３からなる経路Ｌによる共振回路は、放射波の周波数付近で共振するように設定されているため、表面波に対して高インピーダンスとなり、アンテナ素子３６からの表面波は基板端に達することなくアンテナ素子３６の方向へ反射され、その後、図１（ｂ）に示す、導波管１１、ホーンアンテナ１０への伝搬を経て空間に放射される。
【００４４】
次に、図３、図４を参照して、導波管開口１３と矩形金属プレート３７の表面との隙間Ｌ２と、アンテナ素子導波管変換器１が送信処理を行う際の動作の関係ついて説明する。
【００４５】
図４は、本実施例で用いた６０ＧＨｚ帯用アンテナのアンテナ利得と、図３における隙間Ｌ２の関係を表わしたグラフである。図４のグラフには、矩形金属プレートがある場合とない場合の両方の結果を示している。矩形金属プレート３７がない場合は、隙間Ｌ２がない場合でも、矩形金属プレート３７がある場合とくらべてアンテナ利得が約０．７ｄBほど低く、さらに、隙間Ｌ２がわずかにでもできるとアンテナ利得が大きく低下し、例えば隙間が０．２ｍｍ（６０ＧＨｚに対して０．０４波長）の場合はアンテナ利得が約０．６ｄB程度低下する。一方、矩形金属プレート３７がある場合は、隙間Ｌ２が０．２ｍｍ存在しても、アンテナ利得の低下は、隙間Ｌ２が無い場合と比較して０．２ｄＢに抑制できる。更に隙間Ｌ２を０．５ｍｍ（６０ＧＨｚに対して０．１波長）とした時、アンテナ利得の低下は約１ｄＢであり、矩形金属プレート３７がない場合の低下約１．５ｄＢに比較して、アンテナ利得の低下を０．５ｄB抑制できる。
【００４６】
以上のように実施例１によれば、アンテナ素子３６の周囲に矩形金属プレート３７を複数配置し、導波管１１の開口１３と矩形金属プレート３７の表面の間をアンテナ基板３０に垂直な方向で離間配置したので、導波管１１とアンテナ基板３０との間の機械的応力を回避しながら、アンテナ素子３６から放射される電磁波のうち、アンテナ基板３０の表面に沿って基板端へ伝搬する表面波を複数の矩形金属プレート３７で抑制して、アンテナ基板３０から導波管１１へ低損失に電磁波を伝搬できる。また、矩形金属プレート３７はアンテナ素子３６と同一工程でアンテナ基板３０に形成することができるので、部品点数を少なくしながらアンテナ素子導波管変換器１の性能を向上させることもできる。また、ホーンアンテナ１０に連結される導波管１１の開口１３は、放射波の波長λに対してλ／２≦ａ≦λとなる長辺ａと、b＝ａ／２となる短辺ｂを有しているため、放射に最適なＴＥ１０モードのみが低損失に伝搬できるとともに、交差偏波比を向上することもできる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の実施例２について図５を参照して説明する。
【００４８】
図５は、実施例２に係る無線通信装置２を示す図であり、図５（ａ）はホーンアンテナ１０の開口１２の側からみた平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）を破線Ｃ−Ｃ’方向から見た透過図である。無線通信装置２は、実施例１で説明したアンテナ素子導波管変換器１を、シャーシ４２とフレーム４４からなる筐体内部に組み込み、外部機器（図示せず）との接続のための信号端子４３を取り付けたものである。なお、実施例１と同一部分は同一符号で示している。
【００４９】
シャーシ４２とフレーム４４は樹脂で形成されており、実装基板２０には、予め、アンテナ基板３０の他にキャパシタや抵抗等の表面実装部品２７が実装されている。実装基板２０は、シャーシ４２の４隅の隅部４５にビス４１で取り付けられている。ホーンアンテナ１０は、シャーシ４２にビス４０で取り付けられる。より詳しくは、ホーンアンテナ１０とシャーシ４２は共に、端部がＬ字状に形成されており、このＬ字状の端部を互いに組み合わせたのちにビス４０によって取り付けられる。更に、ホーンアンテナ１０に連結された導波管１１の開口１３と、アンテナ基板３０に配置された矩形金属プレート３７の表面とが、アンテナ基板３０の表面に直交する方向で離間配置するように取り付けられる。なお、アンテナ基板３０には電磁遮蔽のためのシールドカバー４６が取り付けられる。
【００５０】
実施例２によれば、ホーンアンテナ１０の端部とシャーシ４２の端部をビス４０で取り付けるようにしたため、ホーンアンテナ１０に連結された導波管１１をアンテナ基板３０にも実装基板２０にも接続することなく、固定、位置決めができる。これにより、導波管１１とアンテナ基板３０とが離間配置され、機械的応力を回避できる。また、図示はしないが、上記で述べたホーンアンテナ１０とシャーシ４２の取り付けによる導波管の位置決め以外にも、ホーンアンテナ１０或いは、導波管１１と実装基板２０との間に支持部材を介在させて固定、位置決めすることも可能である。
【００５１】
また、実施例１の説明で述べたように、実施例２においてもアンテナ基板３０の表面に沿って基板端へ伝搬する表面波は、矩形金属プレート３７によってアンテナ素子３６の方向へ反射されるため、導波管１１とアンテナ基板３０の離間配置によるアンテナ利得低下を抑制できる。
【実施例３】
【００５２】
本発明の実施例３について図６を参照して説明する。
【００５３】
図６は、無線通信装置３の外観を示す図であり、図６（ａ）はホーンアンテナ１０側からみた平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）を破線Ｄ−Ｄ’方向から見た透過図である。無線通信装置３は、実施例１の図１で示したアンテナ素子導波管変換器１をシャーシ４２とフレーム４４内部に組み、外部機器（図示せず）との接続のための信号端子４３を取り付けたものである。なお、実施例２と同一部分は同一符号で示している。
【００５４】
実施例３が実施例２と異なる点は、シャーシ４２とホーンアンテナ１０およびこれに連結された導波管１１が金属で一体成型されている点と、フレーム４４も金属で形成されている点である。
【００５５】
実施例３の場合、ホーンアンテナ１０をシャーシ４２と一体化させたため、実施例２に比較して部品点数を減らすことができる。また、シャーシ４２とフレーム４４が共に金属で形成されているため、遮蔽特性の要求に応じてアンテナ基板３０の電磁遮蔽のためのシールドカバー４６を廃止することも可能である。また、ホーンアンテナ１０とシャーシ４２は同一の材料であることから、ホーンアンテナ１０とシャーシ４２の熱膨張の度合は等しくなり、周囲温度が変化してもホーンアンテナ１０に連結された導波管１１の開口１３とアンテナ基板３０との間隔がほぼ一定に保たれる。この結果、周囲温度の変化によって開口１３とアンテナ基板３０との間隔が変化することよる、アンテナ利得の変化を低減させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、アンテナ機能を有するマイクロ波・ミリ波無線通信装置に適用することができる。また、本発明は、小型で高性能な無線通信装置を実現する上で有効であり、ＨＤＴＶ信号の無線伝送装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ アンテナ素子−導波管変換器
２、３ 無線通信装置
１０ ホーンアンテナ
１１ 導波管
１２、１３ 開口
２０ 実装基板（第２の基板）
２１ 金属面
２２ 誘電体基材
２３、３３、３４、３８ スルーホール
２４ 貫通孔
２５、３１ 接続端子
２６ 接地部
２７ 表面実装部品
３０ アンテナ基板（第１の基板）
３２ 環状接地部
３５ 給電部
３６、１０３ アンテナ素子
３７ 矩形金属プレート
３９ 接地導体板
４０、４１ ビス
４２ シャーシ
４３ 信号端子
４４ フレーム
４５ 隅部
４６ シールドカバー
１０１ 誘電体基板
１０１ａ 誘電体基板１０１の表面
１０１ｂ 誘電体基板１０１の裏面
１０２ コプレーナ線路
１１１、１１２ グランド層
１１３ 切り欠き部
１２１ マイクロストリップ線路
１２１ａ マイクロストリップ線路１２１の先端部
１２２ キャビティ部
１３０、１３１ ビアホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子と前記アンテナ素子を取り囲むように複数列配置された矩形金属プレートを一方の表面に有する第１の基板と、
一端に前記第1の基板の前記一方の表面に対向する第1の開口を有する導波管とを備え、前記矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口が、前記第１の基板の前記一方の表面に直交する方向に所定距離離間配置されることを特徴するアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項２】
隣接する前記矩形金属プレート同士が一定の間隔で配置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項３】
前記第1の基板は、前記一方の表面と他方の表面との間に接地導体板を備え、
前記矩形金属プレートと前記接地導体がスルーホールで接続されることを特徴とする請求項１、２のいずれか一項に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項４】
隣接する前記矩形金属プレート、前記接地導体および前記スルーホールからなる経路が共振回路を形成し、前記共振回路の周波数は前記アンテナ素子の放射波の周波数に等しいことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項５】
前記複数の矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口は、前記アンテナ素子の放射波の波長の１／１０以下の間隔で離間配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項６】
前記第1の基板の他方の表面に高周波回路が実装されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項７】
前記導波管の他端に、前記第１の開口より大きな第２の開口を備えるホーンアンテナが連結されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項８】
アンテナ素子と前記アンテナ素子の周囲に配置された複数の矩形金属プレートを一方の表面に有する第１の基板と、
前記第１の基板を実装する第２の基板と、
一端に前記第1の基板の前記一方の表面に対向する第1の開口を有する導波管と、
前記導波管に連結された第２の開口を備えるホーンアンテナと、
前記第１の基板と前記第２の基板を収容する筐体とを備え、
前記複数の矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口は、前記第１の基板の前記一方の表面に直交する方向で所定距離離間配置されることを特徴とする無線通信装置。
【請求項９】
前記ホーンアンテナは、前記筐体に支持されることを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記ホーンアンテナは、前記筐体に一体に成型されることを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１】
アンテナ素子と前記アンテナ素子を取り囲むように複数列配置された矩形金属プレートを一方の表面に有する第１の基板と、
一端に前記第1の基板の前記一方の表面に対向する第1の開口を有する導波管とを備え、前記矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口が、前記第１の基板の前記一方の表面に直交する方向に所定距離離間配置されることを特徴するアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項２】
隣接する前記矩形金属プレート同士が一定の間隔で配置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項３】
前記第1の基板は、前記一方の表面と他方の表面との間に接地導体板を備え、
前記矩形金属プレートと前記接地導体がスルーホールで接続されることを特徴とする請求項１、２のいずれか一項に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項４】
隣接する前記矩形金属プレート、前記接地導体および前記スルーホールからなる経路が共振回路を形成し、前記共振回路の周波数は前記アンテナ素子の放射波の周波数に等しいことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項５】
前記複数の矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口は、前記アンテナ素子の放射波の波長の１／１０以下の間隔で離間配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項６】
前記第1の基板の他方の表面に高周波回路が実装されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項７】
前記導波管の他端に、前記第１の開口より大きな第２の開口を備えるホーンアンテナが連結されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のアンテナ素子−導波管変換器。
【請求項８】
アンテナ素子と前記アンテナ素子の周囲に配置された複数の矩形金属プレートを一方の表面に有する第１の基板と、
前記第１の基板を実装する第２の基板と、
一端に前記第1の基板の前記一方の表面に対向する第1の開口を有する導波管と、
前記導波管に連結された第２の開口を備えるホーンアンテナと、
前記第１の基板と前記第２の基板を収容する筐体とを備え、
前記複数の矩形金属プレートの表面と前記導波管の前記第1の開口は、前記第１の基板の前記一方の表面に直交する方向で所定距離離間配置されることを特徴とする無線通信装置。
【請求項９】
前記ホーンアンテナは、前記筐体に支持されることを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記ホーンアンテナは、前記筐体に一体に成型されることを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２０５３０４（Ｐ２０１１−２０５３０４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６９５１３（Ｐ２０１０−６９５１３）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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