導波管・ＭＳＬ変換器及び平面アンテナ
【課題】 製造コストを顕著に増大させることなく、放射機能を有する導波管・ＭＳＬ変換器を提供することを目的とする。
【解決手段】 誘電体基板１の上面に短絡板３及び給電端子５が形成され、下面に接地板６及び整合素子７が形成されている。この誘電体基板１の下面を導波管２の開口部２１と対向させることにより、整合素子７を介して、導波管２及び給電端子５の伝送電力を相互に変換することができる。このような導波管・ＭＳＬ変換器１００において、短絡板３上に放射用のスロット１２を形成することにより、放射機能を追加することができる。
【解決手段】 誘電体基板１の上面に短絡板３及び給電端子５が形成され、下面に接地板６及び整合素子７が形成されている。この誘電体基板１の下面を導波管２の開口部２１と対向させることにより、整合素子７を介して、導波管２及び給電端子５の伝送電力を相互に変換することができる。このような導波管・ＭＳＬ変換器１００において、短絡板３上に放射用のスロット１２を形成することにより、放射機能を追加することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管・ＭＳＬ変換器及び平面アンテナに係り、更に詳しくは、放射機能を有する導波管・ＭＳＬ変換器、並びに、このような導波管・ＭＳＬ変換器を備えた平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の周辺環境を監視するための車載レーダとして、ミリ波レーダが実用化されつつある。ミリ波レーダは、レーダ信号として波長１〜１０ｍｍのミリ波を用いることにより、比較的分解能の高いレーダ装置を実現することができる。また、誘電体基板上にアンテナパターンを形成した平面アンテナとして実現することができ、装置の小型軽量化が容易であり、量産化によるコスト低減効果も期待できる。
【０００３】
導波管及びマイクロストリップ線路（ＭＳＬ）を接続する場合、導波管及びストリップ線路の伝送電力を相互に変換することができる導波管・ＭＳＬ変換器が用いられる（例えば、特許文献１）。この様な導波管・ＭＳＬ変換器を備えた誘電体基板上に、ＭＳＬからなるアンテナパターンを形成すれば、小型軽量の導波管励振アンテナを実現することができる。
【０００４】
図１６及び図１７は、特許文献１に記載された従来の導波管・ＭＳＬ変換器の構成を示した図である。図１６は斜視図、図１７は、図１６の誘電体基板１の平面図であり、図中の（ａ）に誘電体基板１の上面、（ｂ）に誘電体基板１の下面が示されている。この導波管・ＭＳＬ変換器１９０は、導波管２の開口部が誘電体基板１の下面に密着固定され、当該誘電体基板１の上面には短絡板３が形成され、短絡板３の切り込み１１内に給電端子５が形成されている。一方、誘電体基板１の下面には長方形からなる整合素子７が形成されている。給電端子５及び整合素子７は、誘電体基板１を挟んで近接して配置されることにより互いに電磁的に結合し、この電磁的結合によって電力変換が行われる。
【０００５】
図１８は、従来の平面アンテナの構成を示した平面図であり、この平面アンテナ２９０は、導波管・ＭＳＬ変換器１９０及びアンテナパターン３０が形成された誘電体基板１からなり、アンテナパターン３０の一端が、給電点としての導波管・ＭＳＬ変換器１９０の給電端子５に接続されている。アンテナパターン３０は、直線上に延びる給電線路３１と、その側辺に沿って形成された複数の放射素子３２とによって直線アレーを形成している。
【０００６】
図１９は、従来の平面アンテナの他の構成を示した平面図であり、この平面アンテナ２９１は、導波管・ＭＳＬ変換器１９１及び一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂからなる中央給電型のアンテナである。一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂは、給電点としての導波管・ＭＳＬ変換器１９１を挟んで逆方向に延びている。導波管・ＭＳＬ変換器１９１は、２つの給電端子５を有し、これらの給電端子５を介して、アンテナパターン３０ａ，３０ｂの一端にそれぞれ給電を行っている。
【０００７】
このような従来の平面アンテナ２９０，２９１では、誘電体基板上において、導波管・ＭＳＬ変換器１９０，１９１が比較的大きな面積を占めていた。このため、アンテナパターン３０，３０ａ，３０ｂを形成するための面積が減少し、アンテナ利得を低下させているという問題があった。
【０００８】
特に、中央給電型の平面アンテナ２９１の場合、一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂの途中に導波管・ＭＳＬ変換器１９１を配置することにより、放射素子３２を整列させた素子アレーの途中に放射素子３２の抜けが生じる。このため、励振分布が崩れて、サイドローブレベルが上昇し、良好な指向特性を得ることができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２４４２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、製造コストを顕著に増大させることなく、放射機能を有する導波管・ＭＳＬ変換器を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、アンテナ利得を向上させることを目的とする。特に、誘電体基板上に導波管・ＭＳＬ変換器及びアンテナパターンが形成された平面アンテナの利得を向上させることを目的とする。
【００１２】
さらに、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、平面アンテナの指向特性を向上させることを目的とする。特に、導波管・ＭＳＬ変換器を挟んで一対のアンテナパターンが形成された中央給電型の平面アンテナの指向特性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の本発明による平面アンテナは、導波管の開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、一端が上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路からなる給電端子と、上記誘電体基板の第二面に形成され、上記給電端子に接続されたアンテナパターンとを備え、上記短絡板に放射用のスロットが形成されている。
【００１４】
導波管の開口部を閉鎖する誘電体基板の第一面に整合素子を形成し、第二面に短絡板及び給電線路を形成することにより、導波管及び給電線路の伝送電力を相互に変換することができる。このような導波管・ＭＳＬ変換器において、短絡板に放射用のスロットを形成することにより、導波管・ＭＳＬ変換器に放射機能を付加することができる。従って、導波管・ＭＳＬ変換器及びアンテナパターンからなる平面アンテナにおいて、このような導波管・ＭＳＬ変換器を採用することにより、基板面積を増大させることなく、平面アンテナの利得を増大させることができる。
【００１５】
第２の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、２以上の上記給電端子と、一対の上記アンテナパターンとを備え、一対の上記アンテナパターンは、一端が上記給電端子にそれぞれ接続され、上記整合素子を挟んで逆方向に延びる形状からなる。
【００１６】
この様な構成により、導波管・ＭＳＬ変換器を挟んで、一対のアンテナパターンが形成された中央給電型の平面アンテナにおいて、導波管・ＭＳＬ変換器の配置領域内に放射素子が形成されないことにより励振分布が崩れ、指向特性が劣化するのを抑制することができる。
【００１７】
第３の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが、２以上の放射素子からなり、上記スロット及び上記放射素子の励振方向を一致させるように構成される。この様な構成により、スロット及びアンテナパターンの放射素子からの放出波の偏波面を揃えることができる。このため、スロットをアンテナパターンの放射素子の一つとして機能させ、良好な特性を有する平面アンテナを実現することができる。
【００１８】
第４の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが２以上の放射素子からなり、上記スロット及び上記放射素子を同位相で励振するように構成される。この様な構成により、スロット及びアンテナパターンの放射素子から同位相の電波を放射させ、指向特性が良好でアンテナ利得の大きな平面アンテナを実現することができる。
【００１９】
第５の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記スロット及び上記放射素子を共通の直線を通るように整列配置させて構成される。この様な構成により、スロットをアンテナパターンの放射素子の一つとして良好に機能させることができる。なお、上記共通の直線は、放射素子の全てを通るものであることが望ましいが、例えば、過半数の放射素子を通る直線であってもよい。
【００２０】
第６の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが、上記給電端子に接続され、上記開口部の短手方向と平行に延びる直線状の給電線路と、当該給電線路に対し傾斜させて配置された複数の放射素子とを有する。
【００２１】
第７の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが、２以上のクランク形状を配列させることにより、上記開口部の短手方向と平行に延びる形状からなるように形成されている。
【００２２】
第８の本発明による導波管・ＭＳＬ変換器は、導波管の開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路とを備え、上記短絡板に放射用のスロットが形成されている。
【００２３】
短絡板にスロットを形成することにより、当該スロットを放射素子として機能させることができる。このため、基板面積を増大させることなく、導波管・ＭＳＬ変換器に放射機能を付加することができる。しかも、スロットは、短絡板に切り込みを形成するためのエッチング処理時に同時に形成することができる。このため、製造コストを増大させることなく実現することができる。
【００２４】
第９の本発明による導波管・ＭＳＬ変換器は、上記構成に加えて、上記整合素子が、上記開口部の短辺と対向し、上記開口部の短手方向に対し傾斜させた斜辺を有し、上記スロットが、上記斜辺を横切るように形成され、上記開口部の短手方向と平行に形成されている。この様な構成により、励振方向が開口部の短手方向と直交する放射素子であっても導波管・ＭＳＬ変換器に追加することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、製造コストを顕著に増大させることなく、放射機能を有する導波管・ＭＳＬ変換器を提供することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、アンテナ利得を向上させることができる。特に、誘電体基板上に導波管・ＭＳＬ変換器及びアンテナパターンが形成された平面アンテナの利得を向上させることができる。
【００２７】
さらに、本発明によれば、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、平面アンテナの指向特性を向上させることができる。特に、導波管・ＭＳＬ変換器を挟んで一対のアンテナパターンが形成された中央給電型の平面アンテナの指向特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１による導波管・ＭＳＬ変換器１００の一構成例を示した展開斜視図である。
【図２】図１の導波管・ＭＳＬ変換器１００の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ切断線による断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ切断線による断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１による平面アンテナ２００の一構成例を示した平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２による導波管・ＭＳＬ変換器１１０の一構成例を示した平面図である。
【図７】本発明の実施の形態２による平面アンテナ２１０の一構成例を示した平面図である。
【図８】図７の平面アンテナ２１０の指向特性を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器１１２〜１１５の一構成例を示した平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器１１２〜１１５の他の構成例を示した平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器１１２〜１１５の他の構成例を示した平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器１１２〜１１５の他の構成例を示した平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４による導波管・ＭＳＬ変換器１１６の一構成例を示した平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による平面アンテナ２１１の一構成例を示した平面図である。
【図１５】図１４の平面アンテナ２１１の指向特性を示した図である。
【図１６】従来の導波管・ＭＳＬ変換器１９０の一構成例を示した斜視図である。
【図１７】図１６の誘電体基板１の平面図である。
【図１８】従来の平面アンテナ２９０の構成を示した平面図である。
【図１９】従来の平面アンテナ２９１の構成を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の実施の形態１による導波管・ＭＳＬ変換器の一構成例を示した図であり、放射機能を有する導波管・ＭＳＬ変換器１００が示されている。図１には展開斜視図、図２には平面図、図３には図２のＡ−Ａ切断線による断面図、図４には図２のＢ−Ｂ切断線による断面図が示されている。
【００３０】
この導波管・ＭＳＬ変換器１００は、上面に短絡板３及び給電端子５が形成され、下面に接地板６及び整合素子７が形成された誘電体基板１からなる。この誘電体基板１の下面を導波管２の開口部２１と対向させることにより、整合素子７を介して、導波管２及び給電端子５の伝送電力を相互に変換することができる。さらに、短絡板３にスロット１２を形成することにより、電波を放射することができる。
【００３１】
導波管２は、導電性材料からなるブロック体、例えば、アルミダイキャスト法により成形された直方体ブロックであり、管壁２２に囲まれた中空部２３を有し、この中空部２３内を電波が伝搬する。この導波管２は、管壁２２が２つの狭壁及び２つの広壁からなる方形導波管であり、伝搬方向に直交する中空部２３の断面は、広壁に相当する長辺と、狭壁に相当する短辺とからなる長方形である。さらに、導波管２の一端には、中空部２３の断面と同一形状からなる開口部２１が形成されている。
【００３２】
誘電体基板１は、その下面が導波管２の開口部２１を閉鎖するように配置されている。この誘電体基板１は開口部２１よりも広く、開口部２１に対応する閉鎖領域１０の周辺に導波管２の端面が密着固定されている。また、誘電体基板１上には、短絡板３、給電端子５、接地板６及び整合素子７が、導電性金属の薄膜パターンとして形成されている。これらの薄膜パターンは、スパッタリング法や蒸着法によって、銅などの薄膜を誘電体基板１の全面に形成した後、フォトエッチング法により上記薄膜をパターニングすることによって形成される。
【００３３】
短絡板３は、誘電体基板１の閉鎖領域１０を覆うように形成され、導波管２を終端させる短絡面を構成している。図中の短絡板３は長方形からなり、その長辺から内側に向けてストリップ状の切り込み１１が形成されている。この切り込み１１は、閉鎖領域１０の短辺と平行に延び、閉鎖領域１０に達している。また、短絡板３の閉鎖領域１０内には、２つのスロット１２が形成されている。
【００３４】
給電端子５は、誘電体基板１の上面に形成された平面線路であり、その一端が短絡板３の切り込み１１内に形成され、閉鎖領域１０の長辺及び短絡板３の長辺を横切り、他端が短絡板３の外側へ引き出されている。この給電端子５は、切り込み１１内では、短絡板３から一定の距離を隔てて配置され、短絡板３とともにコプレーナ線路を形成している。また、閉鎖領域１０よりも外側では、誘電体基板１を介して接地板６と対向するように配置され、接地板６とともにＭＳＬを形成している。
【００３５】
接地板６は、閉鎖領域１０を取り囲むように形成され、この接地板６に導波管２の端面を密着させることによって、接地板６及び導波管２を導通させている。図中では、誘電体基板１の外縁を及び導波管２の端面の外縁と一致させ、接地板６が、閉鎖領域１０と一致する内縁を有し、閉鎖領域１０を除く誘電体基板１の下面全体に形成されている。
【００３６】
整合素子７は、接地板６と導通しないように閉鎖領域１０内に形成された素子であり、その一部が誘電体基板１を挟んで給電端子５の先端と重複するように配置され、給電端子５と電磁的に結合されている。一般に、導波管２内では、短手方向の電界しか存在せず、この電界分布は長手中央において最大となることが知られている。このため、整合素子７は、開口部２１の長辺の垂直二等分線を通り、開口部２１の短手方向の長さが誘電体基板１内の波長λｄの約１／２となる形状であることが望ましい。なお、給電端子５の閉鎖領域１０への挿入量と、導波管２の短手中央からの距離とを調整することにより、インピーダンス整合を図ることができる。
【００３７】
スルーホール８は、誘電体基板１の貫通孔に導電性材料を充填させることにより形成されている。このスルーホール８を介して、短絡板３及び接地板６を導通させ、短絡板３を導波管２と同電位に保持している。また、閉鎖領域１０の周辺に多数のスルーホール８を配置し、閉鎖領域１０を取り囲むことによって、誘電体基板１における電力損失を抑制している。
【００３８】
スロット１２は、短絡板３に形成された貫通孔であり、細長い平面形状を有している。このようなスロット１２をスルーホール８で囲まれた領域内に形成することにより、自由空間に電波を放射する放射素子として機能させることができる。ここでは、スロット１２が閉鎖領域１０内に形成されているが、スルーホール８で囲まれた領域内であれば、閉鎖領域１０外に形成してもよい。誘電体基板上に形成された導体平板にスロットを形成すれば、当該誘電体内を伝搬する電磁波を放射する放射素子となり、その放射特性は、スロットの長さ及び幅によって調整することができる。このため、適切な長さ及び幅を有するスロット１２を短絡板３に形成すれば、導波管・ＭＳＬ変換器１００に放射機能を付加することができる。
【００３９】
この導波管・ＭＳＬ変換器１０１では、短絡板３の閉鎖領域１０内にスロット１２を形成しているため、誘電体基板１の面積を増大させることなく、放射素子を追加することができる。また、スロット１２は、短絡板３及び給電端子５の形成工程において同時に形成することができるため、製造コストを増大させることなく、導波管・ＭＳＬ変換器に放射機能を追加することができる。
【００４０】
図２では、スロット１２の長手方向（延伸方向）が、開口部２１の短手方向と直交するように形成されている。スロット１２の励振方向Ｄｒは、スロット１２の短手方向（幅方向）であり、放射波が所望の偏波面を有するように任意に決定することができる。ただし、スロット１２の励振方向Ｄｒが整合素子７の励振方向Ｄｓと直交していれば、スロット１２は放射素子として機能しない。整合素子７の励振方向Ｄｓは、開口部２１の短手方向となることから、スロット１２は、その励振方向Ｄｒが開口部２１の短手方向と直交しないように形成する必要がある。つまり、スロット１２は、その長手方向を開口部２１の短手方向と一致させない限り、放射波の偏波面に応じて任意の向きに形成することができる。
【００４１】
図５は、本発明の実施の形態１による平面アンテナの一構成例を示した平面図である。この平面アンテナ２００は、導波管・ＭＳＬ変換器１０１と、当該変換器１０１に接続されたアンテナパターン３０とを備えた誘電体基板１からなり、当該誘電体基板１の上面が図５に示されている。導波管・ＭＳＬ変換器１０１は、スロット１２の励振方向Ｄｒが異なる点を除き、図１〜図４の導波管・ＭＳＬ変換器１００と同一の構成からなる。平面アンテナ２００は、導波管・ＭＳＬ変換器１０１の給電端子５にアンテナパターン３０の一端を接続した先端給電型のアンテナ装置である。
【００４２】
アンテナパターン３０は、直線状に延びる給電線路３１と、当該給電線路３１から分岐し、同位相で励振される複数の放射素子３２とによって直線アレーを形成している。給電線路３１は、その一端が導波管・ＭＳＬ変換器１０１の給電端子５に接続されたマイクロストリップ線路であり、開口部２１の短手方向と平行に延び、他端には反射抑制用の終端素子３３が形成されている。一方、放射素子３２は、給電線路３１上を伝搬する進行波を自由空間へ放射するためのマイクロストリップ素子であり、給電線路３１に対し一定角度をもって交差する方向に延びる線状又は短冊状の形状からなる。
【００４３】
放射素子３２は、その一端が給電線路３１の側辺に接続され、他端が開放されている。また、複数の放射素子３２が、給電線路３１の側辺に沿って整列配置されている。ここでは、給電線路３１の両側に放射素子３２が形成され、各放射素子３２が、同位相で励振されるように、波長に応じた一定間隔で配置され、かつ、偏波面を揃えるように互いに平行に配置されている。
【００４４】
スロット１２は、その励振方向Ｄｒが放射素子３２の励振方向Ｄｔと一致するように形成されている。ここでは、放射素子３２の励振方向Ｄｔが、給電線路３１を反時計回りに４５°傾けた方向になっている。このため、スロット１２の励振方向Ｄｒも同様に傾けることにより、放射素子３２及びスロット１２の励振方向Ｄｒ，Ｄｔを一致させ、スロット１２及び放射素子３２からの放射波の偏波面を揃えることができる。
【００４５】
放射素子３２は、給電線路３１の側辺ごとに整列し、２つの素子列を形成している。各放射素子３２は、これらの素子列のいずれかに対応づけられ、スロット１２は、対応する素子列上に他の放射素子３２とともに整列するように配置されている。ここでは、スロット１２及び放射素子３２が、給電線路３１に平行な共通の直線を通るように整列している。
【００４６】
一般にアレーアンテナは、放射素子３２の数を増やすことによって、その指向性を向上させ、アンテナ利得を増大させることができる。このため、放射素子３２と同位相で励振し、放射素子３２と偏波面を一致させるようにスロット１２を形成すれば、スロット１２を放射素子３２と同様に機能させることができる。従って、このようなスロット１２を短絡板３に形成すれば、製造コストを増大させることなく、放射素子３２の数を増やし、平面アンテナ２００の指向性及びアンテナ利得を向上させることができる。
【００４７】
本実施の形態による導波管・ＭＳＬ変換器１００，１０１は、誘電体基板１の一方の主面に短絡板３及び給電端子５が形成され、他方の主面に接地板６及び整合素子７が形成され、さらに短絡板３にスロット１２が形成されている。このため、導波管・ＭＳＬ変換器に対し、製造コストを顕著に増大させることなく、放射機能を付加することができる。
【００４８】
また、本実施の形態による平面アンテナ２００は、複数の放射素子３２を有するアンテナパターン３０に給電する導波管・ＭＳＬ変換器１０１にスロット１２を形成することにより、スロット１２を放射素子３２の一つとして機能させている。このため、製造コストを顕著に増大させることなく、平面アンテナの指向特性及びアンテナ利得を向上させることができる。
【００４９】
実施の形態２．
実施の形態１では、１つの給電端子５を有する導波管・ＭＳＬ変換器の短絡板３にスロット１２を形成する場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、２つの給電端子５を有する導波管・ＭＳＬ変換器の短絡板３にスロット１２を形成する場合について説明する。
【００５０】
図６は、本発明の実施の形態２による導波管・ＭＳＬ変換器の一構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１０は、図２の導波管・ＭＳＬ変換器１００と比較すれば、２つの給電端子５を備えている点で異なるが、その他の構成は同一であり、重複する説明は省略する。
【００５１】
短絡板３は、対向する２辺に切り込み１１が形成され、各切り込み１１内には給電端子５の一端がそれぞれ形成されている。各給電端子５は、閉鎖領域１０の対向する長辺をそれぞれ横切り、一端が整合素子７と重複するように形成され、他端が短絡板３の外側へ引き出されている。つまり、２つの給電端子５が左右対称となるように形成されている。
【００５２】
つまり、２つの給電端子５を有する導波管・ＭＳＬ変換器１１０の場合でも、実施の形態１における導波管・ＭＳＬ変換器１００と全く同様にして、短絡板３にスロット１２を形成し、製造コストを増大させることなく、導波管・ＭＳＬ変換器に放射機能を追加することができる。
【００５３】
図７は、本発明の実施の形態２による平面アンテナの一構成例を示した平面図である。この平面アンテナ２１０は、導波管・ＭＳＬ変換器１１１と、当該変換器１１１に接続された一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂとを備えた誘電体基板１からなり、当該誘電体基板１の上面が図７に示されている。
【００５４】
導波管・ＭＳＬ変換器１１１は、スロット１２の励振方向Ｄｒが異なる点を除き、図６の導波管・ＭＳＬ変換器１１０と同一の構成からなる。また、一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂは、図５のアンテナパターン３０とそれぞれ同一の構成からなる。このため、重複する説明は省略する。
【００５５】
各給電線路３１は、変換器１１１を挟んで、互いに反対方向へ延びるように配置され、その側辺には、複数の放射素子３２がそれぞれ形成されている。つまり、平面アンテナ２１０は、２つのアンテナパターン３０ａ，３０ｂが給電点を挟んで配置された中央給電型のアンテナである。
【００５６】
ここでは、アンテナパターン３０ａ，３０ｂは、略同一の形状からなり、他方を１８０°回転させた状態で配置されている。このため、アンテナパターン３０ａ，３０ｂは、略同一の放射特性を有している。また、いずれのアンテナパターン３０ａ，３０ｂも、給電線路３１を反時計回りに４５°傾けた方向へ延びるように放射素子３２が形成されている。なお、アンテナパターン３０ａ，３０ｂは、給電線路３１が給電点を挟んで互いに逆方向に延び、両アンテナパターン３０ａ，３０ｂに属する各放射素子３２の励振方向Ｄｔが一致していれば、その形状が略同一でなくてもよい。
【００５７】
スロット１２は、その励振方向Ｄｒが両アンテナパターン３０ａ，３０ｂの放射素子３２の励振方向Ｄｔと一致するように形成されている。ここでは、各放射素子３２の励振方向Ｄｔが、給電線路３１を反時計回りに４５°傾けた方向になっている。このため、スロット１２の励振方向Ｄｒも同様に傾けることにより、放射素子３２及びスロット１２の励振方向Ｄｒ，Ｄｔを一致させ、スロット１２及び放射素子３２からの放射波の偏波面を揃えることができる。
【００５８】
放射素子３２は、給電線路３１の側辺ごとにアンテナパターン３０ａ，３０ｂを跨いで整列し、２つの素子列を形成している。各放射素子３２は、これらの素子列のいずれかに対応づけられ、スロット１２は、対応する素子列上に他の放射素子３２とともに整列するように配置されている。ここでは、スロット１２及び放射素子３２が、給電線路３１に平行な共通の直線を通るように整列している。
【００５９】
図８は、図７の平面アンテナ２１０の指向特性を示した図である。横軸には、指向方向が誘電体基板１の正面方向に対する角度として示され、縦軸には、正面方向の利得に対する相対利得が示されている。図中の指向特性Ｄ１は、本実施の形態による平面アンテナ２１０の特性であり、指向特性Ｄ２は、図１９に示した従来の平面アンテナ２９１の特性である。
【００６０】
指向特性Ｄ１を求めるためのシミュレーション条件について、図６を参照して説明する。誘電体基板１は、厚さ０．１２４ｍｍ、比誘電率２．２２の誘電体からなり、その両面に厚さ１８μｍの銅箔を貼り合わせた。この銅箔をエッチングし、給電端子５、整合素子７及びスロット１２が形成されている。給電端子５は、その幅Ｌ１が０．３ｍｍ、閉鎖領域１０への挿入長Ｌ２が０．４７５ｍｍとなっている。整合素子７は、その短辺Ｌ３が１ｍｍ、長辺Ｌ４が１．６ｍｍとなっている。また、スロット１２は、その長さＬ５が１．０ｍｍ、幅Ｌ６が０．１ｍｍ、ピッチＬ７が１．６ｍｍとなり、その長手方向が、給電線路３１を反時計方向に４５°回転させた方向に延びるように形成されている。一方、比較すべき指向特性Ｄ２のシミュレーションには、スロット１２がない状態で良好な特性が得られるように、挿入長Ｌ２を０．３７５ｍｍとし、Ｌ３及びＬ４を１．１ｍｍとする正方形の整合素子７が形成された平面アンテナ２９１を用いた。
【００６１】
指向特性Ｄ１，Ｄ２を比較すれば、本実施の形態による平面アンテナ２１０は、従来の平面アンテナ２９１に比べて、サイドローブのレベルが１．８ｄＢ低下しており、良好な指向特性が得られることがわかる。
【００６２】
本実施の形態による導波管・ＭＳＬ変換器１１０，１１１は、２つの給電端子５が形成されるとともに、短絡板３にスロット１２が形成され、放射機能を有している。このため、２つの給電端子５を有する導波管・ＭＳＬ変換器についても、実施の形態１の場合と同様にして、放射機能を付加することができる。
【００６３】
また、本実施の形態による平面アンテナ２１０は、導波管・ＭＳＬ変換器１１１を挟んで一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂが形成された中央給電型のアレーアンテナにおいて、導波管・ＭＳＬ変換器１１１にスロット１２が形成されている。この様な構成により、放射素子３２の素子列の途中に導波管・ＭＳＬ変換器１１１を配置することによって、放射素子３２の抜けが生じ、励振分布が崩れるのを防止することができる。その結果、サイドローブレベルを低下させ、良好な指向特性の平面アンテナを実現することができる。また、放射素子３２の数を増大させることにより、誘電体基板１の面積を増大させることなく、アンテナ開口面積を大きくすることができる。
【００６４】
実施の形態３．
本実施の形態では、スロット１２が形成された導波管・ＭＳＬ変換器の他の構成例について説明する。なお、本実施の形態では、上記実施の形態との相違点について説明し、同一の構成部分については、重複する説明を省略する。
【００６５】
図９は、本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器の一構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１２は、図６の導波管・ＭＳＬ変換器１１０と比較して、整合素子７が円形である点で異なっている。整合素子７が円形であっても、閉鎖領域１０の短手方向の垂直二等分線を通り、各給電端子５の一部と重複していれば、実施の形態１，２と同様の効果が得られる。つまり、整合素子７の形状は、長方形だけに限定されない。
【００６６】
図１０は、本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器の他の構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１３は、図６の導波管・ＭＳＬ変換器１１０と比較すれば、整合素子７がＶ字型からなり、スロット１２の励振方向Ｄｒが、開口部２１の短手方向と直交している点で異なる。
【００６７】
実施の形態１及び２では、スロット１２の励振方向Ｄｒが、開口部２１の短手方向と直交していれば、整合素子７の励振方向Ｄｓとも直交することになる。このため、スロット１２を励振することができず、スロット１２は放射素子として機能しない。これに対し、図１０の導波管・ＭＳＬ変換器１１３では、整合素子７をＶ字形状にすることにより、スロット１２の励振方向Ｄｒが、開口部２１の短手方向と直交していても、スロット１２は放射素子として機能する。
【００６８】
Ｖ字を構成する整合素子７のうち、スロット１２が重複している部分に注目すれば、開口部２１の短手方向に対し傾斜する方向に延びる形状からなる。このため、整合素子７の励振方向Ｄｓを開口部２１の短手方向に対し傾斜させることができる。このため、スロット１２の励振方向Ｄｒが開口部２１の短手方向と直交しても、スロット１２及び整合素子７の励振方向Ｄｒ，Ｄｓは互いに直交せず、整合素子７を介して、スロット１２を励振し、放射素子として機能させることができる。つまり、必要に応じて整合素子７の延伸方向を傾ければ、スロット１２の励振方向Ｄｒを任意に決定することができる。従って、スロット１２による放射波の偏波面を任意に決定することができる。
【００６９】
図１１は、本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器の他の構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１４は、図６の導波管・ＭＳＬ変換器１１０と比較すれば、４つのスロット１２が形成されている点で異なる。
【００７０】
図６では、給電線路３１の側辺ごとに整列させた２つの素子列に対応して、１つのスロットがそれぞれ設けられていた。これに対し、導波管・ＭＳＬ変換器１１４では、１つの素子列に対し、２つのスロット１２が形成されている。このようにして、１つの素子列に対し、２以上のスロットを形成することにより、平面アンテナの指向特性及びアンテナ利得を更に向上させることができる。
【００７１】
図１２は、本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器の他の構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１５は、図６の導波管・ＭＳＬ変換器１１０と比較すれば、１つのスロット１２のみが形成されている点で異なる。
【００７２】
図６及び図９〜１１では、２つ又は４つのスロット１２が形成された導波管・ＭＳＬ変換器の例を示したが、本発明は、２以上のスロット１２が形成された導波管・ＭＳＬ変換器のみには限定されない。すなわち、導波管・ＭＳＬ変換器に１つのスロット１２を形成してもよい。例えば、放射素子３２が給電線路３１の一方の側辺のみに沿って形成されている場合には、これらの放射列と整列させるように、１つのスロット１２を形成すればよい。つまり、スロット１２の数は、必要に応じて、１又は２以上の任意の値に決定することができる。
【００７３】
また、図２、図６及び図１０では、スロット１２の一部を整合素子７と重複させているのに対し、図９、図１１及び図１２では、スロット１２を整合素子７と重複させていない。スロット１２及び整合素子７を互いに重複させれば、スロット１２の励振効率を向上させ、良好な放射特性を得ることができる。このため、両者を重複させることが望ましいが、重複させない場合であっても、スロット１２を放射素子として機能させることはできる。
【００７４】
実施の形態４．
上記実施の形態では、アンテナパターンが、給電線路３１及び放射素子３２からなるコムラインアンテナの例について説明した。これに対し、本実施の形態では、アンテナパターンが複数のクランク形状からなるクランクアンテナの場合について説明する。なお、本実施の形態では、上記実施の形態との相違点について説明し、同一の構成部分については、重複する説明を省略する。
【００７５】
図１３は、本発明の実施の形態４による導波管・ＭＳＬ変換器の一構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１６は、図１０の導波管・ＭＳＬ変換器１１３と同様、スロット１２の励振方向Ｄｒが開口部２１の短手方向と直交しているが、整合素子７はＶ字形状ではなく、台形形状からなる点で異なる。
【００７６】
スロット１２の励振方向Ｄｒは、図１０の場合と同様、開口部２１の短手方向と直交している。このため、整合素子７が、図６に示したような長方形であれば、整合素子７及びスロット１２の励振方向Ｄｓ，Ｄｒが直交し、スロット１２を励振することができない。しかしながら、整合素子７を台形とし、その斜辺と重複するようにスロット１２を形成すれば、スロット１２を励振することができる。
【００７７】
図１３の整合素子７は、台形形状からなり、開口部２１の短辺と対向する斜辺が、開口部２１の短手方向に対し傾斜している。この様な形状からなる場合、整合素子７の中央部における励振方向Ｄｓ１は開口部２１の短手方向となるが、台形の傾斜に沿った励振方向Ｄｓ２は開口部２１の短手方向に対し傾斜させた方向となる。つまり、整合素子７の励振方向Ｄｓ２は、スロット１２の励振方向Ｄｒと直交していない。このため、整合素子７の斜辺を横切るようにスロット１２を形成すれば、整合素子７によりスロット１２を励振することができる。
【００７８】
図１４は、本発明の実施の形態４による平面アンテナの一構成例を示した平面図である。この平面アンテナ２１１は、図１３の導波管・ＭＳＬ変換器１１６と、当該変換器１１６に接続された一対のアンテナパターン３１ａ，３１ｂとを備えた誘電体基板１からなり、当該誘電体基板１の上面が図１４に示されている。
【００７９】
アンテナパターン３１ａ，３１ｂは、クランク状に屈曲させた複数のクランク形状を配列させることにより、一方向に向かって延びる形状、つまり、矩形波のような形状からなるＭＳＬであり、その一端が導波管・ＭＳＬ変換器１１６の給電端子５に接続され、開口部２１の短手方向と平行に延びる。
【００８０】
各アンテナパターン３１ａ，３１ｂは、変換器１１６を挟んで、互いに反対方向へ延びるように配置されている。つまり、平面アンテナ２１１は、２つのアンテナパターン３１ａ，３１ｂが給電点を挟んで配置された中央給電型のアンテナである。
【００８１】
ここでは、アンテナパターン３１ａ，３１ｂは、略同一の形状からなり、他方を１８０°回転させた状態で配置されている。このため、アンテナパターン３０ａ，３０ｂは、略同一の放射特性を有している。なお、アンテナパターン３１ａ，３１ｂは、給電点を挟んで互いに逆方向に延び、それぞれの励振方向Ｄｔが一致していれば、その形状が略同一でなくてもよい。
【００８２】
アンテナパターン３１ａ，３１ｂの励振方向Ｄｔは、開口部２１の短手方向に直交するため、導波管・ＭＳＬ変換器１１６を用いて、スロット１２の励振方向Ｄｒを開口部２１の短手方向に直交させれば、スロット１２及びアンテナパターン３１ａ，３１ｂの励振方向Ｄｒ，Ｄｔを一致させ、スロット１２及びアンテナパターン３１ａ，３１ｂからの放射波の偏波面を揃えることができる。
【００８３】
図１５は、図１４の平面アンテナ２１１の指向特性を示した図である。横軸には、指向方向が誘電体基板１の正面方向に対する角度として示され、縦軸には、正面方向の利得に対する相対利得が示されている。図中の指向特性Ｄ１は、本実施の形態による平面アンテナ２１１の特性であり、指向特性Ｄ２は、スロット１２を有しない同一の平面アンテナの特性である。
【００８４】
指向特性Ｄ１を求めるためのシミュレーション条件について、図６及び図１３を参照して説明する。誘電体基板１は、厚さ０．１２４ｍｍ、比誘電率２．２２の誘電体からなり、その両面に厚さ１８μｍの銅箔を貼り合わせた。また、この銅箔をエッチングし、給電端子５、整合素子７、スロット１２が形成されている。
【００８５】
給電端子５は、その幅Ｌ１が０．３ｍｍ、閉鎖領域１０への挿入長Ｌ２が０．４６５ｍｍとなっている。整合素子７は、台形の高さＬ３が０．９５ｍｍ、上底Ｌ４１が１．３５ｍｍ、下底Ｌ４２が２．２４ｍｍとなっている。また、スロット１２は、その長さＬ５が１．０ｍｍ、幅Ｌ６が０．１ｍｍ、ピッチＬ７が１．６ｍｍとなり、その長手方向が、アンテナパターン３１ａ，３１ｂの延伸方向と平行となるように形成されている。
【００８６】
また、平行偏波を放射するアンテナパターン３１ａ，３１ｂのクランク状の構造は、長さＬ８が０．８ｍｍ、Ｌ９が１．０ｍｍからなり、ピッチＬ１０が１．６ｍｍとなるように配列されている。アンテナ終端部は、反射のない５０Ω終端器相当のポートになっている。なお、Ｌ１〜Ｌ３及びＬ５〜Ｌ７は、図６の場合と同様であるので、図１３では省略している。
【００８７】
指向特性Ｄ１，Ｄ２を比較すれば、本実施の形態による平面アンテナ２１１は、従来の平面アンテナに比べて、サイドローブのレベルが３．７ｄＢ低下しており、良好な指向特性が得られることがわかる。
【００８８】
本実施の形態による導波管・ＭＳＬ変換器１１６は、開口部２１の短辺に対向する辺が斜辺となるように整合素子７を台形形状とし、上記斜辺を横切るようにスロット１２が形成されている。このため、励振方向Ｄｒが開口部２１の短手方向と直交するスロット１２を形成し、開口部２１の短手方向と直交する偏波面を有する電波を放射させることができる。
【００８９】
また、本実施の形態による平面アンテナ２１１は、導波管・ＭＳＬ変換器１１６を挟んで一対のアンテナパターン３１ａ，３１ｂが形成された中央給電型のアレーアンテナにおいて、導波管・ＭＳＬ変換器１１６にスロット１２が形成されている。この様な構成により、放射素子３２の素子列の途中に導波管・ＭＳＬ変換器１１６を配置することによって、放射素子３２の抜けが生じ、アンテナ全体の励振分布が崩れるのを防止することができる。その結果、サイドローブレベルを低下させ、良好な指向特性の平面アンテナを実現することができる。また、また、放射素子３２の数を増大させることにより、誘電体基板１の面積を増大させることなく、アンテナ開口面積を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１ 誘電体基板
２ 導波管
３ 短絡板
５ 給電端子
６ 接地板
７ 整合素子
８ スルーホール
１０ 閉鎖領域
１２ スロット
２１ 開口部
３０，３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ アンテナパターン
３１ 給電線路
３２ 放射素子
１００〜１１６ 導波管・ＭＳＬ変換器
２００〜２１１ 平面アンテナ
Ｄｒ，Ｄｓ，Ｄｓ１，Ｄｓ２，Ｄｔ 励振方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管・ＭＳＬ変換器及び平面アンテナに係り、更に詳しくは、放射機能を有する導波管・ＭＳＬ変換器、並びに、このような導波管・ＭＳＬ変換器を備えた平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の周辺環境を監視するための車載レーダとして、ミリ波レーダが実用化されつつある。ミリ波レーダは、レーダ信号として波長１〜１０ｍｍのミリ波を用いることにより、比較的分解能の高いレーダ装置を実現することができる。また、誘電体基板上にアンテナパターンを形成した平面アンテナとして実現することができ、装置の小型軽量化が容易であり、量産化によるコスト低減効果も期待できる。
【０００３】
導波管及びマイクロストリップ線路（ＭＳＬ）を接続する場合、導波管及びストリップ線路の伝送電力を相互に変換することができる導波管・ＭＳＬ変換器が用いられる（例えば、特許文献１）。この様な導波管・ＭＳＬ変換器を備えた誘電体基板上に、ＭＳＬからなるアンテナパターンを形成すれば、小型軽量の導波管励振アンテナを実現することができる。
【０００４】
図１６及び図１７は、特許文献１に記載された従来の導波管・ＭＳＬ変換器の構成を示した図である。図１６は斜視図、図１７は、図１６の誘電体基板１の平面図であり、図中の（ａ）に誘電体基板１の上面、（ｂ）に誘電体基板１の下面が示されている。この導波管・ＭＳＬ変換器１９０は、導波管２の開口部が誘電体基板１の下面に密着固定され、当該誘電体基板１の上面には短絡板３が形成され、短絡板３の切り込み１１内に給電端子５が形成されている。一方、誘電体基板１の下面には長方形からなる整合素子７が形成されている。給電端子５及び整合素子７は、誘電体基板１を挟んで近接して配置されることにより互いに電磁的に結合し、この電磁的結合によって電力変換が行われる。
【０００５】
図１８は、従来の平面アンテナの構成を示した平面図であり、この平面アンテナ２９０は、導波管・ＭＳＬ変換器１９０及びアンテナパターン３０が形成された誘電体基板１からなり、アンテナパターン３０の一端が、給電点としての導波管・ＭＳＬ変換器１９０の給電端子５に接続されている。アンテナパターン３０は、直線上に延びる給電線路３１と、その側辺に沿って形成された複数の放射素子３２とによって直線アレーを形成している。
【０００６】
図１９は、従来の平面アンテナの他の構成を示した平面図であり、この平面アンテナ２９１は、導波管・ＭＳＬ変換器１９１及び一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂからなる中央給電型のアンテナである。一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂは、給電点としての導波管・ＭＳＬ変換器１９１を挟んで逆方向に延びている。導波管・ＭＳＬ変換器１９１は、２つの給電端子５を有し、これらの給電端子５を介して、アンテナパターン３０ａ，３０ｂの一端にそれぞれ給電を行っている。
【０００７】
このような従来の平面アンテナ２９０，２９１では、誘電体基板上において、導波管・ＭＳＬ変換器１９０，１９１が比較的大きな面積を占めていた。このため、アンテナパターン３０，３０ａ，３０ｂを形成するための面積が減少し、アンテナ利得を低下させているという問題があった。
【０００８】
特に、中央給電型の平面アンテナ２９１の場合、一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂの途中に導波管・ＭＳＬ変換器１９１を配置することにより、放射素子３２を整列させた素子アレーの途中に放射素子３２の抜けが生じる。このため、励振分布が崩れて、サイドローブレベルが上昇し、良好な指向特性を得ることができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２４４２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、製造コストを顕著に増大させることなく、放射機能を有する導波管・ＭＳＬ変換器を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、アンテナ利得を向上させることを目的とする。特に、誘電体基板上に導波管・ＭＳＬ変換器及びアンテナパターンが形成された平面アンテナの利得を向上させることを目的とする。
【００１２】
さらに、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、平面アンテナの指向特性を向上させることを目的とする。特に、導波管・ＭＳＬ変換器を挟んで一対のアンテナパターンが形成された中央給電型の平面アンテナの指向特性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の本発明による平面アンテナは、導波管の開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、一端が上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路からなる給電端子と、上記誘電体基板の第二面に形成され、上記給電端子に接続されたアンテナパターンとを備え、上記短絡板に放射用のスロットが形成されている。
【００１４】
導波管の開口部を閉鎖する誘電体基板の第一面に整合素子を形成し、第二面に短絡板及び給電線路を形成することにより、導波管及び給電線路の伝送電力を相互に変換することができる。このような導波管・ＭＳＬ変換器において、短絡板に放射用のスロットを形成することにより、導波管・ＭＳＬ変換器に放射機能を付加することができる。従って、導波管・ＭＳＬ変換器及びアンテナパターンからなる平面アンテナにおいて、このような導波管・ＭＳＬ変換器を採用することにより、基板面積を増大させることなく、平面アンテナの利得を増大させることができる。
【００１５】
第２の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、２以上の上記給電端子と、一対の上記アンテナパターンとを備え、一対の上記アンテナパターンは、一端が上記給電端子にそれぞれ接続され、上記整合素子を挟んで逆方向に延びる形状からなる。
【００１６】
この様な構成により、導波管・ＭＳＬ変換器を挟んで、一対のアンテナパターンが形成された中央給電型の平面アンテナにおいて、導波管・ＭＳＬ変換器の配置領域内に放射素子が形成されないことにより励振分布が崩れ、指向特性が劣化するのを抑制することができる。
【００１７】
第３の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが、２以上の放射素子からなり、上記スロット及び上記放射素子の励振方向を一致させるように構成される。この様な構成により、スロット及びアンテナパターンの放射素子からの放出波の偏波面を揃えることができる。このため、スロットをアンテナパターンの放射素子の一つとして機能させ、良好な特性を有する平面アンテナを実現することができる。
【００１８】
第４の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが２以上の放射素子からなり、上記スロット及び上記放射素子を同位相で励振するように構成される。この様な構成により、スロット及びアンテナパターンの放射素子から同位相の電波を放射させ、指向特性が良好でアンテナ利得の大きな平面アンテナを実現することができる。
【００１９】
第５の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記スロット及び上記放射素子を共通の直線を通るように整列配置させて構成される。この様な構成により、スロットをアンテナパターンの放射素子の一つとして良好に機能させることができる。なお、上記共通の直線は、放射素子の全てを通るものであることが望ましいが、例えば、過半数の放射素子を通る直線であってもよい。
【００２０】
第６の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが、上記給電端子に接続され、上記開口部の短手方向と平行に延びる直線状の給電線路と、当該給電線路に対し傾斜させて配置された複数の放射素子とを有する。
【００２１】
第７の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記アンテナパターンが、２以上のクランク形状を配列させることにより、上記開口部の短手方向と平行に延びる形状からなるように形成されている。
【００２２】
第８の本発明による導波管・ＭＳＬ変換器は、導波管の開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路とを備え、上記短絡板に放射用のスロットが形成されている。
【００２３】
短絡板にスロットを形成することにより、当該スロットを放射素子として機能させることができる。このため、基板面積を増大させることなく、導波管・ＭＳＬ変換器に放射機能を付加することができる。しかも、スロットは、短絡板に切り込みを形成するためのエッチング処理時に同時に形成することができる。このため、製造コストを増大させることなく実現することができる。
【００２４】
第９の本発明による導波管・ＭＳＬ変換器は、上記構成に加えて、上記整合素子が、上記開口部の短辺と対向し、上記開口部の短手方向に対し傾斜させた斜辺を有し、上記スロットが、上記斜辺を横切るように形成され、上記開口部の短手方向と平行に形成されている。この様な構成により、励振方向が開口部の短手方向と直交する放射素子であっても導波管・ＭＳＬ変換器に追加することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、製造コストを顕著に増大させることなく、放射機能を有する導波管・ＭＳＬ変換器を提供することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、アンテナ利得を向上させることができる。特に、誘電体基板上に導波管・ＭＳＬ変換器及びアンテナパターンが形成された平面アンテナの利得を向上させることができる。
【００２７】
さらに、本発明によれば、平面アンテナの基板面積を増大させることなく、平面アンテナの指向特性を向上させることができる。特に、導波管・ＭＳＬ変換器を挟んで一対のアンテナパターンが形成された中央給電型の平面アンテナの指向特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１による導波管・ＭＳＬ変換器１００の一構成例を示した展開斜視図である。
【図２】図１の導波管・ＭＳＬ変換器１００の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ切断線による断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ切断線による断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１による平面アンテナ２００の一構成例を示した平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２による導波管・ＭＳＬ変換器１１０の一構成例を示した平面図である。
【図７】本発明の実施の形態２による平面アンテナ２１０の一構成例を示した平面図である。
【図８】図７の平面アンテナ２１０の指向特性を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器１１２〜１１５の一構成例を示した平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器１１２〜１１５の他の構成例を示した平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器１１２〜１１５の他の構成例を示した平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器１１２〜１１５の他の構成例を示した平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４による導波管・ＭＳＬ変換器１１６の一構成例を示した平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による平面アンテナ２１１の一構成例を示した平面図である。
【図１５】図１４の平面アンテナ２１１の指向特性を示した図である。
【図１６】従来の導波管・ＭＳＬ変換器１９０の一構成例を示した斜視図である。
【図１７】図１６の誘電体基板１の平面図である。
【図１８】従来の平面アンテナ２９０の構成を示した平面図である。
【図１９】従来の平面アンテナ２９１の構成を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の実施の形態１による導波管・ＭＳＬ変換器の一構成例を示した図であり、放射機能を有する導波管・ＭＳＬ変換器１００が示されている。図１には展開斜視図、図２には平面図、図３には図２のＡ−Ａ切断線による断面図、図４には図２のＢ−Ｂ切断線による断面図が示されている。
【００３０】
この導波管・ＭＳＬ変換器１００は、上面に短絡板３及び給電端子５が形成され、下面に接地板６及び整合素子７が形成された誘電体基板１からなる。この誘電体基板１の下面を導波管２の開口部２１と対向させることにより、整合素子７を介して、導波管２及び給電端子５の伝送電力を相互に変換することができる。さらに、短絡板３にスロット１２を形成することにより、電波を放射することができる。
【００３１】
導波管２は、導電性材料からなるブロック体、例えば、アルミダイキャスト法により成形された直方体ブロックであり、管壁２２に囲まれた中空部２３を有し、この中空部２３内を電波が伝搬する。この導波管２は、管壁２２が２つの狭壁及び２つの広壁からなる方形導波管であり、伝搬方向に直交する中空部２３の断面は、広壁に相当する長辺と、狭壁に相当する短辺とからなる長方形である。さらに、導波管２の一端には、中空部２３の断面と同一形状からなる開口部２１が形成されている。
【００３２】
誘電体基板１は、その下面が導波管２の開口部２１を閉鎖するように配置されている。この誘電体基板１は開口部２１よりも広く、開口部２１に対応する閉鎖領域１０の周辺に導波管２の端面が密着固定されている。また、誘電体基板１上には、短絡板３、給電端子５、接地板６及び整合素子７が、導電性金属の薄膜パターンとして形成されている。これらの薄膜パターンは、スパッタリング法や蒸着法によって、銅などの薄膜を誘電体基板１の全面に形成した後、フォトエッチング法により上記薄膜をパターニングすることによって形成される。
【００３３】
短絡板３は、誘電体基板１の閉鎖領域１０を覆うように形成され、導波管２を終端させる短絡面を構成している。図中の短絡板３は長方形からなり、その長辺から内側に向けてストリップ状の切り込み１１が形成されている。この切り込み１１は、閉鎖領域１０の短辺と平行に延び、閉鎖領域１０に達している。また、短絡板３の閉鎖領域１０内には、２つのスロット１２が形成されている。
【００３４】
給電端子５は、誘電体基板１の上面に形成された平面線路であり、その一端が短絡板３の切り込み１１内に形成され、閉鎖領域１０の長辺及び短絡板３の長辺を横切り、他端が短絡板３の外側へ引き出されている。この給電端子５は、切り込み１１内では、短絡板３から一定の距離を隔てて配置され、短絡板３とともにコプレーナ線路を形成している。また、閉鎖領域１０よりも外側では、誘電体基板１を介して接地板６と対向するように配置され、接地板６とともにＭＳＬを形成している。
【００３５】
接地板６は、閉鎖領域１０を取り囲むように形成され、この接地板６に導波管２の端面を密着させることによって、接地板６及び導波管２を導通させている。図中では、誘電体基板１の外縁を及び導波管２の端面の外縁と一致させ、接地板６が、閉鎖領域１０と一致する内縁を有し、閉鎖領域１０を除く誘電体基板１の下面全体に形成されている。
【００３６】
整合素子７は、接地板６と導通しないように閉鎖領域１０内に形成された素子であり、その一部が誘電体基板１を挟んで給電端子５の先端と重複するように配置され、給電端子５と電磁的に結合されている。一般に、導波管２内では、短手方向の電界しか存在せず、この電界分布は長手中央において最大となることが知られている。このため、整合素子７は、開口部２１の長辺の垂直二等分線を通り、開口部２１の短手方向の長さが誘電体基板１内の波長λｄの約１／２となる形状であることが望ましい。なお、給電端子５の閉鎖領域１０への挿入量と、導波管２の短手中央からの距離とを調整することにより、インピーダンス整合を図ることができる。
【００３７】
スルーホール８は、誘電体基板１の貫通孔に導電性材料を充填させることにより形成されている。このスルーホール８を介して、短絡板３及び接地板６を導通させ、短絡板３を導波管２と同電位に保持している。また、閉鎖領域１０の周辺に多数のスルーホール８を配置し、閉鎖領域１０を取り囲むことによって、誘電体基板１における電力損失を抑制している。
【００３８】
スロット１２は、短絡板３に形成された貫通孔であり、細長い平面形状を有している。このようなスロット１２をスルーホール８で囲まれた領域内に形成することにより、自由空間に電波を放射する放射素子として機能させることができる。ここでは、スロット１２が閉鎖領域１０内に形成されているが、スルーホール８で囲まれた領域内であれば、閉鎖領域１０外に形成してもよい。誘電体基板上に形成された導体平板にスロットを形成すれば、当該誘電体内を伝搬する電磁波を放射する放射素子となり、その放射特性は、スロットの長さ及び幅によって調整することができる。このため、適切な長さ及び幅を有するスロット１２を短絡板３に形成すれば、導波管・ＭＳＬ変換器１００に放射機能を付加することができる。
【００３９】
この導波管・ＭＳＬ変換器１０１では、短絡板３の閉鎖領域１０内にスロット１２を形成しているため、誘電体基板１の面積を増大させることなく、放射素子を追加することができる。また、スロット１２は、短絡板３及び給電端子５の形成工程において同時に形成することができるため、製造コストを増大させることなく、導波管・ＭＳＬ変換器に放射機能を追加することができる。
【００４０】
図２では、スロット１２の長手方向（延伸方向）が、開口部２１の短手方向と直交するように形成されている。スロット１２の励振方向Ｄｒは、スロット１２の短手方向（幅方向）であり、放射波が所望の偏波面を有するように任意に決定することができる。ただし、スロット１２の励振方向Ｄｒが整合素子７の励振方向Ｄｓと直交していれば、スロット１２は放射素子として機能しない。整合素子７の励振方向Ｄｓは、開口部２１の短手方向となることから、スロット１２は、その励振方向Ｄｒが開口部２１の短手方向と直交しないように形成する必要がある。つまり、スロット１２は、その長手方向を開口部２１の短手方向と一致させない限り、放射波の偏波面に応じて任意の向きに形成することができる。
【００４１】
図５は、本発明の実施の形態１による平面アンテナの一構成例を示した平面図である。この平面アンテナ２００は、導波管・ＭＳＬ変換器１０１と、当該変換器１０１に接続されたアンテナパターン３０とを備えた誘電体基板１からなり、当該誘電体基板１の上面が図５に示されている。導波管・ＭＳＬ変換器１０１は、スロット１２の励振方向Ｄｒが異なる点を除き、図１〜図４の導波管・ＭＳＬ変換器１００と同一の構成からなる。平面アンテナ２００は、導波管・ＭＳＬ変換器１０１の給電端子５にアンテナパターン３０の一端を接続した先端給電型のアンテナ装置である。
【００４２】
アンテナパターン３０は、直線状に延びる給電線路３１と、当該給電線路３１から分岐し、同位相で励振される複数の放射素子３２とによって直線アレーを形成している。給電線路３１は、その一端が導波管・ＭＳＬ変換器１０１の給電端子５に接続されたマイクロストリップ線路であり、開口部２１の短手方向と平行に延び、他端には反射抑制用の終端素子３３が形成されている。一方、放射素子３２は、給電線路３１上を伝搬する進行波を自由空間へ放射するためのマイクロストリップ素子であり、給電線路３１に対し一定角度をもって交差する方向に延びる線状又は短冊状の形状からなる。
【００４３】
放射素子３２は、その一端が給電線路３１の側辺に接続され、他端が開放されている。また、複数の放射素子３２が、給電線路３１の側辺に沿って整列配置されている。ここでは、給電線路３１の両側に放射素子３２が形成され、各放射素子３２が、同位相で励振されるように、波長に応じた一定間隔で配置され、かつ、偏波面を揃えるように互いに平行に配置されている。
【００４４】
スロット１２は、その励振方向Ｄｒが放射素子３２の励振方向Ｄｔと一致するように形成されている。ここでは、放射素子３２の励振方向Ｄｔが、給電線路３１を反時計回りに４５°傾けた方向になっている。このため、スロット１２の励振方向Ｄｒも同様に傾けることにより、放射素子３２及びスロット１２の励振方向Ｄｒ，Ｄｔを一致させ、スロット１２及び放射素子３２からの放射波の偏波面を揃えることができる。
【００４５】
放射素子３２は、給電線路３１の側辺ごとに整列し、２つの素子列を形成している。各放射素子３２は、これらの素子列のいずれかに対応づけられ、スロット１２は、対応する素子列上に他の放射素子３２とともに整列するように配置されている。ここでは、スロット１２及び放射素子３２が、給電線路３１に平行な共通の直線を通るように整列している。
【００４６】
一般にアレーアンテナは、放射素子３２の数を増やすことによって、その指向性を向上させ、アンテナ利得を増大させることができる。このため、放射素子３２と同位相で励振し、放射素子３２と偏波面を一致させるようにスロット１２を形成すれば、スロット１２を放射素子３２と同様に機能させることができる。従って、このようなスロット１２を短絡板３に形成すれば、製造コストを増大させることなく、放射素子３２の数を増やし、平面アンテナ２００の指向性及びアンテナ利得を向上させることができる。
【００４７】
本実施の形態による導波管・ＭＳＬ変換器１００，１０１は、誘電体基板１の一方の主面に短絡板３及び給電端子５が形成され、他方の主面に接地板６及び整合素子７が形成され、さらに短絡板３にスロット１２が形成されている。このため、導波管・ＭＳＬ変換器に対し、製造コストを顕著に増大させることなく、放射機能を付加することができる。
【００４８】
また、本実施の形態による平面アンテナ２００は、複数の放射素子３２を有するアンテナパターン３０に給電する導波管・ＭＳＬ変換器１０１にスロット１２を形成することにより、スロット１２を放射素子３２の一つとして機能させている。このため、製造コストを顕著に増大させることなく、平面アンテナの指向特性及びアンテナ利得を向上させることができる。
【００４９】
実施の形態２．
実施の形態１では、１つの給電端子５を有する導波管・ＭＳＬ変換器の短絡板３にスロット１２を形成する場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、２つの給電端子５を有する導波管・ＭＳＬ変換器の短絡板３にスロット１２を形成する場合について説明する。
【００５０】
図６は、本発明の実施の形態２による導波管・ＭＳＬ変換器の一構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１０は、図２の導波管・ＭＳＬ変換器１００と比較すれば、２つの給電端子５を備えている点で異なるが、その他の構成は同一であり、重複する説明は省略する。
【００５１】
短絡板３は、対向する２辺に切り込み１１が形成され、各切り込み１１内には給電端子５の一端がそれぞれ形成されている。各給電端子５は、閉鎖領域１０の対向する長辺をそれぞれ横切り、一端が整合素子７と重複するように形成され、他端が短絡板３の外側へ引き出されている。つまり、２つの給電端子５が左右対称となるように形成されている。
【００５２】
つまり、２つの給電端子５を有する導波管・ＭＳＬ変換器１１０の場合でも、実施の形態１における導波管・ＭＳＬ変換器１００と全く同様にして、短絡板３にスロット１２を形成し、製造コストを増大させることなく、導波管・ＭＳＬ変換器に放射機能を追加することができる。
【００５３】
図７は、本発明の実施の形態２による平面アンテナの一構成例を示した平面図である。この平面アンテナ２１０は、導波管・ＭＳＬ変換器１１１と、当該変換器１１１に接続された一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂとを備えた誘電体基板１からなり、当該誘電体基板１の上面が図７に示されている。
【００５４】
導波管・ＭＳＬ変換器１１１は、スロット１２の励振方向Ｄｒが異なる点を除き、図６の導波管・ＭＳＬ変換器１１０と同一の構成からなる。また、一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂは、図５のアンテナパターン３０とそれぞれ同一の構成からなる。このため、重複する説明は省略する。
【００５５】
各給電線路３１は、変換器１１１を挟んで、互いに反対方向へ延びるように配置され、その側辺には、複数の放射素子３２がそれぞれ形成されている。つまり、平面アンテナ２１０は、２つのアンテナパターン３０ａ，３０ｂが給電点を挟んで配置された中央給電型のアンテナである。
【００５６】
ここでは、アンテナパターン３０ａ，３０ｂは、略同一の形状からなり、他方を１８０°回転させた状態で配置されている。このため、アンテナパターン３０ａ，３０ｂは、略同一の放射特性を有している。また、いずれのアンテナパターン３０ａ，３０ｂも、給電線路３１を反時計回りに４５°傾けた方向へ延びるように放射素子３２が形成されている。なお、アンテナパターン３０ａ，３０ｂは、給電線路３１が給電点を挟んで互いに逆方向に延び、両アンテナパターン３０ａ，３０ｂに属する各放射素子３２の励振方向Ｄｔが一致していれば、その形状が略同一でなくてもよい。
【００５７】
スロット１２は、その励振方向Ｄｒが両アンテナパターン３０ａ，３０ｂの放射素子３２の励振方向Ｄｔと一致するように形成されている。ここでは、各放射素子３２の励振方向Ｄｔが、給電線路３１を反時計回りに４５°傾けた方向になっている。このため、スロット１２の励振方向Ｄｒも同様に傾けることにより、放射素子３２及びスロット１２の励振方向Ｄｒ，Ｄｔを一致させ、スロット１２及び放射素子３２からの放射波の偏波面を揃えることができる。
【００５８】
放射素子３２は、給電線路３１の側辺ごとにアンテナパターン３０ａ，３０ｂを跨いで整列し、２つの素子列を形成している。各放射素子３２は、これらの素子列のいずれかに対応づけられ、スロット１２は、対応する素子列上に他の放射素子３２とともに整列するように配置されている。ここでは、スロット１２及び放射素子３２が、給電線路３１に平行な共通の直線を通るように整列している。
【００５９】
図８は、図７の平面アンテナ２１０の指向特性を示した図である。横軸には、指向方向が誘電体基板１の正面方向に対する角度として示され、縦軸には、正面方向の利得に対する相対利得が示されている。図中の指向特性Ｄ１は、本実施の形態による平面アンテナ２１０の特性であり、指向特性Ｄ２は、図１９に示した従来の平面アンテナ２９１の特性である。
【００６０】
指向特性Ｄ１を求めるためのシミュレーション条件について、図６を参照して説明する。誘電体基板１は、厚さ０．１２４ｍｍ、比誘電率２．２２の誘電体からなり、その両面に厚さ１８μｍの銅箔を貼り合わせた。この銅箔をエッチングし、給電端子５、整合素子７及びスロット１２が形成されている。給電端子５は、その幅Ｌ１が０．３ｍｍ、閉鎖領域１０への挿入長Ｌ２が０．４７５ｍｍとなっている。整合素子７は、その短辺Ｌ３が１ｍｍ、長辺Ｌ４が１．６ｍｍとなっている。また、スロット１２は、その長さＬ５が１．０ｍｍ、幅Ｌ６が０．１ｍｍ、ピッチＬ７が１．６ｍｍとなり、その長手方向が、給電線路３１を反時計方向に４５°回転させた方向に延びるように形成されている。一方、比較すべき指向特性Ｄ２のシミュレーションには、スロット１２がない状態で良好な特性が得られるように、挿入長Ｌ２を０．３７５ｍｍとし、Ｌ３及びＬ４を１．１ｍｍとする正方形の整合素子７が形成された平面アンテナ２９１を用いた。
【００６１】
指向特性Ｄ１，Ｄ２を比較すれば、本実施の形態による平面アンテナ２１０は、従来の平面アンテナ２９１に比べて、サイドローブのレベルが１．８ｄＢ低下しており、良好な指向特性が得られることがわかる。
【００６２】
本実施の形態による導波管・ＭＳＬ変換器１１０，１１１は、２つの給電端子５が形成されるとともに、短絡板３にスロット１２が形成され、放射機能を有している。このため、２つの給電端子５を有する導波管・ＭＳＬ変換器についても、実施の形態１の場合と同様にして、放射機能を付加することができる。
【００６３】
また、本実施の形態による平面アンテナ２１０は、導波管・ＭＳＬ変換器１１１を挟んで一対のアンテナパターン３０ａ，３０ｂが形成された中央給電型のアレーアンテナにおいて、導波管・ＭＳＬ変換器１１１にスロット１２が形成されている。この様な構成により、放射素子３２の素子列の途中に導波管・ＭＳＬ変換器１１１を配置することによって、放射素子３２の抜けが生じ、励振分布が崩れるのを防止することができる。その結果、サイドローブレベルを低下させ、良好な指向特性の平面アンテナを実現することができる。また、放射素子３２の数を増大させることにより、誘電体基板１の面積を増大させることなく、アンテナ開口面積を大きくすることができる。
【００６４】
実施の形態３．
本実施の形態では、スロット１２が形成された導波管・ＭＳＬ変換器の他の構成例について説明する。なお、本実施の形態では、上記実施の形態との相違点について説明し、同一の構成部分については、重複する説明を省略する。
【００６５】
図９は、本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器の一構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１２は、図６の導波管・ＭＳＬ変換器１１０と比較して、整合素子７が円形である点で異なっている。整合素子７が円形であっても、閉鎖領域１０の短手方向の垂直二等分線を通り、各給電端子５の一部と重複していれば、実施の形態１，２と同様の効果が得られる。つまり、整合素子７の形状は、長方形だけに限定されない。
【００６６】
図１０は、本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器の他の構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１３は、図６の導波管・ＭＳＬ変換器１１０と比較すれば、整合素子７がＶ字型からなり、スロット１２の励振方向Ｄｒが、開口部２１の短手方向と直交している点で異なる。
【００６７】
実施の形態１及び２では、スロット１２の励振方向Ｄｒが、開口部２１の短手方向と直交していれば、整合素子７の励振方向Ｄｓとも直交することになる。このため、スロット１２を励振することができず、スロット１２は放射素子として機能しない。これに対し、図１０の導波管・ＭＳＬ変換器１１３では、整合素子７をＶ字形状にすることにより、スロット１２の励振方向Ｄｒが、開口部２１の短手方向と直交していても、スロット１２は放射素子として機能する。
【００６８】
Ｖ字を構成する整合素子７のうち、スロット１２が重複している部分に注目すれば、開口部２１の短手方向に対し傾斜する方向に延びる形状からなる。このため、整合素子７の励振方向Ｄｓを開口部２１の短手方向に対し傾斜させることができる。このため、スロット１２の励振方向Ｄｒが開口部２１の短手方向と直交しても、スロット１２及び整合素子７の励振方向Ｄｒ，Ｄｓは互いに直交せず、整合素子７を介して、スロット１２を励振し、放射素子として機能させることができる。つまり、必要に応じて整合素子７の延伸方向を傾ければ、スロット１２の励振方向Ｄｒを任意に決定することができる。従って、スロット１２による放射波の偏波面を任意に決定することができる。
【００６９】
図１１は、本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器の他の構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１４は、図６の導波管・ＭＳＬ変換器１１０と比較すれば、４つのスロット１２が形成されている点で異なる。
【００７０】
図６では、給電線路３１の側辺ごとに整列させた２つの素子列に対応して、１つのスロットがそれぞれ設けられていた。これに対し、導波管・ＭＳＬ変換器１１４では、１つの素子列に対し、２つのスロット１２が形成されている。このようにして、１つの素子列に対し、２以上のスロットを形成することにより、平面アンテナの指向特性及びアンテナ利得を更に向上させることができる。
【００７１】
図１２は、本発明の実施の形態３による導波管・ＭＳＬ変換器の他の構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１５は、図６の導波管・ＭＳＬ変換器１１０と比較すれば、１つのスロット１２のみが形成されている点で異なる。
【００７２】
図６及び図９〜１１では、２つ又は４つのスロット１２が形成された導波管・ＭＳＬ変換器の例を示したが、本発明は、２以上のスロット１２が形成された導波管・ＭＳＬ変換器のみには限定されない。すなわち、導波管・ＭＳＬ変換器に１つのスロット１２を形成してもよい。例えば、放射素子３２が給電線路３１の一方の側辺のみに沿って形成されている場合には、これらの放射列と整列させるように、１つのスロット１２を形成すればよい。つまり、スロット１２の数は、必要に応じて、１又は２以上の任意の値に決定することができる。
【００７３】
また、図２、図６及び図１０では、スロット１２の一部を整合素子７と重複させているのに対し、図９、図１１及び図１２では、スロット１２を整合素子７と重複させていない。スロット１２及び整合素子７を互いに重複させれば、スロット１２の励振効率を向上させ、良好な放射特性を得ることができる。このため、両者を重複させることが望ましいが、重複させない場合であっても、スロット１２を放射素子として機能させることはできる。
【００７４】
実施の形態４．
上記実施の形態では、アンテナパターンが、給電線路３１及び放射素子３２からなるコムラインアンテナの例について説明した。これに対し、本実施の形態では、アンテナパターンが複数のクランク形状からなるクランクアンテナの場合について説明する。なお、本実施の形態では、上記実施の形態との相違点について説明し、同一の構成部分については、重複する説明を省略する。
【００７５】
図１３は、本発明の実施の形態４による導波管・ＭＳＬ変換器の一構成例を示した平面図である。この導波管・ＭＳＬ変換器１１６は、図１０の導波管・ＭＳＬ変換器１１３と同様、スロット１２の励振方向Ｄｒが開口部２１の短手方向と直交しているが、整合素子７はＶ字形状ではなく、台形形状からなる点で異なる。
【００７６】
スロット１２の励振方向Ｄｒは、図１０の場合と同様、開口部２１の短手方向と直交している。このため、整合素子７が、図６に示したような長方形であれば、整合素子７及びスロット１２の励振方向Ｄｓ，Ｄｒが直交し、スロット１２を励振することができない。しかしながら、整合素子７を台形とし、その斜辺と重複するようにスロット１２を形成すれば、スロット１２を励振することができる。
【００７７】
図１３の整合素子７は、台形形状からなり、開口部２１の短辺と対向する斜辺が、開口部２１の短手方向に対し傾斜している。この様な形状からなる場合、整合素子７の中央部における励振方向Ｄｓ１は開口部２１の短手方向となるが、台形の傾斜に沿った励振方向Ｄｓ２は開口部２１の短手方向に対し傾斜させた方向となる。つまり、整合素子７の励振方向Ｄｓ２は、スロット１２の励振方向Ｄｒと直交していない。このため、整合素子７の斜辺を横切るようにスロット１２を形成すれば、整合素子７によりスロット１２を励振することができる。
【００７８】
図１４は、本発明の実施の形態４による平面アンテナの一構成例を示した平面図である。この平面アンテナ２１１は、図１３の導波管・ＭＳＬ変換器１１６と、当該変換器１１６に接続された一対のアンテナパターン３１ａ，３１ｂとを備えた誘電体基板１からなり、当該誘電体基板１の上面が図１４に示されている。
【００７９】
アンテナパターン３１ａ，３１ｂは、クランク状に屈曲させた複数のクランク形状を配列させることにより、一方向に向かって延びる形状、つまり、矩形波のような形状からなるＭＳＬであり、その一端が導波管・ＭＳＬ変換器１１６の給電端子５に接続され、開口部２１の短手方向と平行に延びる。
【００８０】
各アンテナパターン３１ａ，３１ｂは、変換器１１６を挟んで、互いに反対方向へ延びるように配置されている。つまり、平面アンテナ２１１は、２つのアンテナパターン３１ａ，３１ｂが給電点を挟んで配置された中央給電型のアンテナである。
【００８１】
ここでは、アンテナパターン３１ａ，３１ｂは、略同一の形状からなり、他方を１８０°回転させた状態で配置されている。このため、アンテナパターン３０ａ，３０ｂは、略同一の放射特性を有している。なお、アンテナパターン３１ａ，３１ｂは、給電点を挟んで互いに逆方向に延び、それぞれの励振方向Ｄｔが一致していれば、その形状が略同一でなくてもよい。
【００８２】
アンテナパターン３１ａ，３１ｂの励振方向Ｄｔは、開口部２１の短手方向に直交するため、導波管・ＭＳＬ変換器１１６を用いて、スロット１２の励振方向Ｄｒを開口部２１の短手方向に直交させれば、スロット１２及びアンテナパターン３１ａ，３１ｂの励振方向Ｄｒ，Ｄｔを一致させ、スロット１２及びアンテナパターン３１ａ，３１ｂからの放射波の偏波面を揃えることができる。
【００８３】
図１５は、図１４の平面アンテナ２１１の指向特性を示した図である。横軸には、指向方向が誘電体基板１の正面方向に対する角度として示され、縦軸には、正面方向の利得に対する相対利得が示されている。図中の指向特性Ｄ１は、本実施の形態による平面アンテナ２１１の特性であり、指向特性Ｄ２は、スロット１２を有しない同一の平面アンテナの特性である。
【００８４】
指向特性Ｄ１を求めるためのシミュレーション条件について、図６及び図１３を参照して説明する。誘電体基板１は、厚さ０．１２４ｍｍ、比誘電率２．２２の誘電体からなり、その両面に厚さ１８μｍの銅箔を貼り合わせた。また、この銅箔をエッチングし、給電端子５、整合素子７、スロット１２が形成されている。
【００８５】
給電端子５は、その幅Ｌ１が０．３ｍｍ、閉鎖領域１０への挿入長Ｌ２が０．４６５ｍｍとなっている。整合素子７は、台形の高さＬ３が０．９５ｍｍ、上底Ｌ４１が１．３５ｍｍ、下底Ｌ４２が２．２４ｍｍとなっている。また、スロット１２は、その長さＬ５が１．０ｍｍ、幅Ｌ６が０．１ｍｍ、ピッチＬ７が１．６ｍｍとなり、その長手方向が、アンテナパターン３１ａ，３１ｂの延伸方向と平行となるように形成されている。
【００８６】
また、平行偏波を放射するアンテナパターン３１ａ，３１ｂのクランク状の構造は、長さＬ８が０．８ｍｍ、Ｌ９が１．０ｍｍからなり、ピッチＬ１０が１．６ｍｍとなるように配列されている。アンテナ終端部は、反射のない５０Ω終端器相当のポートになっている。なお、Ｌ１〜Ｌ３及びＬ５〜Ｌ７は、図６の場合と同様であるので、図１３では省略している。
【００８７】
指向特性Ｄ１，Ｄ２を比較すれば、本実施の形態による平面アンテナ２１１は、従来の平面アンテナに比べて、サイドローブのレベルが３．７ｄＢ低下しており、良好な指向特性が得られることがわかる。
【００８８】
本実施の形態による導波管・ＭＳＬ変換器１１６は、開口部２１の短辺に対向する辺が斜辺となるように整合素子７を台形形状とし、上記斜辺を横切るようにスロット１２が形成されている。このため、励振方向Ｄｒが開口部２１の短手方向と直交するスロット１２を形成し、開口部２１の短手方向と直交する偏波面を有する電波を放射させることができる。
【００８９】
また、本実施の形態による平面アンテナ２１１は、導波管・ＭＳＬ変換器１１６を挟んで一対のアンテナパターン３１ａ，３１ｂが形成された中央給電型のアレーアンテナにおいて、導波管・ＭＳＬ変換器１１６にスロット１２が形成されている。この様な構成により、放射素子３２の素子列の途中に導波管・ＭＳＬ変換器１１６を配置することによって、放射素子３２の抜けが生じ、アンテナ全体の励振分布が崩れるのを防止することができる。その結果、サイドローブレベルを低下させ、良好な指向特性の平面アンテナを実現することができる。また、また、放射素子３２の数を増大させることにより、誘電体基板１の面積を増大させることなく、アンテナ開口面積を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１ 誘電体基板
２ 導波管
３ 短絡板
５ 給電端子
６ 接地板
７ 整合素子
８ スルーホール
１０ 閉鎖領域
１２ スロット
２１ 開口部
３０，３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ アンテナパターン
３１ 給電線路
３２ 放射素子
１００〜１１６ 導波管・ＭＳＬ変換器
２００〜２１１ 平面アンテナ
Ｄｒ，Ｄｓ，Ｄｓ１，Ｄｓ２，Ｄｔ 励振方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管の開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、
上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、
上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、
一端が上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路からなる給電端子と、
上記誘電体基板の第二面に形成され、上記給電端子に接続されたアンテナパターンとを備え、
上記短絡板に放射用のスロットが形成されていることを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
２以上の上記給電端子と、一対の上記アンテナパターンとを備え、
一対の上記アンテナパターンは、一端が上記給電端子にそれぞれ接続され、上記整合素子を挟んで逆方向に延びる形状からなることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項３】
上記アンテナパターンが２以上の放射素子からなり、
上記スロット及び上記放射素子の励振方向を一致させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の平面アンテナ。
【請求項４】
上記アンテナパターンが２以上の放射素子からなり、
上記スロット及び上記放射素子を同位相で励振することを特徴とする請求項１又は２に記載の平面アンテナ。
【請求項５】
上記スロット及び上記放射素子を共通の直線を通るように整列配置させたことを特徴とする請求項３又は４に記載の平面アンテナ。
【請求項６】
上記アンテナパターンは、上記給電端子に接続され、上記開口部の短手方向と平行に延びる直線状の給電線路と、当該給電線路に対し傾斜させて配置された複数の放射素子とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の平面アンテナ。
【請求項７】
上記アンテナパターンは、２以上のクランク形状を配列させることにより、上記開口部の短手方向と平行に延びる形状からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の平面アンテナ。
【請求項８】
導波管の開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、
上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、
上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、
上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路とを備え、
上記短絡板に放射用のスロットが形成されていることを特徴とする導波管・ＭＳＬ変換器。
【請求項９】
上記整合素子は、上記開口部の短辺と対向し、上記開口部の短手方向に対し傾斜させた斜辺を有し、
上記スロットは、上記斜辺を横切るように形成され、上記開口部の短手方向と平行に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の導波管・ＭＳＬ変換器。
【請求項１】
導波管の開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、
上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、
上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、
一端が上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路からなる給電端子と、
上記誘電体基板の第二面に形成され、上記給電端子に接続されたアンテナパターンとを備え、
上記短絡板に放射用のスロットが形成されていることを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
２以上の上記給電端子と、一対の上記アンテナパターンとを備え、
一対の上記アンテナパターンは、一端が上記給電端子にそれぞれ接続され、上記整合素子を挟んで逆方向に延びる形状からなることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項３】
上記アンテナパターンが２以上の放射素子からなり、
上記スロット及び上記放射素子の励振方向を一致させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の平面アンテナ。
【請求項４】
上記アンテナパターンが２以上の放射素子からなり、
上記スロット及び上記放射素子を同位相で励振することを特徴とする請求項１又は２に記載の平面アンテナ。
【請求項５】
上記スロット及び上記放射素子を共通の直線を通るように整列配置させたことを特徴とする請求項３又は４に記載の平面アンテナ。
【請求項６】
上記アンテナパターンは、上記給電端子に接続され、上記開口部の短手方向と平行に延びる直線状の給電線路と、当該給電線路に対し傾斜させて配置された複数の放射素子とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の平面アンテナ。
【請求項７】
上記アンテナパターンは、２以上のクランク形状を配列させることにより、上記開口部の短手方向と平行に延びる形状からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の平面アンテナ。
【請求項８】
導波管の開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、
上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、
上記誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、
上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子と電磁的に結合する平面線路とを備え、
上記短絡板に放射用のスロットが形成されていることを特徴とする導波管・ＭＳＬ変換器。
【請求項９】
上記整合素子は、上記開口部の短辺と対向し、上記開口部の短手方向に対し傾斜させた斜辺を有し、
上記スロットは、上記斜辺を横切るように形成され、上記開口部の短手方向と平行に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の導波管・ＭＳＬ変換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−２３９２５８（Ｐ２０１１−２３９２５８Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９９７８（Ｐ２０１０−１０９９７８）
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００２２９７３７）日本ピラー工業株式会社 (337)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００２２９７３７）日本ピラー工業株式会社 (337)
【Ｆターム（参考）】
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