平面アンテナ
【課題】導波管による給電構造を有し、生産性が良く、良好な特性を容易に得ることが可能な平面アンテナを提供する。
【解決手段】平板形状を有し電磁波を放射するための放射面が形成された平面アンテナ本体２と、平面アンテナ本体に対して給電するためのアンテナ給電構造部６とを備える。更に、導電性の内壁面を有する導波管構造部４の一部が形成された導波路部材３と、導波管構造部の一部と組合せて導波管構造を形成するための給電プレート１０とを備えた伝送路構造を有する。伝送路を構成する導波管構造の構成と、アンテナ給電構造部に対する導波管構造の位置合せとを、導波路部材と給電プレートを組合わせることにより同時に行なうことができるので、導波管構造をアンテナ給電構造部に対して高精度かつ容易に整合させることができる。
【解決手段】平板形状を有し電磁波を放射するための放射面が形成された平面アンテナ本体２と、平面アンテナ本体に対して給電するためのアンテナ給電構造部６とを備える。更に、導電性の内壁面を有する導波管構造部４の一部が形成された導波路部材３と、導波管構造部の一部と組合せて導波管構造を形成するための給電プレート１０とを備えた伝送路構造を有する。伝送路を構成する導波管構造の構成と、アンテナ給電構造部に対する導波管構造の位置合せとを、導波路部材と給電プレートを組合わせることにより同時に行なうことができるので、導波管構造をアンテナ給電構造部に対して高精度かつ容易に整合させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板面に電磁波の放射面が構成された平面アンテナに関し、特に、導波管を用いた給電構造を有する平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波やミリ波領域を使用した無線通信システムにおいて、平面アンテナは短波長無線システムの入出力装置として好適であり、例えば、無線ＬＡＮや自動車における衝突防止用レーダのような分野での応用が期待されている。
【０００３】
平面アンテナでは、アンテナ本体を構成する基板の一方の面に電磁波の放射面が形成され、その放射面による電磁波の送受信がアンテナ給電口を介して行われる。例えば、放射電磁波の中心ビームを放射面に対して円錐方向に放射させる場合には、アンテナ給電口は、放射面の裏面における平面アンテナの中心に配置される。平面アンテナを駆動するためには、給電伝送路によりアンテナ給電口まで電磁波を伝送する構成が必要である。
【０００４】
短波長電磁波の給電伝送路としては、導波管構造が好適である。導波管は密閉構造のため、伝送損失は導体壁の導電率と導波管内媒質の誘電体損でほぼ決まることから、伝送損失の小さい伝送路として使われる。導波管はまた、開放型伝送路であるマイクロストリップラインに比べると放射損がなく、また導体損が少ない分、有利であり、周波数の高いミリ波領域では特性に大きな違いがでる。このように、ミリ波用アンテナとして効率良いアンテナを設計するには、導波管を伝送路とした平面アンテナが有望である。
【０００５】
給電伝送路だけではなく、アンテナ自身も導波管給電の構成を取り入れることで、全体のアンテナ効率を高くすることができる。導波管は空気媒質の場合はほぼ損失が無いが、平面アンテナを導波管構成とする場合には、構造体として形成させるため有機樹脂材料を用い媒質とする。また、給電伝送路としての導波管構造においても、有機樹脂材料を使用することも可能である。
【０００６】
一方、例えば導波管給電用に一般に標準化された導波管（例えば、６０ＧＨｚ帯ではＷＲ−１５等）と、平面アンテナのアンテナ給電口をいかに整合させて接続するかが問題である。互いに整合させた状態で接続するための様々な工夫がなされているが、例えば、Ｅベンド部を形成して整合させることが考えられる。すなわち、Ｅベンド部の一端部をアンテナ給電口と接続し、他端を標準化された導波管インターフェイスと接続した構造を採用する。
【０００７】
Ｅベンド部は導波管の一種であり、従来の導波管の製造方法によれば、アルミや黄銅等の金属をロウ付け加工して密閉構造とすることにより、Ｅベンド部を形成する。またアンテナ給電部に整合のためのパターンを必要とするため、給電パターンを設けた導体板を導波管の一部に設ける必要がある。そのような給電パターンは、波長に対して精度良い配置とパターン寸法が要求されることから、導波管とは別工程で作成したものを後工程で繋ぐため、ロウ付けが必須であった。
【０００８】
しかし、ロウ付けにより安定して導波管の寸法精度を確保することは困難であり、歩留まりが悪い。従って、精度の良いものを得るためには、複数個の導波管を作製して、その中から精度を満たすものを選択するようにしていた。その結果、生産性が悪く、製造コストも高くなるため、導波管を使用して安価なアンテナを提供することは困難であった。
【０００９】
そこで、ロウ付けが不要な構成について検討すると、導波管の作成に必ずしもロウ付けは必要ではなく、その形態と位置ずれを保証できれば、電気的には適切な機能が得られることがわかる。つまりロウ付けしなくても、構造上、安定した構成が取れるならば導波管回路は作成できることから、ロウ付け無しで接触させるだけで密閉構造とした導波管路を形成可能である。
【００１０】
例えば特許文献１には、平面アンテナ本体が、放射導波管を有する底部と、放射スロットが形成された蓋部とからなる構成が開示されている。底部と蓋部を組合わせることにより、放射導波管により伝送された電磁波が放射スロットから放射される。更に、底部の端部には、放射導波管の端部に接続されるように溝部が設けられ、その溝部が蓋部で遮蔽されることにより密閉構造の給電導波管が形成されている。この給電導波管は、導波管の３方の壁を例えば切削加工で溝部として形成し、残る一面を蓋部の導体平面で覆って導波管として機能させたものであり、ロウ付け無しで作製することができる。この方法は、導波管機能を達成した状態を安価に作れるための方法として良い方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３５７９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
生産性と高精度を達成させるため低誘電体損失樹脂を用いた成形により平面アンテナを作成する場合、樹脂のたわみや反りの影響で必ずしも平坦な導電膜が得られるとは限らないため、蓋部の導体平面が十分に平坦ではないような場合には、導波管としての機能が確保できなくなる。すなわち、蓋部の導体平面が、導波管の一側面を形成するための要件が満たされるためには、特に、蓋部の導体平面が、導波管の導体三側面を形成する溝部を遮蔽するとき、隙間無く接触していることが重要である。
【００１３】
また、アンテナの放射面に対する十分な給電機能を得るためには、伝送路を構成する導波管とアンテナ給電口との整合が重要であり、そのためには、アンテナとの相対的な位置関係を安定させる必要がある。
【００１４】
従って本発明は、上記の課題を解決して、導波管による給電構造を有し、生産性が良く、良好な特性を容易に得ることが可能な平面アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の平面アンテナは、平板形状を有し電磁波を放射するための放射面が形成された平面アンテナ本体と、前記平面アンテナ本体に対して給電するためのアンテナ給電構造部とを備えた平面アンテナであって、導電性の内壁面を有する導波管構造部の一部が形成された導波路部材と、前記導波管構造部の一部と組合せて導波管構造を形成するための給電プレートとを備えた伝送路構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、伝送路を構成する導波管構造の構成と、アンテナ給電構造部に対する導波管構造の位置合せとを、導波路部材と給電プレートを組合わせることにより同時に行なうことができる。従って、導波管構造はアンテナ給電構造部に対して高精度かつ容易に整合させることができるので、生産性が良く、良好な特性を容易に得ることが可能な平面アンテナを実現できる。また、構成部品点数が少ないので、安価に製造することが可能である。
【００１７】
さらに、導波管構造部は切削加工あるいは成形により作製することができるので、ロウ付けにより空洞を形成する場合に比べて、簡単に短時間で加工可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態における平面アンテナの構造を示す平面図
【図１Ｂ】同平面アンテナの構造を一部断面で示す正面図
【図２】同平面アンテナの一部を拡大して示す断面図
【図３】同平面アンテナを構成する平面アンテナ本体を示す斜視図
【図４】同平面アンテナを構成する平面アンテナ本体の断面図
【図５】同平面アンテナの実施例の指向性特性を示す図
【図６】同平面アンテナを構成する導電ベース部及び給電プレートを示す斜視図
【図７】同平面アンテナの構造を電磁波の伝播路として説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の平面アンテナは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。
【００２０】
すなわち、前記給電プレートは、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する伝送路としての平面アンテナ給電口を有する構成とすることができる。
【００２１】
また、前記給電プレートは、前記アンテナ給電構造部の少なくとも一部を構成する結合回路パターンとして形成された給電パターンを有し、平面アンテナを駆動する構成とすることができる。
【００２２】
また、前記給電プレートは、その厚さが表皮効果相当厚さ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。厚くなると、波長に対して厚さが無視できなくなり、設計において厚さを考慮する必要があるからである。
【００２３】
また、前記導波路部材は少なくとも表面が導電性を有する導電ベース部により形成され、前記導電ベース部はその上面に凹部を有して、当該凹部に前記平面アンテナ本体が前記放射面を開放させて装着され、前記導波管構造部は、前記導電ベース部における前記凹部の底面から更に窪ませて形成され、前記平面アンテナ本体における前記放射面の裏面である給電面の側に、前記アンテナ給電構造部の少なくとも一部を構成してアンテナ給電する平面アンテナ給電口を有し、前記導電ベース部と前記給電プレートを一体とした構成とすることができる。
【００２４】
また、前記導電ベース部は、樹脂材料からなる成形体に導電膜の被膜を有する構造とすることができる。
【００２５】
また、前記平面アンテナ本体の前記放射面は、電磁波入出力スロットパターンが形成され、前記電磁波入出力スロットパターンを除き導電層で覆われており、前記給電面には前記導電層が設けられず、前記給電プレートに、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する平面アンテナ給電口が設けられた構成とすることができる。
【００２６】
また、前記導電ベース部における前記導波管構造部の周囲領域には、給電プレート嵌合段差部が形成され、前記給電プレートは前記給電プレート嵌合段差部に嵌め込まれており、前記給電プレート嵌合段差部の周囲の前記導電ベース部面と前記給電プレートの上面とは、前記平面アンテナ本体に対して同一平面を形成して接している構成とすることができる。
【００２７】
また、前記給電プレートの伝送路としての、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する平面アンテナ給電口は円形である構成とすることができる。
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施の形態）
図１Ａは、本発明の一実施の形態における平面アンテナ１の平面図を示す。この平面アンテナ１の正面断面図を図１Ｂに示す。平面アンテナ１は、円盤状の平面アンテナ本体２が、導電ベース部３に形成された円盤状の凹部３ａ内に装着された構造を有する。なお、図１Ｂにおいて、平面アンテナ本体２は、図示の便宜上、外形線のみが示され、断面の構造は示されていない。
【００３０】
導電ベース部３の凹部３ａの底面部には、底面を更に窪ませた溝状の導波管溝部４ａが形成され、Ｅベンド導波管部４の一部を構成している。これにより、導電ベース部３は導波路部材として機能する。導電ベース部３は、例えば金属基板により形成されて、その金属基板を切削して導波管溝部４ａを設けた構造とすることができる。あるいは、平板状の樹脂基板に凹部３ａ及び導波管溝部４ａを設けた構造を樹脂成形した後に、導体メッキ等により樹脂表面を導電体で覆った構造としてもよい。
【００３１】
導波管溝部４ａは、導波管の一面が除去されて開放面となった形状を有し、平面アンテナ本体２の円盤形状の中心から周縁に向かって径方向に延在している。導波管溝部４ａの開放された上部は、導電性を有する給電プレート１０により封鎖されている。従ってＥベンド導波管部４の密閉された導波管構造が、導波管溝部４ａと給電プレート１０の組合せにより形成される。なお、導波管溝部４ａは、導波管構造部の一部を形成する形態であればよく、本実施の形態のように矩形断面の３辺ではなく、矩形断面の２辺を形成するものであってもよい。その場合は、残りの２片が給電プレートにより形成される。また、導波管構造部は矩形断面ではなく、円形断面とすることもできる。導波管溝部及び給電プレートは、導波管構造部の形態に基づいて構成される。
【００３２】
平面アンテナ本体２の円盤形状の周縁側における、Ｅベンド導波管部４の端部から少し離れた位置に、導波管給電口５が配置されている。導波管給電口５は、Ｅベンド導波管部４の底面から導電ベース部３の下面へ貫通するように形成されている。また、平面アンテナ本体２の裏面側であって、その円盤形状の中央側おけるＥベンド導波管部４の端部から一定距離を置いて、アンテナ給電構造部６（図１Ａにのみ図示）が配置されている。給電プレート１０には平面アンテナ本体２を駆動するための給電パターン１０ａが設けられて、アンテナ給電構造部６の一部を形成している。なお、図１Ｂの断面図は、図１Ａの導波管給電口５とアンテナ給電構造部６の中心を通る線に沿った断面を示す。
【００３３】
図２は、図１Ｂの断面図における導波管給電口５の近傍を拡大した断面図である。平面アンテナ本体２は、中央部のみが断面で示されている。平面アンテナ本体２は導電ベース部３の凹部３ａに嵌め込まれることにより、その放射面が導電ベース部３の表面と概ね同一平面上に位置する状態に格納されている。導電ベース部３は、平面アンテナ本体２を格納する機能と、Ｅベンド導波管部４を形成して放射電力を給電するための導波路部材としての機能を併せて備える。平面アンテナ本体２と導電ベース部３が一体となり、平面アンテナ１として機能する。
【００３４】
導電ベース部３の下面には、導波管接続部７が結合している。導波管接続部７の下部には、標準仕様導波管８が結合している。導波管接続部７には、標準仕様導波管８の導波管９と連通させて貫通孔７ａが形成されている。導波管接続部７の貫通孔７ａは導電ベース部３の導波管給電口５に対応している。導波管接続部７は、導電ベース部３と同様の材質により作成することができる。
【００３５】
平面アンテナ本体２の外観を、図３に概略斜視図で示す。また、平面アンテナ本体２の断面構造を図４に示す。なお、図３、図４においては、平面アンテナ本体２の構造を判り易く示すために、各部の形状はその大きさが誇張され、かつ一部省略して描かれており、図１Ａ、１Ｂに示された寸法とは対応しない。このような構造のアンテナはＲＬＳＡ(Radial Line Slot Antenna)と呼ばれ、図４に示すように、平面アンテナ本体２の内部は誘電体基板１１で構成され、その表面が導電層１２で被覆された形態を有する。
【００３６】
円盤形状の上面には放射スロツト２ａが、導電層１２を欠如させて誘電体基板１１を露出させたパターンとして設けられ、電磁波を放射するための放射面を形成する。放射面の裏面には、アンテナ給電構造部６の一部を構成する平面アンテナ給電口２ｂが、導電層１２を欠如させたパターンにより形成されている。
【００３７】
図３に示すように、放射スロツト２ａの一対（スロットペア）を一組として、複数組のスロットペアが、円盤の中心部から同心円状に配列されている。この構造においては、中心部から放射状に伝播する導波管モードで電磁波が伝播する。その伝播途中の放射スロット２ａから、電磁波を放射あるいは入射させるように構成されている。放射スロット２ａは伝播波長間隔で設けられており、位相合成により放射面内で同一位相が保たれるように設計される。アンテナとして機能するのは放射面であり、側面は導体層１２で覆われている。
【００３８】
アンテナに給電する方法として、平面アンテナではその接続性の良さからマイクロストリツプラインを用いることも多いが、線路が開放型であり、導体損失に加え意図しない放射による損失も多い。特に、それらの損失はより高周波になるにつれ顕著となる。従って、ミリ波領域では導波管給電が、放射損失の点で有利である。そのため、本実施の形態の平面アンテナ１は、導波管モードで伝播して放射スロット２ａを励振するスロットアンテナとして構成される。なお、本質的にアンテナは送受通信に用いられる双方向デバイスであるため、以降の説明では送信の場合について述べるが、受信の場合も同様に機能する。
【００３９】
ＲＬＳＡアンテナでは放射させる電磁波を、放射面と対向する裏面に設けたアンテナ給電構造部６から給電する。図２に示したように、本実施の形態においてアンテナ給電構造部６は、給電プレートの給電パターン１０ａと、平面アンテナ本体２の平面アンテナ給電口２ｂにより構成される。給電パターン１０ａは、給電に必要な機能的な構造、すなわち、給電部において共振するスロツトアンテナを設けた構造、あるいはインピーダンス整合するための構造を有する。平面アンテナ給電口２ｂは、単なる給電窓口として設けられ、共振や整合部を持たない、例えば円形窓として形成される。図１Ａに示したアンテナ給電構造部６は、給電構造を示さずに給電口位置として、平面アンテナ給電口２ｂに対応する形状のみが示されている。
【００４０】
なお、給電プレート１０の伝送路としての平面アンテナ給電口を、給電パターン１０ａに代えて、円形の窓としても良い。この場合給電パターンは、平面アンテナ本体２に設けられる。
【００４１】
給電プレート１０を使用することで、平面アンテナ本体２の反り等による導電ベース部３との接触不具合に起因する、Ｅベンド部４構成上の問題を解消することができる。
【００４２】
アンテナ給電構造部６は、放射スロット２ａの同心円状の配列中心（アンテナ中心Ｃ；図２）に対応させて配置される。平面アンテナ給電口２ｂの給電窓口は、スロット形状あるいは導電部材で覆われない開口部として設けられる。給電プレート１０の給電パターン１０ａの位置が放射面中心位置からずれると、放射ビームを放射面に対して垂直方向に形成することができない。従って、中心ビームを放射面に対して垂直に形成するためには、給電パターン１０ａを、平面アンテナ本体２を構成する円盤の中心に位置させる必要がある。
【００４３】
また、アンテナ給電構造部６を介して放射スロット２ａに給電するためには、アンテナ外部からアンテナ給電構造部６までの伝送路が必要である。伝送路は、標準化された標準仕様導波管８と接続されて平面アンテナ本体２を駆動する機能を有する。
【００４４】
ここで、上述の平面アンテナ１の一実施例の放射指向性を図５に示す。この平面アンテナは、６０ｍｍ径で５９ＧＨｚで動作し、２８ｄＢｉの指向性利得を得ている。サイドビームも小さく設計どおりの特性が実現できる。平面アンテナ１は円偏波アンテナである。このアンテナを効率よく駆動するためには、伝送路の損失を少なくしなければならないが、ミリ波のように高い周波数領域では一般に損失が少ない伝送路として導波管、例えばＷＲ−１５導波管が用いられる。
【００４５】
平面アンテナ本体２に放射電磁波を供給する伝送路としては、一般的な導波管を使用するが、アンテナ給電構造部６への給電は、アンテナとの整合を採るために、Ｅベンド導波管と称する導波管を用いて、平面アンテナ本体２の中心部に放射電磁波を導くことにより行われる。Ｅベンド導波管は導体で覆われた構造を有し、内部は空気等の誘電体で満たされている。本実施の形態では、Ｅベンド導波管は、Ｅベンド導波管部４として設けられている。
【００４６】
Ｅベンド導波管部４とその端部に配置された標準仕様導波管８とは、両者を接続する導波管給電口５に接するように設けられるが、導波管９の幅と導波管給電口５の幅とは必ずしも一致しない。また、導波管給電口５は、Ｅベンド導波管部４の周縁側端面４ｂから一定距離ｄ１だけ離れた位置に設けられる。Ｅベンド導波管部４の給電パターン１０ａも、中心側端面４ｃから一定距離ｄ２だけ離れたＥベンド導波管部４の中間に設けられる。これらの配置により平面アンテナ本体２への給電整合状態は異なってくる。最適に整合できるようにその配置位置は設定される。
【００４７】
図６は、導電ベース部３に給電プレート１０が実装された状態を示す斜視図である。導波管溝部４ａの周縁領域の凹部３ａの底面には、図２に断面形状を示すように、給電プレート嵌合段差部３ｂが形成されている。給電プレート１０は給電プレート嵌合段差部３ｂに嵌め込まれることにより、導波管溝部４ａに対して位置決めされ、このとき、凹部３ａの底面と給電プレート１０の上面とは互いに平坦になる。それにより、Ｅベンド導波管部４の密閉された導波管構造が形成されるとともに、給電プレート１０に設けられた給電パターン１０ａを平面アンテナ本体２に対して容易に位置決めすることが可能になる。給電プレート１０の上面に平面アンテナ本体２が設置される。
【００４８】
以上のように、平面アンテナ本体２を導電ベース部３に収納した状態で、導電ベース部３に設けられたＥベンド導波管部４を介して放射電磁波が給電される。平面アンテナ給電口２ｂと放射スロット２ａを除く平面アンテナ本体２の表面と導電ベース部３は共に、導体層に覆われている。これにより、導電ベース部３から平面アンテナ本体２に給電するためのシールドが確保される。
【００４９】
ただし、平面アンテナ本体２の導電ベース部３に接する面は、必ずしも導電層１２を設ける必要はない。本発明においては、Ｅベンド部４の平面アンテナ本体２に接する部分、すなわち給電プレート１０に、給電機能を有する給電パターン１０ａが設けられている。従って、給電プレート１０から直接平面アンテナ本体２に給電するため、平面アンテナ本体２の給電面側には導電層１２を必要とはしない。勿論、図２に示したように、平面アンテナ本体２の給電面に対して、平面アンテナ給電口２ｂを有する状態で導電層１２を設けた構造とすることもできる。
【００５０】
また、誘電体として樹脂を用いて平面アンテナ本体２を構成する場合には、給電プレート１０に対応する領域は、上述のように導電層１２を設けない構成とすることができる。その場合、給電プレート１０に接触する導体はなくなるため、異種金属接触による電蝕を避けることができる。
【００５１】
平面アンテナ本体２の反りは、導電ベース部３と平面アンテナ本体２との間に隙間を生じさせるため、給電の際に障害を与えることがある。平面アンテナ本体２の裏面に導電層が付設されていると、導電ベース部３との間に隙間が発生してこの隙間幅が１／４波長以上の場合に、スリット回路を構成するため、意図しない回路による影響を無視できない場合がある。
【００５２】
上述のとおり、導電ベース部３は金属を切削して作成、あるいは樹脂成形した後に導体メッキ等により表面を導電体で覆って作成することができるが、その際に平面アンテナ本体２に接する面は平滑にしなければならない。但し、平面アンテナ本体２の導電ベース部３に接する面が導電性を有しない場合は、平面アンテナ本体２の導電ベース部３に接触する面の誘電体表面は必ずしも平滑である必要はない。
【００５３】
なお、導電ベース部３に平面アンテナ本体２を格納するための凹部３ａは、平面アンテナ本体２の側面が略接触する程度に調整されており、その隙間がアンテナ中心と給電中心の位置関係を決める。一方、導電ベース部３に、意図的に平面アンテナ本体２を可動とする隙間を持たせ、給電パターン１０ａをアンテナ中心から意図する量だけずらして設置することも可能である。アンテナ中心に対して給電口位置をずらすことで平面アンテナの指向性を意図的に操作することができる。これは平面アンテナ給電口が平面アンテナ本体２ではなく導電べース部３に設けられている場合に有効である。
【００５４】
図７は、電磁界解析ソフトでアンテナ駆動を最適化するように設定するためのモデルを示す。アンテナ給電構造部６としては、平面アンテナ本体２を駆動するためスロツト部が形成されるが、各部寸法の最適条件を求めることで、導波管９から平面アンテナに、放射電力を損失無く供給することが可能になる。
【００５５】
以上説明したように、平面アンテナ本体２への伝送路を構成するＥベンド導波管部４は、導波管の一面を除去して開放面とした形状の導波管溝部４ａを用いて構成される。開放された導波管溝部４ａの上面は導体で遮蔽する必要があるが、本実施の形態によれば、給電プレート１０を用いて良好な状態で遮蔽することが可能である。
【００５６】
導波管溝部４ａの作成には、導電ベース部３を金属により形成する場合であれば、導電ベース部３の上面部の切削加工を用いることができる。切削加工は、空洞を作るより簡単に短時間で加工可能である。また、切削によらず成形で加工することも可能である。導電ベース部３を成形する際に導波管溝部４ａを形成し、成形品の表面に導電性が無ければ、メタライズして切削と同様な構造を得ることができる。このような成形方法で作成すれば、切削より更に安価に製造することが可能である。
【００５７】
以上の通り、本実施の形態によれば、製造方法が簡便で、しかも特性的に安定した平面アンテナを提供することが可能である。
【００５８】
なお、以上の説明では、ミリ波のように周波数の高い領域で機能するアンテナを例として説明したが、本発明は、導波管による給電方法を用いる他の機器にも適用可能である。例えば、モジュールとして平面回路に実装する半導体素子を駆動するためのモード変換回路や、平面回路で構成されるフィルタや位相回路などに適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の平面アンテナによれば、生産性が良く、良好な特性を容易に得ることが可能であり、通信分野や民生分野で利用されるミリ波アンテナ等に有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 平面アンテナ
２ 平面アンテナ本体
２ａ 放射スロツト
２ｂ 平面アンテナ給電口
３ 導電ベース部
３ａ 凹部
３ｂ 給電プレート嵌合段差部
４ Ｅベンド導波管部
４ａ 導波管溝部
４ｂ 周縁側端面
４ｃ 中心側端面
５ 導波管給電口
６ アンテナ給電構造部
７ 導波管接続部
８ 標準仕様導波管
９ 導波管
１０ 給電プレート
１０ａ 給電パターン
１１ 誘電体基板
１２ 導電層
Ｃ アンテナ中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板面に電磁波の放射面が構成された平面アンテナに関し、特に、導波管を用いた給電構造を有する平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波やミリ波領域を使用した無線通信システムにおいて、平面アンテナは短波長無線システムの入出力装置として好適であり、例えば、無線ＬＡＮや自動車における衝突防止用レーダのような分野での応用が期待されている。
【０００３】
平面アンテナでは、アンテナ本体を構成する基板の一方の面に電磁波の放射面が形成され、その放射面による電磁波の送受信がアンテナ給電口を介して行われる。例えば、放射電磁波の中心ビームを放射面に対して円錐方向に放射させる場合には、アンテナ給電口は、放射面の裏面における平面アンテナの中心に配置される。平面アンテナを駆動するためには、給電伝送路によりアンテナ給電口まで電磁波を伝送する構成が必要である。
【０００４】
短波長電磁波の給電伝送路としては、導波管構造が好適である。導波管は密閉構造のため、伝送損失は導体壁の導電率と導波管内媒質の誘電体損でほぼ決まることから、伝送損失の小さい伝送路として使われる。導波管はまた、開放型伝送路であるマイクロストリップラインに比べると放射損がなく、また導体損が少ない分、有利であり、周波数の高いミリ波領域では特性に大きな違いがでる。このように、ミリ波用アンテナとして効率良いアンテナを設計するには、導波管を伝送路とした平面アンテナが有望である。
【０００５】
給電伝送路だけではなく、アンテナ自身も導波管給電の構成を取り入れることで、全体のアンテナ効率を高くすることができる。導波管は空気媒質の場合はほぼ損失が無いが、平面アンテナを導波管構成とする場合には、構造体として形成させるため有機樹脂材料を用い媒質とする。また、給電伝送路としての導波管構造においても、有機樹脂材料を使用することも可能である。
【０００６】
一方、例えば導波管給電用に一般に標準化された導波管（例えば、６０ＧＨｚ帯ではＷＲ−１５等）と、平面アンテナのアンテナ給電口をいかに整合させて接続するかが問題である。互いに整合させた状態で接続するための様々な工夫がなされているが、例えば、Ｅベンド部を形成して整合させることが考えられる。すなわち、Ｅベンド部の一端部をアンテナ給電口と接続し、他端を標準化された導波管インターフェイスと接続した構造を採用する。
【０００７】
Ｅベンド部は導波管の一種であり、従来の導波管の製造方法によれば、アルミや黄銅等の金属をロウ付け加工して密閉構造とすることにより、Ｅベンド部を形成する。またアンテナ給電部に整合のためのパターンを必要とするため、給電パターンを設けた導体板を導波管の一部に設ける必要がある。そのような給電パターンは、波長に対して精度良い配置とパターン寸法が要求されることから、導波管とは別工程で作成したものを後工程で繋ぐため、ロウ付けが必須であった。
【０００８】
しかし、ロウ付けにより安定して導波管の寸法精度を確保することは困難であり、歩留まりが悪い。従って、精度の良いものを得るためには、複数個の導波管を作製して、その中から精度を満たすものを選択するようにしていた。その結果、生産性が悪く、製造コストも高くなるため、導波管を使用して安価なアンテナを提供することは困難であった。
【０００９】
そこで、ロウ付けが不要な構成について検討すると、導波管の作成に必ずしもロウ付けは必要ではなく、その形態と位置ずれを保証できれば、電気的には適切な機能が得られることがわかる。つまりロウ付けしなくても、構造上、安定した構成が取れるならば導波管回路は作成できることから、ロウ付け無しで接触させるだけで密閉構造とした導波管路を形成可能である。
【００１０】
例えば特許文献１には、平面アンテナ本体が、放射導波管を有する底部と、放射スロットが形成された蓋部とからなる構成が開示されている。底部と蓋部を組合わせることにより、放射導波管により伝送された電磁波が放射スロットから放射される。更に、底部の端部には、放射導波管の端部に接続されるように溝部が設けられ、その溝部が蓋部で遮蔽されることにより密閉構造の給電導波管が形成されている。この給電導波管は、導波管の３方の壁を例えば切削加工で溝部として形成し、残る一面を蓋部の導体平面で覆って導波管として機能させたものであり、ロウ付け無しで作製することができる。この方法は、導波管機能を達成した状態を安価に作れるための方法として良い方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３５７９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
生産性と高精度を達成させるため低誘電体損失樹脂を用いた成形により平面アンテナを作成する場合、樹脂のたわみや反りの影響で必ずしも平坦な導電膜が得られるとは限らないため、蓋部の導体平面が十分に平坦ではないような場合には、導波管としての機能が確保できなくなる。すなわち、蓋部の導体平面が、導波管の一側面を形成するための要件が満たされるためには、特に、蓋部の導体平面が、導波管の導体三側面を形成する溝部を遮蔽するとき、隙間無く接触していることが重要である。
【００１３】
また、アンテナの放射面に対する十分な給電機能を得るためには、伝送路を構成する導波管とアンテナ給電口との整合が重要であり、そのためには、アンテナとの相対的な位置関係を安定させる必要がある。
【００１４】
従って本発明は、上記の課題を解決して、導波管による給電構造を有し、生産性が良く、良好な特性を容易に得ることが可能な平面アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の平面アンテナは、平板形状を有し電磁波を放射するための放射面が形成された平面アンテナ本体と、前記平面アンテナ本体に対して給電するためのアンテナ給電構造部とを備えた平面アンテナであって、導電性の内壁面を有する導波管構造部の一部が形成された導波路部材と、前記導波管構造部の一部と組合せて導波管構造を形成するための給電プレートとを備えた伝送路構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、伝送路を構成する導波管構造の構成と、アンテナ給電構造部に対する導波管構造の位置合せとを、導波路部材と給電プレートを組合わせることにより同時に行なうことができる。従って、導波管構造はアンテナ給電構造部に対して高精度かつ容易に整合させることができるので、生産性が良く、良好な特性を容易に得ることが可能な平面アンテナを実現できる。また、構成部品点数が少ないので、安価に製造することが可能である。
【００１７】
さらに、導波管構造部は切削加工あるいは成形により作製することができるので、ロウ付けにより空洞を形成する場合に比べて、簡単に短時間で加工可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態における平面アンテナの構造を示す平面図
【図１Ｂ】同平面アンテナの構造を一部断面で示す正面図
【図２】同平面アンテナの一部を拡大して示す断面図
【図３】同平面アンテナを構成する平面アンテナ本体を示す斜視図
【図４】同平面アンテナを構成する平面アンテナ本体の断面図
【図５】同平面アンテナの実施例の指向性特性を示す図
【図６】同平面アンテナを構成する導電ベース部及び給電プレートを示す斜視図
【図７】同平面アンテナの構造を電磁波の伝播路として説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の平面アンテナは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。
【００２０】
すなわち、前記給電プレートは、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する伝送路としての平面アンテナ給電口を有する構成とすることができる。
【００２１】
また、前記給電プレートは、前記アンテナ給電構造部の少なくとも一部を構成する結合回路パターンとして形成された給電パターンを有し、平面アンテナを駆動する構成とすることができる。
【００２２】
また、前記給電プレートは、その厚さが表皮効果相当厚さ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。厚くなると、波長に対して厚さが無視できなくなり、設計において厚さを考慮する必要があるからである。
【００２３】
また、前記導波路部材は少なくとも表面が導電性を有する導電ベース部により形成され、前記導電ベース部はその上面に凹部を有して、当該凹部に前記平面アンテナ本体が前記放射面を開放させて装着され、前記導波管構造部は、前記導電ベース部における前記凹部の底面から更に窪ませて形成され、前記平面アンテナ本体における前記放射面の裏面である給電面の側に、前記アンテナ給電構造部の少なくとも一部を構成してアンテナ給電する平面アンテナ給電口を有し、前記導電ベース部と前記給電プレートを一体とした構成とすることができる。
【００２４】
また、前記導電ベース部は、樹脂材料からなる成形体に導電膜の被膜を有する構造とすることができる。
【００２５】
また、前記平面アンテナ本体の前記放射面は、電磁波入出力スロットパターンが形成され、前記電磁波入出力スロットパターンを除き導電層で覆われており、前記給電面には前記導電層が設けられず、前記給電プレートに、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する平面アンテナ給電口が設けられた構成とすることができる。
【００２６】
また、前記導電ベース部における前記導波管構造部の周囲領域には、給電プレート嵌合段差部が形成され、前記給電プレートは前記給電プレート嵌合段差部に嵌め込まれており、前記給電プレート嵌合段差部の周囲の前記導電ベース部面と前記給電プレートの上面とは、前記平面アンテナ本体に対して同一平面を形成して接している構成とすることができる。
【００２７】
また、前記給電プレートの伝送路としての、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する平面アンテナ給電口は円形である構成とすることができる。
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施の形態）
図１Ａは、本発明の一実施の形態における平面アンテナ１の平面図を示す。この平面アンテナ１の正面断面図を図１Ｂに示す。平面アンテナ１は、円盤状の平面アンテナ本体２が、導電ベース部３に形成された円盤状の凹部３ａ内に装着された構造を有する。なお、図１Ｂにおいて、平面アンテナ本体２は、図示の便宜上、外形線のみが示され、断面の構造は示されていない。
【００３０】
導電ベース部３の凹部３ａの底面部には、底面を更に窪ませた溝状の導波管溝部４ａが形成され、Ｅベンド導波管部４の一部を構成している。これにより、導電ベース部３は導波路部材として機能する。導電ベース部３は、例えば金属基板により形成されて、その金属基板を切削して導波管溝部４ａを設けた構造とすることができる。あるいは、平板状の樹脂基板に凹部３ａ及び導波管溝部４ａを設けた構造を樹脂成形した後に、導体メッキ等により樹脂表面を導電体で覆った構造としてもよい。
【００３１】
導波管溝部４ａは、導波管の一面が除去されて開放面となった形状を有し、平面アンテナ本体２の円盤形状の中心から周縁に向かって径方向に延在している。導波管溝部４ａの開放された上部は、導電性を有する給電プレート１０により封鎖されている。従ってＥベンド導波管部４の密閉された導波管構造が、導波管溝部４ａと給電プレート１０の組合せにより形成される。なお、導波管溝部４ａは、導波管構造部の一部を形成する形態であればよく、本実施の形態のように矩形断面の３辺ではなく、矩形断面の２辺を形成するものであってもよい。その場合は、残りの２片が給電プレートにより形成される。また、導波管構造部は矩形断面ではなく、円形断面とすることもできる。導波管溝部及び給電プレートは、導波管構造部の形態に基づいて構成される。
【００３２】
平面アンテナ本体２の円盤形状の周縁側における、Ｅベンド導波管部４の端部から少し離れた位置に、導波管給電口５が配置されている。導波管給電口５は、Ｅベンド導波管部４の底面から導電ベース部３の下面へ貫通するように形成されている。また、平面アンテナ本体２の裏面側であって、その円盤形状の中央側おけるＥベンド導波管部４の端部から一定距離を置いて、アンテナ給電構造部６（図１Ａにのみ図示）が配置されている。給電プレート１０には平面アンテナ本体２を駆動するための給電パターン１０ａが設けられて、アンテナ給電構造部６の一部を形成している。なお、図１Ｂの断面図は、図１Ａの導波管給電口５とアンテナ給電構造部６の中心を通る線に沿った断面を示す。
【００３３】
図２は、図１Ｂの断面図における導波管給電口５の近傍を拡大した断面図である。平面アンテナ本体２は、中央部のみが断面で示されている。平面アンテナ本体２は導電ベース部３の凹部３ａに嵌め込まれることにより、その放射面が導電ベース部３の表面と概ね同一平面上に位置する状態に格納されている。導電ベース部３は、平面アンテナ本体２を格納する機能と、Ｅベンド導波管部４を形成して放射電力を給電するための導波路部材としての機能を併せて備える。平面アンテナ本体２と導電ベース部３が一体となり、平面アンテナ１として機能する。
【００３４】
導電ベース部３の下面には、導波管接続部７が結合している。導波管接続部７の下部には、標準仕様導波管８が結合している。導波管接続部７には、標準仕様導波管８の導波管９と連通させて貫通孔７ａが形成されている。導波管接続部７の貫通孔７ａは導電ベース部３の導波管給電口５に対応している。導波管接続部７は、導電ベース部３と同様の材質により作成することができる。
【００３５】
平面アンテナ本体２の外観を、図３に概略斜視図で示す。また、平面アンテナ本体２の断面構造を図４に示す。なお、図３、図４においては、平面アンテナ本体２の構造を判り易く示すために、各部の形状はその大きさが誇張され、かつ一部省略して描かれており、図１Ａ、１Ｂに示された寸法とは対応しない。このような構造のアンテナはＲＬＳＡ(Radial Line Slot Antenna)と呼ばれ、図４に示すように、平面アンテナ本体２の内部は誘電体基板１１で構成され、その表面が導電層１２で被覆された形態を有する。
【００３６】
円盤形状の上面には放射スロツト２ａが、導電層１２を欠如させて誘電体基板１１を露出させたパターンとして設けられ、電磁波を放射するための放射面を形成する。放射面の裏面には、アンテナ給電構造部６の一部を構成する平面アンテナ給電口２ｂが、導電層１２を欠如させたパターンにより形成されている。
【００３７】
図３に示すように、放射スロツト２ａの一対（スロットペア）を一組として、複数組のスロットペアが、円盤の中心部から同心円状に配列されている。この構造においては、中心部から放射状に伝播する導波管モードで電磁波が伝播する。その伝播途中の放射スロット２ａから、電磁波を放射あるいは入射させるように構成されている。放射スロット２ａは伝播波長間隔で設けられており、位相合成により放射面内で同一位相が保たれるように設計される。アンテナとして機能するのは放射面であり、側面は導体層１２で覆われている。
【００３８】
アンテナに給電する方法として、平面アンテナではその接続性の良さからマイクロストリツプラインを用いることも多いが、線路が開放型であり、導体損失に加え意図しない放射による損失も多い。特に、それらの損失はより高周波になるにつれ顕著となる。従って、ミリ波領域では導波管給電が、放射損失の点で有利である。そのため、本実施の形態の平面アンテナ１は、導波管モードで伝播して放射スロット２ａを励振するスロットアンテナとして構成される。なお、本質的にアンテナは送受通信に用いられる双方向デバイスであるため、以降の説明では送信の場合について述べるが、受信の場合も同様に機能する。
【００３９】
ＲＬＳＡアンテナでは放射させる電磁波を、放射面と対向する裏面に設けたアンテナ給電構造部６から給電する。図２に示したように、本実施の形態においてアンテナ給電構造部６は、給電プレートの給電パターン１０ａと、平面アンテナ本体２の平面アンテナ給電口２ｂにより構成される。給電パターン１０ａは、給電に必要な機能的な構造、すなわち、給電部において共振するスロツトアンテナを設けた構造、あるいはインピーダンス整合するための構造を有する。平面アンテナ給電口２ｂは、単なる給電窓口として設けられ、共振や整合部を持たない、例えば円形窓として形成される。図１Ａに示したアンテナ給電構造部６は、給電構造を示さずに給電口位置として、平面アンテナ給電口２ｂに対応する形状のみが示されている。
【００４０】
なお、給電プレート１０の伝送路としての平面アンテナ給電口を、給電パターン１０ａに代えて、円形の窓としても良い。この場合給電パターンは、平面アンテナ本体２に設けられる。
【００４１】
給電プレート１０を使用することで、平面アンテナ本体２の反り等による導電ベース部３との接触不具合に起因する、Ｅベンド部４構成上の問題を解消することができる。
【００４２】
アンテナ給電構造部６は、放射スロット２ａの同心円状の配列中心（アンテナ中心Ｃ；図２）に対応させて配置される。平面アンテナ給電口２ｂの給電窓口は、スロット形状あるいは導電部材で覆われない開口部として設けられる。給電プレート１０の給電パターン１０ａの位置が放射面中心位置からずれると、放射ビームを放射面に対して垂直方向に形成することができない。従って、中心ビームを放射面に対して垂直に形成するためには、給電パターン１０ａを、平面アンテナ本体２を構成する円盤の中心に位置させる必要がある。
【００４３】
また、アンテナ給電構造部６を介して放射スロット２ａに給電するためには、アンテナ外部からアンテナ給電構造部６までの伝送路が必要である。伝送路は、標準化された標準仕様導波管８と接続されて平面アンテナ本体２を駆動する機能を有する。
【００４４】
ここで、上述の平面アンテナ１の一実施例の放射指向性を図５に示す。この平面アンテナは、６０ｍｍ径で５９ＧＨｚで動作し、２８ｄＢｉの指向性利得を得ている。サイドビームも小さく設計どおりの特性が実現できる。平面アンテナ１は円偏波アンテナである。このアンテナを効率よく駆動するためには、伝送路の損失を少なくしなければならないが、ミリ波のように高い周波数領域では一般に損失が少ない伝送路として導波管、例えばＷＲ−１５導波管が用いられる。
【００４５】
平面アンテナ本体２に放射電磁波を供給する伝送路としては、一般的な導波管を使用するが、アンテナ給電構造部６への給電は、アンテナとの整合を採るために、Ｅベンド導波管と称する導波管を用いて、平面アンテナ本体２の中心部に放射電磁波を導くことにより行われる。Ｅベンド導波管は導体で覆われた構造を有し、内部は空気等の誘電体で満たされている。本実施の形態では、Ｅベンド導波管は、Ｅベンド導波管部４として設けられている。
【００４６】
Ｅベンド導波管部４とその端部に配置された標準仕様導波管８とは、両者を接続する導波管給電口５に接するように設けられるが、導波管９の幅と導波管給電口５の幅とは必ずしも一致しない。また、導波管給電口５は、Ｅベンド導波管部４の周縁側端面４ｂから一定距離ｄ１だけ離れた位置に設けられる。Ｅベンド導波管部４の給電パターン１０ａも、中心側端面４ｃから一定距離ｄ２だけ離れたＥベンド導波管部４の中間に設けられる。これらの配置により平面アンテナ本体２への給電整合状態は異なってくる。最適に整合できるようにその配置位置は設定される。
【００４７】
図６は、導電ベース部３に給電プレート１０が実装された状態を示す斜視図である。導波管溝部４ａの周縁領域の凹部３ａの底面には、図２に断面形状を示すように、給電プレート嵌合段差部３ｂが形成されている。給電プレート１０は給電プレート嵌合段差部３ｂに嵌め込まれることにより、導波管溝部４ａに対して位置決めされ、このとき、凹部３ａの底面と給電プレート１０の上面とは互いに平坦になる。それにより、Ｅベンド導波管部４の密閉された導波管構造が形成されるとともに、給電プレート１０に設けられた給電パターン１０ａを平面アンテナ本体２に対して容易に位置決めすることが可能になる。給電プレート１０の上面に平面アンテナ本体２が設置される。
【００４８】
以上のように、平面アンテナ本体２を導電ベース部３に収納した状態で、導電ベース部３に設けられたＥベンド導波管部４を介して放射電磁波が給電される。平面アンテナ給電口２ｂと放射スロット２ａを除く平面アンテナ本体２の表面と導電ベース部３は共に、導体層に覆われている。これにより、導電ベース部３から平面アンテナ本体２に給電するためのシールドが確保される。
【００４９】
ただし、平面アンテナ本体２の導電ベース部３に接する面は、必ずしも導電層１２を設ける必要はない。本発明においては、Ｅベンド部４の平面アンテナ本体２に接する部分、すなわち給電プレート１０に、給電機能を有する給電パターン１０ａが設けられている。従って、給電プレート１０から直接平面アンテナ本体２に給電するため、平面アンテナ本体２の給電面側には導電層１２を必要とはしない。勿論、図２に示したように、平面アンテナ本体２の給電面に対して、平面アンテナ給電口２ｂを有する状態で導電層１２を設けた構造とすることもできる。
【００５０】
また、誘電体として樹脂を用いて平面アンテナ本体２を構成する場合には、給電プレート１０に対応する領域は、上述のように導電層１２を設けない構成とすることができる。その場合、給電プレート１０に接触する導体はなくなるため、異種金属接触による電蝕を避けることができる。
【００５１】
平面アンテナ本体２の反りは、導電ベース部３と平面アンテナ本体２との間に隙間を生じさせるため、給電の際に障害を与えることがある。平面アンテナ本体２の裏面に導電層が付設されていると、導電ベース部３との間に隙間が発生してこの隙間幅が１／４波長以上の場合に、スリット回路を構成するため、意図しない回路による影響を無視できない場合がある。
【００５２】
上述のとおり、導電ベース部３は金属を切削して作成、あるいは樹脂成形した後に導体メッキ等により表面を導電体で覆って作成することができるが、その際に平面アンテナ本体２に接する面は平滑にしなければならない。但し、平面アンテナ本体２の導電ベース部３に接する面が導電性を有しない場合は、平面アンテナ本体２の導電ベース部３に接触する面の誘電体表面は必ずしも平滑である必要はない。
【００５３】
なお、導電ベース部３に平面アンテナ本体２を格納するための凹部３ａは、平面アンテナ本体２の側面が略接触する程度に調整されており、その隙間がアンテナ中心と給電中心の位置関係を決める。一方、導電ベース部３に、意図的に平面アンテナ本体２を可動とする隙間を持たせ、給電パターン１０ａをアンテナ中心から意図する量だけずらして設置することも可能である。アンテナ中心に対して給電口位置をずらすことで平面アンテナの指向性を意図的に操作することができる。これは平面アンテナ給電口が平面アンテナ本体２ではなく導電べース部３に設けられている場合に有効である。
【００５４】
図７は、電磁界解析ソフトでアンテナ駆動を最適化するように設定するためのモデルを示す。アンテナ給電構造部６としては、平面アンテナ本体２を駆動するためスロツト部が形成されるが、各部寸法の最適条件を求めることで、導波管９から平面アンテナに、放射電力を損失無く供給することが可能になる。
【００５５】
以上説明したように、平面アンテナ本体２への伝送路を構成するＥベンド導波管部４は、導波管の一面を除去して開放面とした形状の導波管溝部４ａを用いて構成される。開放された導波管溝部４ａの上面は導体で遮蔽する必要があるが、本実施の形態によれば、給電プレート１０を用いて良好な状態で遮蔽することが可能である。
【００５６】
導波管溝部４ａの作成には、導電ベース部３を金属により形成する場合であれば、導電ベース部３の上面部の切削加工を用いることができる。切削加工は、空洞を作るより簡単に短時間で加工可能である。また、切削によらず成形で加工することも可能である。導電ベース部３を成形する際に導波管溝部４ａを形成し、成形品の表面に導電性が無ければ、メタライズして切削と同様な構造を得ることができる。このような成形方法で作成すれば、切削より更に安価に製造することが可能である。
【００５７】
以上の通り、本実施の形態によれば、製造方法が簡便で、しかも特性的に安定した平面アンテナを提供することが可能である。
【００５８】
なお、以上の説明では、ミリ波のように周波数の高い領域で機能するアンテナを例として説明したが、本発明は、導波管による給電方法を用いる他の機器にも適用可能である。例えば、モジュールとして平面回路に実装する半導体素子を駆動するためのモード変換回路や、平面回路で構成されるフィルタや位相回路などに適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の平面アンテナによれば、生産性が良く、良好な特性を容易に得ることが可能であり、通信分野や民生分野で利用されるミリ波アンテナ等に有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 平面アンテナ
２ 平面アンテナ本体
２ａ 放射スロツト
２ｂ 平面アンテナ給電口
３ 導電ベース部
３ａ 凹部
３ｂ 給電プレート嵌合段差部
４ Ｅベンド導波管部
４ａ 導波管溝部
４ｂ 周縁側端面
４ｃ 中心側端面
５ 導波管給電口
６ アンテナ給電構造部
７ 導波管接続部
８ 標準仕様導波管
９ 導波管
１０ 給電プレート
１０ａ 給電パターン
１１ 誘電体基板
１２ 導電層
Ｃ アンテナ中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板形状を有し電磁波を放射するための放射面が形成された平面アンテナ本体と、
前記平面アンテナ本体に対して給電するためのアンテナ給電構造部とを備えた平面アンテナにおいて、
導電性の内壁面を有する導波管構造部の一部が形成された導波路部材と、
前記導波管構造部の一部と組合せて導波管構造を形成するための給電プレートとを備えた伝送路構造を有することを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
前記給電プレートは、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する伝送路としての平面アンテナ給電口を有している請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項３】
前記給電プレートは、前記アンテナ給電構造部の少なくとも一部を構成する結合回路パターンとして形成された給電パターンを有し、平面アンテナを駆動する請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項４】
前記給電プレートは、その厚さが表皮効果相当厚さ以上、１００μｍ以下である請求項３に記載の平面アンテナ。
【請求項５】
前記導波路部材は少なくとも表面が導電性を有する導電ベース部により形成され、
前記導電ベース部はその上面に凹部を有して、当該凹部に前記平面アンテナ本体が前記放射面を開放させて装着され、
前記導波管構造部は、前記導電ベース部における前記凹部の底面から更に窪ませて形成され、
前記平面アンテナ本体における前記放射面の裏面である給電面の側に、前記アンテナ給電構造部の少なくとも一部を構成してアンテナ給電する平面アンテナ給電口を有し、
前記導電ベース部と前記給電プレートが一体として構成された請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項６】
前記導電ベース部は、樹脂材料からなる成形体に導電膜の被膜を有する構造である請求項５に記載の平面アンテナ。
【請求項７】
前記平面アンテナ本体の前記放射面は、電磁波入出力スロットパターンが形成され、前記電磁波入出力スロットパターンを除き導電層で覆われており、
前記給電面には前記導電層が設けられず、前記給電プレートに、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する平面アンテナ給電口が設けられた請求項５に記載の平面アンテナ。
【請求項８】
前記導電ベース部における前記導波管構造部の周囲領域には、給電プレート嵌合段差部が形成され、前記給電プレートは前記給電プレート嵌合段差部に嵌め込まれており、前記給電プレート嵌合段差部の周囲の前記導電ベース部面と前記給電プレートの上面とは、前記平面アンテナ本体に対して同一平面を形成して接している請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項９】
前記給電プレートの伝送路としての、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する平面アンテナ給電口は円形である請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項１】
平板形状を有し電磁波を放射するための放射面が形成された平面アンテナ本体と、
前記平面アンテナ本体に対して給電するためのアンテナ給電構造部とを備えた平面アンテナにおいて、
導電性の内壁面を有する導波管構造部の一部が形成された導波路部材と、
前記導波管構造部の一部と組合せて導波管構造を形成するための給電プレートとを備えた伝送路構造を有することを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
前記給電プレートは、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する伝送路としての平面アンテナ給電口を有している請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項３】
前記給電プレートは、前記アンテナ給電構造部の少なくとも一部を構成する結合回路パターンとして形成された給電パターンを有し、平面アンテナを駆動する請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項４】
前記給電プレートは、その厚さが表皮効果相当厚さ以上、１００μｍ以下である請求項３に記載の平面アンテナ。
【請求項５】
前記導波路部材は少なくとも表面が導電性を有する導電ベース部により形成され、
前記導電ベース部はその上面に凹部を有して、当該凹部に前記平面アンテナ本体が前記放射面を開放させて装着され、
前記導波管構造部は、前記導電ベース部における前記凹部の底面から更に窪ませて形成され、
前記平面アンテナ本体における前記放射面の裏面である給電面の側に、前記アンテナ給電構造部の少なくとも一部を構成してアンテナ給電する平面アンテナ給電口を有し、
前記導電ベース部と前記給電プレートが一体として構成された請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項６】
前記導電ベース部は、樹脂材料からなる成形体に導電膜の被膜を有する構造である請求項５に記載の平面アンテナ。
【請求項７】
前記平面アンテナ本体の前記放射面は、電磁波入出力スロットパターンが形成され、前記電磁波入出力スロットパターンを除き導電層で覆われており、
前記給電面には前記導電層が設けられず、前記給電プレートに、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する平面アンテナ給電口が設けられた請求項５に記載の平面アンテナ。
【請求項８】
前記導電ベース部における前記導波管構造部の周囲領域には、給電プレート嵌合段差部が形成され、前記給電プレートは前記給電プレート嵌合段差部に嵌め込まれており、前記給電プレート嵌合段差部の周囲の前記導電ベース部面と前記給電プレートの上面とは、前記平面アンテナ本体に対して同一平面を形成して接している請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項９】
前記給電プレートの伝送路としての、前記アンテナ給電構造部の一部を構成する平面アンテナ給電口は円形である請求項１に記載の平面アンテナ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−４６３７（Ｐ２０１２−４６３７Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３５０１７（Ｐ２０１０−１３５０１７）
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
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