JP2007104156A - Converter and antenna element equipped with converter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、給電回路からの電力をアンテナ素子に給電する変換器およびそれを備えたアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to a converter that feeds power from a power feeding circuit to an antenna element and an antenna device including the converter.
従来、給電回路からの電力をアンテナ素子に給電する変換器として同軸ケーブルを介して給電する変換器が知られている(非特許文献1,2)。図22は、従来の変換器の構成を示す斜視図である。また、図23は、図22に示す線XXIII−XXIII間における変換器の断面図である。 Conventionally, a converter that feeds power via a coaxial cable is known as a converter that feeds power from a feeding circuit to an antenna element (Non-Patent Documents 1 and 2). FIG. 22 is a perspective view showing a configuration of a conventional converter. FIG. 23 is a cross-sectional view of the converter taken along line XXIII-XXIII shown in FIG.
従来の変換器300は、導波管310と、同軸ケーブル320と、マイクロストリップ線路330と、誘電体340とを備える。導波管310には、抑制ポスト311,312およびテーパ構造313が形成される。抑制ポスト311,312は、導波管310と同軸ケーブル320との間で整合を取るために用いられる。
The
マイクロストリップ線路330は、誘電体340の導波管310側の面に対向する面に配置される。同軸ケーブル320は、内導体321と外導体322とを含む。そして、同軸ケーブル320の内導体321は、一方端が導波管310のテーパ構造313に連結され、他方端がマイクロストリップ線路330に連結される。また、同軸ケーブル320の外導体322は、その両端がそれぞれ導波管310および誘電体340に接する。
The
変換器300においては、マイクロストリップ線路330は、給電回路から電力を受け、その受けた電力を同軸ケーブル320を介して導波管310へ供給する。
In the
導波管310は、マイクロストリップ線路330から受けた電力を伝搬させ、アンテナ素子へ供給する。
The
このように、従来の変換器300は、給電回路から受けた電力を同軸ケーブル320を介して導波管310へ供給する構造を採用する。
しかし、従来の変換器は、給電回路からアンテナ素子への電力の伝達特性を向上させることが困難であるという問題がある。また、従来の変換器は、広帯域化が困難であるという問題がある。 However, the conventional converter has a problem that it is difficult to improve the transfer characteristic of power from the feeding circuit to the antenna element. Further, the conventional converter has a problem that it is difficult to increase the bandwidth.
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電力の伝達特性を向上可能な変換器を提供することである。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a converter capable of improving the power transfer characteristic.
また、この発明の別の目的は、広帯域化が容易な変換器を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a converter that can easily be widened.
さらに、この発明の別の目的は、量産に適した変換器を提供することである。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a converter suitable for mass production.
さらに、この発明の別の目的は、電力の伝達特性を向上可能な変換器を備えるアンテナ装置を提供することである。 Furthermore, another object of the present invention is to provide an antenna device including a converter capable of improving the power transfer characteristic.
さらに、この発明の別の目的は、広帯域化が容易な変換器を備えるアンテナ装置を提供することである。 Furthermore, another object of the present invention is to provide an antenna device including a converter that can easily be widened.
さらに、この発明の別の目的は、量産に適したアンテナ装置を提供することである。 Furthermore, another object of the present invention is to provide an antenna device suitable for mass production.
この発明によれば、変換器は、給電回路とアンテナ素子との間に配置される変換器であって、導波管と、給電部材とを備える。導波管は、アンテナ素子側に配置される。給電部材は、給電回路側に配置され、給電回路からの電力を導波管に直接給電する。 According to this invention, a converter is a converter arrange | positioned between a feed circuit and an antenna element, Comprising: A waveguide and a feed member are provided. The waveguide is disposed on the antenna element side. The power supply member is disposed on the power supply circuit side and directly supplies power from the power supply circuit to the waveguide.
好ましくは、給電部材は、誘電体と、マイクロストリップ線路と、導体とを含む。誘電体は、導波管に接して配置される。マイクロストリップ線路は、誘電体の導波管に接する面に対向する面に設けられる。導体は、一方端が導波管に連結され、他方端がマイクロストリップ線路に連結される。 Preferably, the power supply member includes a dielectric, a microstrip line, and a conductor. The dielectric is disposed in contact with the waveguide. The microstrip line is provided on the surface facing the surface in contact with the dielectric waveguide. The conductor has one end connected to the waveguide and the other end connected to the microstrip line.
好ましくは、給電部材は、他の導波管と、導体とを含む。他の導波管は、導波管に接して配置される。導体は、一方端が導波管に連結され、他方端が他の導波管に連結される。 Preferably, the power supply member includes another waveguide and a conductor. The other waveguide is disposed in contact with the waveguide. The conductor has one end connected to the waveguide and the other end connected to the other waveguide.
また、この発明によれば、アンテナ装置は、アンテナ素子と、変換器とを備える。変換器は、アンテナ素子に連結され、給電回路からの電力をアンテナ素子に給電する。そして、変換器は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の変換器からなり、導波管は、アンテナ素子に連結される。 According to the invention, the antenna device includes an antenna element and a converter. The converter is connected to the antenna element, and supplies power from the power feeding circuit to the antenna element. And a converter consists of a converter of any 1 paragraph of Claims 1-3, and a waveguide is connected with an antenna element.
この発明においては、給電回路とアンテナ素子との間に配置される変換器は、給電回路から電力を受ける給電部材がアンテナ素子側に配置された導波管に電力を直接給電する構成からなる。その結果、接続部が相対的に少なくなる。 In the present invention, the converter disposed between the power feeding circuit and the antenna element has a configuration in which a power feeding member that receives power from the power feeding circuit directly feeds power to the waveguide disposed on the antenna element side. As a result, the number of connection portions is relatively reduced.
従って、この発明によれば、変換器の伝達特性を向上できる。また、変換器の帯域を広くできる。 Therefore, according to the present invention, the transfer characteristics of the converter can be improved. In addition, the bandwidth of the converter can be widened.
また、この発明によれば、アンテナ装置は、伝達特性が向上した変換器または帯域が広い変換器を備える。 According to the present invention, the antenna device includes a converter having improved transfer characteristics or a converter having a wide band.
従って、この発明によれば、アンテナ装置の伝達特性を向上できる。また、アンテナ装置の帯域を広くできる。 Therefore, according to the present invention, the transfer characteristics of the antenna device can be improved. In addition, the band of the antenna device can be widened.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による変換器の構成を示す斜視図である。図2は、図1に示す線II−II間における変換器の断面図である。この発明の実施の形態1による変換器10は、導波管1と、給電部材2とを備える。給電部材2は、誘電体21と、マイクロストリップ線路22と、導体23とを含む。なお、変換器10は、ミリ波帯の電波を送受信するアンテナ素子に給電する。
[Embodiment 1]
1 is a perspective view showing a configuration of a converter according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the converter taken along line II-II shown in FIG. A
導波管1は、比誘電率が2.08である誘電体からなり、抑制ポスト11,12と、テーパ構造13とを有する。そして、導波管1の長さLは、例えば、11.0mmであり、導波管1の幅W1は、例えば、3.08mmであり、導波管1の厚さD1は、例えば、1.2mmである。
The waveguide 1 is made of a dielectric having a relative dielectric constant of 2.08, and includes
抑制ポスト11,12は、金属棒からなる。そして、抑制ポスト11,12の直径は、例えば、0.3mmである。テーパ構造13は、略V字形状の断面形状を有し、その表面13Aが金属メッキされている。そして、テーパ構造13は、その中心が導波管1の一方端1Aから距離L1の位置に設けられ、距離L1は、例えば、3.0mmに設定される。その結果、テーパ構造13の中心と導波管1の他方端1Bとの距離L2は、例えば、8.0mmに設定される。また、テーパ構造13は、主面1Dにおいて、例えば、2.0mmの直径r1を有し、主面1Eにおいて、例えば、0.3mmの直径r2を有する。
The
抑制ポスト11,12は、直径が0.3mmである孔を導波管1に開け、その開けた孔に挿入することによって導波管1に形成される。また、テーパ構造13は、断面形状が略V字形状である凹部を導波管1に形成し、その形成した凹部の表面を金属メッキすることによって導波管1に形成される。
The
誘電体21は、主面21Aが導波管1の主面1Cに接するように配置され、その主面21Aは、接地される。そして、誘電体21は、例えば、0.12mmの厚さD2を有する。マイクロストリップ線路22は、導体からなり、誘電体21の導波管1に接する主面21Aに対向する主面21Bに配置される。そして、マイクロストリップ線路22は、延長部221を有し、延長部221の長さh_lineは、例えば、1.4mmに設定される。
The dielectric 21 is disposed such that the
導体23は、直径がr2である円形の断面形状を有し、同軸ケーブルの内導体からなる。そして、導体23は、その一方端が導波管1のテーパ構造13に連結され、他方端が誘電体21を介してマイクロストリップ線路22に連結される。
The
図3は、図1および図2に示す変換器10の平面図である。図3の(a)は、図1に示すA方向から見た変換器10の平面図であり、図3の(b)は、図1に示すB方向から見た変換器10の平面図である。
FIG. 3 is a plan view of the
抑制ポスト11,12は、テーパ構造13の中心から距離q、および中心線AX1から距離L3の位置に設けられる。そして、距離qは、例えば、0.7mmに設定され、距離L3は、例えば、1.2mmに設定される。その結果、抑制ポスト11,12は、中心線AX1に対して対称に配置される(図3の(a)参照)。
The suppression posts 11 and 12 are provided at a distance q from the center of the
誘電体21は、例えば、3.3mmの幅W2と、導波管1の長さLと同じ長さLとを有する。マイクロストリップ線路22は、幅方向において誘電体21の中央部に配置され、例えば、0.3mmの幅W3を有する。
The dielectric 21 has, for example, a width W2 of 3.3 mm and a length L that is the same as the length L of the waveguide 1. The
なお、抑制ポスト11,12およびマイクロストリップ線路22の延長部221は、インピーダンス整合を取るために設けられる。
The suppression posts 11 and 12 and the
図4は、図1に示す導波管1の具体例を示す斜視図である。導波管30は、抑制ポスト11,12と、テーパ構造13と、誘電体31と、ビアホール32〜55と、孔56とを含む。抑制ポスト11,12およびテーパ構造13は、図1から図3において説明したのと同じように、誘電体31に形成される。
FIG. 4 is a perspective view showing a specific example of the waveguide 1 shown in FIG. The
誘電体31は、例えば、テフロン(登録商標)からなる。そして、誘電体31は、出射面31Aを有する。ビアホール32〜55は、金属棒からなり、出射面31Aを除く側面に沿って配列されるように誘電体31に形成される。
The dielectric 31 is made of, for example, Teflon (registered trademark). The dielectric 31 has an
孔56は、直径r2の円形からなる断面形状を有し、誘電体31の底面31Bとテーパ構造13との間に形成される。そして、孔56は、図1に示す導体23の一方端をテーパ構造13に連結させるための孔である。
The
図5は、図4に示すC方向から見た導波管30の平面図である。誘電体31中を伝搬する電波の波長をλとすると、ビアホール32〜55の各々は、0.08λの直径r3を有する。そして、隣接する2つのビアホールの間隔dは、0.16λに設定される。
FIG. 5 is a plan view of the
このように、所定の直径r3を有する複数のビアホール32〜55が所定の間隔dで略コの字形状に誘電体31に形成されることによって、導波管30は、テーパ構造13に供給された電波を矢印3の方向へ伝搬させ、出射面31Aから放射する。
Thus, the
図6は、図1に示す導波管1の他の具体例を示す斜視図である。導波管60は、抑制ポスト11,12と、テーパ構造13と、空洞導体61と、孔62とを含む。抑制ポスト11,12は、図1から図3において説明したのと同じように、空洞導体61に形成される。
FIG. 6 is a perspective view showing another specific example of the waveguide 1 shown in FIG. The
空洞導体61は、断面形状が矩形であり、内部に空洞部63を有する。そして、空洞導体61は、出射口61Aを有する。孔62は、テーパ構造13に対向するように空洞導体61の底面61Bに設けられる。そして、孔62は、図1に示す導体23の一方端をテーパ構造13に連結するために導体23を空洞導体61の内部へ導入するための孔である。
The
図7は、図6に示すD方向から見た導波管60の平面図である。導波管60は、テーパ構造13に供給された電波を空洞部63へ伝搬させ、更に、空洞部63を矢印4の方向へ伝搬させて出射口61Aから放射する。
FIG. 7 is a plan view of the
なお、導波管60においては、テフロン(登録商標)等の誘電体を空洞導体61の空洞部63に充填するようにしてもよい。
In the
変換器10においては、導波管1は、上述した導波管30,60のいずれかからなる。導波管1が導波管30からなる場合、導体23は、その一方端が誘電体31の孔56に挿入されてテーパ構造13に連結される。また、導波管1が導波管60からなる場合、導体23は、その一方端が空洞導体61の孔62から空洞部63に挿入されてテーパ構造13に連結される。
In the
変換器10がアンテナ装置に用いられる場合、導波管1は、アンテナ素子側に配置され、給電部材2(主に誘電体21およびマイクロストリップ線路22)は、給電回路側に配置される。そして、マイクロストリップ線路22は、給電回路から電力を受け、その受けた電力を導体23を介して導波管1のテーパ構造13へ供給する。即ち、誘電体21、マイクロストリップ線路22および導体23からなる給電部材2は、給電回路から受けた電力を導波管1へ直接給電する。
When the
テーパ構造13は、給電部材2から受けた電力を誘電体31または空洞導体61へ伝搬させ、導波管1は、電力を出射面31Aまたは出射口61Aからアンテナ素子へ供給する。
The
変換器10においては、導体23がテーパ構造13とマイクロストリップ線路22とに連結されることにより、誘電体21は、導波管1に接して配置される。その結果、導波管1は、誘電体21によって支えられるため、変換器10の機械的強度を増加できる。また、変換器10においては、マイクロストリップ線路22が用いられているため量産に適している。
In the
図8は、図1に示す変換器10の周波数特性を示す図である。図8に示す周波数特性は、マイクロストリップ線路22の延長部221の長さh_lineおよび抑制ポスト11,12の位置(=q)を変化させて、62.5GHzにおいて伝達特性が最適になるように整合を取ったときの周波数特性である。そして、図8に示す周波数特性は、有限要素法シミュレータによって解析された。
FIG. 8 is a diagram showing frequency characteristics of the
図8の(a)は、入力反射特性を示すS11および伝達特性を示すS21の振幅の周波数依存性を示す。図8の(a)において、縦軸は、S11,S21の振幅を表し、横軸は、周波数を表す。また、図8の(b)は、S11,S21の位相の周波数依存性を示す。図8の(b)において、縦軸は、S11,S21の位相を表し、横軸は、周波数を表す。 FIG. 8A shows the frequency dependence of the amplitudes of S 11 indicating input reflection characteristics and S 21 indicating transfer characteristics. In FIG. 8A, the vertical axis represents the amplitudes of S 11 and S 21 , and the horizontal axis represents the frequency. FIG. 8B shows the frequency dependence of the phases S 11 and S 21 . In FIG. 8B, the vertical axis represents the phases of S 11 and S 21 and the horizontal axis represents the frequency.
図8の(a)に示す結果から、反射特性S11が−15dB以下の比帯域は、3.84%であり、伝達特性S21が−0.5dB以上の比帯域は、3.2%である。また、図8の(b)に示す結果から、反射特性S11および伝達特性S21の位相特性は、62GHz〜63GHzの周波数範囲において非線形になるが、それ以外の周波数範囲においては、線形になる。 From the results shown in (a) of FIG. 8, the reflection characteristic S 11 is less fractional bandwidth -15dB is 3.84% fractional band transmission characteristic S 21 is not less than -0.5dB is 3.2% It is. Further, from the results shown in FIG. 8 (b), the phase characteristics of reflection characteristics S 11 and transmission characteristic S 21 is becomes non-linear in the frequency range of 62GHz~63GHz, in other frequency ranges, it becomes linear .
図9は、図22および図23に示す変換器300の周波数特性を示す図である。図9に示す周波数特性も、マイクロストリップ線路330の延長部の長さh_lineおよび抑制ポスト311,312の位置(=q)を変化させて、62.5GHzにおいて伝達特性が最適になるように整合を取ったときの周波数特性であり、有限要素法シミュレータによって解析された。そして、図9に示す周波数特性の解析においては、q=2.6mm、h_line=1.95mmに設定された。
FIG. 9 is a diagram showing the frequency characteristics of
図9の(a)は、反射特性S11および伝達特性S21の振幅の周波数依存性を示す。図9の(a)において、縦軸は、S11,S21の振幅を表し、横軸は、周波数を表す。また、図9の(b)は、S11,S21の位相の周波数依存性を示す。図9の(b)において、縦軸は、S11,S21の位相を表し、横軸は、周波数を表す。 FIG. 9A shows the frequency dependence of the amplitudes of the reflection characteristic S 11 and the transfer characteristic S 21 . In FIG. 9A, the vertical axis represents the amplitudes of S 11 and S 21 , and the horizontal axis represents the frequency. FIG. 9B shows the frequency dependence of the phases S 11 and S 21 . In FIG. 9B, the vertical axis represents the phases of S 11 and S 21 , and the horizontal axis represents the frequency.
図9の(a)に示す結果から、反射特性S11が−15dB以下の比帯域は、2.56%であり、伝達特性S21が−0.5dB以上の比帯域は、0%である。また、図9の(b)に示す結果から、反射特性S11および伝達特性S21の位相特性は、62GHz〜63GHzの周波数範囲において非線形になる。 From the results shown in (a) of FIG. 9, the reflection characteristic S 11 is less fractional bandwidth -15dB is 2.56% fractional band transmission characteristic S 21 is not less than -0.5dB is 0% . Further, from the results shown in FIG. 9 (b), the phase characteristics of reflection characteristics S 11 and transmission characteristic S 21 becomes nonlinearly in the frequency range of 62GHz~63GHz.
図8および図9に示す結果から、マイクロストリップ線路22から導波管1へ直接給電する変換器10は、マイクロストリップ線路330から同軸ケーブル320を介して導波管310へ給電する変換器300よりも反射特性S11および伝達特性S21の比帯域が広くなる。
From the results shown in FIGS. 8 and 9, the
これは、従来の変換器300においては、同軸ケーブル320が用いられるため接続部が相対的に多くなり、整合を取る箇所が相対的に多くなるのに対し、変換器10においては、マイクロストリップ線路22から導波管1へ直接給電するため、接続部が相対的に少なくなり、整合を取る箇所が相対的に少なくなるからである。即ち、変換器10は、従来の変換器300における同軸ケーブル320の長さを零に設定したのと同じ構造からなるため、マイクロストリップ線路22と同軸ケーブルとの整合および同軸ケーブルと導波管1との整合を取る必要がないからである。
This is because, in the
従って、マイクロストリップ線路22から導波管1へ直線給電する構造を採用することによって、伝達特性を向上できるとともに、比帯域を広くできる。
Therefore, by adopting a structure in which the
[実施の形態2]
図10は、実施の形態2による変換器の構成を示す斜視図である。また、図11は、図10に示す線XI−XI間における変換器の断面図である。実施の形態2による変換器20は、図1に示す変換器10の給電部材2を給電部材70に代えたものであり、その他は、変換器10と同じである。なお、変換器20も、ミリ波帯の電波を送受信するアンテナ素子に給電する。
[Embodiment 2]
FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the converter according to the second embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view of the converter taken along line XI-XI shown in FIG. The
給電部材70は、導波管71と、導体72とを含む。導波管71は、抑制ポスト73,74およびテーパ構造75を有する。抑制ポスト73,74は、金属棒からなる。テーパ構造75は、略V字形状の断面形状を有し、その表面75Aが金属メッキされている。抑制ポスト73,74およびテーパ構造75は、それぞれ、抑制ポスト11,12およびテーパ構造13が導波管1に形成されるのと同じ方法によって導波管71に形成される。
The
そして、導体72は、導波管71が導波管1に接するように導波管1のテーパ構造13と導波管71のテーパ構造75とを連結する。その結果、導波管1は、導波管71によって支えられ、変換器20の機械的強度を向上できる。
The
導波管71は、より具体的には、導波管30(図4および図5参照)または導波管60(図6および図7参照)からなる。
More specifically, the
なお、変換器20においては、抑制ポスト11,12は、テーパ構造13の中心からq=1.7mmの位置に配置され、抑制ポスト73,74は、テーパ構造75の中心からq=1.7mmの位置に配置される。
In the
変換器20においては、導波管71は、給電回路から電力を受け、その受けた電力を導体72を介して導波管1へ給電する。即ち、給電部材70は、給電回路から受けた電力を導波管1へ直接給電する。そして、導波管1は、導波管71から受けた電力を伝搬させて放射する。従って、変換器20においては、電力は、矢印8の方向および矢印9の方向へ順次伝搬する。
In the
図12は、従来の変換器の構成を示す斜視図である。また、図13は、図12に示す線XIII−XIII間における変換器の断面図である。従来の変換器400は、図10および図11に示す変換器20の導体72を同軸ケーブル410に代えたものであり、その他は、変換器20と同じである。
FIG. 12 is a perspective view showing a configuration of a conventional converter. FIG. 13 is a cross-sectional view of the converter taken along line XIII-XIII shown in FIG. The
同軸ケーブル410は、内導体411と、外導体412とからなる。内導体411の直径は、例えば、0.3mmであり、外導体412の直径は、例えば、1.03mmである。そして、同軸ケーブル410は、例えば、2.2の比誘電率を有する。
The
同軸ケーブル410の内導体411は、導波管1のテーパ構造13および導波管71のテーパ構造75に連結され、外導体412は、その両端部がそれぞれ導波管1および導波管71に接するように配置される。
The
なお、変換器400においては、抑制ポスト11,12は、テーパ構造13の中心からq=2.0mmの位置に配置され、抑制ポスト73,74は、テーパ構造75の中心からq=2.0mmの位置に配置される。
In the
変換器400においては、導波管71は、給電回路から電力を受け、その受けた電力を同軸ケーブル410を介して導波管1へ給電する。そして、導波管1は、導波管71から受けた電力を伝搬させて放射する。従って、変換器400においては、電力は、矢印14の方向および矢印15の方向へ順次伝搬する。
In the
図14は、図10および図11に示す変換器20の周波数特性を示す図である。図14に示す周波数特性は、抑制ポスト11,12,73,74の位置(=q)を変化させて、62.5GHzにおいて伝達特性が最適になるように整合を取ったときの周波数特性であり、有限要素法シミュレータによって解析された。
FIG. 14 is a diagram illustrating frequency characteristics of the
図14の(a)は、入力反射特性を示すS11および伝達特性を示すS21の振幅の周波数依存性を示す。図14の(a)において、縦軸は、S11,S21の振幅を表し、横軸は、周波数を表す。また、図14の(b)は、S11,S21の位相の周波数依存性を示す。図14の(b)において、縦軸は、S11,S21の位相を表し、横軸は、周波数を表す。 FIG. 14A shows the frequency dependence of the amplitudes of S 11 indicating input reflection characteristics and S 21 indicating transfer characteristics. In FIG. 14A, the vertical axis represents the amplitudes of S 11 and S 21 , and the horizontal axis represents the frequency. Further, (b) of FIG. 14 shows the frequency dependence of the phase of S 11, S 21. In FIG. 14B, the vertical axis represents the phases of S 11 and S 21 , and the horizontal axis represents the frequency.
図14の(a)に示す結果から、反射特性S11が−15dB以下の比帯域は、6.72%であり、伝達特性S21が−0.5dB以上の比帯域は、9.6%である。また、図14の(b)に示す結果から、反射特性S11および伝達特性S21の位相特性は、57GHz〜67GHzの周波数範囲において線形である。 From the results shown in (a) of FIG. 14, the reflection characteristic S 11 is less fractional bandwidth -15dB is 6.72% fractional band transmission characteristic S 21 is not less than -0.5dB is 9.6% It is. Further, the phase characteristic from the results shown in (b) of FIG. 14, the reflection characteristic S 11 and transmission characteristic S 21 is linear in the frequency range of 57GHz~67GHz.
図15は、図12および図13に示す変換器400の周波数特性を示す図である。図15に示す周波数特性も、抑制ポスト11,12,73,74の位置(=q)を変化させて、62.5GHzにおいて伝達特性が最適になるように整合を取ったときの周波数特性であり、有限要素法シミュレータによって解析された。
FIG. 15 is a diagram illustrating frequency characteristics of
図15の(a)は、反射特性S11および伝達特性S21の振幅の周波数依存性を示す。図15の(a)において、縦軸は、S11,S21の振幅を表し、横軸は、周波数を表す。また、図15の(b)は、S11,S21の位相の周波数依存性を示す。図15の(b)において、縦軸は、S11,S21の位相を表し、横軸は、周波数を表す。 FIG. 15A shows the frequency dependence of the amplitudes of the reflection characteristic S 11 and the transfer characteristic S 21 . In FIG. 15A, the vertical axis represents the amplitudes of S 11 and S 21 , and the horizontal axis represents the frequency. FIG. 15B shows the frequency dependence of the phases S 11 and S 21 . In FIG. 15B, the vertical axis represents the phases S 11 and S 21 , and the horizontal axis represents the frequency.
図15の(a)に示す結果から、反射特性S11が−15dB以下の比帯域は、4,32%であり、伝達特性S21が−0.5dB以上の比帯域は、8%である。また、図15の(b)に示す結果から、反射特性S11および伝達特性S21の位相特性は、63GHz〜64GHzの周波数範囲において非線形になる。 From the result shown in FIG. 15A, the ratio band where the reflection characteristic S 11 is −15 dB or less is 4,32%, and the ratio band where the transfer characteristic S 21 is −0.5 dB or more is 8%. . Further, from the results shown in FIG. 15 (b), the phase characteristics of reflection characteristics S 11 and transmission characteristic S 21 becomes nonlinearly in the frequency range of 63GHz~64GHz.
図14および図15に示す結果から、導波管71から導波管1へ直接給電する変換器20は、導波管71から同軸ケーブル410を介して導波管1へ給電する変換器400よりも反射特性S11および伝達特性S21の比帯域が広くなる。
From the results shown in FIGS. 14 and 15, the
これは、従来の変換器400においては、同軸ケーブルが用いられるため接続部が相対的に多くなり、整合を取る箇所が相対的に多くなるのに対し、変換器20においては、導波管71から導波管1へ直接給電するため、接続部が相対的に少なくなり、整合を取る箇所が相対的に少なくなるからである。即ち、変換器20は、従来の変換器400における同軸ケーブル410の長さを零に設定したのと同じ構造からなるため、導波管71と同軸ケーブルとの整合および同軸ケーブルと導波管1との整合を取る必要がないからである。
This is because, in the
従って、導波管71から導波管1へ直線給電する構造を採用することによって、伝達特性を向上できるとともに、比帯域を広くできる。
Therefore, by adopting a structure in which linear feeding is performed from the
表1は、実施の形態1による変換器10、実施の形態2による変換器20および従来の変換器300,400の比帯域および位相特性の比較表である。
Table 1 is a comparison table of the ratio band and phase characteristics of
なお、表1において、MSLは、マイクロストリップ線路を表す。 In Table 1, MSL represents a microstrip line.
マイクロストリップ線路330から同軸ケーブル320を介して導波管310へ給電する変換器300を、マイクロストリップ線路22から導波管1へ直接給電する変換器10と比較すると、変換器10は、一部が非線形である位相特性を有する点で変換器300と共通するが、反射特性S11および伝達特性S21の比帯域が変換器300よりも広くなることが解る。
When the
また、導波管71から同軸ケーブル410を介して導波管1へ給電する変換器400を、導波管71から導波管1へ直接給電する変換器20と比較すると、変換器20は、位相特性が変換器400よりも改善され、反射特性S11および伝達特性S21の比帯域が変換器400よりも広くなることが解る。
Further, when the
従って、給電回路からの電力をマイクロストリップ線路22および導波管71のいずれで受けた場合も、その受けた電力を導波管1へ直接給電する構成を採用することによって反射特性S11および伝達特性S21の比帯域を広くできる。
Accordingly, even when receiving the power from the power supply circuit in any of the
以下、この発明による変換器10,20を用いたアンテナ装置について説明する。図16は、実施の形態1による変換器10を用いたアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図17は、図16に示す線XVII−XVII間におけるアンテナ装置の断面図である。アンテナ装置100は、変換器10と、ホーンアンテナ80とを備える。
Hereinafter, an antenna apparatus using the
ホーンアンテナ80は、変換器10の導波管1の出射面に連結される。より具体的には、導波管1が導波管30(図4および図5参照)からなる場合、ホーンアンテナ80は、出射面31Aに連結され、導波管1が導波管60(図6および図7参照)からなる場合、ホーンアンテナ80は、出射口61Aに連結される。
変換器10は、給電回路から電力をマイクロストリップ線路22に受け、その受けた電力を導体23を介して導波管1へ直接給電し、導波管1からホーンアンテナ80へ給電する。そして、ホーンアンテナ80は、変換器10から受けた電力を放射する。従って、アンテナ装置100においては、電力は、矢印5の方向および矢印6の方向へ変換器10中を順次伝搬し、ホーンアンテナ80から矢印7の方向へ放射される。
The
これによって、アンテナ装置100は、矢印7の方向に指向性を有する指向性ビームを放射する。
Thus, the
上述したように、変換器10においては、反射特性S11および伝達特性S21の比帯域を同軸ケーブルを用いる従来の変換器300よりも広くできるので、アンテナ装置100において、ミリ波帯における帯域を相対的に広くできる。
As described above, in the
また、変換器10は、同軸ケーブルを用いる従来の変換器300よりも強い機械的強度を有し、量産性に適しているので、アンテナ装置100の機械的強度および量産性を向上できる。
Moreover, since the
図18は、実施の形態1による変換器10を用いたアンテナ装置の構成を示す他の斜視図である。アンテナ装置110は、アンテナ装置100において、導波管1を角度θだけ回転させた構造からなる。
FIG. 18 is another perspective view showing the configuration of the antenna device using the
アンテナ装置110においては、抑制ポスト11,12の位置を最適化して整合を取ることによって特性の低下を防止できる。従って、導波管1を角度θだけ回転させたアンテナ装置110においても、ミリ波帯における帯域を相対的に広くできるとともに、機械的強度および量産性を向上できる。
In the
図19は、実施の形態2による変換器20を用いたアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図20は、図19に示す線XX−XX間におけるアンテナ装置の断面図である。実施の形態2によるアンテナ装置200は、変換器20と、ホーンアンテナ80とを備える。
FIG. 19 is a perspective view showing a configuration of an antenna device using the
ホーンアンテナ80は、変換器20の導波管1の出射面に連結される。より具体的には、導波管1が導波管30(図4および図5参照)からなる場合、ホーンアンテナ80は、出射面31Aに連結され、導波管1が導波管60(図6および図7参照)からなる場合、ホーンアンテナ80は、出射口61Aに連結される。
変換器20は、給電回路から電力を導波管71に受け、その受けた電力を導体72を介して導波管1へ直接給電し、導波管1からホーンアンテナ80へ給電する。そして、ホーンアンテナ80は、変換器20から受けた電力を放射する。従って、アンテナ装置200においては、電力は、矢印16の方向および矢印17の方向へ変換器20中を順次伝搬し、ホーンアンテナ80から矢印18の方向へ放射される。
The
これによって、アンテナ装置200は、矢印18の方向に指向性を有する指向性ビームを放射する。
As a result, the
上述したように、変換器20においては、反射特性S11および伝達特性S21の比帯域を同軸ケーブルを用いる従来の変換器400よりも広くできるので、アンテナ装置200において、ミリ波帯における帯域を相対的に広くできる。
As described above, the
また、変換器20は、同軸ケーブルを用いる従来の変換器400よりも強い機械的強度を有しているので、アンテナ装置200の機械的強度を向上できる。
Moreover, since the
図21は、実施の形態2による変換器20を用いたアンテナ装置の構成を示す他の斜視図である。アンテナ装置210は、アンテナ装置200において、導波管1を角度θだけ回転させた構造からなる。
FIG. 21 is another perspective view showing the configuration of the antenna device using the
アンテナ装置210においては、抑制ポスト11,12,73,74の位置を最適化して整合を取ることによって特性の低下を防止できる。従って、導波管1を角度θだけ回転させたアンテナ装置210においても、ミリ波帯における帯域を相対的に広くできるとともに、機械的強度を向上できる。
In the
なお、上記においては、抑制ポスト11,12は、金属棒からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、抑制ポスト11,12は、誘電体31にホールを形成し、その形成したホールの壁を金属メッキすることによって作製されてもよい。 In the above description, the suppression posts 11 and 12 are made of metal rods. However, the present invention is not limited to this, and the suppression posts 11 and 12 are formed by forming holes in the dielectric 31. It may be produced by metal plating the wall of the hole.
また、ビアホール32〜55は、金属棒からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、ビアホール32〜55は、誘電体31の出射面31Aを除く側面に沿って複数のホールを形成し、その形成した複数のホールの側壁に金属メッキすることによって作製されてもよい。
In addition, although it has been described that the via holes 32 to 55 are made of a metal rod, in the present invention, the via holes 32 to 55 are not limited to this, and the via holes 32 to 55 form a plurality of holes along the side surfaces of the dielectric 31 excluding the
更に、変換器10における導体23および変換器20における導体72は、ホールと、ホールの側壁に形成された金属メッキとから構成されていてもよい。
Furthermore, the
更に、テーパ構造13およびテーパ構造75は、その表面13A,75Aに形成された金属メッキを削除し、略V字形状の凹部に嵌合するように配置された導体により構成されていてもよい。
Furthermore, the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
この発明は、電力の伝達特性を向上可能な変換器に適用される。また、この発明は、広帯域化が容易な変換器に適用される。さらに、この発明は、量産に適した変換器に適用される。さらに、この発明は、電力の伝達特性を向上可能な変換器を備えるアンテナ装置に適用される。さらに、この発明は、広帯域化が容易な変換器を備えるアンテナ装置に適用される。さらに、この発明は、量産に適したアンテナ装置に適用される。 The present invention is applied to a converter capable of improving power transfer characteristics. Further, the present invention is applied to a converter that can easily be widened. Furthermore, the present invention is applied to a converter suitable for mass production. Furthermore, the present invention is applied to an antenna device including a converter capable of improving the power transfer characteristic. Furthermore, the present invention is applied to an antenna device including a converter that can easily be widened. Furthermore, the present invention is applied to an antenna device suitable for mass production.
1,30,60,71,310 導波管、1A 一方端、1B 他方端、1C,1D,1E,21A,21B 主面、2,70 給電部材、3〜9,14〜18 矢印、10,20,300,400 変換器、11,12,73,74 抑制ポスト、13,75 テーパ構造、13A,75A 表面、21,31,340 誘電体、22,330 マイクロストリップ線路、23,72 導体、31A 出射面、31B 底面、32〜55 ビアホール、56,62 孔、61 空洞導体、61A 出射口、63 空洞部、80 ホーンアンテナ、100,110,200,210 アンテナ装置、221 延長部、320,410 同軸ケーブル、321,411 内導体、322,412 外導体。
1,30,60,71,310 Waveguide, 1A One end, 1B The other end, 1C, 1D, 1E, 21A, 21B Main surface, 2,70 Feed member, 3-9, 14-18
Claims (4)
前記アンテナ素子側に配置された導波管と、
前記給電回路側に配置され、前記給電回路からの電力を前記導波管に直接給電する給電部材とを備える変換器。 A converter disposed between the feeding circuit and the antenna element,
A waveguide disposed on the antenna element side;
A converter comprising: a power supply member that is disposed on the power supply circuit side and that directly supplies power from the power supply circuit to the waveguide.
前記導波管に接して配置された誘電体と、
前記誘電体の前記導波管に接する面に対向する面に設けられたマイクロストリップ線路と、
一方端が前記導波管に連結され、他方端が前記マイクロストリップ線路に連結された導体とを含む、請求項1に記載の変換器。 The power supply member is
A dielectric disposed in contact with the waveguide;
A microstrip line provided on a surface of the dielectric facing the surface in contact with the waveguide;
The converter according to claim 1, further comprising: a conductor having one end connected to the waveguide and the other end connected to the microstrip line.
前記導波管に接して配置された他の導波管と、
一方端が前記導波管に連結され、他方端が前記他の導波管に連結された導体とを含む、請求項1に記載の変換器。 The power supply member is
Another waveguide disposed in contact with the waveguide;
The converter of claim 1 including a conductor having one end coupled to the waveguide and the other end coupled to the other waveguide.
前記アンテナ素子に連結され、給電回路からの電力を前記アンテナ素子に給電する変換器とを備え、
前記変換器は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の変換器からなり、
前記導波管は、前記アンテナ素子に連結される、アンテナ装置。 An antenna element;
A converter connected to the antenna element and supplying power from the feeding circuit to the antenna element;
The converter comprises the converter according to any one of claims 1 to 3,
The said waveguide is an antenna apparatus connected with the said antenna element.
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WO2009133713A1 (en) * | 2008-05-01 | 2009-11-05 | パナソニック株式会社 | High-frequency filter device |
JP2016006918A (en) * | 2014-05-30 | 2016-01-14 | 株式会社フジクラ | Transmission line and high frequency circuit |
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2005
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