JP2000031727A

JP2000031727A - テーパードスロットアンテナ，１次元アンテナアレイおよび２次元アンテナアレイ

Info

Publication number: JP2000031727A
Application number: JP10205774A
Authority: JP
Inventors: Satoru Sugawara; 悟菅原; Koji Mizuno; 皓司水野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体レンズを有したテーパードスロットア
ンテナ全体の小型化を図ること。【解決手段】電磁波の放射方向に平行な両側端の導体
部分にコルゲート構造部１０５を設けたテーパードスロ
ットアンテナ１００において、テーパードスロットアン
テナ１００の電磁波を放射する開口部に接するように、
自由空間の波長の２倍以下の直径を有する誘電体レンズ
１０５を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テーパードスロッ
トアンテナに関し、より詳細には、指向性を向上させる
ための誘電体レンズを有し、移動体通信機器，小型情報
端末およびその他の無線装置に応用可能なテーパードス
ロットアンテナ，１次元アンテナアレイおよび２次元ア
ンテナアレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】テーパードスロットアンテナは、スロッ
トラインのスロット幅が傾きをもって広くなる構造を有
しており、アンテナの面に対して平行な方向（スロット
ラインの進行方向）に電磁波を放射するものである。し
かも、テーパードスロットアンテナは、その構造がスロ
ットラインと同様であることから、マイクロストリップ
ラインのように裏面に接地導体を必要としないため、ユ
ニプレーナー構造の給電線や整合回路との一体化が容易
なものである。

【０００３】一般的に、テーパードスロットアンテナ
は、１３〜１５ｄＢの高い利得を持ち、マイクロストリ
ップアンテナの利得（６〜８ｄＢ）と比較すると高い指
向性を持っているが、それでもホーンアンテナの利得
（２３〜２４ｄＢ）と比べると低い値となってしまう。
この利得を向上させる方法として、アンテナと誘電体レ
ンズを組み合わせる方法が知られている。

【０００４】テーパードスロットアンテナのアンテナ開
口部に接するように誘電体レンズを設けた例としては次
のようなものがある。第１の例は、誘電体で挟まれたサ
ンドイッチアンテナのアンテナ開口部にレンズを取り付
けたものである（P. R. Acharya,“Investigation of S
lotline Antenna for Millimeter and SubmillimeterWa
velengths" Tech. Rep. No. 127L, School of Elect. a
nd Comput. Eng., Chalmers Univ. of Technol., Swede
n, 1992）。第２の例は、アンテナ保護層の一部を誘電
体レンズとしたものである（特開平１０−１３１４１号
公報『平面アンテナ』）。

【０００５】一般に、テーパードスロットアンテナのア
ンテナ開口部の幅自体は１波長程度であるが、これに加
えてアンテナ開口端からアンテナ端までの長さがアンテ
ナ両側に２波長程度必要であるといわれており、このア
ンテナ開口端からアンテナ端までの長さを短くしていく
とテーパードスロットアンテナの指向性が劣化してしま
うことが知られている。例えば、RAMAKRISHNA JANASWAM
Y およびDANIEL H. SCHAUBERT の論文において、開口端
からアンテナ端までの長さが短くなるにつれてテーパー
ドスロットアンテナの指向性が劣化するという例が示さ
れていると共に、アンテナ開口端からアンテナ端までの
長さがアンテナの中心から３波長程度以上あればアンテ
ナ端の影響が無視できるということが示されている（IE
EE Transon Antennas and Propagation, Vol. AP-35, N
o.9, 1987 P.1058-1065“Analysis of the Tapered Slo
t Antenna" RAMAKRISHNA JANASWAMY and DANIEL H. SCH
AUBERT ）。

【０００６】このような理由により、従来のテーパード
スロットアンテナの基板幅として５〜６波長程度必要で
あるため、テーパードスロットアンテナと組み合わせる
誘電体レンズとしては、少なくとも５〜６波長以上の直
径を有するものを用いる必要があった。

【０００７】また、アンテナと組み合わせる誘電体レン
ズ自身の大きさに関しても別の制約事項があった。一般
にレンズという構造は波長に比べて非常に大きいという
前提で利用されるものであり、その目安としては幾何光
学近似が成り立つ領域で使われるのが普通である。これ
は波長程度の構造に対しては、電磁波の波としての性質
が強く出てしまうため、波動光学的な考察を必要とする
からである。例えば、２波長以下の大きさの誘電体レン
ズでは、平行な電磁波を入射してもほとんど集光される
ことはなくなってしまう。このような理由から、従来に
おいては５〜６波長以上の大きさを持つ誘電体レンズが
使用されており、それ以下の大きさで利用されることは
ほとんどなかった。

【０００８】なお、テーパードスロットアンテナの基板
幅を狭くしても指向性が劣化しないようにするため、電
磁波の放射方向に平行な両側端の導体部分にコルゲート
構造を設けたテーパードスロットアンテナが提案されて
いる（IEEE 1997 MTT-S IMSDigest pp.959 “A MM-WAVE
TAPERED SLOT ANTENNA WITH IMPROVED RADIATION PATT
ERN" SATORU SUGAWARA, YUTAKA, MAITA, KAZUHIKO ADAC
H, KOJI MORI AND KOJI MIZUNO ）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、テーパ
ードスロットアンテナの電磁波の放射方向に平行な両側
端の導体部分にコルゲート構造を設けることにより、テ
ーパードスロットアンテナの基板幅を狭くしても指向性
が劣化しないことが知られているが、このようなコルゲ
ート構造を有するテーパードスロットアンテナの指向性
の向上を図るために従来のような５〜６波長以上の誘電
体レンズを用いることにすると、コルゲート構造を設け
てアンテナ幅を狭くした利点が失われてしまうという問
題点があった。

【００１０】また、例えば誘電体レンズと組み合わせた
テーパードスロットアンテナを用いてイメージングアレ
イのアンテナを構成する場合、イメージの分解能を高く
するためにアンテナアレイの素子間隔を０．５〜２波長
程度に狭くしなければならないという要求があるにも拘
わらず、従来は誘電体レンズやアンテナの大きさが大き
いため素子間隔を狭くすることができず、分解能を高く
することが困難であるという問題点があった。そして、
アンテナ間隔と誘電体レンズの大きさを無理やり２波長
程度にしても、アンテナの指向性が劣化するだけでな
く、誘電体レンズによる指向性改善効果も得られないと
いった状況に陥ってしまっていた。

【００１１】そこで、上述したアンテナアレイに関する
問題を解決するため、従来においては、図１３に示すよ
うにアンテナアレイ１３００に対して十分に大きな一つ
の誘電体レンズ１３０１を組み合わせることにより、素
子間隔を狭くしてイメージの分解能を高くするという方
法が採られていた。なお、図１３において、１３００は
アンテナアレイを、１３０１は誘電体レンズを、１３０
２はアンテナアレイ１３００を構成する各テーパードス
ロットアンテナのアンテナ開口部を、１３０３は誘電体
レンズ１３０１の中心線を示している。

【００１２】図１３に示すアンテナアレイ１３００にお
いては、アンテナ開口部１３０２の位置が誘電体レンズ
１３０１の中心線１３０３からずれると利得が低下する
という性質がある。具体的に、アンテナ開口部１３０２
の位置が誘電体レンズ１３０１の中心線１３０３からず
れることによる利得の低下量は、幾何学的にずれ量と誘
電体レンズ１３０１の大きさの比に依存することにな
る。そのため、十分に大きな誘電体レンズ１３０１を用
いることにより、アンテナ開口部１３０２の位置が誘電
体レンズ１３０１中心線１３０３からずれることによる
利得の低下を防ぐことができる。ただし、現実の問題と
してはそのように大きな誘電体レンズを用いることが難
しいため、図１３に示すアンテナアレイであっても、ア
レイ端部での利得低下は避けられないという問題点があ
った。

【００１３】本発明は上記に鑑みてなされたものであっ
て、自由空間の波長の２倍以下という直径の誘電体レン
ズを用いることにより、電磁波の放射方向に平行な両側
端の導体部分にコルゲート構造を設けたテーパードスロ
ットアンテナの指向性の向上および小型化を図ることを
目的とする。

【００１４】また、本発明は上記に鑑みてなされたもの
であって、電磁波の放射方向に平行な両側端の導体部分
にコルゲート構造を設けたテーパードスロットアンテナ
と自由空間の波長の２倍以下という直径の誘電体レンズ
とを組み合わせ、アンテナ幅が狭く、指向性の高いテー
パードスロットアンテナを実現し、このテーパードスロ
ットアンテナを複数組み合わせることにより、アンテナ
アレイの素子間隔を０．５〜２波長程度に狭くでき、ア
レイ端部で利得が低下しないアンテナアレイを容易に実
現可能にすることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１のテーパードスロットアンテナは、電磁波
の放射方向に平行な両側端の導体部分にコルゲート構造
を設けたテーパードスロットアンテナにおいて、前記テ
ーパードスロットアンテナの電磁波を放射する開口部に
接するように、自由空間の波長の２倍以下の直径を有す
る誘電体レンズを設けたものである。

【００１６】また、請求項２のテーパードスロットアン
テナは、請求項１に記載のテーパードスロットアンテナ
において、前記誘電体レンズが、電磁波の放射方向から
見てアンテナ面に平行な面と垂直な面とで異なる形状と
なるように形成されるものである。

【００１７】また、請求項３のテーパードスロットアン
テナは、請求項１に記載のテーパードスロットアンテナ
において、前記誘電体レンズが、電磁波放射方向から見
て非対称な形状を有するように形成されるものである。

【００１８】また、請求項４の１次元アンテナアレイ
は、前記請求項１〜３のいずれか一つに記載のテーパー
ドスロットアンテナを同一平面上に複数配置して構成さ
れたものである。

【００１９】さらに、請求項５の２次元アンテナアレイ
は、前記請求項４に記載の１次元アンテナアレイを複数
重ねて配置することによって構成されたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るテーパードス
ロットアンテナ，１次元アンテナアレイおよび２次元ア
ンテナアレイの実施の形態について、添付の図面を参照
しつつ詳細に説明する。

【００２１】〔実施の形態１〕図１は、実施の形態１に
係るテーパードスロットアンテナの上面図であり、図２
は図１に示すテーパードスロットアンテナの線Ａ−Ａ’
についての断面図である。図１および図２に示すテーパ
ードスロットアンテナ１００は、誘電体からなる基板１
０１と、基板１０１上に形成され、電磁波を放射または
入射するアンテナ開口部１０２を有する導体部１０３
と、導体部１０３の電磁波の放射方向に平行な両側端に
導体部１０３を周期的に矩形状に取り除いて形成された
複数の溝（スリット）からなるコルゲート構造部１０４
と、テーパードスロットアンテナ１００のアンテナ開口
部１０２に接するように設けられた誘電体レンズ１０５
と、から構成されている。なお、図１において、１０６
はコプレーナー線路の給電線１０７にモード変換するバ
ランを示している。

【００２２】この実施の形態１においては、コルゲート
構造部１０４を設けることにより、自由空間の波長の２
倍以下（２波長以下）というアンテナ幅であっても、指
向性が劣化しないテーパードスロットアンテナ１００を
実現することができる。そして、コルゲート構造部１０
４によってアンテナ幅を狭くできるという利点を損なう
ことがないように、アンテナ開口部１０２に接するよう
に自由空間の波長の２倍以下（２波長以下）の直径を有
する誘電体レンズ１０５を設け、テーパードスロットア
ンテナ１００の指向性のさらなる向上を図ることができ
るようにしている。

【００２３】ここで、誘電体レンズ１０５の直径を２波
長以下とするのは、実施の形態１に係るテーパードスロ
ットアンテナ１００を用いてイメージングアレイのアン
テナを構成することを考えた場合に、イメージの分解能
を高くするためにアンテナアレイの素子間隔を０．５〜
２波長程度に狭くすることができるようにすることを意
識したためである。すなわち、実施の形態１に係るテー
パードスロットアンテナ１００は、誘電体レンズ１０５
を有するテーパードスロットアンテナ１００自体の小型
化および指向性の向上を図ると共に、実施の形態４およ
び５で説明するように、このテーパードスロットアンテ
ナ１００を複数組み合わせるのみでアンテナアレイを容
易に構成できるようにしたものである。

【００２４】ところで、従来技術において説明したよう
に、誘電体レンズの直径が５〜６波長以上としなければ
ならなかった理由は、（１）テーパードスロットアンテ
ナのアンテナ幅が５〜６波長以上であり、（２）誘電体
レンズに対して幾何光学的近似が成り立つのは誘電体レ
ンズの直径がおよそ５〜６波長以上の場合であるという
ことが理由であった。そこで、このような理由があるに
も拘わらず、実施の形態１に係るテーパードスロットア
ンテナ１００において２波長以下の直径を有する誘電体
レンズ１０５を使用できる理由について説明する。

【００２５】本発明の発明者らの最近の研究により、テ
ーパードスロットアンテナの電磁波の放射方向に平行な
両側端の導体部にコルゲート構造部を設けることによ
り、テーパードスロットアンテナの開口端からアンテナ
端までの長さが短くても指向性の劣化しないテーパード
スロットアンテナを実現可能であることが理論的に明ら
かにされている。すなわち、コルゲート構造部を設ける
ことにより、２波長以下のアンテナ幅を有するテーパー
ドスロットアンテナを実現することが可能になる。

【００２６】コルゲート構造部を設けることなしに、テ
ーパードスロットアンテナの開口端からアンテナ端まで
の長さを２波長以下にすると、アンテナを伝播する電磁
波の伝送モードがスロットラインのモードからコプレー
ナーストリップラインのモードへと変化してしまい、ア
ンテナ開口部とは逆相の電磁波をアンテナ基板端部から
放射してしまうことになる。このように、単にテーパー
ドスロットアンテナの開口端からアンテナ端までの長さ
を２波長以下にすると、アンテナ基板端部から放射され
る電磁波がテーパードスロットアンテナの指向性を劣化
させる原因となる。さらに、アンテナ開口部に誘電体レ
ンズを設けた場合、この基板端部から放射される電磁波
が誘電体レンズの周辺部に入射され、テーパードスロッ
トアンテナの指向性を劣化させる原因となる。

【００２７】ところが、図１に示すように、電磁波の放
射方向に平行な両側端の導体部１０３にコルゲート構造
部１０４を設けることにより、この不要な電磁波の放射
を誘導する電流が導体部１０３上を流れなくなり、基板
端からの電磁波の放射が抑制されることが明らかとなっ
た。これにより電磁波の放射はアンテナ開口部１０２か
らのみとなる。その結果、アンテナ基板端部から放射さ
れる電磁波をなくすことができるため、テーパードスロ
ットアンテナの開口端からアンテナ端までの長さを２波
長以下にしても指向性の劣化を防止することができる。
加えて、電磁波の放射はアンテナ開口部１０２からのみ
となるため、２波長以下というアンテナ開口部１０２の
幅程度の誘電体レンズ１０５であっても効果を発揮する
ことが可能となる。

【００２８】したがって、図１に示すコルゲート構造部
１０４を設けたことにより、従来技術で説明したよう
に、テーパードスロットアンテナのアンテナ幅が５〜６
波長以上であることを理由として、誘電体レンズの直径
を５〜６波長以上にしなければならないという点を解消
することが可能になる。

【００２９】また、本発明の発明者らは、従来のように
誘電体レンズを幾何光学的なモデルで考えるのではな
く、波動光学的なモデルで考えることにより、２波長以
下の誘電体レンズであっても、コルゲート構造部１０４
を有するテーパードスロットアンテナ１００の指向性の
向上を図るために用いることが可能であることを見出し
た。すなわち、誘電体レンズをアンテナ開口部１０２か
ら放射される電磁波の広がりを抑制するために用いると
いうものである。具体的に、図１に示した実施の形態１
に係るテーパードスロットアンテナ１００においては、
誘電体レンズ１０５の存在により、電磁波の等位相面の
中心付近に遅れが生じ、電磁波の広がりが抑制されるも
のと考えられる。その結果、以下の実験結果に示される
ように、５〜６波長以上の直径を有する誘電体レンズで
はなく、２波長以下の直径を有する誘電体レンズ１０５
を用いた場合であっても、コルゲート構造部１０４を有
するテーパードスロットアンテナ１００の指向性の向上
を図ることができる。

【００３０】ただし、誘電体レンズ１０５の直径には、
アンテナ開口部１０２の幅に対し、誘電体レンズの直径＞アンテナ開口部の幅という制約があり、また、アンテナ開口部１０２の幅に
は、アンテナ開口部の幅＞０．５波長という制約がある。

【００３１】そこで、以下に、実施の形態１に係るテー
パードスロットアンテナ１００の指向性を測定した実験
結果について説明する。実験に使用したテーパードスロ
ットアンテナ１００は、図１および図２に示した構成に
おいて、厚さ５０μｍのカプトンからなる基板１０１を
用い、基板１０１上に厚さ５μｍの銅を積層して導体部
１０３を形成した。そして、設計周波数を６０ＧＨｚと
し、アンテナ長を２０ｍｍ、アンテナ開口部１０２の幅
を５ｍｍ、アンテナ開口端からアンテナ端までの長さを
２．５ｍｍとした。また、コルゲート構造部１０４につ
いては、アンテナ端部の基板１０１上の導体部１０３を
周期的に取り除くことによって複数の矩形状の溝（スリ
ット）を形成し、０．２×１ｍｍの矩形状の溝が０．４
ｍｍ周期で並ぶように構成した。誘電体レンズ１０５
は、テフロンＰＦＡ（εｒ＝２．１）からなり、直径１
０ｍｍ（２波長）の半球状のものとなっている。

【００３２】図３（ａ）および図３（ｂ）は実施の形態
１に係るテーパードスロットアンテナ１００の指向性を
６０ＧＨｚで測定した結果を示すグラフであり、図４
（ａ）および図４（ｂ）は比較例として、誘電体レンズ
を有しないコルゲート構造部が設けられたテーパードス
ロットアンテナの指向性を６０ＧＨｚで測定した結果を
示すグラフである。これらの図から明らかなように、実
施の形態１に係るテーパードスロットアンテナ１００に
よれば、誘電体レンズ１０５を用いることにより、誘電
体レンズ１０５を有しないものに比べて、Ｅ面およびＨ
面ともに細いビーム幅が得られていることがわかる。

【００３３】このように、実施の形態１に係るテーパー
ドスロットアンテナ１００によれば、自由空間の波長の
２倍以下の直径を有する誘電体レンズ１０５を用いるこ
とにより、コルゲート構造部１０４によってアンテナ幅
を狭くできるという利点を損なうことなしに、テーパー
ドスロットアンテナ１００の指向性の向上を図ることが
できる。

【００３４】なお、図１に示したコルゲート構造部１０
５は、導体部１０３を周期的に矩形状に取り除いて形成
された複数の溝（スリット）からなるものであるが、溝
は矩形状に限定されるものではなく、コルゲート構造部
１０５としての機能を果たす形状であればどのような形
状であっても良い。

【００３５】〔実施の形態２〕図５は実施の形態２に係
るテーパードスロットアンテナ１００の上面図であり、
図６は図５に示すテーパードスロットアンテナ１００の
線Ｂ−Ｂ’についての断面図である。なお、図５および
図６において、図１および図２に示したテーパードスロ
ットアンテナ１００の構成と同一の構成については同一
の符号を付すことにし、ここでは異なる点についてのみ
説明することにする。

【００３６】実施の形態２に係るテーパードスロットア
ンテナ１００は、電磁波の放射方向から見てアンテナ面
に平行な面と垂直な面とで異なる形状となるように形成
された誘電体レンズ５００を有している。このように誘
電体レンズ５００を形成するのは、テーパードスロット
アンテナの波面は非点収差を持つことが実験的に知られ
ているからである。言い換えれば、テーパードスロット
アンテナ１００の電磁波放射方向から見てアンテナ面に
平行な面と垂直な面に対応して誘電体レンズ５００の焦
点位置をそれぞれ最適な値に変えることにより、誘電体
レンズとアンテナの結合効率の向上を図ることができる
からである。この誘電体レンズ５００は、実施の形態１
の場合と同様に、２波長以下の直径を有するものであ
る。

【００３７】なお、図５および図６に示した実施の形態
２に係るテーパードスロットアンテナ１００は、一例と
して、厚さ５０μｍのカプトンからなる基板１０１と、
この基板１０１上に積層された厚さ５μｍの銅からなる
導体部１０２とを用いて形成される。そして、このテー
パードスロットアンテナ１００の設計周波数は６０ＧＨ
ｚであり、アンテナ長は２０ｍｍ、アンテナ開口部１０
２の幅は５ｍｍ、アンテナ開口端からアンテナ端までの
長さは２．５ｍｍである。また、コルゲート構造部１０
４については、アンテナ端部の基板１０１上の導体部１
０３を周期的に取り除くことによって複数の矩形状の溝
（スリット）を形成し、０．２×１ｍｍの矩形状の溝が
０．４ｍｍ周期で並んだ構造になっている。さらに、誘
電体レンズ５００は、テフロンＰＦＡ（εｒ＝２．１）
からなり、アンテナ面と平行な面の曲率は５ｍｍ（１波
長）、アンテナ面と垂直な面の曲率は１０ｍｍ（２波
長）となっている。ただし、ここで示したテーパードス
ロットアンテナ１００の材質および寸法は一例を示した
ものであり、設計変更可能であることは明らかである。

【００３８】このように、実施の形態２に係るテーパー
ドスロットアンテナによれば、電磁波の放射方向から見
てアンテナ面に平行な面と垂直な面とで異なる形状とな
るように形成された誘電体レンズ５００を設けることに
したため、実施の形態１のものと同様に指向性の向上を
図ることができると共に、誘電体レンズとアンテナの結
合効率がより高い誘電体レンズを有したテーパードスロ
ットアンテナを実現することが可能となる。

【００３９】〔実施の形態３〕図７は実施の形態３に係
るテーパードスロットアンテナ１００の上面図であり、
図８は図７に示すテーパードスロットアンテナ１００の
線Ｃ−Ｃ’についての断面図である。なお、図７および
図８において、図１および図２に示したテーパードスロ
ットアンテナ１００の構成と同一の構成については同一
の符号を付すことにし、ここでは異なる点についてのみ
説明することにする。

【００４０】実施の形態３に係るテーパードスロットア
ンテナ１００は、アンテナの中心軸から見て非対称にな
るように形成された誘電体レンズ７００をアンテナ開口
部１０２に接するように設けることにより、非対称な放
射パターンを得ることを可能としたものである。この誘
電体レンズ７００は、実施の形態１の場合と同様に、２
波長以下の直径を有している。

【００４１】なお、図７および図８に示した実施の形態
３に係るテーパードスロットアンテナ１００は、一例と
して、厚さ５０μｍのカプトンからなる基板１０１と、
この基板１０１上に積層された厚さ５μｍの銅からなる
導体部１０２とを用いて形成される。そして、設計周波
数は６０ＧＨｚであり、アンテナ長は２０ｍｍ、アンテ
ナ開口部１０２の幅は５ｍｍ、アンテナ開口端からアン
テナ端までの長さは２．５ｍｍである。また、コルゲー
ト構造部１０４については、アンテナ端部の基板１０１
上の導体部１０３を周期的に取り除くことによって複数
の矩形状の溝（スリット）を形成し、０．２×１ｍｍの
矩形状の溝が０．４ｍｍ周期で並んだ構造になってい
る。さらに、誘電体レンズ７００は、テフロンＰＦＡ
（εｒ＝２．１）からなり、アンテナ面と平行な面の断
面の曲率は５ｍｍ（１波長）の半円状であるが、アンテ
ナ面と垂直な面の断面はアンテナ中心からみて非対称な
形状となっている。ただし、ここで示したテーパードス
ロットアンテナ１００の材質および寸法は一例を示した
ものであり、設計変更可能であることは明らかである。

【００４２】このように、実施の形態３に係るテーパー
ドスロットアンテナによれば、アンテナの中心軸から見
て非対称になるように形成された誘電体レンズ７００を
設けることにしたため、実施の形態１のものと同様に指
向性の向上を図ることができると共に、非対称な指向性
を有した高機能な誘電体レンズを有したテーパードスロ
ットアンテナを実現することが可能となる。

【００４３】〔実施の形態４〕本発明の実施の形態４に
おいては、実施の形態１〜３で説明したテーパードスロ
ットアンテナ１００を適用した１次元アンテナアレイに
ついて説明する。

【００４４】図９は実施の形態４に係る１次元アンテナ
アレイの上面図であり、図１０は図９に示す１次元アン
テナアレイの線Ｄ−Ｄ’についての断面図である。図９
および図１０に示す１次元アンテナアレイ９００は、同
一基板上に実施の形態１で説明したテーパードスロット
アンテナ１００が複数形成されたものである。図９およ
び図１０においては、実施の形態１で説明したテーパー
ドスロットアンテナ１００を適用した１次元アンテナ９
００を示すことにし、実施の形態１のテーパードスロッ
トアンテナ１００と同一の構成については同一の符号を
付して詳細な説明を省略する。なお、実施の形態２およ
び３のテーパードスロットアンテナを適用して１次元ア
ンテナアレイ９００を構成することも可能である。

【００４５】この図９および図１０に示す１次元アンテ
ナアレイ９００は、具体的に、厚さ５０μｍのカプトン
からなる基板１０１と、基板１０１上に積層された厚さ
５μｍの銅からなる導体部１０３とを用いて形成されて
いる。設計周波数を６０ＧＨｚとし、各テーパードスロ
ットアンテナ１００のアンテナ長は２０ｍｍ、アンテナ
開口部１０２の幅は５ｍｍ、各テーパードスロットアン
テナ１００の間隔は１０ｍｍである。各テーパードスロ
ットアンテナ１００の間に設けられたコルゲート構造部
１０４については、各テーパードスロットアンテナ１０
０の間における基板１０１上の導体部１０３を周期的に
取り除くことによって複数の矩形状の溝（スリット）を
形成し、０．２×１ｍｍの矩形状の溝が０．４ｍｍ周期
で並んだ構造になっている。さらに、誘電体レンズ１０
５は、テフロンＰＦＡ（εｒ＝２．１）からなり、直径
１０ｍｍ（２波長）の半球状のものとなっている。ただ
し、ここで示した１次元アンテナアレイ９００の材質お
よび寸法は一例を示したものであり、設計変更可能であ
ることは明らかである。

【００４６】このように、実施の形態４に係る１次元ア
ンテナアレイによれば、実施の形態１〜３の誘電体レン
ズを有したテーパードスロットアンテナ１００を１次元
に配列するようにしたことにより、アンテナアレイ端部
での利得の低下を防止することができ、イメージングア
レイとして利用可能な高分解能の１次元アンテナアレイ
を実現することが可能となる。

【００４７】また、テーパードスロットアンテナ１００
や誘電体レンズ１０５を同一平面上に形成することによ
り、製作が容易になりコストの低下や信頼性の向上を図
ったアンテナアレイを実現することができる。

【００４８】すなわち、実施の形態１〜３に係るテーパ
ードスロットアンテナ１００は、イメージの分解能を高
くするためにアンテナアレイの素子間隔を０．５〜２波
長程度に狭くしてアンテナアレイを構成することが可能
となるように、直径が２波長以下の誘電体レンズ１０５
を用いて構成されている。したがって、実施の形態１〜
３に係るテーパードスロットアンテナ１００を組み合わ
せるのみで、イメージングアレイとして利用可能な高分
解能の１次元アンテナアレイを実現することができる。
よって、図１３に示すような誘電体レンズ１３０１を使
用する場合の欠点を容易に解消することができる。

【００４９】〔実施の形態５〕本発明の実施の形態５に
おいては、実施の形態４で説明した１次元アンテナアレ
イ９００を適用した２次元アンテナアレイについて説明
する。

【００５０】図１１は実施の形態５に係る２次元アンテ
ナアレイの斜視図であり、図１２は図１１に示す２次元
アンテナアレイの側面図である。図１１および図１２に
示す２次元アンテナアレイ１１００は、図９および図１
０に示した１次元アンテナアレイ９００を複数重ねて配
置することによって構成されたものである。言い換えれ
ば、実施の形態１〜３で説明したテーパードスロットア
ンテナ１００のいずれかが２次元に配置されて構成され
たものである。

【００５１】この図１１および図１２に示す２次元アン
テナアレイ１１００は、実施の形態４で説明した材質お
よび寸法を有する複数の１次元アンテナアレイ９００を
垂直方向に１０ｍｍの間隔で重ねて構成されている。た
だし、ここでの２次元アンテナアレイ１１００の材質お
よび寸法は一例を示したものであり、設計変更可能であ
ることは明らかである。

【００５２】このように、実施の形態５に係る２次元ア
ンテナアレイによれば、実施の形態４の１次元アンテナ
アレイ９００を複数重ねて配置することによって構成す
ることにしたため、アンテナアレイ端部での利得の低下
を防止することができ、イメージングアレイとして利用
可能な高分解能の２次元アンテナアレイを実現すること
が可能となる。

【００５３】すなわち、実施の形態１〜３に係るテーパ
ードスロットアンテナ１００は、イメージの分解能を高
くするためにアンテナアレイの素子間隔を０．５〜２波
長程度に狭くしてアンテナアレイを構成することが可能
となるように、直径が２波長以下の誘電体レンズ１０５
を用いて構成されている。したがって、実施の形態１〜
３に係るテーパードスロットアンテナ１００を組み合わ
せるのみで、イメージングアレイとして利用可能な高分
解能の２次元アンテナアレイを実現することができる。
よって、図１３に示すような誘電体レンズ１３０１を使
用する場合の欠点を容易に解消することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のテーパー
ドスロットアンテナ（請求項１）によれば、テーパード
スロットアンテナの電磁波を放射する開口部に接するよ
うに、自由空間の波長の２倍以下の直径を有する誘電体
レンズを設けたことにより、電磁波の放射方向に平行な
両側端の導体部分にコルゲート構造を設け、アンテナ幅
を２波長以下にすることを可能にしたテーパードスロッ
トアンテナの特徴を活かしつつ、誘電体レンズを用いて
さらなる指向性の向上を図ることができる。

【００５５】また、本発明のテーパードスロットアンテ
ナ（請求項２）によれば、請求項１に記載のテーパード
スロットアンテナにおいて、誘電体レンズが、電磁波の
放射方向から見てアンテナ面に平行な面と垂直な面とで
異なる形状となるように形成されるため、指向性の向上
を図ることができると共に、誘電体レンズとアンテナと
の結合効率の向上を図ったテーパードスロットアンテナ
を実現することが可能となる。

【００５６】また、本発明のテーパードスロットアンテ
ナ（請求項３）によれば、請求項１に記載のテーパード
スロットアンテナにおいて、誘電体レンズが、電磁波放
射方向から見て非対称な形状を有するように形成される
ため、指向性の向上を図ることができると共に、非対称
な指向性を有した高機能なテーパードスロットアンテナ
を実現することが可能となる。

【００５７】また、本発明の１次元アンテナアレイ（請
求項４）によれば、請求項１〜３のいずれか一つに記載
のテーパードスロットアンテナを同一平面上に複数配置
して構成したため、アンテナアレイ端部での利得の低下
を防止することができ、イメージングアレイとして利用
可能な高分解能の１次元アンテナアレイを実現すること
が可能となる。

【００５８】さらに、本発明の２次元アンテナアレイ
（請求項５）によれば、請求項４に記載の１次元アンテ
ナアレイを複数重ねて配置することによって構成したた
め、アンテナアレイ端部での利得の低下を防止すること
ができ、イメージングアレイとして利用可能な高分解能
の２次元アンテナアレイを実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るテーパードスロッ
トアンテナの上面図である。

【図２】図１に示すテーパードスロットアンテナの線Ａ
−Ａ’についての断面図である。

【図３】本発明の実施の形態１に係るテーパードスロッ
トアンテナの指向性を６０ＧＨｚで測定した結果を示す
グラフである。

【図４】本発明の実施の形態１に係るテーパードスロッ
トアンテナに対する比較例として、誘電体レンズを有し
ないコルゲート構造部が設けられたテーパードスロット
アンテナの指向性を６０ＧＨｚで測定した結果を示すグ
ラフである。

【図５】本発明の実施の形態２に係るテーパードスロッ
トアンテナの上面図である。

【図６】図５に示すテーパードスロットアンテナの線Ｂ
−Ｂ’についての断面図である。

【図７】本発明の実施の形態３に係るテーパードスロッ
トアンテナの上面図である。

【図８】図７に示すテーパードスロットアンテナの線Ｃ
−Ｃ’についての断面図である。

【図９】本発明の実施の形態４に係る１次元アンテナア
レイの上面図である。

【図１０】図９に示す１次元アンテナアレイの線Ｄ−
Ｄ’についての断面図である。

【図１１】本発明の実施の形態５に係る２次元アンテナ
アレイの斜視図である。

【図１２】図１１に示す２次元アンテナアレイの側面図
である。

【図１３】従来の誘電体レンズを有したアンテナアレイ
の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１００テーパードスロットアンテナ１０１基板１０２，１３０２アンテナ開口部１０３導体部１０４コルゲート構造部１０５，５００，７００，１３０１誘電体レンズ９００１次元アンテナアレイ１１００２次元アンテナアレイ１３００アンテナアレイ１３０３誘電体レンズの中心線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁波の放射方向に平行な両側端の導体
部分にコルゲート構造を設けたテーパードスロットアン
テナにおいて、前記テーパードスロットアンテナの電磁波を放射する開
口部に接するように、自由空間の波長の２倍以下の直径
を有する誘電体レンズを設けたことを特徴とするテーパ
ードスロットアンテナ。
【請求項２】前記誘電体レンズは、電磁波の放射方向
から見てアンテナ面に平行な面と垂直な面とで異なる形
状となるように形成されることを特徴とする請求項１に
記載のテーパードスロットアンテナ。
【請求項３】前記誘電体レンズは、電磁波放射方向か
ら見て非対称な形状を有するように形成されることを特
徴とする請求項１に記載のテーパードスロットアンテ
ナ。
【請求項４】前記請求項１〜３のいずれか一つに記載
のテーパードスロットアンテナを同一平面上に複数配置
して構成したことを特徴とする１次元アンテナアレイ。
【請求項５】前記請求項４に記載の１次元アンテナア
レイを複数重ねて配置することによって構成したことを
特徴とする２次元アンテナアレイ。