JP2001102856A

JP2001102856A - 誘電体ロッドアンテナ

Info

Publication number: JP2001102856A
Application number: JP27644199A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ito; 聡伊藤; Takeshi Miyahara; 健宮原
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokimec Inc
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】群遅延の影響を受けることなく広帯域で動作
させることができる誘電体ロッドアンテナを提供する。【解決手段】導波管１０と、導波管１０の先端開口部
１０ａから突出した誘電体ロッド１２と、導波管１０の
基端部に設けられた給電部１４とを備える。導波管１０
の内部に、前記先端開口部に向かって、その電極１６，
１６の幅が漸次小さくなるフィンラインＦを構成する誘
電体基板１５を挿設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体ロッドアン
テナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘電体ロッドアンテナとしては、
図７に示したものが知られている。図示のものは、円錐
型誘電体ロッドアンテナであり、円形導波管４０と、円
形導波管４０の先端開口部よりも突出し、その円形横断
面が先端部に向かって漸次小さくなるテーパー部分が形
成された誘電体ロッド４２と、円形導波管４０の基端部
に連結された同軸コネクタ４４とを備えている。円形導
波管４０内にも、誘電体ロッド４２と同じ材料の誘電体
が充填され、円形導波管４０の直径は、動作中心周波数
において基本モードであるＴＥ₁₁モードのみが存在し、
その他の導波管モードが存在しないように選択される。

【０００３】同軸コネクタ４４に電波を入力し、誘電体
ロッド４２から電波を放射する場合の動作について説明
すると、同軸コネクタ４４から給電された電波は、円形
導波管４０内において、ＴＥ₁₁モードに変換され、円形
導波管４０から誘電体ロッド４２に電波が給電され、該
誘電体ロッド４２から電波が放射される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示す従来の構成において、同軸コネクタ４４と誘電体ロ
ッド４２間の円形導波管４０部分の長さＬが短いと、エ
バネッセントモードである高次の導波管モードが十分減
衰されずに、放射されるため、ビームパターンが乱れる
という問題がある。その一方で、円形導波管４０部分の
長さＬを長くとると、導波管の群速度の周波数特性によ
り、群遅延が起こり、例えばパルス変調波が入力された
場合にはパルスの広がりが大きくなるという問題があ
る。特に、アンテナを取り付ける対象物の構造上、同軸
コネクタ４４と円形導波管４０−誘電体ロッド４２変換
部との間の距離Ｌを長くしなければならないときには、
導波管の群遅延は、深刻な問題となる。

【０００５】また、同軸コネクタ４４−円形導波管４０
変換部での周波数帯域幅、即ち、次の高次モードの遮断
周波数に対する基本モードのみが存在しうる周波数帯域
幅は３０％程度であるため、広い周波数帯域を有する短
いパルス変調波を入力した場合には、変換器での反射成
分が大きく、パルス幅も延びるという問題もある。

【０００６】本発明はかかる課題に鑑みなされたもの
で、群遅延の影響を受けることなく、また、広帯域で動
作させることができる誘電体ロッドアンテナを提供する
ことをその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、導波管と、該導波管の先端開
口部から突出した誘電体ロッドと、導波管の基端部に設
けられた給電部とを備えた誘電体ロッドアンテナにおい
て、前記導波管の内部に、前記先端開口部に向かってそ
の電極幅が漸次小さくなるフィンラインを構成する誘電
体基板を、挿設することを特徴とする。

【０００８】フィンラインを導波管の内部に設けること
で、高次モードの遮断周波数は変えずに、基本モードの
遮断周波数を下げることができる。従って、基本モード
の動作周波数帯域を広くすることができる。また、群遅
延の影響は遮断周波数の近傍で最も大きくなるので、基
本モードの遮断周波数を下げて動作中心周波数よりも遠
ざけることで、群遅延の影響を小さくすることができ
る。

【０００９】請求項２記載の発明は、前記給電部は同軸
コネクタであり、フィンラインと前記給電部との間に、
マイクロストリップ線路を形成することを特徴とする。
マイクロストリップ線路によって、同軸コネクタとフィ
ンラインとの間のインピーダンス整合を容易にとること
ができる。

【００１０】請求項３記載の発明は、前記誘電体基板に
は、フィンラインの対向する電極間に延びるスリットが
形成されており、該スリット内に、該電極間の間隔に応
じて前記先端開口部に向かって厚みが厚くなると共に導
波管の管内幅に対応した幅を持つテーパ部を有する誘電
体ブロックを挿入したことを特徴とする。フィンライン
の対向する電極間に誘電体ブロックを挿入することで、
導波管内の実効誘電率を上げて、遮断周波数をさらに下
げることができる。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
のいずれかの導波管内周面に近接する前記フィンライン
の電極の縁辺に、管軸方向に沿って周期的な切欠を形成
することを特徴とする。これにより、フィンラインの電
極と導波管との間で帯域阻止フィルタを構成し、電極と
導波管内周面との隙間に電磁界が発生して不要な共振が
起こることを防ぐことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。

【００１３】図１ないし図４は本発明の誘電体ロッドア
ンテナの第１の実施形態を表す図である。図示の誘電体
ロッドアンテナは、円形導波管１０と、円形導波管１０
の先端開口部１０ａよりも突出し、その円形横断面が先
端部に向かって漸次小さくなるテーパー部分が形成され
た誘電体ロッド１２と、円形導波管１０の基端部に連結
された同軸コネクタ１４とを備えている。円形導波管１
０内には、フィンラインＦを構成する誘電体基板１５が
挿設されている。誘電体基板１５上には、フィンライン
Ｆを構成する電極１６、１６が対向してエッチング等に
より形成されており、円形導波管１０の先端開口部１０
ａに向かってその電極幅は漸次小さくなっている。電極
１６、１６は、はんだ付け等により円形導波管１０に接
地される。

【００１４】誘電体基板１５の基端部側の前記電極１６
が形成された面と反対側の面には電極１９がエッチング
等により形成されており、電極１６側を接地導体とした
マイクロストリップ線路Ｍが構成されている。マイクロ
ストリップ線路Ｍは、同軸コネクタ１４に接続される。
フィンラインＦ及び同軸コネクタ１４のそれぞれの特性
インピーダンスが約２００Ω、５０Ωとなっているの
で、両者のインピーダンス整合を取るため、マイクロス
トリップ線路Ｍの電極１９の線路幅をテーパ状にし、同
軸コネクタ１４からフィンラインＦに向かって漸次その
幅を狭くしている。

【００１５】また、誘電体基板１５の先端開口部１０ａ
側には、対向する電極１６，１６間に延びるスリット１
７が形成されている。スリット１７は、電極幅の変化に
合わせて、先端開口部１０ａ側に向かって漸次そのスリ
ット幅が広くなっており、このスリット１７内には、誘
電体ブロック１８が挿入されている。この誘電体ブロッ
ク１８は、図示の例のように誘電体ロッド１２と別体に
形成することとしても良いが、一体としても良い。ま
た、誘電体基板１５と同じ誘電率のものとしても良い
が、必ずしも同じである必要はない。誘電体ブロック１
８は、その厚みがスリット１７のスリット幅の変化に応
じて先端開口部１０ａ側に向かって厚みが厚くなるよう
に変化すると共に、その幅が円形導波管１０の管内径に
ほぼ合致した長さとなったテーパ部１８ａを有してい
る。従って、テーパ部１８ａにおいては、誘電体ブロッ
ク１８の断面が矩形状となっているのに対して、先端開
口部１０ａ近傍においては、円形導波管１０の断面形状
に合わせて、断面円形形状となっている。

【００１６】以上のように構成される誘電体ロッドアン
テナにおいて、同軸コネクタ１４から電波を入力し、誘
電体ロッド１２から電波を放射する場合について説明す
る。

【００１７】同軸コネクタ１４から給電された電波は、
マイクロストリップ線路Ｍを介してフィンラインＦに給
電される。フィンラインＦに給電された電波は、フィン
ラインＦの電極形状に従って、徐々に円形導波管１０の
基本モードであるＴＥ₁₁モードに変換される。そして、
誘電体ロッド１２へと電波が給電され、電波が放射され
る。

【００１８】フィンラインＦは、その対向する電極１
６，１６により、高次モードの遮断周波数は変えずに、
その中心において電力分布が高い基本モードＴＥ₁₁に対
して、実質的に管内径を長くしたのと同じ効果を最も多
く与えて、遮断周波数を下げることができる、という性
質を有している。群速度は、遮断周波数の近傍で最も大
きく変化するため、群遅延の影響は遮断周波数近傍で大
きくなる。従って、フィンラインＦによって基本モード
ＴＥ₁₁の遮断周波数を下げて動作中心周波数より遠ざけ
ることにより、動作中心周波数に対してその群遅延の影
響が及ばないようにすることができる。

【００１９】さらに、テーパ部１８ａを有する誘電体ブ
ロック１８が電極１６、１６間に挿入されているため
に、誘電体基板１５だけの場合に比較して、実効誘電率
を上げて遮断周波数を下げることができる。先端開口部
１０ａに向かってフィンラインＦの電極１６の電極幅が
小さくなり、フィンラインＦの効果が小さくなるにつれ
て、誘電体ブロック１８の厚みが増して実効誘電率を下
げるため、導波管１０軸方向に沿って、その遮断周波数
を下げたままに維持することができる。さらには、誘電
体ブロック１８のテーパ部１８ａによって、伝送線路と
しての実効誘電率を緩やかに変化させて、電波の反射を
防ぐことができる。

【００２０】こうして、群遅延の影響を回避することが
できるので、導波管１０部分の長さを十分にとることが
できるようになる。

【００２１】図５及び図６は、本発明の第２の実施形態
を表す図である。本実施の形態において、第１実施の形
態と同一の部材は同一の符号を付し、その詳細説明を省
略する。

【００２２】この実施の形態では、フィンラインＦを構
成する誘電体基板１５の上にエッチング等により電極２
６，２６が形成されており、電極２６、２６の円形導波
管１０の内周面に近接する縁辺には、管軸方向に沿って
周期的な切欠２６ａが形成されている。切欠２６ａは、
動作中心周波数に対して約１／４波長の周期で形成され
ている。こうして、電極２６と円形導波管１０の内周面
との間で、切欠２６ａが形成されたハイインピーダンス
部分と、切欠２６ａが形成されていないローインピーダ
ンス部分とを約１／４波長で繰り返すことにより、帯域
阻止フィルタとしての機能を持たせることができ、円形
導波管１０と電極２６との間の隙間に、該動作周波数を
中心とする帯域の電磁波が存在できないようにしてい
る。

【００２３】この第２実施形態においても第１実施形態
と同様の作用・効果が得られると共に、前記切欠２６ａ
により、円形導波管１０と電極２６との間の隙間におけ
る電磁波の発生を防ぎ、反射特性の劣化を防止すること
ができる。従って、電極２６は円形導波管１０とはんだ
付け等により接地する必要がなく、電極２６の切欠２６
ａの設けられていない縁辺と円形導波管１０の内周面と
の間は、隙間を空けたままにしておけばよく、手間が削
減される。また、はんだ付けした場合に、円形導波管１
０と電極２６が形成された誘電体基板１５とでは膨張・
収縮の温度係数が異なるため、寸法変化等を原因とする
経年変化により不具合を発生するおそれもあるが、この
ような不具合を回避することができる。

【００２４】切欠２６ａは、約１／４波長の周期性を保
持することにより、その寸法は厳密でなくともフィルタ
リング効果を持たせることができる。

【００２５】以上の実施形態では、円形導波管を使用す
る誘電体ロッドアンテナについて説明したが、これに限
るものではなく、円形以外の例えば矩形導波管について
も同様に適用できることは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし４
記載の発明によれば、導波管の内部にフィンラインを設
けることにより、高次モードの遮断周波数は変えずに、
基本モードの遮断周波数を下げ、基本モードのみが存在
する周波数帯域を広げることができ、群遅延の影響を小
さくすることができる。よって、導波管部分の長さを十
分にとることもできるようになる。また、導波管内に誘
電体基板を挿設するだけでフィンラインが構成されるた
め、その組立が容易である。

【００２７】さらに、請求項２記載の発明によれば、同
軸コネクタとフィンラインとの間のインピーダンス整合
をマイクロストリップ線路によって容易にとることがで
きる。

【００２８】請求項３記載の発明によれば、フィンライ
ンの対向する電極間に、導波管の管内幅を持つ誘電体ブ
ロックを挿入することで、導波管内の実効誘電率を上げ
ることができ、遮断周波数を下げることができる。ま
た、誘電体ロッドとの反射も防ぐことができる。さらに
は、導波管内をすべて誘電体で充填する場合と比較し
て、その製造を簡単にすることができ、重量の増加を抑
制することもできる。

【００２９】請求項４記載の発明によれば、電極の縁辺
に周期的な切欠を形成することにより、導波管とフィン
ラインの電極間の隙間に不要な電磁波が存在できないよ
うにすることができ、反射特性を劣化させることを防止
することができる。また、フィンラインの電極と導波管
との間をはんだ付けする必要がないので、組付け作業が
簡単になり、温度変化による寸法変化等を原因とする経
年による故障を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による誘電体ロッドアンテナの第１の実
施形態を表す縦断面図である。

【図２】図１の部分斜視図である。

【図３】図１の３−３線に沿って見た端面図である。

【図４】図１の部分分解斜視図である。

【図５】本発明による誘電体ロッドアンテナの第２の実
施形態を表す縦断面図である。

【図６】図５の６−６線に沿って見た端面図である。

【図７】従来の誘電体ロッドアンテナを表す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１０円形導波管（導波管）１０ａ先端開口部１２誘電体ロッド１４同軸コネクタ（給電部）１５誘電体基板１６、２６電極１７スリット１８誘電体ブロック１８ａテーパ部２６ａ切欠ＦフィンラインＭマイクロストリップ線路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導波管と、該導波管の先端開口部から突
出した誘電体ロッドと、導波管の基端部に設けられた給
電部とを備えた誘電体ロッドアンテナにおいて、前記導波管の内部に、前記先端開口部に向かってその電
極幅が漸次小さくなるフィンラインを構成する誘電体基
板を、挿設することを特徴とする誘電体ロッドアンテ
ナ。
【請求項２】前記給電部は同軸コネクタであり、フィ
ンラインと前記給電部との間に、マイクロストリップ線
路を形成することを特徴とする請求項１記載の誘電体ロ
ッドアンテナ。
【請求項３】前記誘電体基板には、フィンラインの対
向する電極間に延びるスリットが形成されており、該ス
リット内に、該電極間の間隔に応じて前記先端開口部に
向かって厚みが厚くなると共に導波管の管内幅に対応し
た幅を持つテーパ部を有する誘電体ブロックを挿入した
ことを特徴とする請求項１または２記載の誘電体ロッド
アンテナ。
【請求項４】導波管内周面に近接する前記フィンライ
ンの電極の縁辺に、管軸方向に沿って周期的な切欠を形
成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１
項に記載の誘電体ロッドアンテナ。