JP2002353727A

JP2002353727A - 開口面アンテナおよび開口面アンテナ付き基板

Info

Publication number: JP2002353727A
Application number: JP2001162934A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Uchimura; 弘志内村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-12-06
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: JP4535640B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アンテナ製造上の寸法精度が数％程度であって
も良好な特性を得ることができ、直列給電方式のアンテ
ナであっても反射損失を抑制しつつ高い寸法精度を要し
ない直線偏波や円偏波の開口面アンテナやアンテナ基板
を得る。【解決手段】円柱型誘電体１ａの側面が電磁波遮蔽体で
覆われ、かつ高周波信号を空間に放射するための開口部
３を有する円柱型誘電体共振器１と、円柱型誘電体共振
器１に給電するための導波管または誘電体導波管２と、
を具備し、導波管または誘電体導波管３のＨ面導体表面
に円柱型誘電体共振器１を搭載するとともに、導波管ま
たは誘電体導波管２のＨ面導体内の前記円柱型誘電体共
振器１の開口部３１の中心と対向する位置に略円形また
は多角形状の結合孔３２を形成し、結合孔３２を介して
高周波信号を前記導波管または誘電体導波管２から円柱
型誘電体共振器１に給電してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ミリ波帯等の高周
波信号を用いる無線通信に適した開口面アンテナに関
し、特に直列給電用の開口面アンテナと、これを内蔵し
た開口面アンテナ付き基板に関するものである。

【０００２】

【従来技術】ミリ波等の高周波信号の電波を放射するア
ンテナ素子としては、スロットアンテナ、パッチアンテ
ナ等がある。これらは構造が簡単なため広く用いられて
おり、給電線にマイクロストリップ線路、導波管線路等
を用いたものが提案されている。

【０００３】また、複数個のアンテナ素子を並べたアレ
ーアンテナの給電方式には並列給電と直列給電方式とが
あるが、周波数が高くなると給電線の伝送損失が問題と
なるため、多くの場合、直列給電方式が採用されてい
る。並列給電方式の場合、スロットアンテナやパッチア
ンテナの素子は最大の放射が得られるようにスロットや
パッチが共振サイズに設定されるが、直列給電方式の場
合には、給電端側から徐々に電磁波が放射されるように
するために、スロットやパッチを共振サイズより小さく
設定して放射量が調整される。

【０００４】さらに、偏波技術としては、直線偏波と円
偏波とがあるが、無線通信装置の場合、壁等からの反射
波の影響を抑えるために、円偏波アンテナが用いられる
ことが多い。これは、直線偏波の場合、反射波をまとも
に拾ってしまうのに対し、円偏波の場合には、例えば、
右旋円偏波を放射した場合には反射波は左旋円偏波とな
るため、壁等からの一次反射波を拾うことがないためで
ある。

【０００５】スロットアンテナは、例えば導波管タイプ
の給電線における導体壁に電磁波の進行方向と平行及び
直交方向にスロットを形成することにより実現されてい
る。またパッチアンテナは、長方形型や楕円型のパッチ
によって実現されている。

【０００６】また最近では、これらのアンテナをセラミ
ック基板で作製することが検討されている。従来、多く
は良好なアンテナ特性を得るために、比誘電率の低い樹
脂製の基板が用いられてきたが、基板の熱膨張率が大き
いためにＭＭＩＣ等を封止したパッケージを直接実装で
きず、コストアップにつながっていた。

【０００７】これに対して、アンテナを熱膨張の小さい
セラミック基板で作ることにより、直接パッケージ等を
実装したり形成したキャビティ中に半導体素子を収納す
ることが可能となり、高信頼性化及び低コスト化が可能
となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スロッ
トアンテナやパッチアンテナの場合、一般に周波数帯域
が狭いため製造上寸法精度が厳しい。特にミリ波帯では
アンテナのサイズが小さすぎて製造しにくいものとな
る。例えば、スロットアンテナに所望の周波数で電磁波
を放射させるためにはスロットの寸法精度を１％以内程
度にする必要があり、誘電体基板上に厚膜印刷法により
スロットを形成する方法では、その寸法精度を満たすこ
とが困難であるという問題があった。

【０００９】これに対し、本発明者は特開平１１−２３
９０１７号に開示されているように、空間共振器をアン
テナ素子として用い、この素子と給電線路との結合を所
定のスロットで行うことにより、アンテナ素子やスロッ
トサイズに必要な寸法精度を緩和させている。しかし、
スロットの幅はどうしても十数μｍと小さくなるため、
厚膜印刷法によりスロットを形成する場合、導電性イン
クの垂れこみによってスロット幅が変動し、その結果、
特性の劣化が生じるという問題点があった。

【００１０】また、スロットアンテナやパッチアンテナ
によって高周波信号として円偏波を放射しようとする場
合には、軸比が３ｄＢ以内となる周波数を所望の値とし
て設定する必要があるが、その３ｄＢ以内となる周波数
帯域が１％程度と非常に狭いために、スロットやパッチ
を非常に高い寸法精度で形成しなければならないという
問題があった。

【００１１】これに対し、特開２００１−６８９２４号
では、空間共振器と導波管からなる給電線とを十字型の
スロットによって結合した構造が提案されている。この
構造によれば、パッチアンテナ素子やスロットサイズに
要求される寸法精度よりも寸法精度を緩和させることが
でき、軸比が３ｄＢ以内となる周波数帯域が２．４％程
度に改善されるものの、導電性インクの垂れこみにより
十字型のスロットの寸法精度が低下し、ばらつきが大き
いという問題点があった。

【００１２】さらに、アンテナ素子がスロットアンテナ
やパッチアンテナである直列給電方式の場合には、放射
量調整のために、共振長からスロットやアンテナのサイ
ズををさらに小さくする必要があり、上述の精度面の問
題があるばかりでなく、反射損失の問題もあった。一般
に給電線にアンテナ素子を形成することにより、そこで
インピーダンスの変化が発生し、反射波が発生する。直
列給電方式のアンテナ素子の間隔は各アンテナ素子から
放射される電磁波の位相を同位相とするために、１伝播
波長とすることが望ましいが、この場合、前述した反射
波が僅かであっても各反射波全てが同位相で重なり合う
ため、入力ポート部では大きな反射損失となってしま
う。これを避けるために、故意にアンテナ素子間隔を１
伝播波長からずらし、反射損失を低減する手法がある。
しかし、この手法では、各アンテナ素子から放射される
電磁波の位相がずれるため、放射ビームは斜め方向にず
れてしまうという問題点もあった。

【００１３】本発明はかかる従来の問題点を解決すべく
案出されたものであり、その目的は、アンテナ製造上の
寸法精度が数％程度であっても、所望の周波数において
良好な特性を得る事ができ、また、直列給電方式のアン
テナであっても反射損失を抑制しつつ、さらに、セラミ
ック等の高誘電率基板でアンテナを形成しても高い寸法
精度を要しない直線偏波や円偏波の開口面アンテナと、
開口面アンテナ付き基板を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
点に対して検討を重ねた結果、上部に開口部が形成さ
れ、側面が金属壁などの電磁波遮蔽体によって覆われ、
下部に略円形または多角形状の結合孔が形成された円柱
型誘電体共振器を、導波管または誘電体導波管で給電す
ることで、高い寸法精度を要しないアンテナが得られる
ことを見出した。また、給電線である導波管または誘電
体導波管の内部に、反射を抑制する構造を形成すること
により、アンテナとの結合により発生する給電線内部の
反射波を抑制できることを見出した。さらに、結合孔の
位置を誘電体導波管の中心軸上に形成することにより直
線偏波を、また中心軸上からずらした位置に形成するこ
とにより円偏波を容易に放射させることができることを
見出した。またさらに、複数の円柱型誘電体共振器を１
つの導波管または誘電体導波管で給電する直列給電方式
において、結合孔のサイズ、誘電体共振器の開口部の
径、誘電体共振器の径を調整して放射量を調整し、全体
の放射パターンを制御することができることを見出し
た。

【００１５】またさらに、上記の円柱型誘電体共振器や
誘電体導波管を、貫通導体群や導体パターン群を用い、
誘電体基板内に内蔵したアンテナ基板ができることを見
出すことにより、このアンテナ基板の裏面に、増幅器等
の機能素子を直接実装して高機能化したり、裏面に半導
体素子を収納するキャビティを形成してアンテナ一体型
モジュールが実現でき、またアンテナ基板を低温焼成の
セラミックスによって形成することによって、抵抗の低
い銅や銀の導体層を用いることができるため優れた特性
のアンテナが得られることを見出した。

【００１６】即ち、本発明の開口面アンテナは、円柱型
誘電体の側面の全部または一部が電磁波遮蔽体で覆わ
れ、かつ高周波信号を空間に放射するための開口部を有
する円柱型誘電体共振器と、該円柱型誘電体共振器に給
電するための導波管または誘電体導波管と、を具備し、
前記導波管または誘電体導波管のＨ面導体表面に前記円
柱型誘電体共振器を搭載するとともに、前記導波管また
は誘電体導波管のＨ面導体内の前記円柱型誘電体共振器
の開口部の中心と対向する位置に略円形または多角形状
の結合孔を形成し、該結合孔を介して高周波信号を前記
導波管または誘電体導波管から円柱型誘電体共振器に給
電してなることを特徴とするものである。

【００１７】また、より具体的な構造としては、前記高
周波信号の誘電体中の自由空間信号波長をλとしたと
き、前記円柱型誘電体共振器の厚みをλ／４〜λ／２と
することが望ましく、さらには、前記導波管または誘電
体導波管内の結合孔の下部に位置する導波管または誘電
体導波管内に、反射を抑制する構造部を形成することに
よって特性の向上を図ることができる。

【００１８】また、前記結合孔は、楕円形状または円形
状であり、該結合孔の中心を前記導波管または誘電体導
波管の中心軸上に位置させることによって直線偏波を放
射させることができる。

【００１９】また、前記結合孔が楕円形状または円形状
であり、該結合孔の中心を前記導波管または誘電体導波
管の中心軸からずれた位置に設けることによってあり、
円偏波を放射させることができる。特に、前記導波管ま
たは誘電体導波管の幅をｗとしたとき、前記結合孔の中
心が前記導波管または誘電体導波管の中心軸からｗ／８
〜３ｗ／８ずれた位置にあることが望ましい。

【００２０】なお、前記楕円形状結合孔は、その長軸お
よび短軸との比をＲとしたとき、Ｒが０．８６〜０．９
７であることが最適である。

【００２１】また、開口面アンテナの変形例として、前
記導波管または誘電体導波管のＨ面導体表面に、複数の
前記円柱型誘電体共振器を概ね１管内波長間隔をもって
搭載し、前記導波管または誘電体導波管によりすべての
円柱型誘電体共振器に直列給電して直列給電方式の開口
面アンテナを形成することができる。その場合、前記複
数の直列給電された円柱型誘電体共振器における結合孔
の大きさ、円柱型誘電体共振器の開口部の大きさ、円柱
型誘電体共振器の径の大きさを変えることにより放射量
を調整し、全体の放射パターンを制御することができ
る。

【００２２】また、本発明によれば、複数の誘電体層が
積層された誘電体基板内に、高周波信号を伝送可能な誘
電体導波管構造体と、円柱型誘電体の側面の全部または
一部が電磁波遮蔽壁によって覆われ、かつ高周波信号を
空間に放射するための開口部を有する円柱型誘電体共振
器構造体とを具備し、前記誘電体導波管構造体のＨ面導
体上に前記円柱型誘電体共振器構造体の下面が結合する
ように配置してなり、前記誘電体導波管構造体のＨ面導
体内の前記円柱型誘電体共振器構造体の開口部の中心と
対向する位置に略円形または多角形状の結合孔を形成
し、該結合孔を介して高周波信号を前記誘電体導波管構
造体から円柱型誘電体共振器構造体に給電してなること
を特徴とするもので、これにより開口面アンテナ多層基
板内に形成することができる。

【００２３】かかる基板においては、前記誘電体導波管
構造体が、上部主導体層および下部主導体層と、所定間
隔をもって前記上部主導体層と前記下部主導体層とを電
気的に接続する複数の貫通導体から成る電磁波遮蔽壁と
で囲まれてなり、また、前記複数の貫通導体が、上部主
導体層と下部主導体層間において該主導体層と平行に設
けられた副導体層によって電気的に接続されてなること
が望ましい。

【００２４】また、前記円柱型誘電体共振器構造体が、
前記誘電体基板の表面に形成された開口部を有する上部
主導体層と、前記開口部と対向する位置に形成された下
部主導体層と、前記開口部周囲の前記誘電体基板内に形
成され所定間隔をもって前記上部主導体層と前記下部主
導体層とを電気的に接続する複数の貫通導体と、前記上
部主導体層と前記下部主導体層間において該主導体層と
平行に設けられ且つ前記複数の貫通導体を電気的に接続
する副導体層とからなるアンテナ導体壁とで囲まれてな
ることを特徴とする。

【００２５】なお、この基板には、前記誘電体基板の裏
面に、少なくとも１つの信号増幅器を実装したり、前記
誘電体基板の裏面に、スイッチ、サーキュレータおよび
ダイプレクサの群から選ばれる少なくとも１種を実装し
たり、前記誘電体基板の裏面に、半導体素子を収納する
ためのキャビティを形成することができる。

【００２６】なお、前記誘電体基板は，低温焼成セラミ
ックスからなることによって低抵抗の金属によって各種
導体層を形成することができるために、高周波信号の伝
送に対して好適である。

【００２７】本発明の開口面アンテナによれば、アンテ
ナ素子を誘電体共振器によって構成することでアンテナ
素子のサイズを大きくでき、また略円形または多角形状
の結合孔により給電することで、結合孔の寸法精度が放
射周波数に与える影響を緩和することができる。また、
給電線を導波管または誘電体導波管とし、導波管または
誘電体導波管と誘電体共振器の上記結合孔との位置を調
整することにより、直線偏波、右旋円偏波、左旋円偏波
を容易に放射させることができる。

【００２８】さらに、直列給電方式で前記の導波管また
は誘電体導波管と多数の誘電体共振器を結合する場合、
各誘電体共振器の径やその開口部の径または結合孔のサ
イズを調整することにより容易に放射量を調整できるの
で、所望の放射パターンを形成できる。また、あるアン
テナ素子の放射量が大きい時でもインピーダンスの不整
合により生じる反射損失を、誘電体導波管中に形成した
反射抑制構造により低減できるので、良好なアンテナ特
性を得ることができる。

【００２９】またさらに、多層構造の誘電体基板に形成
した貫通導体群や誘電体層表面に形成した導体パターン
群を用いることにより、上記アンテナ素子の誘電体共振
器や給電線の誘電体導波管を誘電体基板内に形成できる
ので、このアンテナ基板の裏面に、増幅器等の機能素子
を直接実装して高機能化したり、スイッチまたはサーキ
ュレータまたはダイプレクサを実装または内蔵して送受
共用のアンテナ基板としたり、さらには、裏面に半導体
素子を収納するキャビティを形成してアンテナ一体型モ
ジュールを形成することができる。

【００３０】またさらに、前記誘電体基板を低温焼成セ
ラミックスによって形成することによって、導体パター
ンや垂直導体などを抵抗の低い銅や銀の導体によって形
成できるために、優れたアンテナ特性が得られる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の開口面アンテナに
ついて図面を参照して説明する。まず、図１は、本発明
の開口面アンテナの一例を示す概略斜視図である。図１
の開口面アンテナにおいて、１は誘電体共振器、２は給
電線路となる導波管または誘電体導波管（以下、導波管
型給電線路という。）である。

【００３２】この図１の開口面アンテナによれば、誘電
体共振器１は、円柱型誘電体１ａの側面が電磁波遮蔽体
となる導体壁１ｂによって被覆されており、その上面に
は、空間に高周波信号を放射する開口面３１が形成され
ている。そして、この誘電体共振器１は、導波管型給電
線路２のＨ面導体表面に搭載されている。また、誘電体
共振器１と導波管型給電線路２とは、導波管型給電線路
２のＨ面導体内、あるいは誘電体共振器１の底面に形成
された結合孔３２によって結合されている。

【００３３】かかる構造の開口面アンテナによれば、結
合孔３２と誘電体共振器１の最低次の結合モードは、図
１のように誘電体共振器１の導体壁１ｂが結合孔３２を
円形状に取り囲んでいるので、その誘電体１ａが満たさ
れた空間には１／２誘電体円柱共振器の共振モード（Ｔ
Ｅ１１１またはＴＭ１１１）と類似したモードが発生
し、そのモードの共振周波数は次式で与えられるものと
なる。

【００３４】ｆ＝１５０／ε^1/2×｛（ｍ／πｄ）²＋
（１／２ｔ）²｝^1/2 ここで、ｆ：共振周波数（ＧＨｚ）、ｄ：誘電体共振器
の直径（ｍｍ）、ｔ：誘電体共振器の厚み（ｍｍ）、
ε：比誘電率である。また、ＴＥ１１１モードの場合、
ｍ＝１．８４、ＴＭ１１１モードの場合、ｍ＝３．８３
である。ただし、円柱型の誘電体共振器１には結合孔３
２で給電しているので、共振周波数はこの結合孔３２の
サイズに影響を受ける。

【００３５】また、図１の開口面アンテナによれは、上
記誘電体１ａが満たされた空間を誘電体共振器１として
作用させるので、高周波信号の誘電体中の自由空間信号
波長をλとしたとき、誘電体共振器の厚みｔはλ／４〜
λ／２の範囲内に設定することが望ましい。即ち、ｔが
λ／４よりも小さいと、上記モードで共振しなくなり、
λ／２よりも大きいと、別のモードが発生しやすくなる
ために好ましくない。

【００３６】また、本発明の開口面アンテナにおいて
は、導波管型給電線路２の結合孔３２の下部に位置する
導波管型給電線路２内に、反射を抑制する構造を形成す
ることが望ましい。図２は、本発明の反射抑制構造が付
加された開口面アンテナの一例を示すもので、（ａ）は
斜視図、（ｂ）はｘ−ｘ断面図を示す。この開口面アン
テナにおいて、反射抑制構造４は、垂直導体４１と、水
平導体４２によって形成されている。水平導体４２は、
導波管型給電線路２の幅を両側から狭めるように配置さ
れ導波管型給電線路２のＥ面導体と電気的に接続されて
いる。また、水平導体４２は、垂直導体４１によって導
波管型給電線路２の下部Ｈ面導体と電気的に接続されて
いる。つまり、水平導体４２、垂直導体４１によって導
波管型給電線路２のＨ面導体およびＥ面導体と電気的に
接続されている。

【００３７】かかる反射抑制構造４においては、導波管
型給電線路２を伝播してきた高周波信号は、アンテナ素
子である誘電体共振器１と結合孔３２を介して結合する
が、この結合部でインピーダンスのずれにより一部反射
する。しかし、導波管型給電線路２内に上記反射抑制構
造４を形成し、この反射抑制構造４での反射波が、上記
の誘電体共振器１との結合部で発生する反射波を打ち消
すように設定することで、反射損失を小さくすることが
できる。すなわち、反射抑制構造４での反射波が、結合
部での反射波と大きさが等しくかつ位相が１８０°異な
るように、反射抑制構造４における垂直導体４１および
水平導体４２の位置を調整する。反射抑制構造４での反
射量は、垂直導体４１の導波管幅方向の位置及び数によ
り調整される。また、位相は垂直導体４１の導波管軸方
向の結合孔３２の中心からの距離により調整される。即
ち、反射量を大きくする場合、垂直導体４１を導波管型
給電線路２の中心軸に近づけるか、又は垂直導体４１を
複数個形成することで実現できる。

【００３８】なお、本発明の開口面アンテナにおいて
は、結合孔３２は、略円形または多角形状であることが
重要である。これは、従来のスロットやパッチ、あるい
は十字スロットなどに比較して、寸法精度の許容幅が大
きく、特に円偏波として用いる場合、その軸比が３ｄＢ
以内となる周波数帯域が広くなるためである。

【００３９】この結合孔３２の具体的な形状としては、
図３に示すように、（ａ）円形状、（ｂ〜ｄ）内角が１
８０°よりも小さい正多角形状、（ｅ）楕円形状、（ｆ
〜ｈ）内角は１８０°よりも小さい多角形状が挙げられ
る。これらの中で、多角形状は、それを印刷などによっ
て形成する場合に、角部が丸くなりやすいために、設計
値とのずれが発生しやすいが、角部を有しない円形状ま
たは楕円形状は設計がしやすく、また印刷等によって形
成する場合にその形状を再現よく形成できるために、設
計値とのずれが発生しにくい。

【００４０】さらに、本発明の開口面アンテナにおいて
は、誘電体共振器１のＨ面導体表面に搭載する誘電体共
振器１とを結合する結合孔３２の位置を導波管型給電線
路２の中心軸上、または中心軸からずらすことによって
直線偏波または円偏波を放射することができる。

【００４１】図４（ａ）は、直線偏波を放射する開口面
アンテナの平面図であり、（ｂ）はその電磁波の磁界分
布である。この図４の開口面アンテナにおいては、結合
孔３２は導波管型給電線路２の中心軸上に配置されてい
る。また、（ｂ）磁界分布図において、破線矢印は、導
波管型給電線路２内を伝播する電磁波の磁界分布を示し
たものであり、実線矢印は、結合孔３２と結合する磁界
を示す。

【００４２】図４（ｂ）によれば、初期の状態では、結
合孔３２と結合する導波管型給電線路２の内部の磁界は
対称的であり、結果的に結合孔３２とは結合しない。こ
の後、９０°位相が進むと導波管型給電線路２内の電磁
界の進行方向に対して右の磁界成分と結合する。同様
に、１８０°位相が進んだときは結合せず、２７０°位
相が進んだときは電磁界の進行方向に対して左の磁界成
分と結合する。このようにして、直線偏波が放射され
る。

【００４３】また、図５（ａ）は、円偏波を放射する開
口面アンテナの平面図であり、（ｂ）はその電磁波の磁
界分布である。この図５の開口面アンテナにおいては、
結合孔３２は導波管型給電線路２の中心軸から、導波管
型給電線路２の電磁波の進行方向に対して、左側にｃだ
けずらした位置に形成されている。また、（ｂ）磁界分
布図において、破線矢印は、導波管型給電線路２内を伝
播する電磁波の磁界分布を示したものであり、実線矢印
は、結合孔３２と結合する磁界を示す。

【００４４】この図５（ｂ）によれば、初期の状態で
は、結合孔３２は導波管型給電線路２内部の磁界の反進
行方向の磁界成分と結合する。その後、９０°位相が進
むと内部電磁界の進行方向に対して右の磁界成分と結合
する。同様に、１８０°位相が進んだときは進行方向成
分の磁界と結合し、２７０°位相が進んだときは電磁界
の進行方向に対して左の磁界成分と結合する。このよう
にして、左旋円偏波が放射される。

【００４５】なお、右旋円偏波を放射させる場合は、結
合孔３２を導波管型給電線路２の中心軸より、導波管型
給電線路２の電磁波の進行方向に対して、右側にずらし
て形成すれば良い。

【００４６】また、円偏波を放射させる場合、軸比の調
整が必要になる。これは、結合孔３２を長軸長がａ、短
軸長がｂの楕円形状によって形成し、その楕円形状の結
合孔３２の長軸と短軸の比Ｒ（＝ａ／ｂ）と、導波管型
給電線路２の中心軸からのずれ量ｃで調整することがで
きる。このずれ量ｃが大きいと楕円形結合孔３２が導波
管型給電線路２上に形成できなくなり、ずれ量ｃが小さ
いと、直線偏波に近くなってしまうので、誘電体導波管
幅をｗとしたとき、そのずれ量ｃはｗ／８〜３ｗ／８の
範囲内で調整することが望ましい。

【００４７】また、円偏波における軸比と楕円形結合孔
３２の長軸及び短軸の比Ｒの関係を表１、表２に示す。
表中のａは長軸の長さ（ｍｍ）、ｂは短軸の長さ（ｍ
ｍ）を示し、表１は円偏波における軸比（ｄＢ）、表２
はそのときの長軸と短軸の比Ｒ（＝ａ／ｂ）を示す。表
１、表２において、太線で囲まれた領域は、軸比が３ｄ
Ｂ以下の部分を示している。この結果から、長軸と短軸
の比Ｒ（＝ａ／ｂ）は０．８６〜０．９７の範囲内であ
ることが望ましいことがわかる。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】本発明の開口面アンテナによれば、図１乃
至図３の構造の開口面アンテナにおいては、導波管型給
電線路２に１つの誘電体共振器１を搭載させたものであ
ったが、導波管型給電線路２上に、複数の誘電体共振器
１を所定の間隔をもって搭載させるととともに、図１乃
至図３と同様にして結合孔３２によって開口面を有する
各誘電体共振器１と導波管型給電線路２とを結合させる
ことによって、直列給電アンテナを形成することができ
る。

【００５１】図６は、その直列給電アンテナの一例を示
す斜視図である。図６において、図１乃至図２に示した
ものと同様の個所には同じ符号を付してある。図中、６
は複数の導波管型給電線路２群に給電するための導波管
型第２給電線路であり、６１は前記導波管型第２給電線
路６と導波管型給電線路２とを結合するためのスロット
であり（図面では、説明の便宜上、導波管型給電線路２
の半分を省略した。）６２は前記導波管型第２給電線路
６の端部に作られたアンテナポートである。

【００５２】この図において、アンテナポート６２より
入力された高周波信号は、分岐を繰り返し、スロット６
１群で６つの導波管型給電線路２群の長手方向中央で給
電される。導波管型給電線路２の長手方向中央で結合さ
れた高周波信号は左右に分岐し、導波管型給電線路２上
に配置された５個（左右で計１０個）の誘電体共振器１
群と結合する。その後、誘電体共振器１の開口部３１か
ら、直線偏波または円偏波が放射される。

【００５３】この場合、放射パターンを制御するため
に、各誘電体共振器１と導波管型給電線路２との結合量
を調整する必要がある。この調整は、結合孔３２のサイ
ズ、誘電体共振器１上部の開口部３１の径、または誘電
体共振器１の径ｄを変えることにより適宜調整すること
ができる。

【００５４】また、本発明によれば、多層構造からなる
誘電体基板に対して、上記の導波管型給電線路２と誘電
体共振器１とを多層配線技術における導体パターンと垂
直導体を組み合わせることによって、誘電体導波管構造
体および誘電体共振器構造体を形成して、多層配線基板
の内部に上記の開口面アンテナを内蔵させることができ
る。

【００５５】図７は、図１の開口面アンテナを誘電体基
板内に形成した開口面アンテナ付き基板（以下、単にア
ンテナ基板という。）の一例を示すもので、（ａ）は平
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ｂ１線断面図である。な
お、図１乃至図２に示したものと同様の個所には同じ符
号を付してある。図７のアンテナ基板において、共振器
部誘電体層５１ａ、５１ｂを積層してなる共振器部誘電
体基板５１が形成され、この共振器部誘電体基板５１の
最上面には共振器部上部主導体層１１が、また下面には
共振器部下部主導体層１３がそれぞれ形成されており、
共振器部誘電体基板５１は両共振器部主導体層１１、１
３により挟持されている。

【００５６】また、上部主導体層１１には、導体が形成
されていない開口部３１が形成されている。また、この
開口部３１周辺には、所定間隔を持って共振器部上部主
導体層１１および共振器部下部主導体層１３間を電気的
に接続するように複数の共振器部貫通導体１４が形成さ
れている。この複数の共振器部貫通導体１４は、高周波
信号の信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で配設さ
れている。なお、この繰り返し間隔は、必ずしも一定の
値であることに限られず、信号波長の２分の１未満で種
々の値を組合わせて設定しても良い。また、２重、３重
と配設されても良い。この複数の貫通導体１４群によっ
て電磁波遮蔽体が形成され、これが図１の誘電体共振器
の導体壁１ｂを疑似的に形成している。

【００５７】また、この複数の貫通導体１４は、上部主
導体層１１と下部主導体層１３間において該主導体層と
平行に設けられた共振器部副導体層１２によって電気的
に接続されている。この共振器部副導体層１２には開口
部３１と相似形状の導体非形成部を設け、単層または必
要に応じて複数層形成されて、複数の共振器部貫通導体
１４と共に共振器部誘電体基板５１内に格子状の共振器
部導体側壁１ｂを形成する。

【００５８】そして、共振器部上部主導体層１１、共振
器部下部主導体層１３、複数の共振器部貫通導体１４お
よび共振器部副導体層１２から成る共振器導体壁とで囲
まれ、誘電体で満たされた空間により、共振器部誘電体
基板５１内に、誘電体共振器１構造体を形成している。

【００５９】一方、共振器部誘電体基板５１の下面に
は、給電部誘電体層５２ａ、５２ｂを積層して成る給電
部誘電体基板５２が形成されており、２１は給電部誘電
体基板５２の上面には給電部上部主導体層２１が形成さ
れ、下面には給電部下部主導体層２３が形成されてお
り、給電部誘電体基板５２は両給電部主導体層２１、２
３により挟持されている。なお、図中では、共振器部下
部主導体層１３と給電部上部主導体層２１とは共用して
用いられている。

【００６０】また、給電部上部主導体層２１および給電
部下部主導体層２３の間には、両者を電気的に接続する
ように複数の給電部貫通導体２４ａ、２４ｂが２列に配
設されている。この複数の貫通導体２４ａ、２４ｂは、
高周波信号の信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で
配設されている。なお、この繰り返し間隔は、必ずしも
一定の値であることに限られず、信号波長の２分の１未
満で種々の値を組合わせて設定しても良い。また、２
重、３重と配設されても良い。また、この複数の貫通導
体２４ａ、２４ｂは、上部主導体層２１と下部主導体層
２３間において該主導体層と平行に設けられた給電部副
導体層２２によって電気的に接続されている。

【００６１】この複数の貫通導体２４ａ、２４ｂおよび
副導体層２２によって電磁波遮蔽体が形成され、これが
図１の給電線路２のＥ面導体を疑似的に形成している。

【００６２】そして、給電線路部上部主導体層２１、給
電線路部下部主導体層２３、複数の給電線路部貫通導体
２４ａ、２４ｂおよび副導体層２２から成る疑似的導体
壁とで囲まれ、誘電体で満たされた空間により、断面が
矩形状の誘電体導波管からなる給電線路構造体２を形成
している。

【００６３】特に、この誘電体導波管をシングルモード
で用いる場合には、給電部貫通導体群２４ａと２４ｂと
の間隔ｗは、λ／２＜ｗ＜λで配設される。なお、給電
部誘電体層５２は単層であっても良く、この場合には、
給電部副導体層２２は形成されない。

【００６４】そして、この共振器部下部主導体層１３
（給電部上部主導体層２１）には、誘電体共振器構造体
１と、導波管型給電線路構造体２を結合するために、非
導体形成部を形成して略円形または多角形状の結合孔３
２を形成することによって、上記誘電体共振器構造体１
と導波管型給電線路構造体２とが結合されている。

【００６５】そして、導波管型給電線路２から結合孔３
２を通して開口部３１側に放射された高周波信号の電磁
波は、誘電体共振器１があることにより、その空間より
外側の一対の主導体層１１、１３間を伝播することな
く、開口部３１から自由空間に放射される。

【００６６】図８（ａ）は、図７のアンテナ基板におい
て、反射抑制構造が付加された開口面アンテナを誘電体
基板内に形成したアンテナ基板の一例を示すもので、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ２−Ｂ２線断面図
である。図１及び図２に示したものと同様の個所には同
じ符号を付してある。

【００６７】図８においては、導波管型給電線路構造体
２の導波管内側に給電部副導体層２２を一部延設して水
平導体４２が設けられ、その水平導体の端部は、垂直導
体４１によって、主導体層２３と電気的に接続されてい
る。このようにして、反射抑制垂直導体４１と反射抑制
水平導体４２とから、反射抑制構造４が導波管型給電線
路構造体２内に形成されている。

【００６８】なお、図８に示す本発明の実施形態の一例
では、反射抑制垂直導体４１は給電部誘電体層５２ｂの
みに形成されているが、給電部誘電体層５２ａに形成し
ても良く、また、導波管型給電線路２が多数の誘電体層
で形成されている場合はその複数の層に形成しても良
い。

【００６９】なお、このアンテナ基板は、前述したよう
に、結合孔３２の形成箇所によって図４に示した直線偏
波を放射するアンテナ基板、図５に示した円偏波を放射
するアンテナ基板として機能させることができる。ま
た、複数の誘電体共振器構造体１を導波管型給電線路構
造体２に対して所定の間隔で配列することによって、直
列給電アンテナ基板を形成することもできる。

【００７０】また、本発明によれば、図７、図８に示し
たように、多層構造の誘電体基板内部に開口面アンテナ
を形成することによって、アンテナ基板の他の部分に種
々の回路を形成することができる。

【００７１】図９は、本発明の直列給電アンテナ基板の
裏面に能動素子を実装した場合の一例を示すもので、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ３−Ｂ３断面図で
ある。図中、８１はアンテナポート６２と表面回路とを
結合する接続部、７１は信号増幅器、７２はフィルタ
ー、７３はミキサ、７４は高周波信号発生器、８２はＩ
Ｆ信号のＩＦポートである。

【００７２】例えば、ＩＦポート８２から入力されたＩ
Ｆ信号は高周波信号発生器７４で生成された搬送信号と
ミキサ７３でミキシングされ、フィルター７２で帯域外
の高調波等の高周波成分がカットされた後、信号増幅器
７１で増幅され、接続部８１を介してアンテナ基板に入
力される。７１〜７４の全ての能動素子がアンテナ基板
５に実装される必要はないが、少なくとも信号増幅器７
１がアンテナ基板５に実装されたアンテナモジュールの
形態は、特に信号波長がミリ波帯を用いる場合、伝送損
失の観点でメリットが大きい。

【００７３】図１０は、本発明の直列給電アンテナ基板
の裏面に能動素子を実装した他の例を示すもので、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ４−Ｂ４断面図
である。図９に示したものと同様の個所には同じ符号を
付してある。７５はスイッチまたはサーキュレータまた
はダイプレクサ等の信号切替え器、８２ａはＩＦ入力ポ
ート、８２ｂはＩＦ出力ポートである。

【００７４】ＩＦ入力ポート８２ａから入力されたＩＦ
信号は高周波信号発生器７４で生成された搬送信号とミ
キサ７３ａでミキシングされ、フィルター７２ａで帯域
外の高調波等の高周波成分がカットされた後、高出力信
号増幅器７１ａで増幅され、スイッチやサーキュレータ
またはダイプレクサ等の信号切り替え器７５により、接
続部８１方向のみに信号が送られ、アンテナ基板５に入
力される。一方、アンテナ基板５で受信して接続部８１
に到達した信号は、信号切り替え器７５により、低雑音
信号増幅器７１ｂのみに信号が送られ、フィルター７２
ｂで帯域外の信号をカットされた後、高周波信号発生器
７４で生成された信号とキクサ７３ｂでミキシングさ
れ、ＩＦ信号のみ取り出される。その後、ＩＦ出力ポー
ト８２ｂより出力される。このように、信号切り替え器
７５を配設することにより、送受共用のアンテナ基板を
提供することができる。

【００７５】図１１は、本発明直列給電のアンテナ基板
の裏面に半導体素子をキャビティ内に実装した形態の一
例を示すもので、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ５−Ｂ５断面図である。図１０に示したもの
と同様の個所には同じ符号を付してある。７は半導体素
子、９はキャビティである。

【００７６】半導体素子７はスイッチまたは信号増幅器
等の単一機能を持つものであっても、図９または図１０
に示した機能素子群を集積化したものであっても良い。

【００７７】このように、アンテナ基板５裏面にキャビ
ティ９を形成することにより、キャビティ９内に半導体
素子７を収納することができるので、特性が高く、低コ
ストのアンテナ基板５が実現できる。

【００７８】以上のアンテナ基板における誘電体基板
は、適当な厚みの誘電体層を積層することによって容易
に形成することができる。また、導体層は、導体ペース
トの印刷や、導体箔などによって形成でき、また垂直導
体は、誘電体層に貫通孔を形成しスクリーン印刷などに
よって導体ペーストを充填することによって容易に形成
することができる。特に、誘電体材料として、銅、銀、
金等の低抵抗の導体を用いるために、誘電体基板は、１
０５０℃以下で焼成可能な公知の低温焼成セラミック材
料、例えば、ホウケイ酸系ガラス、あるいはホウ珪酸系
ガラスとＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などのセラミックフィラー
とを混合した材料等によって形成することによって、伝
送損失が小さくなりアンテナ特性が向上する。

【００７９】

【実施例】次に、本発明の開口面アンテナの具体例につ
いて説明する。図１２は、図８の反射抑制構造を有する
アンテナ基板の反射抑制構造の効果を示す図である。図
８の誘電体基板５１、５２には、比誘電率４．９のガラ
スセラミックスを用い、誘電体共振器１の厚みを０．６
ｍｍ、導波管型給電線路２のサイズを（ｗ、ｈ）＝
（１．８２ｍｍ、０．６ｍｍ）、結合孔３２の中心位置
は導波管型給電線路２の中心軸からのずれ量ｃ＝０．３
９ｍｍとした。また周波数は、６２．５ＧＨｚにて評価
した。

【００８０】図１２（ａ）は結合孔３２を楕円形状と
し、そのサイズａ（楕円の長軸、短軸はｂ＝１．４４ａ
−０．５２とした）を変化させたときの反射特性であ
る。誘電体共振器１径ｄおよび開口部サイズはφ２．１
２ｍｍとした。

【００８１】反射抑制構造としては、図８における結合
孔３２の下側に、幅０．２ｍｍ、長さ０．６７ｍｍの水
平導体４２を導波管型給電線路の０．３ｍｍの厚みの位
置に副導体層２２より延設し、水平導体４２の端部には
直径が０．２ｍｍの垂直導体４１が下側の主導体層（Ｅ
面導体）２３まで伸びた構造を導波管型給電線路２内部
に左右対称に形成した。

【００８２】図の●は反射抑制構造４を付加した場合、
△は反射抑制構造４のない場合の結果である。反射抑制
構造４がない場合、反射は−２０ｄＢより大きいのに対
し、反射抑制構造４がある場合は、反射が−３０ｄＢ以
下に抑制されていることがわかる。

【００８３】図１２（ｂ）は、誘電体共振器１の径ｄを
変化させたときの反射特性を示す図である。楕円形結合
孔３２のサイズはａ＝１．０００ｍｍ、ｂ＝０．９１４
ｍｍとし、反射抑制構造４は図１２（ａ）の場合と同じ
にした。なお、開口部３１のサイズは誘電体共振器１の
径ｄと同じにした。図の●は反射抑制構造４を付加した
場合、△は反射抑制構造４のない場合の結果である。反
射抑制構造４がない場合、反射は−２０ｄＢより大きい
のに対し、反射抑制構造４がある場合は、反射が−３０
ｄＢ以下に抑制されていることがわかる。

【００８４】図１３は、本発明の開口面アンテナを用い
て、円偏波または直線偏波を放射させた一実施例を示す
アンテナの放射パターンである。図の横軸はアンテナ面
法線方向からの角度であり、縦軸は電磁波の相対強度を
示す。また、実線は右旋円偏波成分、破線は左旋円偏波
成分を示す。なお、評価は６２．５ＧＨｚで行った。

【００８５】誘電体層には，比誘電率４．９のガラスセ
ラミックスを用い、誘電体共振器１の径ｄおよび開口部
３１のサイズをφ２．１２ｍｍ、誘電体共振器１の厚み
を０．６ｍｍ、楕円形結合孔３２のサイズはａ＝１．０
００ｍｍ、ｂ＝０．９１４ｍｍ、導波管型給電線路２の
サイズは（ｗ、ｈ）＝（１．８２ｍｍ、０．６ｍｍ）と
した。また、図１２で形成した構造と全く同じ構造の反
射抑制構造を形成した。

【００８６】図１３（ａ）において、楕円形結合孔３２
の中心位置の導波管型給電線路２の中心軸からのずれ量
ｃ＝０．３９ｍｍとした。この場合、法線方向（０°方
向）の左旋円偏波成分は−３０ｄＢ以下で、ほとんどが
右旋円偏波成分である。即ち、きれいな右旋円偏波の電
磁波が放射されていることがわかる。

【００８７】図１３（ｂ）において、楕円形結合孔３２
の中心位置は導波管型給電線路２の中心とした。この場
合、実線の右旋円偏波成分と破線の左旋円偏波成分とが
一致している。即ち、きれいな直線偏波の電磁波が放射
されていることがわかる。

【００８８】図１４（ａ）は結合孔サイズと放射量およ
び円偏波の軸比の関係を示す図であり、図１４（ｂ）は
周波数に対する軸比の変化を示す図である。

【００８９】誘電体基板５１、５２には比誘電率４．９
の材料を用い、誘電体共振器１の厚みｔを０．６ｍｍ、
誘電体共振器１の径ｄおよび開口部３１のサイズはφ
２．１２ｍｍ、導波管型給電線路２のサイズを（ｗ、
ｈ）＝（１．８２ｍｍ、０．６ｍｍ）とした。楕円形結
合孔３２の中心位置の導波管型給電線路２の中心軸から
のずれ量ｃ＝０．３９ｍｍとした。また、図１２で形成
した構造と全く同じ構造の反射抑制構造を形成した。

【００９０】図１４（ａ）は楕円形結合孔３２サイズａ
（楕円の長軸、短軸はｂ＝１．４４ａ−０．５２とし
た）を変化させたときの放射量と軸比の関係を示した図
であり、周波数は６２．５ＧＨｚで評価したものであ
る。

【００９１】また、図中の●は放射量、□は円偏波にお
ける軸比を示している。この図から、楕円型結合孔サイ
ズを０．８６ｍｍから１．０２ｍｍまで変化させること
により、放射量を１０〜６０％へと制御できると共に、
そのときの軸比も３ｄＢ以内の良好な特性が得られるこ
とがわかる。

【００９２】図１４（ｂ）は、楕円型結合孔３２のサイ
ズをａ＝１．０２０ｍｍとしたときの、軸比の周波数依
存性を示す図である。この図から、周波数が５５〜６５
ＧＨｚと１０ＧＨｚ変化させても、軸比の変化は約１ｄ
Ｂ以下で小さいことがわかる。このことは、寸法精度が
変化しても軸比の変化は非常に小さいことを意味してい
る。

【００９３】図１５（ａ）は、開口部３１のサイズと放
射量および円偏波の軸比の関係を示す図であり、図１５
（ｂ）は誘電体共振器１の径ｄと放射量および円偏波の
軸比の関係を示す図である。

【００９４】誘電体基板５１、５２には、比誘電率４．
９のガラスセラミックスを用い、誘電体共振器１の厚み
ｔを０．６ｍｍ、導波管型給電線路２のサイズを（ｗ、
ｈ）＝（１．８２ｍｍ、０．６ｍｍ）とした。楕円形結
合孔３２の中心位置の導波管型給電線路２の中心軸から
のずれ量ｃ＝０．３９ｍｍとした。また、図１２で形成
した構造と全く同じ構造の反射抑制構造を形成した。

【００９５】図１５（ａ）は開口部３１のサイズｄを変
化させたときの放射量と軸比の関係を示した図であり、
周波数は６２．５ＧＨｚで評価したものである。なお、
誘電体共振器１の径は２．１２ｍｍで一定である。ま
た、図中の●は放射量、□は円偏波における軸比を示し
ている。この図から、開口部サイズを１．５ｍｍから
２．２ｍｍまで変化させることにより、放射量を１０〜
６０％へと制御できると共に、そのときの軸比も約２ｄ
Ｂ以内の良好な特性が得られることがわかる。

【００９６】図１５（ｂ）は誘電体共振器１の径を変化
させたときの放射量と軸比の関係を示した図であり、周
波数は６２．５ＧＨｚで評価したものである。なお、開
口部３１のサイズは誘電体共振器１の径と同じにした。
また、図中の●は放射量、□は円偏波における軸比を示
している。この図から、共振器径を１．５ｍｍから２．
２ｍｍまで変化させることにより、放射量を２〜６０％
へと制御できると共に、そのときの軸比も約１．５ｄＢ
以内の良好な特性が得られることがわかる。

【００９７】図１６は図６に示す直列給電方式による、
放射パターン制御の一例を示す図である。この場合（図
６参照）、直列給電導波管型給電線路２はスロット６１
により中央で給電されており、分岐後、左右に並ぶ５つ
の誘電体共振器１の放射量は対称とした。このとき、中
央から端部に向かう誘電体共振器１からの放射量を前述
したように結合孔サイズ、開口部サイズ、共振器サイズ
を変えて４２％、５２％、５８％、６０％、６２％とし
た。またアンテナ素子間隔は自由空間波長をλ ₀とした
とき、５．２５λ₀とした。図１６に示すように、この
場合、サイドローブレベルが−２５ｄＢ以下に制御され
ていることがわかる。

【００９８】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の開口面アン
テナによれば、略円形または多角形の結合孔と誘電体共
振器とにより共振周波数を制御できるため、結合孔の寸
法精度に数％の誤差があったとしても、安定して所望の
周波数帯における共振を得ることができ、それにより開
口面から放射される高周波信号の電磁波を安定して放射
させることができるものとなる。また、給電線路での不
要放射がなく、伝送損失も小さいことからアンテナでの
損失を小さいものとすることができるとともに、楕円型
結合孔と誘電体導波管との位置関係を調整することによ
り、直線偏波、右旋円偏波、左旋円偏波を放射させるこ
とができるものとなる。

【００９９】また、前記導波管または誘電体導波管内の
結合孔の下部に位置する導波管または誘電体導波管内
に、反射を抑制する構造を形成することによってアンテ
ナ素子結合部でのインピーダンスのずれによる反射波を
十分抑制できるものとなる。さらに、直列給電の場合で
も反射波を十分抑制できるので、アンテナ素子を誘電体
導波管の概ね１管内波長間隔として、放射ビームをアン
テナ面の法線方向に設定しても、反射損失を低く抑える
ことができるものとなる。

【０１００】またさらに、積層型開口面アンテナの楕円
形結合孔、誘電体共振器の円形状の開口部、誘電体共振
器の径の大きさを変えることにより放射量を調整してな
ることとしたことから、放射パターンを容易に制御でき
るとともに、円偏波の場合でも、軸比を小さく押さえる
ことができるものとなる。

【０１０１】またさらに、誘電体基板内に、高周波信号
を伝送可能な誘電体導波管と、円柱型誘電体の側面の全
部または一部が金属で覆われ、かつ高周波信号を空間に
放射するための開口部を有する円柱型誘電体共振器とが
形成され，誘電体導波管のＨ面導体内の前記円柱型誘電
体共振器の開口部の中心と対向する位置に結合孔を形成
し、該結合孔を介して高周波信号を前記誘電体導波管か
ら円柱型誘電体共振器に給電してなるものとしたことに
より、誘電体基板の裏面に能動素子や信号切り替え器を
直接実装またはキャビティを形成しその中に内蔵するこ
とが可能となり、小型で信頼性が高く、低コストのアン
テナ基板とする事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の開口面アンテナの一例を示す概略斜視
図である。

【図２】本発明の反射抑制構造を有する開口面アンテナ
の一例を示す（ａ）概略斜視図と、（ｂ）（ａ）のｘ−
ｘ断面図である。

【図３】本発明における開口面アンテナの結合孔の形状
の例を示す図である。

【図４】本発明における直線偏波を放射させる積層型開
口面アンテナの一例を示す（ａ）平面図と、（ｂ）その
磁界分布を示す図である。

【図５】本発明における円偏波を放射させる積層型開口
面アンテナの一例を示す（ａ）平面図と、（ｂ）その磁
界分布を示す図である。

【図６】本発明の開口面アンテナを用いた直列給電アン
テナの一例を示す分解図である。

【図７】本発明の開口面アンテナ付き基板の一例を示す
（ａ）平面図と、（ｂ）（ａ）のＡ１−Ｂ１断面図であ
る。

【図８】本発明の反射抑制構造を有する開口面アンテナ
付き基板の一例を示す（ａ）平面図と、（ｂ）（ａ）の
Ａ２−Ｂ２断面図である。

【図９】本発明の開口面アンテナ付き基板に能動素子群
を実装した一例を示す（ａ）斜視図と、（ｂ）（ａ）の
Ａ３−Ｂ３断面図である。

【図１０】本発明の開口面アンテナ付き基板に能動素子
群を実装し、送受信共用とした一例を示す（ａ）斜視図
と、（ｂ）（ａ）のＡ４−Ｂ４断面図である。

【図１１】本発明の開口面アンテナ付き基板にキャビテ
ィを形成した一例を示す（ａ）斜視図と、（ｂ）（ａ）
のＡ５−Ｂ５断面図である。

【図１２】本発明の開口面アンテナにおける反射抑制構
造の効果を示す図であり、（ａ）は結合孔サイズを変化
させたときの特性、（ｂ）は共振器径を変化させた時の
特性である。

【図１３】本発明の開口面アンテナにおける（ａ）は放
射される電磁波が円偏波であることを示す放射パター
ン、（ｂ）は放射される電磁波が直線偏波であることを
示す放射パターンを示す図である。

【図１４】本発明の開口面アンテナにおける（ａ）は結
合孔サイズと放射量および円偏波の軸比の関係を示す図
であり、（ｂ）は周波数に対する軸比の変化を示す図で
ある。

【図１５】本発明の開口面アンテナにおいて、（ａ）は
開口部サイズと放射量および円偏波の軸比の関係を示す
図であり、（ｂ）は共振器径と放射量および円偏波の軸
比の関係を示す図である。

【図１６】本発明の開口面アンテナにおいて直列給電方
式による放射パターン制御の一例を示す図である。

【符号の説明】

１誘電体共振器１１共振器部上部主導体層１２共振器部副導体層１３共振器部下部主導体層１４共振器部貫通導体２導波管型給電線路２１給電部上部主導体層２２給電部副導体層２３給電部下部主導体層２４給電部貫通導体３１開口部３２結合孔４反射抑制構造４１反射抑制垂直導体４２反射抑制水平導体５アンテナ付き基板５１共振器部誘電体基板５２給電部誘電体基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円柱型誘電体の側面の全部または一部が電
磁波遮蔽体で覆われ、かつ高周波信号を空間に放射する
ための開口部を有する円柱型誘電体共振器と該円柱型誘
電体共振器に給電するための導波管または誘電体導波管
と、を具備し、前記導波管または誘電体導波管のＨ面導
体表面に前記円柱型誘電体共振器を搭載するとともに、
前記導波管または誘電体導波管のＨ面導体内の前記円柱
型誘電体共振器の開口部の中心と対向する位置に略円形
または多角形状の結合孔を形成し、該結合孔を介して高
周波信号を前記導波管または誘電体導波管から円柱型誘
電体共振器に給電してなることを特徴とする開口面アン
テナ。
【請求項２】前記高周波信号の誘電体中の自由空間信号
波長をλとしたとき、前記円柱型誘電体共振器の厚みを
λ／４〜λ／２としたことを特徴とする請求項１記載の
開口面アンテナ。
【請求項３】前記導波管または誘電体導波管内の結合孔
の下部に位置する導波管または誘電体導波管内に、反射
を抑制する構造部を形成してなることを特徴とする請求
項１乃至請求項２のいずれか記載の開口面アンテナ。
【請求項４】前記結合孔が楕円形状または円形状であ
り、該結合孔の中心が前記導波管または誘電体導波管の
中心軸上に位置してなり、直線偏波を放射することを特
徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の開口面
アンテナ。
【請求項５】前記結合孔が楕円形状であり、該結合孔の
中心が前記導波管または誘電体導波管の中心軸からずれ
た位置にあり、円偏波を放射することを特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれか記載の開口面アンテナ。
【請求項６】前記導波管または誘電体導波管の幅をｗと
したとき、前記結合孔の中心が前記導波管または誘電体
導波管の中心軸からｗ／８〜３ｗ／８ずれた位置にある
ことを特徴とする請求項５記載の開口面アンテナ。
【請求項７】前記楕円形状結合孔の長軸および短軸との
比をＲとしたとき、Ｒが０．８６〜０．９７であること
を特徴とする請求項５記載の開口面アンテナ。
【請求項８】前記導波管または誘電体導波管のＨ面導体
表面に、複数の前記円柱型誘電体共振器を概ね１管内波
長間隔をもって搭載し、前記導波管または誘電体導波管
によりすべての円柱型誘電体共振器に直列給電してなる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか記載
の開口面アンテナ。
【請求項９】前記複数の直列給電された円柱型誘電体共
振器における結合孔の大きさを変えることにより放射量
を調整し、全体の放射パターンを制御することを特徴と
する請求項８記載の開口面アンテナ。
【請求項１０】前記複数の直列給電された円柱型誘電体
共振器の開口部の大きさを変えることにより放射量を調
整し、全体の放射パターンを制御することを特徴とする
請求項８記載の開口面アンテナ。
【請求項１１】前記複数の直列給電された円柱型誘電体
共振器の径の大きさを変えることにより放射量を調整
し、全体の放射パターンを制御することを特徴とする請
求項８記載の開口面アンテナ。
【請求項１２】複数の誘電体層が積層された誘電体基板
内に、高周波信号を伝送可能な誘電体導波管構造体と、
円柱型誘電体の側面の全部または一部が電磁波遮蔽壁に
よって覆われ、かつ高周波信号を空間に放射するための
開口部を有する円柱型誘電体共振器構造体とを具備し、
前記誘電体導波管構造体のＨ面導体上に前記円柱型誘電
体共振器構造体の下面が結合するように配置してなり、
前記誘電体導波管構造体のＨ面導体内の前記円柱型誘電
体共振器構造体の開口部の中心と対向する位置に略円形
または多角形状の結合孔を形成し、該結合孔を介して高
周波信号を前記誘電体導波管構造体から円柱型誘電体共
振器構造体に給電してなることを特徴とする開口面アン
テナ付き基板。
【請求項１３】前記誘電体導波管構造体が、上部主導体
層および下部主導体層と、所定間隔をもって前記上部主
導体層と前記下部主導体層とを電気的に接続する複数の
貫通導体から成る電磁波遮蔽壁とで囲まれてなることを
特徴とする請求項１２記載の開口面アンテナ付き基板。
【請求項１４】前記複数の貫通導体が、上部主導体層と
下部主導体層間において該主導体層と平行に設けられた
副導体層によって電気的に接続されてなることを特徴と
する請求項１３記載の開口面アンテナ付き基板。
【請求項１５】前記円柱型誘電体共振器構造体が、前記
誘電体基板の表面に形成された開口部を有する上部主導
体層と、前記開口部と対向する位置に形成された下部主
導体層と、前記開口部周囲の前記誘電体基板内に形成さ
れ所定間隔をもって前記上部主導体層と前記下部主導体
層とを電気的に接続する複数の貫通導体と、前記上部主
導体層と前記下部主導体層間において該主導体層と平行
に設けられ且つ前記複数の貫通導体を電気的に接続する
副導体層とからなるアンテナ導体壁とで囲まれてなるこ
とを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれか記
載の開口面アンテナ付き基板。
【請求項１６】前記誘電体基板の裏面に、少なくとも１
つの信号増幅器が実装されてなることを特徴とする請求
項１２乃至請求項１５のいずれか記載の開口面アンテナ
付き基板。
【請求項１７】前記誘電体基板の裏面に、スイッチ、サ
ーキュレータおよびダイプレクサの群から選ばれる少な
くとも１種が実装されてなることを特徴とする請求項１
２乃至請求項１６のいずれか記載の開口面アンテナ付き
基板。
【請求項１８】前記誘電体基板の裏面に、半導体素子を
収納するためのキャビティが形成されて成ることを特徴
とする請求項１２乃至請求項１７のいずれか記載の開口
面アンテナ付き基板。
【請求項１９】前記誘電体基板が，低温焼成セラミック
スからなることを特徴とする請求項１２乃至請求項１８
のいずれか記載の開口面アンテナ付き基板。