JP2003158408A - 給電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 給電線路から平行平板線路やマイクロストリ
ップ線路に電磁波を効率よく給電できるようにする。 【解決手段】 平行平板線路１３を形成する第１導体１
１に接続された第１の共振器形成板２１と、第２導体１
２に接続された第２の共振器形成板２２と、複数の金属
柱２３とによって空洞型の共振器２５を形成し、導波管
３０からの電磁波をこの共振器２５を介して平行平板線
路１３に給電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体基板上に形
成された平行平板線路やマイクロストリップ線路に対す
る電磁波の給電を効率よく行うための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ミリ波帯や準ミリ波帯で使用する平面ア
ンテナとして、誘電体基板とその一面側に設けられた地
板導体とにより、電磁波を誘電体基板の厚さ方向と直交
する方向へ伝送する誘電体線路を形成し、その誘電体基
板の一面側に金属ストリップを所定間隔に平行に設ける
とともに、その金属ストリップにほぼ平行な位相面をも
つ電磁波をイメージ線路内に伝搬させて金属ストリップ
の漏出作用によって誘電体基板の表面から電磁波を輻射
する誘電体漏れ波アンテナが提案されている。

【０００３】このような構造の誘電体漏れ波アンテナ
で、金属ストリップにほぼ平行な位相面を有する電磁波
を与えるための励振部として、従来では、電磁ホーンか
ら放射される円筒波をパラボラ反射鏡によって直線的な
位相面の電磁波に変換して誘電体基板に入射する方法
や、電磁ホーンから放射される円筒波を誘電体レンズに
直線的な位相面の電磁波に変換して誘電体基板に入射す
る方法等があったが、これらの方法では、誘電体基板と
別体の電磁ホーン、パラボラ反射鏡が必要となり、必然
的に構造が立体的になり、アンテナ全体の大きさが多く
なってしまい、また製造コストが高くなるという問題が
あった。

【０００４】これを解決するために、漏出用の金属スト
リップが設けられている誘電体基板上に平行平板線路や
マイクロストリップ線路を形成し、その線路に対して導
波管や同軸ケーブル等の給電線路から電磁波を給電し、
その給電された電磁波を金属ストリップ側に分岐して励
振することが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、導波管や同
軸ケーブル等の給電線路から平行平板線路やマイクロス
トリップ線路等に電磁波を効率よく給電できる給電器が
実現されておらず、これらの線路によって励振する誘電
体漏れ波アンテナの実現が困難であった。

【０００６】本発明は、この問題を解決して、給電線路
から平行平板線路やマイクロストリップ線路に電磁波を
効率よく給電できる給電器を提供することを目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の給電器は、誘電体基板（１０）
の一面側に形成された帯板状の第１導体（１１）と、前
記誘電体基板の反対面側で前記第１導体に対向するよう
に形成された第２導体（１２、１２′）とを有し、電磁
波を前記第１導体と第２導体とで挟まれた誘電体内を伝
搬させる線路に対して、電磁波を給電するための給電器
であって、前記誘電体基板の一面側で前記第１導体と接
続された第１の共振器形成板（２１）と、前記誘電体基
板の反対面側で前記第１の共振器形成板に対向し且つ前
記第２導体に接続された第２の共振器形成板（２２、１
２′）と、前記誘電体基板をその厚さ方向に貫通し、前
記第１の共振器形成板と第２の共振器形成板の間に挟ま
れた誘電体部分を囲こんで、前記第１の共振器形成板お
よび第２の共振器形成板とともに空洞型の共振器（２
５）を形成する複数の金属柱（２３）と、前記空洞型の
共振器に前記第２の共振器形成板側から給電線路（３
０、５０）を結合させる結合部（２２ａ、２２ａ′）
と、前記結合部を介して前記給電線路から前記空洞型の
共振器に入力された電磁波を前記第１導体と第２導体で
挟まれた線路へ伝搬させる結合窓（２６、２７）とを備
えている。

【０００８】また、本発明の請求項２の給電器は、請求
項１記載の給電器において、前記給電線路が導波管によ
って形成され、前記空洞型の共振器の内部の少なくとも
前記結合部と連続する部分が前記誘電体基板より低い誘
電率となるように形成されている。

【０００９】また、本発明の請求項３の給電器は、請求
項１記載の給電器において、前記給電線路が導波管によ
って形成され、前記空洞型の共振器の内部の少なくとも
前記結合部と連続する部分が他の部分より薄く形成され
ている。

【００１０】また、本発明の請求項４の給電器は、請求
項１記載の給電器において、前記給電線路が同軸ケーブ
ルによって形成され、前記同軸ケーブルの外部導体が前
記第２の共振器形成板に接続され、中心導体が前記空洞
型共振器の内部に進入している。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１〜図５は、本発明を適用した
給電器２０を示している。

【００１２】この給電器２０は、誘電体基板１０を挟ん
で互い対向する帯板状の第１導体１１と第２導体１２と
で形成される平行平板線路１３に対して、給電線路とし
て導波管３０から電磁波を給電させるためのものであ
る。なお、この給電対象の平行平板線路１３や後述する
マイクロストリップ線路１４は、回路間を接続するため
の線路や前記した誘電体漏れ波アンテナの輻射部を励振
するための線路として用いられる。

【００１３】ここで、誘電体基板１０は、後述するスペ
ーサ１８等によって、金属のベース板１５の上面側に所
定の隙間をあけた状態で平行に支持されている。

【００１４】誘電体基板１０の一面側１０ａには、図１
に示しているように後述する空洞型の共振器２５を形成
するための矩形（円形でもよい）の第１の共振器形成板
２１が、第１導体１１と直交するように形成されてお
り、誘電体基板１０の反対面側１０ｂにも、図５に示し
ているように、第１の共振器形成板２１と同形の第２の
共振器形成板２２が第２導体１２と直交し、且つ第１の
共振器形成板２１と重なり合うように設けられている。

【００１５】第１の共振器形成板２１の縁部と第２の共
振器形成板２２の縁部の間は、スルーホール加工等によ
って誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するように形成さ
れた複数の金属柱２３によって電気的に接続されてい
る。

【００１６】これらの複数の金属柱２３は、給電する電
磁波の誘電体基板１０内における波長に対して十分狭い
間隔をもって、第１、第２の共振器形成板２１、２２に
挟まれた誘電体部分を周囲を矩形に囲むように並んで、
この誘電体部分に空洞型の共振器２５を形成している。

【００１７】なお、この共振器２５の共振周波数は、平
行平板線路１３に給電する電磁波の周波数と一致するよ
うに設定されている。

【００１８】金属柱２３によって形成される空洞型の共
振器２５の側壁のうち、第１導体１１、第２導体１２の
長さ方向に沿った部分には、図６に示しているように、
金属柱２３が所定の幅にわたって欠落して形成された結
合窓２６、２７が形成されている。

【００１９】この結合窓２６、２７は、第１導体１１お
よび第２導体１２によって形成される平行平板線路１３
と共振器２５とを結合させ、共振器２５内の電磁波を平
行平板線路１３へ伝搬させる。

【００２０】第２の共振器形成板２２の中央部には、給
電線路である導波管３０と共振器２５とを結合するため
の結合部として、導波管３０の先端側開口面に一致する
結合穴２２ａが設けられている。

【００２１】また、共振器２５を形成する誘電体部分の
中央には導波管３０から結合穴２２ａを介して入力され
る電磁波の電界の方向を誘電体基板１０の厚さ方向に揃
えるための円形の穴２８が結合穴２２ａと連続するよう
に貫通している。なお、この穴２８は、後述するように
誘電体基板１０の厚さが電磁波の波長の１／４以上ある
場合に有効であり、誘電体基板１０の厚さが電磁波の波
長の１／４より薄い場合には、設けなくてもよい。

【００２２】一方、導波管３０はＥ面（電界面）の幅が
先端に向かう程狭くなるように形成され、その先端側を
ベース板１５の下面側に固定されており、ベース板１５
には、導波管３０の先端側の開口に一致した長方形状の
穴１６が設けられている。

【００２３】また、ベース板１５と誘電体基板１０との
間に設けられた金属製のスペーサ１８には、ベース板１
５の穴１６と一致する長方形の穴１９が設けられてい
る。

【００２４】スペーサ１８の上面側は、その穴１８が誘
電体基板１０の下面１０ａ側に設けられている第２の共
振器形成板２２の結合穴２２ａに一致させた状態で、第
２の共振器形成板２２の表面に接触させている。

【００２５】このように構成された給電器２０では、導
波管３０に所望周波数の電磁波を給電すると、その電磁
波が導波管３０の先端側開口から、ベース板１５の穴１
６、スペーサ１８の穴１９および第２の共振器形成板２
２の結合穴２２ａを通過して共振器２５内に入力され
る。共振器２５に入力された電磁波は、共振器２５で共
振した状態で結合窓２６、２７を介して平行平板線路１
３に伝搬される。

【００２６】このように電磁波を共振器２５を介して平
行平板線路１３に給電することにより線路間のインピー
ダンス変換を円滑に行なうことができ、効率よく電磁波
を給電することができる。

【００２７】また、前記したように誘電体基板１０の厚
さが電磁波の１／４波長以上ある場合でも、共振器２５
の中心部に穴２８が設けられているため、導波管３０か
ら給電される電磁波の電界方向を平行平板線路１３に適
した方向、即ち、誘電体基板の厚さ方向に円滑に変換す
ることができる。

【００２８】即ち、誘電体基板１０の厚さが１／４波長
以上で、この穴２８がない場合には、図７の（ａ）のよ
うに、導波管３０から共振器２５内に入力された電磁波
の電界Ｅの曲がりが少なく誘電体基板１０の厚さ方向に
ならず、平行平板線路１３へうまく伝搬されない現象が
発生するが、上記のように共振器２５の中央に穴２８を
設けて空気層を設けると、図７の（ｂ）のように、導波
管３０から共振器２５内に入力された電磁波の電界Ｅが
小さい径で湾曲して、その穴２８から僅かな距離で誘電
体基板１０の厚さ方向に沿った電界を得ることができ、
入力された電磁波の電界方向を、平行平板線路１３に合
った方向に円滑に変換することができる。

【００２９】なお、ここでは穴２８が誘電体基板１０を
貫通し、その内部が空気である場合について説明した
が、穴２８の内部に誘電体基板１０より低い誘電率の誘
電体を埋め込んでも同等の効果が得られる。

【００３０】また、図８に示すように、第１の共振器形
成板２１に接続された導体２１ａを穴２８の途中まで進
入させたり、図９に示すように、誘電体基板１０を貫通
しないやや大径の穴（窪み）２８′を設けて、結合穴２
２ａ側からみた誘電体基板１０の厚さを薄くしたり、あ
るいは、図１０に示すように第１の共振器形成板２１に
接続された導体２１ａを穴２８′に埋め込むことでも、
上記と同等の効果が得られる。

【００３１】実施形態の給電器２０は、上記のように平
行平板線路１３を形成する第１導体１１に接続された第
１の共振器形成板２１と、第２導体１２に接続された第
２の共振器形成板２２と、複数の金属柱２３によって空
洞型の共振器２５を形成し、導波管３０からの電磁波を
この共振器２５を介して平行平板線路１３に給電してい
る。

【００３２】このため、導波管３０から平行平板線路１
３に対するインピーダンス変換を円滑に行なうことがで
き、効率的な給電が行なえる。

【００３３】また、共振器２５内で給電線路と結合する
部分に穴２８をあけて空気層を設けているので、誘電体
基板１０が厚い場合でも、導波管３０からの電磁波の電
界の向きを狭い領域で平行平板線路１３に適した方向に
変換することができる。

【００３４】なお、上記の給電器２０は、給電対象の線
路が平行平板線路１３の場合であったが、図１１〜１４
に示す給電器２０′のように、誘電体基板１０に形成さ
れたマイクロストリップ線路１４を給電対象線路とする
ことも可能である。この場合、第２の共振器形成板を兼
ねた第２の導体１２′が誘電体基板１０の下面１０ｂ側
全体に広がっているので、誘電体基板１０とベース板１
５の間に隙間を設ける必要がなく、スペーサ１８を省略
してベース板１５と誘電体基板１０の下面側の第２導体
１２′との間を密着させることができる。この給電器２
０′の場合でも、前記した給電器２０′と同様に、導波
管３０からの電磁波を共振器２５を介して円滑に且つ効
率よくマイクロストリップ線路１４に給電することがで
きる。

【００３５】また、上記給電器２０は、導波管３０を給
電線路とするものであったが、図１５〜図１９に示す給
電器４０のように、給電線路として同軸ケーブル５０を
用い、平行平板線路１３に給電することもできる。

【００３６】この給電器４０の場合、図１７に示してい
るように、ベース板１５には、同軸ケーブル５０の一端
側を通過させるとともにその外部導体５０ａに接触する
穴１６′を設け、また、共振器２５の中心部には、第２
の共振器形成板２２側から同軸ケーブル５０の中心導体
５０ｂを所定の深さまで受け入れるための穴２９が結合
部として設けられており、第２の共振器形成板２２の中
央には、この穴２９に通る中心導体５０ｂに接触しない
ように穴２９より大きな円形の逃げ穴２２ａ′が設けら
れている。また、同軸ケーブル５０の外部導体５０ａ
は、第２の共振器形成板２２に電気的に接続されてい
る。

【００３７】このような給電器４０では、同軸ケーブル
５０の他端側から入力された電磁波が、共振器２５内に
進入している中心導体５０ｂから共振器２５内に入力さ
れて共振し、結合窓２６、２７から平行平板線路１３へ
伝搬される。

【００３８】なお、図２０に示すように、同軸ケーブル
５０の中心導体５０ｂから入力される電磁波の電界Ｅ
は、第２の共振器形成板２２へ向かって湾曲し、中心導
体５０ｂから離れるにしたがって誘電体基板１０の厚さ
方向に揃う。このように同軸ケーブル５０から出力され
る電磁波の電界Ｅは導波管３０の場合と方向が異なって
いて、誘電体基板１０厚さに無関係なので、前記したよ
うな空気層等は不要であり、穴２９の径は中心導体５０
ｂを通すことができる程度の小径でよい。なお、誘電体
基板１０が薄い場合には、穴２９を誘電体基板１０の上
面側まで貫通させて中心導体５０ｂの先端を第１の共振
器形成板２１に接続させてもよい。

【００３９】また、上記の給電器４０は、給電対象の線
路が平行平板線路１３の場合であったが、図２１〜図２
３に示す給電器４０′のように、マイクロストリップ線
路１４に同軸ケーブル５０からの電磁波を給電すること
もできる。この場合には、第２の共振器形成板を兼ねる
前記第２導体１２′が誘電体基板１０の下面１０ｂ側全
体に広がっているので、誘電体基板１０とベース板１５
の間に隙間を設ける必要がなく、スペーサ１８を省略し
てベース板１５と誘電体基板１０の下面側の第２導体１
２′との間を密着させることができる。

【００４０】このように、同軸ケーブル５０を給電線路
として用いた場合でも、共振器２５を介して平行平板線
路１３やマイクロストリップ線路１４に給電しているい
るので、効率的な給電が行なえる。

【００４１】なお、上記した各給電器２０、２０′、４
０、４０′は、平行平板線路１３やマイクロストリップ
線路１４の中間部から両端方向へ電磁波を給電している
が、平行平板線路１３やマイクロストリップ線路１４の
一端から他端側へ電磁波を給電する場合には、前記した
各給電器２０、２０′、４０、４０′の共振器２５の２
つの結合窓２６、２７の一方を金属柱２３で塞げばよ
い。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の給電器
は、平行平板線路やマイクロストリップ線路等の線路を
形成する第１導体に接続された第１の共振器形成板と、
第２導体に接続された第２の共振器形成板と、複数の金
属柱によって空洞型の共振器を形成し、給電線路からの
電磁波をこの共振器を介して第１導体と第２導体で挟ま
れた線路に給電している。

【００４３】このため、給電線路から第１導体と第２導
体で挟まれた線路に対するインピーダンス変換を円滑に
行なうことができ、効率的な給電が行なえる。

【００４４】また、導波管を給電線路とする場合に、共
振器の内部を誘電体基板より低い誘電率にしたものや、
誘電体の厚さを薄くしたものでは、導波管からの電磁波
の電界方向を誘電体基板の厚さ方向に円滑に変換するこ
とができる。

【００４５】また、同軸ケーブルを給電線路とする場合
に、その中心導体を共振器の内部に進入させ、外部導体
を第２の共振器形成板に接続することで、同軸ケーブル
からの電磁波を円滑に且つ効率的に給電することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】導波管から平行平板線路に給電するための実施
形態の給電器の平面図

【図２】図１の実施形態の側面図

【図３】図１のＡ−Ａ線断面図

【図４】図１のＢ−Ｂ線断面図

【図５】図１の実施形態の誘電体基板の反対面側を示す
図

【図６】図１の実施形態の要部を示す斜視図

【図７】図１の実施形態の動作を説明するための図

【図８】要部の変形例を示す図

【図９】要部の変形例を示す図

【図１０】要部の変形例を示す図

【図１１】導波管からマイクロストリップ線路に給電す
るための実施形態の給電器の平面図

【図１２】図１１のＣ−Ｃ線断面図

【図１３】図１１の実施形態の誘電体基板の反対面側を
示す図

【図１４】図１１の実施形態の要部を示す斜視図

【図１５】同軸ケーブルから平行平板線路に給電するた
めの実施形態の給電器の平面図

【図１６】図１５の実施形態の側面図

【図１７】図１５のＤ−Ｄ線断面図

【図１８】図１５の実施形態の誘電体基板の反対面側を
示す図

【図１９】図１５の実施形態の要部を示す斜視図

【図２０】図１５の実施形態の動作を説明するための図

【図２１】同軸ケーブルからマイクロストリップ線路に
給電するための実施形態の給電器の平面図

【図２２】図２１のＥ−Ｅ線断面図

【図２３】図２１の実施形態の誘電体基板の反対面側を
示す図

【符号の説明】

１０……誘電体基板、１１……第１導体、１２、１２′
……第２導体、１３……平行平板線路、１４……マイク
ロストリップ線路、１５……ベース板、１６……穴、１
８……スペーサ、１９……穴、２０、２０′、４０、４
０′……給電器、２１……第１の共振器形成板、２２…
…第２の共振器形成板、２２ａ……結合穴、２３……金
属柱、２５……共振器、２６、２７……結合窓、２８、
２９……穴、３０……導波管、５０……同軸ケーブル、
５０ａ……外部導体、５０ｂ……中心導体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体基板（１０）の一面側に形成された
   帯板状の第１導体（１１）と、前記誘電体基板の反対面
   側で前記第１導体に対向するように形成された第２導体
   （１２、１２′）とを有し、電磁波を前記第１導体と第
   ２導体とで挟まれた誘電体内を伝搬させる線路に対し
   て、電磁波を給電するための給電器であって、 前記誘電体基板の一面側で前記第１導体と接続された第
   １の共振器形成板（２１）と、 前記誘電体基板の反対面側で前記第１の共振器形成板に
   対向し且つ前記第２導体に接続された第２の共振器形成
   板（２２、１２′）と、 前記誘電体基板をその厚さ方向に貫通し、前記第１の共
   振器形成板と第２の共振器形成板の間に挟まれた誘電体
   部分を囲こんで、前記第１の共振器形成板および第２の
   共振器形成板とともに空洞型の共振器（２５）を形成す
   る複数の金属柱（２３）と、 前記空洞型の共振器に前記第２の共振器形成板側から給
   電線路（３０、５０）を結合させる結合部（２２ａ、２
   ２ａ′）と、 前記結合部を介して前記給電線路から前記空洞型の共振
   器に入力された電磁波を前記第１導体と第２導体で挟ま
   れた線路へ伝搬させる結合窓（２６、２７）とを備えた
   給電器。
2. 【請求項２】前記給電線路が導波管によって形成され、 前記空洞型の共振器の内部の少なくとも前記結合部と連
   続する部分が前記誘電体基板より低い誘電率となるよう
   に形成されていることを特徴とする請求項１記載の給電
   器。
3. 【請求項３】前記給電線路が導波管によって形成され、 前記空洞型の共振器の内部の少なくとも前記結合部と連
   続する部分が他の部分より薄く形成されていることを特
   徴とする請求項１記載の給電器。
4. 【請求項４】前記給電線路が同軸ケーブルによって形成
   され、 前記同軸ケーブルの外部導体が前記第２の共振器形成板
   に接続され、中心導体が前記空洞型共振器の内部に進入
   していることを特徴とする請求項１記載の給電器。