JP2004221714A - Dielectric waveguide antenna - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯およびミリ波帯で用いる誘電体材料により小型化された導波管である誘電体導波管アンテナに係るもので、特にその電波放射部分の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】特開2000−174541号公報
【0003】
マイクロ波帯やミリ波帯において、空洞導波管を給電線路として用いたアンテナが広く使用されている。中でも、導波管ホーンアンテナは最も広く用いられているものである。また、導波管壁にスロットを設けて導波管内の電磁波を漏洩させるスロットアンテナも数多く使用されている。
【0004】
誘電体材料の表面に導電膜を形成して作成される誘電体導波管は、誘電体材料による電磁波の短縮効果があり、また肉厚な金属壁を必要としないため、空洞導波管に比べて大幅な小型化が可能となる。誘電体導波管を給電回路として用いれば、既存の空洞導波管によるアンテナの給電構造の小型化、軽量化が可能となり、マイクロ波帯およびモリ波帯の通信機器の小型化と低廉化が可能となる。
【0005】
しかし、誘電体導波管に用いる誘電体材料と空気とは誘電率に大きな違いがあるため、導波管材料に誘電体を用いると導波管の開口(スロット)部と空気との間に大きなインピーダンスの不整合が生じることになり、電磁波が放射されにくくなってしまう。このことが、誘電体を利用する誘電体導波管アンテナの実用化の大きな妨げとなっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、給電線路およびアンテナ素子として誘電体導波管を用いて、小型化されたスロットアンテナである誘電体導波管アンテナを提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、誘電体導波管のスロットにプリント基板のビアホールおよび金属板の貫通孔を組み合わせることによって上記の課題を解決するものである。すなわち、誘電体の1表面に誘電体が露出するスロットを具えた誘電体導波管アンテナにおいて、その誘電体が、そのスロットに対向する位置にビアホールが形成されたプリント基板に搭載され、そのプリント基板が、そのビアホールに対向する位置に貫通孔を具えた金属板に接合されたことに特徴を有するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明による誘電体導波管アンテナの構成要素は以下のものとなる。
1.スロットを具えた誘電体導波管:スロットがプリント基板のビアホールと対向するようにプリント基板に搭載される。
2.ビアホールを具えたプリント基板:ビアホールがスロットに対向するとともに金属板の貫通孔に対向するように金属板と接合される。
3.貫通孔を具えた少なくとも1枚の金属板:上記の結果、スロットに対向する位置に貫通孔を具えることになる。
【0009】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図1は、本発明の実施例を示す分解斜視図である。プリント基板14の上面に誘電体導波管11をはんだ付けなどで固定し、プリント基板14の下面に金属板17を密着させる。誘電体導波管11の底面には、一部の導体膜を除去して形成したスロット12が設けられており、プリント基板14のビアホール15の形状はスロット12とほぼ等しくして、スロット12とビアホール15の位置がほぼ一致するように調整される。金属板17には貫通孔18が設けられており、この位置もプリント基板14のビアホール15と一致させる。このような構造によって、誘電体導波管11から放射される電磁界はプリント基板14のビアホール15と金属板17の貫通孔18を通じて自由空間に放射される。
【0010】
図2は、図1に示した誘電体導波管アンテナを組み立てた状態を示す(A)平面図と(B)正面断面図である。誘電体導波管にスロットを設けただけでは、誘電体と空気の誘電率の差による特性インピーダンスの大きな違いから、誘電体導波管中の電磁波は空気中に放射されない。しかし、金属板17に設けられている貫通孔18は短辺の寸法を小さくしたので、特性インピーダンスの低くなった空洞導波管と考えることができる。この貫通孔18の部分が誘電体導波管11のスロット12と自由空間とのインピーダンス整合回路として動作し、誘電体導波管11から電磁界が自由空間に放射されることになる。
【0011】
金属板17を通信機器の筐体の外壁にすれば、その通信機器の筐体に貫通孔を設けて金属板の筐体にプリント基板と誘電体導波管を接地することで、通信機器の筐体がそのままアンテナとして動作することになる。その結果、何も他の部品を付加することもなくアンテナが構成でき、通信機器と一体化されるので通信機器の小型化と低廉化が可能となる。
【0012】
誘電体導波管に用いられる誘電体と金属とは、通常、熱膨張率が大きく異なる。そのため、誘電体導波管を金属板に直接接合すると温度変化によって接合部にストレスがかかる。それを防ぐために、プリント基板は金属と誘電体の熱膨張率の差を吸収する緩衝材として作用させている。さらに、貫通孔とスロットの大きさの違いによって生じる隙間からの電磁波の漏れを防ぐ蓋の役割もしている。スロットの形状とビアホールの形状は厳密に一致させる必要はなく、電磁波が漏洩する隙間を生じさせないようにすればよい。
【0013】
図3は、誘電体導波管31から自由空間に放射される磁界を模式的に描いたものである。誘電体導波管11のスロットにはビアホール35と貫通孔38による空間が接続されている。誘電体導波管のスロットを設ける位置は、誘電体導波管の短絡端面から管内波長の1/2弱とすると、スロット位置での磁界強度が強くなり、アンテナの効率が高くなる。
【0014】
アンテナの利得や指向性を高めたい場合には、貫通孔の開放面にさらに広い開口面の貫通孔を持った金属板を配置することで実現できる。図4は、本発明の他の実施例を示す正面断面図で、金属板47A、47Bを2枚重ねて貫通孔の開口を階段状に大きくすることで、開口部をホーンと同様に動作させることができる。図5と図6はアレー構成の例を示すものである。導波管に複数のスロットを設置するスロットアレーアンテナは、アンテナの指向性と利得を強める効果のあることが知られている。誘電体導波管51に設けたスロット列に対向したビアホール列と貫通孔列を設けることで、簡単にアレー構成のアンテナを構成でき、指向性と利得を強くすることができる。
【0015】
【発明の効果】
本発明によれば、誘電体を用いて波長短縮が行われるとともに肉厚の導波管壁が不要となるので、誘電体スロットアンテナの小型が可能になり、また誘電体スロットアレーアンテナの小型化が可能となる。通信機器の筐体の外壁をインピーダンス整合器として利用して、機器内のプリント基板にアンテナ素子を搭載できるので、アンテナと通信機器の統合も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す分解斜視図
【図2】その(A)平面図、(B)正面断面図
【図3】本発明による誘電体導波管アンテナの動作の説系図
【図4】本発明の他の実施例の正面断面図
【図5】本発明の他の実施例の分解斜視図
【図6】その(A)平面図、(B)正面断面図
【符号の説明】
11、31、51:誘電体導波管
12:スロット
14:プリント基板
15、35:ビアホール
17、47:金属板
18、38:貫通孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a dielectric waveguide antenna which is a waveguide miniaturized by a dielectric material used in a microwave band and a millimeter wave band, and particularly relates to a structure of a radio wave radiating portion thereof.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-174541
In a microwave band or a millimeter wave band, an antenna using a hollow waveguide as a feed line is widely used. Above all, the waveguide horn antenna is the most widely used one. There are also many slot antennas provided with slots in a waveguide wall to leak electromagnetic waves in the waveguide.
[0004]
A dielectric waveguide formed by forming a conductive film on the surface of a dielectric material has the effect of shortening electromagnetic waves due to the dielectric material and does not require a thick metal wall. The size can be significantly reduced. If a dielectric waveguide is used as a feed circuit, it is possible to reduce the size and weight of the existing antenna feed structure using a hollow waveguide, and to reduce the size and cost of communication equipment in the microwave band and the moly wave band. It becomes possible.
[0005]
However, there is a large difference in the dielectric constant between the dielectric material used for the dielectric waveguide and air. Therefore, when a dielectric is used for the waveguide material, the gap between the opening (slot) portion of the waveguide and the air is increased. As a result, a large impedance mismatch occurs, which makes it difficult to emit electromagnetic waves. This greatly hinders practical use of a dielectric waveguide antenna using a dielectric.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a dielectric waveguide antenna which is a miniaturized slot antenna using a dielectric waveguide as a feed line and an antenna element.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problem by combining a via hole of a printed circuit board and a through hole of a metal plate with a slot of a dielectric waveguide. That is, in a dielectric waveguide antenna having a slot in which a dielectric is exposed on one surface of the dielectric, the dielectric is mounted on a printed circuit board having a via hole formed at a position facing the slot, and the printed circuit is printed. It is characterized in that the substrate is joined to a metal plate having a through hole at a position facing the via hole.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The components of the dielectric waveguide antenna according to the present invention are as follows.
1. A dielectric waveguide having a slot: mounted on a printed circuit board such that the slot faces a via hole of the printed circuit board.
2. Printed circuit board with via holes: bonded to the metal plate so that the via holes face the slots and the through holes of the metal plate.
3. At least one metal plate with a through hole: As a result of the above, a through hole is provided at a position facing the slot.
[0009]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of the present invention. The dielectric waveguide 11 is fixed to the upper surface of the printed
[0010]
2A and 2B are a plan view and a front sectional view showing a state where the dielectric waveguide antenna shown in FIG. 1 is assembled. The electromagnetic wave in the dielectric waveguide is not radiated into the air simply by providing the slot in the dielectric waveguide due to a large difference in characteristic impedance due to a difference in dielectric constant between the dielectric and the air. However, since the through-
[0011]
If the
[0012]
The dielectric and the metal used for the dielectric waveguide usually differ greatly in the coefficient of thermal expansion. Therefore, when the dielectric waveguide is directly joined to the metal plate, a stress is applied to the joint due to a temperature change. In order to prevent this, the printed circuit board functions as a cushioning material for absorbing the difference in the coefficient of thermal expansion between the metal and the dielectric. Further, it also functions as a lid for preventing electromagnetic waves from leaking from a gap caused by a difference in size between the through hole and the slot. It is not necessary that the shape of the slot and the shape of the via hole exactly match each other, and it is sufficient to prevent a gap from leaking electromagnetic waves.
[0013]
FIG. 3 schematically illustrates a magnetic field radiated from the
[0014]
When it is desired to increase the gain and the directivity of the antenna, it can be realized by disposing a metal plate having a wider through-hole on the open surface of the through-hole. FIG. 4 is a front sectional view showing another embodiment of the present invention, in which two
[0015]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, since a wavelength is shortened using a dielectric substance and a thick waveguide wall becomes unnecessary, the miniaturization of a dielectric slot antenna becomes possible, and the miniaturization of a dielectric slot array antenna becomes possible. Becomes possible. The antenna element can be mounted on a printed circuit board in the device by using the outer wall of the housing of the communication device as an impedance matching device, so that the antenna and the communication device can be integrated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view thereof, and FIG. 3B is a front sectional view thereof. FIG. FIG. 4 is a front sectional view of another embodiment of the present invention. FIG. 5 is an exploded perspective view of another embodiment of the present invention. FIG. 6A is a plan view thereof, and FIG. ]
11, 31, 51: dielectric waveguide 12: slot 14: printed
Claims (3)
その誘電体が、そのスロットに対向する位置にビアホールが形成されたプリント基板に搭載され、
そのプリント基板が、そのビアホールに対向する位置に貫通孔を具えた金属板に接合されたことを特徴とする誘電体導波管アンテナ。In a dielectric waveguide antenna having a slot where a dielectric is exposed on one surface of the dielectric,
The dielectric is mounted on a printed circuit board having a via hole formed at a position facing the slot,
A dielectric waveguide antenna, wherein the printed circuit board is joined to a metal plate having a through hole at a position facing the via hole.
その誘電体が、その複数のスロットに対向する位置にそれぞれビアホールが形成されたプリント基板に搭載され、
そのプリント基板が、それぞれのビアホールに対向する位置にそれぞれ貫通孔を具えた金属板に接合されたことを特徴とする誘電体導波管アンテナ。In a dielectric waveguide antenna having a plurality of slots in which a dielectric is exposed on one surface of the dielectric,
The dielectric is mounted on a printed circuit board having via holes formed at positions facing the plurality of slots, respectively.
A dielectric waveguide antenna, wherein the printed circuit board is bonded to a metal plate having a through hole at a position facing each via hole.
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