JP2004328291A - 誘電体漏れ波アンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】容易に且つ安価に製造できるようにする。
【解決手段】誘電体漏れ波アンテナ２０の励振部２４は、誘電体基板１の表面の漏出用金属ストリップ３から離間した位置に設けられ、誘電体基板１を挟んで地板導体２との間でマイクロストリップ線路を形成する線路用金属ストリップ４０と、線路用金属ストリップ４０の一側縁に所定間隔に設けられ、マイクロストリップ線路に給電された電磁波を誘電体基板１内で漏出用金属ストリップ３と交差する方向に分岐出力する複数のスタブ４１と、線路用金属ストリップ４０の他側縁にスタブ４１からλｇ′／４離れた位置に反射抑制用の複数のスタブ５１とを有している。
【選択図】 図１
【解決手段】誘電体漏れ波アンテナ２０の励振部２４は、誘電体基板１の表面の漏出用金属ストリップ３から離間した位置に設けられ、誘電体基板１を挟んで地板導体２との間でマイクロストリップ線路を形成する線路用金属ストリップ４０と、線路用金属ストリップ４０の一側縁に所定間隔に設けられ、マイクロストリップ線路に給電された電磁波を誘電体基板１内で漏出用金属ストリップ３と交差する方向に分岐出力する複数のスタブ４１と、線路用金属ストリップ４０の他側縁にスタブ４１からλｇ′／４離れた位置に反射抑制用の複数のスタブ５１とを有している。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体漏れ波アンテナを容易に且つ低コストに製造するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
準ミリ波帯の通信等に使用可能な平面型のアンテナとして、誘電体漏れ波アンテナがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３２０２２８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３２０２２９号公報
【０００４】
図１５は、この誘電体漏れ波アンテナの基本構造を示すものであり、誘電体基板１の一面（図では下面）側に地板導体２を設けて、電磁波を誘電体基板１の厚さ方向と直交する方向へ伝送する誘電体イメージ線路を形成し、誘電体基板１の反対面側に所定間隔で複数の漏出用金属ストリップ３を設ける。
【０００５】
このように誘電体イメージ線路の表面に漏出用金属ストリップ３を所定の間隔で設け、その漏出用金属ストリップ３と交差する方向に電磁波を伝搬させると、誘電体基板内の電磁波が漏出用金属ストリップ３により、誘電体基板１の表面から漏出される。
【０００６】
この誘電体基板１の表面から漏出される電磁波の放射特性は、漏出用金属ストリップ３の幅、間隔、誘電体基板１内を伝搬する電磁波の波面（等位相面）と漏出用金属ストリップ３との角度によって種々設定が可能である。
【０００７】
例えば、誘電体基板１内を伝搬する電磁波の波面を漏出用金属ストリップ３と平行にすれば、この誘電体基板１の表面全体から漏出される電磁波のビーム方向を、誘電体基板１の表面に直交し且つ漏出用金属ストリップ３の長さ方向と直交する面内に設定することができる。またこの面内におけるビーム方向は、主に漏出用金属ストリップ３の幅によって決定され、例えば漏出用金属ストリップ３の間隔を放射しようとする電磁波の誘電体イメージ線路内の線路内波長λｇにほぼ等しく設定すれば、ビーム方向を誘電体基板１の表面にほぼ直交する方向に設定することができ、誘電体基板１の向きとビーム方向とをほぼ一致させることができる。
【０００８】
このような原理で電磁波を輻射する誘電体漏れ波アンテナでは、誘電体基板１内に漏出用金属ストリップ３とほぼ平行な波面を有する電磁波を伝搬させるための励振部４が必要となる。
【０００９】
この励振部４としては、電磁ホーンから出力される球面波の電磁波を誘電体レンズ、パラボラ型の反射鏡等を用いて波面が一直線状に揃った電磁波に変換して誘電体基板１の端面に向いた面４ａから出射する構造のものが従来から用いられていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように励振部を電磁ホーン、誘電体レンズあるいはパラボラ型の反射鏡等を用いて構成した従来の誘電体漏れ波アンテナでは、構造が必然的に立体的になり、アンテナ全体として大型化してしまう。
【００１１】
また、電磁ホーンや反射鏡は誘電体基板１と別部材で構成しなければならず、コストがかかり、量産ができないという問題があった。
【００１２】
本発明は、この問題を解決して、製造が容易で量産に適した誘電体漏れ波アンテナを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の誘電体漏れ波アンテナは、放射部と同一基板上に構成されたマイクロストリップ線路に周期的に第１のスタブを附け、放射部である誘電体スラブ線路（露出用金属ストリップ）を励振する。この際、スラブで反射マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波が第１のスラブで反射される。この反射波を抑制するために、第１のスラブに対して、マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長のほぼ１／４に等しいだけずれた位置に第２のスタブを設けた。即ち、第２のスタブを、上記のように第１のスタブに対してマイクロストリップ線路内波長のほぼ１／４だけ離れた位置に、第２のスタブとをそれぞれ設けると、両者の反射波が互いに逆相となって反射成分を相殺することができる。なお、マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長、マイクロストリップ線路の幅、第１及び第２のスラブの長さを適宜設定することにより、マイクロストリップ線路の片側、又は両側に、放射部を励振する電磁波を給電することができる。
【００１４】
具体的には、本発明の請求項１の誘電体漏れ波アンテナは、
誘電体基板（１）と、該誘電体基板の一面側に設けられ、前記誘電体基板内でその厚さ方向と直交する方向に電磁波を伝搬させる誘電体イメージ線路を形成する地板導体（２）と、前記誘電体基板の反対面側に所定間隔で平行に設けられた複数の漏出用金属ストリップ（３）と、前記誘電体基板内に前記複数の漏出用金属ストリップと交差する方向に電磁波を伝搬させて、前記誘電体基板の前記反対面から漏出させる励振部（２４）とを有する誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記励振部が、
前記誘電体基板の前記反対面の前記漏出用金属ストリップから離間した位置に設けられ、前記誘電体基板を挟んで前記地板導体との間でマイクロストリップ線路を形成する線路用金属ストリップ（４０）と、
前記線路用金属ストリップの一方の側縁に所定間隔に設けられ、前記マイクロストリップ線路に給電された電磁波が、前記線路用金属ストリップの長手方向に伝搬し、前記誘電体基板内で前記漏出用金属ストリップと交差する方向に分岐出力する複数の第１のスタブ（４１）と、
前記線路用金属ストリップの他方の側縁に、前記第１のスタブに対して前記マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長のほぼ１／４に等しいだけずれてそれぞれ設けられた複数の第２のスタブ（５１）とを有している。それにより、スタブにより発生する、マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の反射波を、マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長のほぼ１／４に等しいだけずれて設けられたスタブで抑制することができる。
【００１５】
また、本発明の請求項２の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１の誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記第１のスタブが設けられる所定間隔は、前記マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長にほぼに等しいことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項３の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１、２のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記第１のスタブ及び第２のスタブは、前記線路用金属ストリップの側縁から所定の幅で前記線路用金属ストリップと直交する方向に所定距離延びた帯状に形成され、前記それぞれの所定距離を調整することにより、前記線路用金属ストリップの側縁の片側に電磁波を給電することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項４の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１、２いずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、前記第１のスタブ及び第２のスタブは、前記線路用金属ストリップの側縁から所定の幅で前記線路用金属ストリップと直交する方向に所定距離延びた帯状に形成され、前記それぞれの所定距離を調整することにより、前記線路用金属ストリップの側縁の両側に電磁波を給電することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項５の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１〜３のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記スタブによって前記漏出用金属ストリップ側と反対側に分岐される電磁波を前記漏出用金属ストリップ側に反射させるための反射壁を備えたことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の請求項６の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１〜３、５のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
一端側が前記地板導体と電気的に接続され、他端側が前記誘電体基板の反対面側で前記線路用金属ストリップに対向するように延び、前記マイクロストリップ線路から前記誘電体基板の前記反対面側に直接輻射される電磁波をシールドするシールド板（６２、６３）を備えたことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の請求項７の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１〜３、５のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、前記誘電体基板の反対面側で前記線路用金属ストリップと対向するように配置され、前記マイクロストリップ線路から前記誘電体基板の前記反対面側に直接輻射される電磁波の位相と振幅を前記漏出用金属ストリップによって漏出される電磁波に合わせて輻射する輻射板（６４）を備えたことを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の請求項８の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１、２，４，６，７のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記励振部が前記誘電体基板のほぼ中央部に設けられ、該励振部の両側にそれぞれ複数の前記漏出用金属ストリップが設けられていることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の請求項９の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１〜８のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記マイクロストリップ線路は、そのほぼ中央から給電された電磁波を両端に伝搬するように構成されていることを特徴としている。
【００２３】
【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は、本発明を適用した誘電体漏れ波アンテナ２０の構成を模式的に且つ透視的に表している。
【００２４】
この誘電体漏れ波アンテナ２０は、例えば、無線による加入者系データ通信サービス方式の一つであるＦＷＡ（Ｆｉｘｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ）に使用する準ミリ波帯（およそ２０〜４０ＧＨｚ）用のものであり、前記同様に、矩形の誘電体基板１とその一面側（下面側）に隙間なく重なり合うように設けられた地板導体２とで、電磁波を誘電体基板内でその厚さ方向と直交する方向に伝搬する誘電体イメージ線路が形成され、誘電体基板１の反対面側（上面側）には、複数の漏出用金属ストリップ３が所定間隔、例えば、誘電体イメージ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長λｇとほぼ等しい間隔で平行に設けられている。
【００２５】
なお、誘電体基板１は、テフロン（米国デュポン社の登録商標）、アルミナ、セラミック等が使用され、また、地板導体２や漏出用金属ストリップ３は、誘電体基板１に対する金属膜の印刷やエッチングによって形成されている。
【００２６】
各漏出用金属ストリップ３は、誘電体イメージ線路内の反射成分を抑圧するために、互いに平行で線路内波長λｇのほぼ１／４だけ離れた２本の金属ストリップ３ａ、３ｂによって構成されている。
【００２７】
即ち、漏出用金属ストリップ３を線路内波長λｇとほぼ等しい間隔の金属ストリップ３ａだけで構成すると、各金属ストリップ３ａによって発生する反射波が互いに同相となり効率が低下するが、上記のように各金属ストリップ３ａに対して線路内波長λｇのほぼ１／４だけ離れた位置に、各金属ストリップ３ａと同一寸法の金属ストリップ３ｂをそれぞれ設けると、両者の反射波が互いに逆相となって反射成分を相殺することができる。
【００２８】
なお、この金属ストリップ３ａ、３ｂはともに電磁波を漏出する作用を有しているので、上記のように漏出用金属ストリップ３を２つの金属ストリップ３ａ、３ｂで構成した場合、誘電体基板１の表面から漏出される電磁波の放射特性は、２つの金属ストリップ３ａ、３ｂによって漏出される電磁波の放射特性を合成したものとなる。
【００２９】
また、この例および以下に示す全ての誘電体漏れ波アンテナでは、漏出用金属ストリップ３を２本の金属ストリップ３ａ、３ｂで構成しているが、これは本発明を限定するものでなく、金属ストリップによる反射成分が無視できる程度に小さい場合には、１本の金属ストリップで漏出用金属ストリップ３を構成してもよい。また、漏出用金属ストリップ３の間隔を、線路内波長λｇより短く設定したり、長く設定することで反射波を抑圧することも可能であり、この場合にも１本の金属ストリップで構成することができる。
【００３０】
一方、誘電体基板１の一端側には励振部２４が設けられている。
励振部２４は、誘電体基板１の表面側に漏出用金属ストリップ３と平行に延びた帯状の線路用金属ストリップ４０と、線路用金属ストリップ４０の一方の側縁（この図では漏出用金属ストリップ３が設けられている側の側縁）に所定間隔で設けられた複数（図では簡単に３つで示している）の第１のスタブ４１１、４１２、４１３と、線路用金属ストリップ４０の他方の側縁（この図では漏出用金属ストリップ３が設けられている反対側の側縁）に、第１のスタブと線路内波長λｇ‘の１／４ずれた位置に設けられた複数（図では簡単に３つで示している）の反射抑制用の第２のスタブ５１１、５１２、５１３とによって構成されている。
【００３１】
ここで、線路用金属ストリップ４０は、地板導体２との間で誘電体基板１を挟んでマイクロストリップ線路を形成し、その一端側の給電点５から給電された電磁波を他端側に伝搬する。なお、この給電点５に対する電磁波の給電は、例えば同軸ケーブルによって行なわれる。
【００３２】
また、各第１のスタブ４１１、４１２、第２のスタブ５１１、５１２は、図２の（ａ）に示すように、線路用金属ストリップ４０の側縁から、幅がそれぞれＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４長さがそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の帯状に突設されている。各第１のスタブの間隔Ｑは、放射しようとする電磁波のマイクロストリップ線路（線路用金属ストリップ）内の波長λｇ′の整数倍に近い値に設定されていて、給電点５に給電されてマイクロストリップ線路の一端側から他端側に伝搬する電磁波を、誘電体基板１内で漏出用金属ストリップ３が設けられている方向へ分岐して励振波として出力する。
【００３３】
このような励振部２４から漏出用金属ストリップ３が設けられている方向へ伝搬される電磁波（以下、励振波という）の振幅特性や位相特性は、各スタブの幅、長さおよび間隔Ｑによって任意に設定することができる。
【００３４】
即ち、各スタブ４１１、４１２、５１１、５１２部分からそれぞれ分岐出力される励振波の振幅は、各スタブ４１１、４１２、５１１、５１２の幅Ｗ１〜Ｗ４と長さＬ１〜Ｌ４に依存しており、これらの幅と長さによって励振波全体として任意の振幅分布特性を与えることができる。
【００３５】
また、線路用金属ストリップ４０の中心からスタブの距離をｍ／２＋Ｌ＜０．６５λｇ’とすることにより、第１のスタブ４１を設けている線路用金属ストリップ４０の側のみ電磁波を給電することができる。また、ｍ／２＋Ｌ≒０．６５λｇ’とすることにより、線路用金属ストリップ４０の両側に電磁波を給電することができる。さらに、ｍ／２＋Ｌ＞０．６５λｇ’とすることにより、反射抑制用の第２のスタブ５１線路用金属ストリップ４０の側のみ電磁波を給電することができる。ここで、ｍは線路用金属ストリップ４０の幅、Ｌは各スタブの長さ（本実施例では、Ｌ＝Ｌ１〜Ｌ４）、λｇ’はマイクロストリップ線路内の波長、δ≒λｇ’／４、Ｑ≒λｇ’である。
【００３６】
また、各スタブ４１１、４１２、５１１、５１２部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相はスタブの間隔Ｑに依存しており、この間隔Ｑによって励振波全体としての位相分布特性を任意に設定することができる。
【００３７】
例えば、間隔Ｑを線路内波長λｇ′の整数倍に設定すれば（Ｑ＝λｇ′）、各スタブ４１１、４１２、部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相が等しくなり、励振波全体の位相面が図２の（ｂ）のＰｈ１−Ｐｈ１′のように線路用金属ストリップ４０と平行となる。
【００３８】
このように線路用金属ストリップ４０と平行な位相面Ｐｈ１−Ｐｈ１′の励振波を、線路用金属ストリップ４０と平行な漏出用金属ストリップ３側に伝搬させると、ビームの中心方向が誘電体基板１の表面に直交し且つ線路用金属ストリップ４０に直交する面上に位置する電磁波を誘電体基板１の表面から放射することができる。
【００３９】
また、間隔Ｑを線路内波長λｇ′の整数倍より短く設定すると（Ｑ＜λｇ′）、各スタブ４１１、４１２部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相が少しずつ進んで、励振波全体の位相面が図２（ｂ）のＰｈ３−Ｐｈ３′のように線路用金属ストリップ４０に対して僅かに傾き、逆に、間隔Ｑを線路内波長λｇ′の整数倍より長く設定すると（Ｑ＞λｇ′）、各スタブ４１１、４１２部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相が少しずつ遅れて、励振波全体の位相面が図２（ｂ）のＰｈ４−Ｐｈ４′のように線路用金属ストリップ４０に対してＰｈ３−Ｐｈ３′と逆方向に傾く。
【００４０】
このように線路用金属ストリップ４０に対して傾いた位相面Ｐｈ３−Ｐｈ３′、Ｐｈ４−Ｐｈ４′の励振波を、線路用金属ストリップ４０と平行な漏出用金属ストリップ３側に伝搬させると、誘電体基板１の表面からビームの中心方向が給電端側あるいは終端側に傾いた電磁波を放射することができる。
【００４１】
なお、ここでは線路用金属ストリップ４０を漏出用金属ストリップ３に対して平行に設けた例について説明したが、線路用金属ストリップ４０が、漏出用金属ストリップ３に対して傾きをもつようにしてもよい。
【００４２】
このように、実施形態の誘電体漏れ波アンテナ２０の励振部２４は、誘電体基板１の表面の漏出用金属ストリップ３から離間した位置に設けられ、誘電体基板１を挟んで地板導体２との間でマイクロストリップ線路を形成する線路用金属ストリップ４０と、線路用金属ストリップ４０の側縁に所定間隔に設けられ、マイクロストリップ線路に給電された電磁波を誘電体基板１内で漏出用金属ストリップ３と交差する方向に分岐出力する第１のスタブ４１と反射抑制用の第２のスタブ５１を複数有している。
【００４３】
このため、励振部２４を誘電体基板１に一体化することができ、アンテナ全体を小型化することができる。また、線路用金属ストリップ４０、第１のスタブ４１、および第２のスタブ５１を漏出用金属ストリップ３と同一面で印刷やエッチングにより形成することができるので、少ない工程で、安価に且つ容易に製造でき、量産が可能となる。
【００４４】
また、漏出用金属ストリップ３が設けられている側と反対側へ分岐される励振波の成分が無視できない程度に大きい場合には、その励振波を漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ反射させる必要がある。
【００４５】
この場合、例えばセラミックやアルミナのように比誘電率が大きい誘電体基板１を用いれば、線路用金属ストリップ４０が設けられている側の誘電体基板１の端面１ａを反射壁として利用することができる。その際には、誘電体基板１の端面１ａから反射して漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ向かう反射波と、線路用金属ストリップ４０から漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ直接向かう励振波との位相が一致するように、反射壁の位置から線路用金属ストリップ４０、漏出用金属ストリップ３の距離を設定すればよい。
【００４６】
また、テフロン（米国デュポン社の登録商標）のように比誘電率が小さい誘電体基板１を用いる場合には、端面から電磁波が放射されて、効率が大きく低下する恐れがある。
【００４７】
このような場合には、図３に示すように、反射壁として誘電体基板１の端面に金属の反射板６０を設け、その漏出用金属ストリップ３が設けられている側と反対側へ分岐される励振波を漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ反射させる。なお、この反射板６０を印刷によって形成する場合には、図３に示しているように誘電体基板１の表面側に補助板６０ａを延長形成して、反射板６０の剥離等を防止する。また、６０、６０ａその他の符号は、図１と同様のため省略する。
【００４８】
また、上記のように端面に反射板６０を設ける代わりに、図４に示すように、スルーホール加工等により誘電体基板１を貫通する金属柱６１を励振波の波長に比べて十分短い間隔で線路用金属ストリップ４０の長さ方向に沿って並べて反射壁を形成し、漏出用金属ストリップ３が設けられている側と反対側へ分岐される励振波を漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ反射させることもできる。なお、図４では、各金属柱６１の一端側を地板導体２に電気的に接続し、他端側も誘電体基板１の表面にパターン形成された短絡板６１ａによって電気的に接続しているが、この短絡板６１ａは必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。また、６１、６１ａその他の符号は、図１と同様のため省略する。
【００４９】
このように反射板６０や金属柱６１を用いた場合も、前記同様に、誘電体基板１の端面から反射して漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ向かう反射波と、線路用金属ストリップ４０から漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ直接向かう励振波との位相が一致するように、各部の位置を設定する。
【００５０】
また、線路用金属ストリップ４０が形成するマイクロストリップ線路のような開放型の線路では、誘電体基板１の表面から直接放射される電磁波成分があり、この成分によってアンテナ全体の放射特性が乱れる場合がある。
【００５１】
この直接放射成分による影響が無視できない場合には、図５、図６に示すように、シールド板６２、６３によって、線路用金属ストリップ４０およびスタブ４１の部分をシールドすればよい。なお、６２、６３その他の符号は、図１等と同様のため省略する。
【００５２】
なお、図５のシールド板６２は、その一端側を前記した図４の短絡板６１ａ（図３の補助板６０ａでもよい）および金属柱６１を介して地板導体２に接続させ、他端側を線路用金属ストリップ４０に対向する位置まで延ばして直接輻射成分の漏れを防いでいる。また、図６のシールド板６３は、一端側を地板導体１に直接接触させ、他端側を線路用金属ストリップ４０に対向する位置まで延ばして直接輻射成分の漏れを防いでおり、アンテナ全体のベース材を兼用することが可能である。
【００５３】
また、マイクロストリップ線路からの直接輻射成分を有効に利用することも可能である。例えば、図７に示すように、金属で帯状の輻射板６４を、誘電体基板１の一面側で線路用金属ストリップ４０とスタブ４１が設けられている部分に対向するように配置し、その幅Ｗｐを調整することで、この部分から直接輻射される電磁波の位相と振幅を漏出用金属ストリップ３によって漏出される電磁波に合わせて輻射することができる。なお、６４その他の符号は、図１と同様のため省略する。
【００５４】
このように、直接輻射成分を利用することで、アンテナ全体としての有効開口面積を大きくすることができ、能率がさらに高くなる。
【００５５】
また、前記した誘電体漏れ波アンテナ２０およびその変形例では、マイクロストリップ線路の一端側から電磁波５を給電（エッジ給電）していたが、図８に示す誘電体漏れ波アンテナ３０のように、マイクロストリップ線路の中央部の給電点５から電磁波を給電（センタ給電）してもよい。
【００５６】
この場合、図９（ａ）のように、励振波の位相面を、給電点５から一方側の第１のスタブ４１１〜４１３の間隔Ｑと、給電点５から他方側の第１のスタブ４１１′〜４１３′の間隔Ｑ′とによって任意に設定することができる。
この場合、第２のスタブ５１１〜５１３ 、第２のスタブ５１１′〜５１３′は、反射抑制用として機能している。
【００５７】
例えば、スタブ間隔Ｑ、Ｑ′をともに、線路内波長λｇ′の整数倍に等しく設定すれば（Ｑ＝Ｑ′＝λｇ′）、図９（ｂ）のように、線路用金属ストリップ４０と平行な位相面Ｐｈ１−Ｐｈ１′が得られる。また、スタブ間隔Ｑを線路内波長λｇ′の整数倍より短く設定し、スタブ間隔Ｑ′を線路内波長λｇ′の整数倍より長く設定すれば（Ｑ＜λｇ′＜Ｑ′）、線路用金属ストリップ４０に対して傾いた位相面Ｐｈ３−Ｐｈ３′が得られる。また逆に、スタブ間隔Ｑを線路内波長λｇ′の整数倍より長く設定し、スタブ間隔Ｑ′を線路内波長λｇ′の整数倍より短く設定すれば（Ｑ＞λｇ′＞Ｑ′）、線路用金属ストリップ４０に対して位相面Ｐｈ３−Ｐｈ３′と逆方向に傾いた位相面Ｐｈ４−Ｐｈ４′が得られる。
【００５８】
このようなセンタ給電の場合、前記したエッジ給電に対してマイクロストリップ線路の長さが同一であれば、その線路内で生じる損失（導体損失や誘電体損失）がほぼ半減するため能率が高くなる。
【００５９】
また、線路用金属ストリップ４０と平行な位相面Ｐｈ１−Ｐｈ１′を得るように設計した場合に、製造誤差等があった場合でも、それらの誤差が給電点に対して対称に発生している場合には、図９（ｂ）の位相面Ｐｈ２−Ｐｈ２′のように対称に傾くことになり、ビームの中心方向は大きくずれずに済む。
なお、給電点５から一方側の第１のスラブ４１１、給電点５から他方側の第１のスラブ４１１′とも、第２のスラブ５１１、５１１′より近くから配置した構成としたが、アンテナの放射パターン等により変更することある。例えば、給電点５から他方側の第１のスラブ４１１′を第２のスラブ５１１′より遠くから配置し、第１のスラブ、第２のスラブとも、それぞれ等間隔になるように配置することもある。
【００６０】
また図１０に示す誘電体漏れ波アンテナ８０のように、誘電体基板１の中央部に線路用金属ストリップ４０とスタブ４１１〜４１３、５１１〜５１３を含む励振部２４を設け、その両側に複数の漏出用金属ストリップ３、３′をそれぞれ平行に配置することも可能である。
【００６１】
この場合、励振部２４の線路用金属ストリップ４０、スタブ４１１〜４１３、５１１〜５１３は、ｍ／２＋Ｌ≒０．６５λｇ’とすることにより、線路用金属ストリップ４０の両側に電磁波を分岐して給電することができる。ここで、ｍは線路用金属ストリップ４０の幅、Ｌは各スタブの長さ、λｇ’はマイクロストリップ線路内の波長、δ≒λｇ’／４、Ｑ≒λｇ’である。
【００６２】
ただし、このよう左右の分岐されたそれぞれの電磁波には、線路内波長λｇ′の１／２にほぼ等しい位相差が生じる。
【００６３】
したがって、図１０に示しているように、線路用金属ストリップ４０から左右の最初の漏出用金属ストリップ３、３′までの距離ｄ、ｄ′を、この位相差に相当する分だけ異なるように設定しておけば、左右の漏出用金属ストリップ３、３′から同相の電磁波を漏出させることができる。
【００６４】
また、上記のように、左右に設けたスタブによる両側励振は、図１１に示すセンタ給電型の誘電体漏れ波アンテナ９０にも適用することができる。
【００６５】
また、このように左右の分岐波の位相があっている場合には、図１２、図１３に示す誘電体漏れ波アンテナ８０′、９０′のように、前記した輻射板６４を、線路用金属ストリップ４０およびスタブ４１、５１と対向する位置に配置し、その幅Ｗｐを調整することで、マイクロストリップ線路からの直接輻射成分を、左右の漏出用金属ストリップ３、３′から漏出される電磁波の位相に合わせて輻射することができ、アンテナ全体としての有効開口面を大きくすることができる。なお、図１２はエッジ給電の場合を示し、図１３はセンタ給電の場合を示している。
【００６６】
また、前記した各誘電体漏れ波アンテナでは、漏出用金属ストリップ３、３′と線路用金属ストリップ４０が、矩形の誘電体基板１の１辺にほぼ平行となるように形成されていたが、これは本発明を限定するものでなく、誘電体基板１の外形に対する漏出用金属ストリップ３、３′および線路用金属ストリップ４０の向きは任意に設定することができる。
【００６７】
例えば、図１４に示す誘電体漏れ波アンテナ１００のように、正方形の誘電体基板１の対角線に一致するように線路用金属ストリップ４０を設け、その両側の側縁にスタブ４１、５１を設け、さらにその両側に漏出用金属ストリップ３、３′を平行に設けてもよい。この場合、励振部２４から両側の漏出用金属ストリップ３、３′に平行な位相面の電磁波を伝搬させれば、漏出用金属ストリップ３、３′からその長さ方向に直交する偏波の電磁波を漏出させることができる。この電磁波の偏波方向は、矩形の誘電体基板１の一辺を基準にして４５度傾いた４５度偏波となり、車載用レーダ等に適している。この誘電体漏れ波アンテナ１００のように線路用金属ストリップ４０が誘電体基板１の一辺に対して傾いたものの場合でも、前記同様に輻射板６４を設けて能率を高くすることが可能であり、エッジ給電にすることもできる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘電体漏れ波アンテナでは、誘電体基板の一面側に漏出用金属ストリップとほぼ平行な線路用金属ストリップを設けて、マイクロストリップ線路を形成し、その線路用金属ストリップの側縁にスタブを所定間隔で設けて、マイクロストリップ線路に給電された電磁波を漏出用金属ストリップと交差する方向に分岐して励振している。
【００６９】
このため、励振部を誘電体基板に一体化することができ、アンテナ全体を小型化することができる。また、線路用金属ストリップおよびスタブを漏出用金属ストリップと同一面でパターン形成することができるので、少ない工程で、安価に且つ容易に製造でき、量産が可能となる。
【００７０】
また、スタブを、線路用金属ストリップの側縁から所定の幅で線路用金属ストリップと直交する方向に所定距離延びた帯状に形成し、マイクロストリップ線路内の電磁波の線路内波長の整数倍にほぼ等しい間隔で設けたものでは、そのスタブの幅と長さ、および間隔によって、任意の特性を得ることができる。
【００７１】
また、スタブによって漏出用金属ストリップが設けられている側と反対側に分岐される電磁波を漏出用金属ストリップが設けられている側に反射させる反射壁を備えたものでは、漏出用金属ストリップが設けられている側と反対側に分岐される電磁波も有効に利用でき、能率が高くなる。
【００７２】
また、地板導体と電気的に接続され、誘電体基板の一面側で線路用金属ストリップとスタブが設けられている部分に対向して、その部分から直接輻射される電磁波をシールドするシールド板を備えたものでは、励振部から直接外部へ輻射される電磁波による特性の乱れを防ぐことができる。
【００７３】
また、誘電体基板の一面側で線路用金属ストリップとスタブが設けられている部分に対向するように配置され、その部分から直接輻射される電磁波の位相と振幅を漏出用金属ストリップによって漏出される電磁波に合わせて輻射する輻射板を備えたものでは、アンテナ全体の有効開口面積を大きくすることができ、能率がさらに高くなる。
【００７４】
また、マイクロストリップ線路のほぼ中央から電磁波を給電するように構成したものでは、マイクロストリップ線路の損失を減らすことができ、能率をさらに高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を模式的に示す透視的斜視図
【図２】実施形態の要部と波面との関係を説明するための図
【図３】反射壁を設けた例を示す図
【図４】反射壁を設けた例を示す図
【図５】シールド板を設けた例を示す図
【図６】シールド板を設けた例を示す図
【図７】輻射板を設けた例を示す図
【図８】センタ給電の例を示す図
【図９】センタ給電の場合の要部と波面の関係を説明するための図
【図１０】両側励振の例を示す図
【図１１】センタ給電、両側励振の例を示す図
【図１２】エッジ給電、両側励振、輻射板付きの例を示す図
【図１３】センタ給電、両側励振、輻射板付きの例を示す図
【図１４】誘電体基板の一辺に対して漏出用金属ストリップおよび線路用金属ストリップを４５度傾けた例を示す図
【図１５】誘電体漏れ波アンテナの概略構成を示す図
【符号の説明】
１……誘電体基板、２……地板導体、３、３′……漏出用金属ストリップ、３ａ、３ｂ……金属ストリップ、２０、３０、８０、８０′、９０、９０′、１００……誘電体漏れ波アンテナ、２４……励振部、４０……線路用金属ストリップ、４１、４１′……第１のスタブ、５１、５１′……第２のスタブ、６０……反射板、６０ａ……補助板、６１……金属柱、６１ａ……短絡板、６２、６３……シールド板、６４……輻射板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体漏れ波アンテナを容易に且つ低コストに製造するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
準ミリ波帯の通信等に使用可能な平面型のアンテナとして、誘電体漏れ波アンテナがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３２０２２８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３２０２２９号公報
【０００４】
図１５は、この誘電体漏れ波アンテナの基本構造を示すものであり、誘電体基板１の一面（図では下面）側に地板導体２を設けて、電磁波を誘電体基板１の厚さ方向と直交する方向へ伝送する誘電体イメージ線路を形成し、誘電体基板１の反対面側に所定間隔で複数の漏出用金属ストリップ３を設ける。
【０００５】
このように誘電体イメージ線路の表面に漏出用金属ストリップ３を所定の間隔で設け、その漏出用金属ストリップ３と交差する方向に電磁波を伝搬させると、誘電体基板内の電磁波が漏出用金属ストリップ３により、誘電体基板１の表面から漏出される。
【０００６】
この誘電体基板１の表面から漏出される電磁波の放射特性は、漏出用金属ストリップ３の幅、間隔、誘電体基板１内を伝搬する電磁波の波面（等位相面）と漏出用金属ストリップ３との角度によって種々設定が可能である。
【０００７】
例えば、誘電体基板１内を伝搬する電磁波の波面を漏出用金属ストリップ３と平行にすれば、この誘電体基板１の表面全体から漏出される電磁波のビーム方向を、誘電体基板１の表面に直交し且つ漏出用金属ストリップ３の長さ方向と直交する面内に設定することができる。またこの面内におけるビーム方向は、主に漏出用金属ストリップ３の幅によって決定され、例えば漏出用金属ストリップ３の間隔を放射しようとする電磁波の誘電体イメージ線路内の線路内波長λｇにほぼ等しく設定すれば、ビーム方向を誘電体基板１の表面にほぼ直交する方向に設定することができ、誘電体基板１の向きとビーム方向とをほぼ一致させることができる。
【０００８】
このような原理で電磁波を輻射する誘電体漏れ波アンテナでは、誘電体基板１内に漏出用金属ストリップ３とほぼ平行な波面を有する電磁波を伝搬させるための励振部４が必要となる。
【０００９】
この励振部４としては、電磁ホーンから出力される球面波の電磁波を誘電体レンズ、パラボラ型の反射鏡等を用いて波面が一直線状に揃った電磁波に変換して誘電体基板１の端面に向いた面４ａから出射する構造のものが従来から用いられていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように励振部を電磁ホーン、誘電体レンズあるいはパラボラ型の反射鏡等を用いて構成した従来の誘電体漏れ波アンテナでは、構造が必然的に立体的になり、アンテナ全体として大型化してしまう。
【００１１】
また、電磁ホーンや反射鏡は誘電体基板１と別部材で構成しなければならず、コストがかかり、量産ができないという問題があった。
【００１２】
本発明は、この問題を解決して、製造が容易で量産に適した誘電体漏れ波アンテナを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の誘電体漏れ波アンテナは、放射部と同一基板上に構成されたマイクロストリップ線路に周期的に第１のスタブを附け、放射部である誘電体スラブ線路（露出用金属ストリップ）を励振する。この際、スラブで反射マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波が第１のスラブで反射される。この反射波を抑制するために、第１のスラブに対して、マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長のほぼ１／４に等しいだけずれた位置に第２のスタブを設けた。即ち、第２のスタブを、上記のように第１のスタブに対してマイクロストリップ線路内波長のほぼ１／４だけ離れた位置に、第２のスタブとをそれぞれ設けると、両者の反射波が互いに逆相となって反射成分を相殺することができる。なお、マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長、マイクロストリップ線路の幅、第１及び第２のスラブの長さを適宜設定することにより、マイクロストリップ線路の片側、又は両側に、放射部を励振する電磁波を給電することができる。
【００１４】
具体的には、本発明の請求項１の誘電体漏れ波アンテナは、
誘電体基板（１）と、該誘電体基板の一面側に設けられ、前記誘電体基板内でその厚さ方向と直交する方向に電磁波を伝搬させる誘電体イメージ線路を形成する地板導体（２）と、前記誘電体基板の反対面側に所定間隔で平行に設けられた複数の漏出用金属ストリップ（３）と、前記誘電体基板内に前記複数の漏出用金属ストリップと交差する方向に電磁波を伝搬させて、前記誘電体基板の前記反対面から漏出させる励振部（２４）とを有する誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記励振部が、
前記誘電体基板の前記反対面の前記漏出用金属ストリップから離間した位置に設けられ、前記誘電体基板を挟んで前記地板導体との間でマイクロストリップ線路を形成する線路用金属ストリップ（４０）と、
前記線路用金属ストリップの一方の側縁に所定間隔に設けられ、前記マイクロストリップ線路に給電された電磁波が、前記線路用金属ストリップの長手方向に伝搬し、前記誘電体基板内で前記漏出用金属ストリップと交差する方向に分岐出力する複数の第１のスタブ（４１）と、
前記線路用金属ストリップの他方の側縁に、前記第１のスタブに対して前記マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長のほぼ１／４に等しいだけずれてそれぞれ設けられた複数の第２のスタブ（５１）とを有している。それにより、スタブにより発生する、マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の反射波を、マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長のほぼ１／４に等しいだけずれて設けられたスタブで抑制することができる。
【００１５】
また、本発明の請求項２の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１の誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記第１のスタブが設けられる所定間隔は、前記マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長にほぼに等しいことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項３の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１、２のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記第１のスタブ及び第２のスタブは、前記線路用金属ストリップの側縁から所定の幅で前記線路用金属ストリップと直交する方向に所定距離延びた帯状に形成され、前記それぞれの所定距離を調整することにより、前記線路用金属ストリップの側縁の片側に電磁波を給電することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項４の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１、２いずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、前記第１のスタブ及び第２のスタブは、前記線路用金属ストリップの側縁から所定の幅で前記線路用金属ストリップと直交する方向に所定距離延びた帯状に形成され、前記それぞれの所定距離を調整することにより、前記線路用金属ストリップの側縁の両側に電磁波を給電することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項５の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１〜３のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記スタブによって前記漏出用金属ストリップ側と反対側に分岐される電磁波を前記漏出用金属ストリップ側に反射させるための反射壁を備えたことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の請求項６の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１〜３、５のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
一端側が前記地板導体と電気的に接続され、他端側が前記誘電体基板の反対面側で前記線路用金属ストリップに対向するように延び、前記マイクロストリップ線路から前記誘電体基板の前記反対面側に直接輻射される電磁波をシールドするシールド板（６２、６３）を備えたことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の請求項７の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１〜３、５のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、前記誘電体基板の反対面側で前記線路用金属ストリップと対向するように配置され、前記マイクロストリップ線路から前記誘電体基板の前記反対面側に直接輻射される電磁波の位相と振幅を前記漏出用金属ストリップによって漏出される電磁波に合わせて輻射する輻射板（６４）を備えたことを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の請求項８の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１、２，４，６，７のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記励振部が前記誘電体基板のほぼ中央部に設けられ、該励振部の両側にそれぞれ複数の前記漏出用金属ストリップが設けられていることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の請求項９の誘電体漏れ波アンテナは、前記請求項１〜８のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記マイクロストリップ線路は、そのほぼ中央から給電された電磁波を両端に伝搬するように構成されていることを特徴としている。
【００２３】
【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は、本発明を適用した誘電体漏れ波アンテナ２０の構成を模式的に且つ透視的に表している。
【００２４】
この誘電体漏れ波アンテナ２０は、例えば、無線による加入者系データ通信サービス方式の一つであるＦＷＡ（Ｆｉｘｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ）に使用する準ミリ波帯（およそ２０〜４０ＧＨｚ）用のものであり、前記同様に、矩形の誘電体基板１とその一面側（下面側）に隙間なく重なり合うように設けられた地板導体２とで、電磁波を誘電体基板内でその厚さ方向と直交する方向に伝搬する誘電体イメージ線路が形成され、誘電体基板１の反対面側（上面側）には、複数の漏出用金属ストリップ３が所定間隔、例えば、誘電体イメージ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長λｇとほぼ等しい間隔で平行に設けられている。
【００２５】
なお、誘電体基板１は、テフロン（米国デュポン社の登録商標）、アルミナ、セラミック等が使用され、また、地板導体２や漏出用金属ストリップ３は、誘電体基板１に対する金属膜の印刷やエッチングによって形成されている。
【００２６】
各漏出用金属ストリップ３は、誘電体イメージ線路内の反射成分を抑圧するために、互いに平行で線路内波長λｇのほぼ１／４だけ離れた２本の金属ストリップ３ａ、３ｂによって構成されている。
【００２７】
即ち、漏出用金属ストリップ３を線路内波長λｇとほぼ等しい間隔の金属ストリップ３ａだけで構成すると、各金属ストリップ３ａによって発生する反射波が互いに同相となり効率が低下するが、上記のように各金属ストリップ３ａに対して線路内波長λｇのほぼ１／４だけ離れた位置に、各金属ストリップ３ａと同一寸法の金属ストリップ３ｂをそれぞれ設けると、両者の反射波が互いに逆相となって反射成分を相殺することができる。
【００２８】
なお、この金属ストリップ３ａ、３ｂはともに電磁波を漏出する作用を有しているので、上記のように漏出用金属ストリップ３を２つの金属ストリップ３ａ、３ｂで構成した場合、誘電体基板１の表面から漏出される電磁波の放射特性は、２つの金属ストリップ３ａ、３ｂによって漏出される電磁波の放射特性を合成したものとなる。
【００２９】
また、この例および以下に示す全ての誘電体漏れ波アンテナでは、漏出用金属ストリップ３を２本の金属ストリップ３ａ、３ｂで構成しているが、これは本発明を限定するものでなく、金属ストリップによる反射成分が無視できる程度に小さい場合には、１本の金属ストリップで漏出用金属ストリップ３を構成してもよい。また、漏出用金属ストリップ３の間隔を、線路内波長λｇより短く設定したり、長く設定することで反射波を抑圧することも可能であり、この場合にも１本の金属ストリップで構成することができる。
【００３０】
一方、誘電体基板１の一端側には励振部２４が設けられている。
励振部２４は、誘電体基板１の表面側に漏出用金属ストリップ３と平行に延びた帯状の線路用金属ストリップ４０と、線路用金属ストリップ４０の一方の側縁（この図では漏出用金属ストリップ３が設けられている側の側縁）に所定間隔で設けられた複数（図では簡単に３つで示している）の第１のスタブ４１１、４１２、４１３と、線路用金属ストリップ４０の他方の側縁（この図では漏出用金属ストリップ３が設けられている反対側の側縁）に、第１のスタブと線路内波長λｇ‘の１／４ずれた位置に設けられた複数（図では簡単に３つで示している）の反射抑制用の第２のスタブ５１１、５１２、５１３とによって構成されている。
【００３１】
ここで、線路用金属ストリップ４０は、地板導体２との間で誘電体基板１を挟んでマイクロストリップ線路を形成し、その一端側の給電点５から給電された電磁波を他端側に伝搬する。なお、この給電点５に対する電磁波の給電は、例えば同軸ケーブルによって行なわれる。
【００３２】
また、各第１のスタブ４１１、４１２、第２のスタブ５１１、５１２は、図２の（ａ）に示すように、線路用金属ストリップ４０の側縁から、幅がそれぞれＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４長さがそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の帯状に突設されている。各第１のスタブの間隔Ｑは、放射しようとする電磁波のマイクロストリップ線路（線路用金属ストリップ）内の波長λｇ′の整数倍に近い値に設定されていて、給電点５に給電されてマイクロストリップ線路の一端側から他端側に伝搬する電磁波を、誘電体基板１内で漏出用金属ストリップ３が設けられている方向へ分岐して励振波として出力する。
【００３３】
このような励振部２４から漏出用金属ストリップ３が設けられている方向へ伝搬される電磁波（以下、励振波という）の振幅特性や位相特性は、各スタブの幅、長さおよび間隔Ｑによって任意に設定することができる。
【００３４】
即ち、各スタブ４１１、４１２、５１１、５１２部分からそれぞれ分岐出力される励振波の振幅は、各スタブ４１１、４１２、５１１、５１２の幅Ｗ１〜Ｗ４と長さＬ１〜Ｌ４に依存しており、これらの幅と長さによって励振波全体として任意の振幅分布特性を与えることができる。
【００３５】
また、線路用金属ストリップ４０の中心からスタブの距離をｍ／２＋Ｌ＜０．６５λｇ’とすることにより、第１のスタブ４１を設けている線路用金属ストリップ４０の側のみ電磁波を給電することができる。また、ｍ／２＋Ｌ≒０．６５λｇ’とすることにより、線路用金属ストリップ４０の両側に電磁波を給電することができる。さらに、ｍ／２＋Ｌ＞０．６５λｇ’とすることにより、反射抑制用の第２のスタブ５１線路用金属ストリップ４０の側のみ電磁波を給電することができる。ここで、ｍは線路用金属ストリップ４０の幅、Ｌは各スタブの長さ（本実施例では、Ｌ＝Ｌ１〜Ｌ４）、λｇ’はマイクロストリップ線路内の波長、δ≒λｇ’／４、Ｑ≒λｇ’である。
【００３６】
また、各スタブ４１１、４１２、５１１、５１２部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相はスタブの間隔Ｑに依存しており、この間隔Ｑによって励振波全体としての位相分布特性を任意に設定することができる。
【００３７】
例えば、間隔Ｑを線路内波長λｇ′の整数倍に設定すれば（Ｑ＝λｇ′）、各スタブ４１１、４１２、部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相が等しくなり、励振波全体の位相面が図２の（ｂ）のＰｈ１−Ｐｈ１′のように線路用金属ストリップ４０と平行となる。
【００３８】
このように線路用金属ストリップ４０と平行な位相面Ｐｈ１−Ｐｈ１′の励振波を、線路用金属ストリップ４０と平行な漏出用金属ストリップ３側に伝搬させると、ビームの中心方向が誘電体基板１の表面に直交し且つ線路用金属ストリップ４０に直交する面上に位置する電磁波を誘電体基板１の表面から放射することができる。
【００３９】
また、間隔Ｑを線路内波長λｇ′の整数倍より短く設定すると（Ｑ＜λｇ′）、各スタブ４１１、４１２部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相が少しずつ進んで、励振波全体の位相面が図２（ｂ）のＰｈ３−Ｐｈ３′のように線路用金属ストリップ４０に対して僅かに傾き、逆に、間隔Ｑを線路内波長λｇ′の整数倍より長く設定すると（Ｑ＞λｇ′）、各スタブ４１１、４１２部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相が少しずつ遅れて、励振波全体の位相面が図２（ｂ）のＰｈ４−Ｐｈ４′のように線路用金属ストリップ４０に対してＰｈ３−Ｐｈ３′と逆方向に傾く。
【００４０】
このように線路用金属ストリップ４０に対して傾いた位相面Ｐｈ３−Ｐｈ３′、Ｐｈ４−Ｐｈ４′の励振波を、線路用金属ストリップ４０と平行な漏出用金属ストリップ３側に伝搬させると、誘電体基板１の表面からビームの中心方向が給電端側あるいは終端側に傾いた電磁波を放射することができる。
【００４１】
なお、ここでは線路用金属ストリップ４０を漏出用金属ストリップ３に対して平行に設けた例について説明したが、線路用金属ストリップ４０が、漏出用金属ストリップ３に対して傾きをもつようにしてもよい。
【００４２】
このように、実施形態の誘電体漏れ波アンテナ２０の励振部２４は、誘電体基板１の表面の漏出用金属ストリップ３から離間した位置に設けられ、誘電体基板１を挟んで地板導体２との間でマイクロストリップ線路を形成する線路用金属ストリップ４０と、線路用金属ストリップ４０の側縁に所定間隔に設けられ、マイクロストリップ線路に給電された電磁波を誘電体基板１内で漏出用金属ストリップ３と交差する方向に分岐出力する第１のスタブ４１と反射抑制用の第２のスタブ５１を複数有している。
【００４３】
このため、励振部２４を誘電体基板１に一体化することができ、アンテナ全体を小型化することができる。また、線路用金属ストリップ４０、第１のスタブ４１、および第２のスタブ５１を漏出用金属ストリップ３と同一面で印刷やエッチングにより形成することができるので、少ない工程で、安価に且つ容易に製造でき、量産が可能となる。
【００４４】
また、漏出用金属ストリップ３が設けられている側と反対側へ分岐される励振波の成分が無視できない程度に大きい場合には、その励振波を漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ反射させる必要がある。
【００４５】
この場合、例えばセラミックやアルミナのように比誘電率が大きい誘電体基板１を用いれば、線路用金属ストリップ４０が設けられている側の誘電体基板１の端面１ａを反射壁として利用することができる。その際には、誘電体基板１の端面１ａから反射して漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ向かう反射波と、線路用金属ストリップ４０から漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ直接向かう励振波との位相が一致するように、反射壁の位置から線路用金属ストリップ４０、漏出用金属ストリップ３の距離を設定すればよい。
【００４６】
また、テフロン（米国デュポン社の登録商標）のように比誘電率が小さい誘電体基板１を用いる場合には、端面から電磁波が放射されて、効率が大きく低下する恐れがある。
【００４７】
このような場合には、図３に示すように、反射壁として誘電体基板１の端面に金属の反射板６０を設け、その漏出用金属ストリップ３が設けられている側と反対側へ分岐される励振波を漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ反射させる。なお、この反射板６０を印刷によって形成する場合には、図３に示しているように誘電体基板１の表面側に補助板６０ａを延長形成して、反射板６０の剥離等を防止する。また、６０、６０ａその他の符号は、図１と同様のため省略する。
【００４８】
また、上記のように端面に反射板６０を設ける代わりに、図４に示すように、スルーホール加工等により誘電体基板１を貫通する金属柱６１を励振波の波長に比べて十分短い間隔で線路用金属ストリップ４０の長さ方向に沿って並べて反射壁を形成し、漏出用金属ストリップ３が設けられている側と反対側へ分岐される励振波を漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ反射させることもできる。なお、図４では、各金属柱６１の一端側を地板導体２に電気的に接続し、他端側も誘電体基板１の表面にパターン形成された短絡板６１ａによって電気的に接続しているが、この短絡板６１ａは必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。また、６１、６１ａその他の符号は、図１と同様のため省略する。
【００４９】
このように反射板６０や金属柱６１を用いた場合も、前記同様に、誘電体基板１の端面から反射して漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ向かう反射波と、線路用金属ストリップ４０から漏出用金属ストリップ３が設けられている側へ直接向かう励振波との位相が一致するように、各部の位置を設定する。
【００５０】
また、線路用金属ストリップ４０が形成するマイクロストリップ線路のような開放型の線路では、誘電体基板１の表面から直接放射される電磁波成分があり、この成分によってアンテナ全体の放射特性が乱れる場合がある。
【００５１】
この直接放射成分による影響が無視できない場合には、図５、図６に示すように、シールド板６２、６３によって、線路用金属ストリップ４０およびスタブ４１の部分をシールドすればよい。なお、６２、６３その他の符号は、図１等と同様のため省略する。
【００５２】
なお、図５のシールド板６２は、その一端側を前記した図４の短絡板６１ａ（図３の補助板６０ａでもよい）および金属柱６１を介して地板導体２に接続させ、他端側を線路用金属ストリップ４０に対向する位置まで延ばして直接輻射成分の漏れを防いでいる。また、図６のシールド板６３は、一端側を地板導体１に直接接触させ、他端側を線路用金属ストリップ４０に対向する位置まで延ばして直接輻射成分の漏れを防いでおり、アンテナ全体のベース材を兼用することが可能である。
【００５３】
また、マイクロストリップ線路からの直接輻射成分を有効に利用することも可能である。例えば、図７に示すように、金属で帯状の輻射板６４を、誘電体基板１の一面側で線路用金属ストリップ４０とスタブ４１が設けられている部分に対向するように配置し、その幅Ｗｐを調整することで、この部分から直接輻射される電磁波の位相と振幅を漏出用金属ストリップ３によって漏出される電磁波に合わせて輻射することができる。なお、６４その他の符号は、図１と同様のため省略する。
【００５４】
このように、直接輻射成分を利用することで、アンテナ全体としての有効開口面積を大きくすることができ、能率がさらに高くなる。
【００５５】
また、前記した誘電体漏れ波アンテナ２０およびその変形例では、マイクロストリップ線路の一端側から電磁波５を給電（エッジ給電）していたが、図８に示す誘電体漏れ波アンテナ３０のように、マイクロストリップ線路の中央部の給電点５から電磁波を給電（センタ給電）してもよい。
【００５６】
この場合、図９（ａ）のように、励振波の位相面を、給電点５から一方側の第１のスタブ４１１〜４１３の間隔Ｑと、給電点５から他方側の第１のスタブ４１１′〜４１３′の間隔Ｑ′とによって任意に設定することができる。
この場合、第２のスタブ５１１〜５１３ 、第２のスタブ５１１′〜５１３′は、反射抑制用として機能している。
【００５７】
例えば、スタブ間隔Ｑ、Ｑ′をともに、線路内波長λｇ′の整数倍に等しく設定すれば（Ｑ＝Ｑ′＝λｇ′）、図９（ｂ）のように、線路用金属ストリップ４０と平行な位相面Ｐｈ１−Ｐｈ１′が得られる。また、スタブ間隔Ｑを線路内波長λｇ′の整数倍より短く設定し、スタブ間隔Ｑ′を線路内波長λｇ′の整数倍より長く設定すれば（Ｑ＜λｇ′＜Ｑ′）、線路用金属ストリップ４０に対して傾いた位相面Ｐｈ３−Ｐｈ３′が得られる。また逆に、スタブ間隔Ｑを線路内波長λｇ′の整数倍より長く設定し、スタブ間隔Ｑ′を線路内波長λｇ′の整数倍より短く設定すれば（Ｑ＞λｇ′＞Ｑ′）、線路用金属ストリップ４０に対して位相面Ｐｈ３−Ｐｈ３′と逆方向に傾いた位相面Ｐｈ４−Ｐｈ４′が得られる。
【００５８】
このようなセンタ給電の場合、前記したエッジ給電に対してマイクロストリップ線路の長さが同一であれば、その線路内で生じる損失（導体損失や誘電体損失）がほぼ半減するため能率が高くなる。
【００５９】
また、線路用金属ストリップ４０と平行な位相面Ｐｈ１−Ｐｈ１′を得るように設計した場合に、製造誤差等があった場合でも、それらの誤差が給電点に対して対称に発生している場合には、図９（ｂ）の位相面Ｐｈ２−Ｐｈ２′のように対称に傾くことになり、ビームの中心方向は大きくずれずに済む。
なお、給電点５から一方側の第１のスラブ４１１、給電点５から他方側の第１のスラブ４１１′とも、第２のスラブ５１１、５１１′より近くから配置した構成としたが、アンテナの放射パターン等により変更することある。例えば、給電点５から他方側の第１のスラブ４１１′を第２のスラブ５１１′より遠くから配置し、第１のスラブ、第２のスラブとも、それぞれ等間隔になるように配置することもある。
【００６０】
また図１０に示す誘電体漏れ波アンテナ８０のように、誘電体基板１の中央部に線路用金属ストリップ４０とスタブ４１１〜４１３、５１１〜５１３を含む励振部２４を設け、その両側に複数の漏出用金属ストリップ３、３′をそれぞれ平行に配置することも可能である。
【００６１】
この場合、励振部２４の線路用金属ストリップ４０、スタブ４１１〜４１３、５１１〜５１３は、ｍ／２＋Ｌ≒０．６５λｇ’とすることにより、線路用金属ストリップ４０の両側に電磁波を分岐して給電することができる。ここで、ｍは線路用金属ストリップ４０の幅、Ｌは各スタブの長さ、λｇ’はマイクロストリップ線路内の波長、δ≒λｇ’／４、Ｑ≒λｇ’である。
【００６２】
ただし、このよう左右の分岐されたそれぞれの電磁波には、線路内波長λｇ′の１／２にほぼ等しい位相差が生じる。
【００６３】
したがって、図１０に示しているように、線路用金属ストリップ４０から左右の最初の漏出用金属ストリップ３、３′までの距離ｄ、ｄ′を、この位相差に相当する分だけ異なるように設定しておけば、左右の漏出用金属ストリップ３、３′から同相の電磁波を漏出させることができる。
【００６４】
また、上記のように、左右に設けたスタブによる両側励振は、図１１に示すセンタ給電型の誘電体漏れ波アンテナ９０にも適用することができる。
【００６５】
また、このように左右の分岐波の位相があっている場合には、図１２、図１３に示す誘電体漏れ波アンテナ８０′、９０′のように、前記した輻射板６４を、線路用金属ストリップ４０およびスタブ４１、５１と対向する位置に配置し、その幅Ｗｐを調整することで、マイクロストリップ線路からの直接輻射成分を、左右の漏出用金属ストリップ３、３′から漏出される電磁波の位相に合わせて輻射することができ、アンテナ全体としての有効開口面を大きくすることができる。なお、図１２はエッジ給電の場合を示し、図１３はセンタ給電の場合を示している。
【００６６】
また、前記した各誘電体漏れ波アンテナでは、漏出用金属ストリップ３、３′と線路用金属ストリップ４０が、矩形の誘電体基板１の１辺にほぼ平行となるように形成されていたが、これは本発明を限定するものでなく、誘電体基板１の外形に対する漏出用金属ストリップ３、３′および線路用金属ストリップ４０の向きは任意に設定することができる。
【００６７】
例えば、図１４に示す誘電体漏れ波アンテナ１００のように、正方形の誘電体基板１の対角線に一致するように線路用金属ストリップ４０を設け、その両側の側縁にスタブ４１、５１を設け、さらにその両側に漏出用金属ストリップ３、３′を平行に設けてもよい。この場合、励振部２４から両側の漏出用金属ストリップ３、３′に平行な位相面の電磁波を伝搬させれば、漏出用金属ストリップ３、３′からその長さ方向に直交する偏波の電磁波を漏出させることができる。この電磁波の偏波方向は、矩形の誘電体基板１の一辺を基準にして４５度傾いた４５度偏波となり、車載用レーダ等に適している。この誘電体漏れ波アンテナ１００のように線路用金属ストリップ４０が誘電体基板１の一辺に対して傾いたものの場合でも、前記同様に輻射板６４を設けて能率を高くすることが可能であり、エッジ給電にすることもできる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘電体漏れ波アンテナでは、誘電体基板の一面側に漏出用金属ストリップとほぼ平行な線路用金属ストリップを設けて、マイクロストリップ線路を形成し、その線路用金属ストリップの側縁にスタブを所定間隔で設けて、マイクロストリップ線路に給電された電磁波を漏出用金属ストリップと交差する方向に分岐して励振している。
【００６９】
このため、励振部を誘電体基板に一体化することができ、アンテナ全体を小型化することができる。また、線路用金属ストリップおよびスタブを漏出用金属ストリップと同一面でパターン形成することができるので、少ない工程で、安価に且つ容易に製造でき、量産が可能となる。
【００７０】
また、スタブを、線路用金属ストリップの側縁から所定の幅で線路用金属ストリップと直交する方向に所定距離延びた帯状に形成し、マイクロストリップ線路内の電磁波の線路内波長の整数倍にほぼ等しい間隔で設けたものでは、そのスタブの幅と長さ、および間隔によって、任意の特性を得ることができる。
【００７１】
また、スタブによって漏出用金属ストリップが設けられている側と反対側に分岐される電磁波を漏出用金属ストリップが設けられている側に反射させる反射壁を備えたものでは、漏出用金属ストリップが設けられている側と反対側に分岐される電磁波も有効に利用でき、能率が高くなる。
【００７２】
また、地板導体と電気的に接続され、誘電体基板の一面側で線路用金属ストリップとスタブが設けられている部分に対向して、その部分から直接輻射される電磁波をシールドするシールド板を備えたものでは、励振部から直接外部へ輻射される電磁波による特性の乱れを防ぐことができる。
【００７３】
また、誘電体基板の一面側で線路用金属ストリップとスタブが設けられている部分に対向するように配置され、その部分から直接輻射される電磁波の位相と振幅を漏出用金属ストリップによって漏出される電磁波に合わせて輻射する輻射板を備えたものでは、アンテナ全体の有効開口面積を大きくすることができ、能率がさらに高くなる。
【００７４】
また、マイクロストリップ線路のほぼ中央から電磁波を給電するように構成したものでは、マイクロストリップ線路の損失を減らすことができ、能率をさらに高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を模式的に示す透視的斜視図
【図２】実施形態の要部と波面との関係を説明するための図
【図３】反射壁を設けた例を示す図
【図４】反射壁を設けた例を示す図
【図５】シールド板を設けた例を示す図
【図６】シールド板を設けた例を示す図
【図７】輻射板を設けた例を示す図
【図８】センタ給電の例を示す図
【図９】センタ給電の場合の要部と波面の関係を説明するための図
【図１０】両側励振の例を示す図
【図１１】センタ給電、両側励振の例を示す図
【図１２】エッジ給電、両側励振、輻射板付きの例を示す図
【図１３】センタ給電、両側励振、輻射板付きの例を示す図
【図１４】誘電体基板の一辺に対して漏出用金属ストリップおよび線路用金属ストリップを４５度傾けた例を示す図
【図１５】誘電体漏れ波アンテナの概略構成を示す図
【符号の説明】
１……誘電体基板、２……地板導体、３、３′……漏出用金属ストリップ、３ａ、３ｂ……金属ストリップ、２０、３０、８０、８０′、９０、９０′、１００……誘電体漏れ波アンテナ、２４……励振部、４０……線路用金属ストリップ、４１、４１′……第１のスタブ、５１、５１′……第２のスタブ、６０……反射板、６０ａ……補助板、６１……金属柱、６１ａ……短絡板、６２、６３……シールド板、６４……輻射板。
Claims (9)
- 誘電体基板（１）と、該誘電体基板の一面側に設けられ、前記誘電体基板内でその厚さ方向と直交する方向に電磁波を伝搬させる誘電体イメージ線路を形成する地板導体（２）と、前記誘電体基板の反対面側に所定間隔で平行に設けられた複数の漏出用金属ストリップ（３）と、前記誘電体基板内に前記複数の漏出用金属ストリップと交差する方向に電磁波を伝搬させて、前記誘電体基板の前記反対面から漏出させる励振部（２４）とを有する誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記励振部が、
前記誘電体基板の前記反対面の前記漏出用金属ストリップから離間した位置に設けられ、前記誘電体基板を挟んで前記地板導体との間でマイクロストリップ線路を形成する線路用金属ストリップ（４０）と、
前記線路用金属ストリップの一方の側縁に所定間隔に設けられ、前記マイクロストリップ線路に給電された電磁波が、前記線路用金属ストリップの長手方向に伝搬し、前記誘電体基板内で前記漏出用金属ストリップと交差する方向に分岐出力する複数の第１のスタブ（４１）と、
前記線路用金属ストリップの他方の側縁に、前記第１のスタブに対して前記マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長のほぼ１／４に等しいだけずれてそれぞれ設けられた複数の第２のスタブ（５１）とをすることを特徴とする誘電体漏れ波アンテナ。 - 前記第１のスタブが設けられる所定間隔は、前記マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長にほぼに等しいことを特徴とする請求項１記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記第１のスタブ及び第２のスタブは、前記線路用金属ストリップの側縁から所定の幅で前記線路用金属ストリップと直交する方向に所定距離延びた帯状に形成され、前記それぞれの所定距離を調整することにより、前記線路用金属ストリップの側縁の片側に電磁波を給電することを特徴とする請求項１または請求項２記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記第１のスタブ及び第２のスタブは、前記線路用金属ストリップの側縁から所定の幅で前記線路用金属ストリップと直交する方向に所定距離延びた帯状に形成され、前記それぞれの所定距離を調整することにより、前記線路用金属ストリップの側縁の両側に電磁波を給電することを特徴とする請求項１または請求項２記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記スタブによって前記漏出用金属ストリップ側と反対側に分岐される電磁波を前記漏出用金属ストリップ側に反射させるための反射壁を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 一端側が前記地板導体と電気的に接続され、他端側が前記誘電体基板の反対面側で前記線路用金属ストリップに対向するように延び、前記マイクロストリップ線路から前記誘電体基板の前記反対面側に直接輻射される電磁波をシールドするシールド板（６２、６３）を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項５記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記誘電体基板の反対面側で前記線路用金属ストリップと対向するように配置され、前記マイクロストリップ線路から前記誘電体基板の前記反対面側に直接輻射される電磁波の位相と振幅を前記漏出用金属ストリップによって漏出される電磁波に合わせて輻射する輻射板（６４）を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項５記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記励振部が前記誘電体基板のほぼ中央部に設けられ、該励振部の両側にそれぞれ複数の前記漏出用金属ストリップが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項４または請求項６または請求項７記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記マイクロストリップ線路は、そのほぼ中央から給電された電磁波を両端に伝搬するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６または請求項７または請求項８記載の誘電体漏れ波アンテナ。
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