JP2016005028A - 平面漏洩伝送路 - Google Patents

Abstract

【課題】放射する信号波の波長に対し、伝送路の長さを抑制し、漏洩させたい場所で信号波を放射させて配置する場所の制約を無くし、配置する全長が長くなることを抑制する。
【解決手段】誘電体基板の一方の面である表面に設けられた表面グラウンド層と、他方の面である裏面に表面グラウンド層と対向して設けられた裏面励振グラウンド層と、誘電体基板の表面に設けられた表面励振グラウンド層と、誘電体基板の裏面に設けられた裏面グラウンド層と、誘電体基板の表面の表面伝送路と、誘電体基板の裏面に設けられた裏面伝送路とを備え、平面視で第１及び裏面伝送路の各々が所定のギャップ領域で重り、表面励振グラウンド層の表面伝送路が接続された位置から基板の端部までの距離、及び裏面励振グラウンド層の裏面伝送路が接続された位置から基板の端部までの距離が、表面伝送路の入力インピーダンスが波長λ_１の伝搬信号に対して無限大となる長さである。
【選択図】図１

Description

本発明は、基地局あるいは端末から発せられる信号波（電磁波）を、ビル内の壁などの障害物で仕切られたサービスエリア内に伝搬させるために使用する平面漏洩伝送路に関する。

近年、信号波を屋内全体に放射するため、信号波を漏洩させて放射する放射部を周期的に有する平面漏洩伝送路が用いられる（例えば、非特許文献１参照）。この非特許文献１の平面漏洩伝送路は、同軸線路の変形であり、マイクロストリップラインにビアを周期的に形成し、このビア部分で電磁波が漏洩する構成となっている。

しかしながら、非特許文献１における平面漏洩伝送路の構成の場合、このビアを周期的に構成しているため、放射する電磁波の波長に対して、平面漏洩伝送路の全長が長くなってしまう欠点がある。また、直線状に配置する必要があり、平面漏洩伝送路の配置に制約が生じる。さらに、放射される電磁波の放射指向性が狭く、広範囲をカバーするアンテナが得られにくい。

また、従来の漏洩同軸アンテナは、同軸ケーブルにおいて、電波漏洩用の複数のスロットが同軸ケーブルの軸方向に沿って周期的に配置されている。そして、同軸ケーブルに設けられたスロットから、信号波が漏洩されることにより、指向性を有さない電磁波が放射される。このため、従来の漏洩同軸アンテナは、信号波を漏洩させる必要の無い場所でも、信号波が漏洩して電磁波として放射される（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の漏洩同軸アンテナは、鉄パイプなどの金属物が近傍にある場合、漏洩同軸ケーブルから漏洩した信号波が劣化してしまう。このため、金属物をよけて、漏洩同軸アンテナを配置する必要がある。この結果、漏洩同軸アンテナの配置に制約が生じて、必要な範囲に漏洩同軸アンテナを、金属物を避けて引き回す必要があり、配置する全長が長くなってしまう欠点がある。

特許第４０４４５８９号公報

Yuanxin Li, Quan Xue, Hong-Zhou Tan, Yunliang Long, The Half-Width Microstrip Leaky Wave Antenna With the Periodic Short Circuits, IEEE Trans. on Ant. Propag,. Vol.59, No.9, Sep., 2011

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、放射する信号波（電磁波）の波長に対して、配置する全長が長くなることを抑制する平面漏洩伝送路を提供する。

上述した課題を解決するために、本発明の平面漏洩伝送路は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方の面である表面に設けられた表面グラウンド層と、前記誘電体基板の他方の面である裏面に前記表面グラウンド層と対向して設けられ、前記表面グラウンド層と前記誘電体基板に生成されたビアで接続され、一辺が前記誘電体基板の第１端部と平面視で重なるように形成された裏面励振グラウンド層と、前記誘電体基板の表面に設けられ、一辺が前記誘電体基板の前記第１端部と対向する第２端部と平面視で重なるように形成された表面励振グラウンド層と、前記誘電体基板の裏面に設けられ、前記表面励振グラウンド層に対し、前記誘電体基板に生成されたビアで接続された裏面グラウンド層と、前記誘電体基板の表面に設けられ、一端が前記表面グラウンド層の近傍に配置され、他端が前記表面励振グラウンド層の前記一辺と対向する前記表面励振グラウンド層の第１領域に接続された表面伝送路と、前記誘電体基板の裏面に設けられ、一端が前記裏面励振グラウンド層の前記一辺と対向する前記表面励振グラウンド層の第２領域に接続され、他端が裏面グラウンド層の近傍に配置された裏面伝送路とを備え、平面視において、前記表面伝送路及び前記裏面伝送路の各々が所定のギャップ領域で重なっており、前記表面励振グラウンド層において、前記表面伝送路の他端が接続された前記第１領域から前記第２端部までの前記表面励振グラウンド層の外周の距離が前記表面伝送路の他端から見た、前記表面励振グラウンド層の入力インピーダンスが波長λ_１の伝搬信号に対して無限大となる長さであり、前記裏面励振グラウンド層において、前記裏面伝送路の一端が接続された前記第２領域から前記第１端部までの前記裏面励振グラウンド層の外周の距離が前記裏面伝送路の一端から見た、前記裏面励振グラウンド層の入力インピーダンスが波長λ_１の伝搬信号に対して無限大となる長さであることを特徴とする。

本発明の平面漏洩伝送路は、前記表面伝送路が平面視で前記裏面励振グラウンド層と重なる領域がマイクロストリップ線路となり、前記裏面伝送路が平面視で前記表面励振グラウンド層と重なる領域がマイクロストリップ線路となり、前記表面伝送路及び前記裏面伝送路の各々が重なる前記ギャップ領域がブロードサイド結合線路となることを特徴とする。

本発明の平面漏洩伝送路は、前記表面伝送路から前記裏面伝送路に対して信号波が伝搬される場合、前記マイクロストリップ線路から前記ブロードサイド結合線路となるギャップ領域において、信号波の伝搬モードが変更され、前記表面伝送路から前記裏面伝送路に対して伝搬される電磁界の一部が漏洩し、前記表面励振グラウンド層が励振され、波長がλ_１の電磁波を放射し、前記裏面伝送路から前記表面伝送路に対して信号波が伝搬される場合、前記マイクロストリップ線路から前記ブロードサイド結合線となるギャップ領域において、信号波の伝搬モードが変更され、前記裏面伝送路から前記表面伝送路に対して伝搬される電磁界の一部が漏洩し、前記裏面励振グラウンド層が励振され、波長がλ_１の電磁波を放射することを特徴とする。

本発明の平面漏洩伝送路は、２つの異なった周波数の電磁波を放射させる際、平面視における前記表面伝送路の一端から前記裏面伝送路の他端までの距離が、前記表面伝送路の前記他端及び前記裏面伝送路の一端の各々から見た、前記表面伝送路及び前記裏面伝送路の平面視で重なる領域の特性インピーダンスが、前記第１裏面側グラウンド層が放射する電磁波の波長λ_１に比較して短い波長λ_２の伝搬信号に対して無限大となる長さで構成されており、前記表面伝送路及び前記裏面伝送路から波長λ_２の信号波を放射することを特徴とする。

本発明の平面漏洩伝送路は、平面視において、前記第１裏面側グラウンド層の対向する第１の辺と、前記第１の辺に対向する前記第２表面グラウンド層の第２の辺との成す角度により、放射される波長λ_２の信号波の電磁波の強度を調整することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、第１伝送路パターン及び第２伝送路パターンの各々が所定の距離を有するギャップ領域で重ならせ、このギャップ領域で第１伝送路パターン及び第２伝送路パターンにおける電磁界の伝搬のモードを変更し、電磁波を漏洩させるため、従来のように周期的にスタブを作成する必要がなく、平面漏洩伝送路の全長を従来に比較して短く作成することが可能となる。
また、本発明によれば、同軸ケーブルにより平面漏洩伝送を必要な箇所に配置できるため、配置場所に制約がなく、かつ漏洩させたい場所のみで電磁波を放射する平面漏洩伝送路を提供することが可能となる。
また、本発明によれば、伝送路の全長が長くなることを抑制し、かつ漏洩させたい場所のみで信号波を放射させることで、金属物を避けるなどの配置する場所の制約を無くし、配置する伝送路の全長が長くなることを抑制することができる。

本実施形態による平面漏洩伝送路の構成例を示す斜視図である。 図１の本実施形態のよる平面漏洩伝送路１の構成を示す図である。 裏面励振グラウンド層１２及び表面励振グラウンド層１３の構成例を説明する図である。 表面グラウンド層１１と表面伝送路１５との容量結合部分の詳細を示す図である。 表面伝送路１５及び裏面伝送路１６の各々における波長λ_Ｈの電磁波を放射を説明する概念図である。 本実施形態による平面漏洩伝送路１の反射特性Ｓ１１及び反射特性Ｓ２２を示す。 本実施形態による平面漏洩伝送路１の透過係数Ｓ２１及び透過係数Ｓ１２を示す。 本実施形態における平面漏洩伝送路１から放射される２．４５ＧＨｚの電磁波の指向性を示す放射パターンの図である。 本実施形態における平面漏洩伝送路１から放射される５．４４ＧＨｚの電磁波の指向性を示す放射パターンの図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態による平面漏洩伝送路の構成例を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の平面漏洩伝送路１は、表面グラウンド層１１、裏面励振グラウンド層１２、表面励振グラウンド層１３、裏面グラウンド層１４、表面伝送路１５、裏面伝送路１６及び誘電体基板１７を有している。表面グラウンド層１１、裏面励振グラウンド層１２、表面励振グラウンド層１３、裏面グラウンド層１４、表面伝送路１５、裏面伝送路１６の各々は、金属などの導体で形成されている。以下の図１の説明において、誘電体基板１７の基板面として、例えば、図の上部方向に向いた一方の基板面を表面１７ｓとし、下部方向に向いた他方の基板面を裏面１７ｒとして説明する。

誘電体基板１７の表面１７ｓには、表面グラウンド層１１と、表面励振グラウンド層１３と、表面伝送路１５とが設けられている。誘電体基板１７の裏面１７ｒには、裏面励振グラウンド層１２と、裏面グラウンド層１４と、裏面伝送路１６とが設けられている。
また、表面１７ｓに形成された表面グラウンド層１１と裏面１７ｒに形成された裏面励振グラウンド層１２とは、誘電体基板１７を貫通するビアホールを介して導電体により電気的に接続されている。同様に、表面１７ｓに形成された表面励振グラウンド層１３と裏面１７ｒに形成された裏面グラウンド層１４とは、誘電体基板１７を貫通するビアホールを介して導電体により電気的に接続されている。

図２は、図１の本実施形態のよる平面漏洩伝送路１の構成を示す図である。図２（ａ）は、平面漏洩伝送路１の表面側から見た平面図を示している。図における寸法の単位はｍｍである。図２（ｂ）は、平面漏洩伝送路１を線分Ａ−Ａで切断して側面から見た断面図を示している。表面グラウンド層１１及び裏面グラウンド層１４の各々は、長方形上のパターンとして形成されている。裏面励振グラウンド層１２及び表面励振グラウンド層１３の各々は、例えば、本実施形態において五角形の形状のパターンとして形成されている。平面漏洩伝送路１は、同軸ケーブルの間の任意の位置に介挿され、順次、電磁波の送受信が行われる。すなわち、平面漏洩伝送路１の各々は、同軸ケーブルを介して、縦列に配置された漏洩同軸アンテナを形成する。

表面グラウンド層１１は、辺１１ｃが誘電体基板１７のエッジ１７ｃと平面視で一致している。表面グラウンド層１１は、辺１１ｃと対向する辺１１ｂにおいて、所定の距離を有して表面伝送路１５の一方の端部１５ｃと容量結合をしている（詳細な構造は後述）。表面励振グラウンド層１３は、五角形の底辺１３ｃが誘電体基板１７におけるエッジ１７ｃと対向するエッジ１７ｄと平面視で一致している。また、表面励振グラウンド層１３は、五角形の頂点１３ｂが表面伝送路１５の他方の端部１５ｂと接続されている。
また、表面伝送路１５の端部１５ｃは、平面漏洩伝送路１のポートＰ１となり、例えば同軸ケーブルの信号線（内部導体）がコネクタ等により接続される。このとき、表面グラウンド層１１は、辺１１ｂ近傍の端部に同軸コネクタのグラウンド層線（外部導体）がコネクタ等により接続される。

裏面励振グラウンド層１２は、五角形の底辺１２ｃが誘電体基板１７におけるエッジ１７ｃと平面視で一致している。また、裏面励振グラウンド層１２は、五角形の頂点１２ｂが裏面伝送路１６の一方の端部１６ｂと接続されている。裏面グラウンド層１４は、辺１４ｄが誘電体基板１７のエッジ１７ｄと平面視で一致している。裏面グラウンド層１４は、辺１４ｄと対向する辺１４ｂにおいて、所定の距離を有して表面伝送路１６の他方の端部１６ｃと容量結合をしている。
また、裏面伝送路１６の端部１６ｃは、平面漏洩伝送路１のポートＰ２となり、例えば同軸ケーブルの信号線がコネクタ等により接続される。このとき、裏面グラウンド層１４は、辺１４ｂ近傍の端部に同軸コネクタのグラウンド層線がコネクタ等により接続される。

図３は、裏面励振グラウンド層１２及び表面励振グラウンド層１３の構成例を説明する図である。本実施形態においては、波長λ_Ｌと波長λ_Ｈの２つの波長に対応するアンテナであり、この波長を区別するため、いずれか一方に対して低い方の波長を低周波側とし、他方を一方より高い高周波側として示している。ここで、λ_Ｌは低周波側の波長（λ_１）を示し、一方λ_Ｈは高周波側の波長（λ_２）を示している。
この図３において、裏面励振グラウンド層１２は、五角形のパターンにおける頂点１２ｂから底辺１２ｃまでの外周の距離、すなわち辺１２ｒ及び辺１２ｑの各々の長さの合計が、裏面伝送路１６の端部１６ｂから見た入力インピーダンスが波長λ_Ｌの伝搬信号に対して理論的に無限大となる長さとなるように形成されている。ここで、波長λ_Ｌの伝搬信号に対して入力インピーダンスが理論的に無限大となる長さとは、裏面励振グラウンド層１２が裏面伝送路１６に設けたオープンスタブとして動作し、裏面伝送路１６から見た波長λ_Ｌの伝搬信号に対して裏面励振グラウンド層１２の入力インピーダンスＺ_ｉｎが無限大になる状態となる辺１２ｒ及び辺１２ｑの各々の長さの合計の長さである。すなわち、波長λ_Ｌの伝搬信号に対して入力インピーダンスが理論的に無限大となる長さとは、以下の（１）式において、入力インピーダンスＺ_ｉｎが無限大となるオープンスタブの長さＬ（辺１２ｒ及び辺１２ｑの各々の長さの合計の長さ）に対応する。
Ｚ_ｉｎ＝−ｊＺ_０ｃｏｔ（β・Ｌ） …（１）
上記（１）式において、ｊは複素数の虚数単位を示し、Ｚ_０はオープンスタブの特性インピーダンスを示している。β（＝２π／λ）は位相定数であり、このλは伝送路上の波長を示している。したがって、Ｌが波長λの１／２の整数倍であれば、オープンスタブの入力インピーダンスが無限大となる。
このため、本実施形態においては、一例として、以下の様に設定している。裏面励振グラウンド層１２は、五角形のパターンにおける頂点１２ｂから底辺１２ｃまでの外周の距離、すなわち辺１２ｒ及び辺１２ｑの各々の長さの合計がλ_Ｌ／２となるように形成されている。これにより、裏面励振グラウンド層１２の入力インピーダンスＺ_ｉｎは無限大となる。

同様に、表面励振グラウンド層１３は、五角形のパターンにおける頂点１３ｂから底辺１３ｃまでの外周の距離、すなわち辺１３ｒ及び辺１３ｑの各々の長さの合計が、表面伝送路１５の端部１５ｂから見た入力インピーダンスが波長λ_Ｌの伝搬信号に対して理論的に無限大となる長さとなるように形成されている。ここで、波長λ_Ｌの伝搬信号に対して入力インピーダンスが理論的に無限大となる長さとは、すでに述べたように、表面励振グラウンド層１３が表面伝送路１５に設けたオープンスタブとして動作し、表面伝送路１５から見た表面励振グラウンド層１３の入力インピーダンスＺ_ｉｎが波長λ_Ｌの伝搬信号に対して無限大になる状態となる辺１３ｒ及び辺１３ｑの各々の長さの合計の長さである。すなわち、波長λ_Ｌの伝搬信号に対して入力インピーダンスが理論的に無限大となる長さとは、上記（１）式において、入力インピーダンスＺ_ｉｎが無限大となるオープンスタブの長さＬ（辺１３ｒ及び辺１３ｑの各々の長さの合計の長さ）に対応する。本実施形態においては、一例として、以下の様に設定している。表面励振グラウンド層１３は、五角形のパターンにおける頂点１３ｂから底辺１３ｃまでの外周の距離、すなわち辺１３ｒ及び辺１３ｑの各々の長さの合計がλ_Ｌ／２となるように形成されている。これにより、表面励振グラウンド層１３の入力インピーダンスＺ_ｉｎは無限大となる。辺１２ｐ、辺１２ｕ、辺１３ｐ及び辺１３ｕの各々も同様である。裏面伝送路１６の端部１６ｂが接続された裏面励振グラウンド層１２の頂点１２ｂから、底辺１２ｃまでの外周の距離がλ_Ｌ／２である。すなわち、裏面伝送路１６の端部１６ｂが接続された裏面励振グラウンド層１２の頂点１２ｂ（領域）から、底辺１２ｃまでの裏面励振グラウンド層１２の外周の距離がλ_Ｌ／２である。同様に、表面伝送路１５の端部１５ｂが接続された表面励振グラウンド層１３の頂点１３ｂ（領域）から、底辺１３ｃまでの表面励振グラウンド層１３の外周の距離がλ_Ｌ／２である。

また、辺の合計した長さが低周波側の電磁波の波長λ_Ｌ／２と同様となれば良いので、辺１２ｒ及び辺１２ｐの各々と、辺１２ｑ及び１２ｕの各々と、辺１３ｒ及び辺１３ｐの各々と、辺１３ｑ及び１３ｕの各々とがそれぞれ同一の長さで無くとも良い。しかしながら、アンテナとしての機能を考慮すると、裏面励振グラウンド層１２と表面励振グラウンド層１３とは、左右対称あるいは略左右対称である必要がある。本実施形態によれば、入力インピーダンスが波長λ_Ｌの伝搬信号に対して理論的に無限大となる長さを一例としてλ_Ｌ／２としたが、上記（１）式においてＺ_ｉｎが無限大となれば良いため、λ_Ｌ／２の整数倍であるλ_Ｌあるいは３λ_Ｌ／２としても良い。

また、裏面励振グラウンド層１２及び表面励振グラウンド層１３の各々において伝送路の端部（裏面伝送路１６の端部１６ｂあるいは表面伝送路１５の端部１５ｂ）が接続された点から底辺までの辺の合計が、伝送路の端部（裏面伝送路１６の端部１６ｂあるいは表面伝送路１５の端部１５ｂ）から見た励振グラウンド層（裏面励振グラウンド層１２及び表面励振グラウンド層１３）の入力インピーダンスが波長λ_Ｌの伝搬信号に対して理論的に無限大となる長さとなるように形成されている。本実施形態においては、裏面励振グラウンド層１２及び表面励振グラウンド層１３の各々を五角形としたが、伝送路の端部（裏面伝送路１６の端部１６ｂあるいは表面伝送路１５の端部１５ｂ）が接続された点から底辺までの辺の合計が、伝送路の端部（裏面伝送路１６の端部１６ｂあるいは表面伝送路１５の端部１５ｂ）において励振グラウンド層（裏面励振グラウンド層１２及び表面励振グラウンド層１３）の入力インピーダンスが波長λ_Ｌの伝搬信号に対して理論的に無限大となる長さとなるように形成されていれば、三角形あるいは底辺と頂点とを有する多角形（ｎ角形）でも、半円状でも良い。
また、裏面励振グラウンド層１２及び表面励振グラウンド層１３の各々は、頂点から底辺までと、伝送路と重なってマイクロストリップ線路とする領域と、表面グラウンド層１１及び裏面グラウンド層１４とのビアホールによる接続が行える領域とにパターンが形成されていれば、その他の領域はくり抜いたパターンでも良い。

また、図３において、平面視において、すなわちＸＹ軸の２次元平面に対し、表面伝送路１５及び裏面伝送路１６を投影した際、この２次元平面上における表面伝送路１５の端部１５ｃと裏面伝送路１６の端部１６ｃとの距離が、伝送路の端部（裏面伝送路１６の端部１６ｂあるいは表面伝送路１５の端部１５ｂ）から見た伝送路（裏面伝送路１６及び表面伝送路１５）における領域１５ｓ２及び１６ｓ２の特性インピーダンスが波長λ_Ｈの伝搬信号に対して理論的に無限大となる長さに、表面伝送路１５及び裏面伝送路１６の各々が形成されている。ここで、特性インピーダンスが理論的に無限大となる長さとは、後述する図１５に示されているように、表面伝送路１５及び裏面伝送路１６を平面に投影させた形状が、領域１５ｓ２及び１６ｓ２に位置する無限大のインピーダンス（伝送路の端部に対して高インピーダンス）の信号源により励振するλ_Ｈ／２ダイポールアンテナとなる長さである。本実施形態においては、一例として、以下の様に設定している。上記２次元平面上における表面伝送路１５の端部１５ｃと裏面伝送路１６の端部１６ｃとの距離がλ_Ｈ/２となるように、表面伝送路１５及び裏面伝送路１６の各々が形成されている。すなわち、平面視における表面伝送路１５の端部１５ｃから裏面伝送路１６の端部１６ｃまでの距離がλ_Ｈ/２となるように形成されている。本実施形態においては、特性インピーダンスが波長λ_Ｈの伝搬信号に対して理論的に無限大となる長さを一例としてλ_Ｈ／２としたが、λ_Ｈ／２の整数倍であるλ_Ｈあるいは３λ_Ｈ／２としても良い。
本実施形態においては、例えば、低周波（λ_Ｌ）として２．４５ＧＨｚ、高周波（λ_Ｈ）として５．４４ＧＨｚの２周波数に対応するアンテナとして構成されている。

表面伝送路１５は、平面視において、裏面励振グラウンド層１２と重なる領域１５ｓ１がマイクロストリップ線路となる。同様に、裏面伝送路１６は、平面視において、表面伝励振グラウンド層１３と重なる領域１５ｓ２がマイクロストリップ線路となる。表面伝送路１５の領域１５ｓ２と裏面伝送路１６の領域１６ｓ２との各々は、それぞれが平面視で重なっており、ブロードサイド結合線路を構成している。後述するが、ブロードサイド結合線路の部分は、信号波の伝搬モードを遷移させるため、ギャップ領域と表現する場合もある。

図４は、表面グラウンド層１１と表面伝送路１５との容量結合部分の詳細を示す図である。図における寸法の単位はｍｍである。表面グラウンド層１１の辺１１ｂには、溝１１ｆが形成されている。そして、表面伝送路１５の端部１５ｃは、表面グラウンド層１１の溝１１ｆに一部が挿入され、表面グラウンド層１１の溝１１ｆの内周部と容量結合をしている。この表面グラウンド層１１の溝１１ｆに対する表面伝送路１５の端部１５ｃの挿入される深さにより、表面伝送路１５のインピーダンスが調整されている（本実施形態においてはインピーダンスが５０Ω）。

次に、図１、図２及び図３を用いて、本実施形態の平面漏洩伝送路１のアンテナとしての動作を説明する。
低周波側のアンテナ動作を説明する。
低周波側の周波数の電磁波の放射は、ポートＰ１から給電された場合、表面励振グラウンド層１３がアンテナ放射素子として機能する。ポートＰ１から信号波（電磁波）Ｐ１が給電されると、信号波Ｐ１は、表面伝送路１５の端部１５ｃ（ポートＰ１）から表面伝送路１５の領域１５ｓ１までの範囲において、すなわちマイクロストリップ線路において、準ＴＥＭ（Transverse Electromagnetic）モードにより伝搬する。この信号波Ｐ１は、低周波側の波長λ_Ｌである。

そして、表面伝送路１５の領域１５ｓ１から領域１５ｓ２へ信号波が伝搬する際、すなわちマイクロストリップラインからブロードサイド結合線路へと信号波Ｐ１の伝搬する伝送路の形態が変化した際、信号波Ｐ１の伝搬モードが準ＴＥＭモードから高次モードに遷移する。裏面伝送路１６の領域１６ｓ２から領域１６ｓ１へと信号波Ｐ１が伝搬する際、すなわちブロードサイド結合線路からマイクロストリップ線路へと信号波Ｐ１の伝搬する伝送路の形態が変化した際、信号波Ｐ１の伝搬モードが高次モードから準ＴＥＭモードに遷移する。
このとき、表面伝送路１５における領域１５ｓ２において発生した高次モードにより、表面励振グラウンド層１３に信号波Ｐ１による電磁界成分の放射が発生し、漏洩電流が流れることにより、表面励振グラウンド層１３が励振する。この励振により電磁界放射が発生し、表面励振グラウンド層１３は、波長λ_Ｌの電磁波を放射する。
また、ポートＰ２から給電された場合も、上述した動作と同様に、裏面励振グラウンド層１２がアンテナ放射素子として機能する。

表面励振グラウンド層１３の電位の変動は、伝送路に対してλ_Ｌ／２の辺の長さを有するオープンスタブを設けた状況と同様の挙動を有する。λ_Ｌ／２の辺の長さを有するオープンスタブは、波長λ_Ｌの信号波に対し、インピーダンスが無限大である。このため、表面伝送路１５を伝搬する信号波に与える漏洩の影響は軽微である。すなわち、表面励振グラウンド層１３から放射される電磁波による漏洩する電磁界成分は、ブロードサイド結合線路において、表面伝送路１５から裏面伝送路１６に対して伝搬する電磁界成分に比較して少ない。そして、信号波Ｐ１は、裏面伝送路１６の端部１６ｃを介して、ポートＰ２から図示しない同軸ケーブルの内部導体に対して伝搬される。

次に、高周波側のアンテナ動作を説明する。
高周波側の周波数の電磁波の放射は、ポートＰ１から給電された場合、表面伝送路１５及び裏面伝送路１６の各々がアンテナ放射素子として機能する。ポートＰ１から信号波（電磁波）Ｐ２が給電されると、信号波Ｐ２は、信号波Ｐ１と同様に、表面伝送路１５の端部１５ｃ（ポートＰ１）から表面伝送路１５の領域１５ｓ１までの範囲において、すなわちマイクロストリップ線路において、準ＴＥＭモードにより伝搬する。この信号波Ｐ２は、高周波側の波長λ_Ｈである。

そして、表面伝送路１５の領域１５ｓ１から領域１５ｓ２へ信号波Ｐ２が伝搬する際、すなわちマイクロストリップ線路からブロードサイド結合線路へと信号波Ｐ２の伝搬する伝送路の形態が変化した際、信号波の伝搬モードが準ＴＥＭモードから高次モードに遷移する。また、裏面伝送路１６の領域１６ｓ２から領域１６ｓ１へと信号波Ｐ２が伝搬する際、すなわちブロードサイド結合線路からマイクロストリップ線路へと信号波Ｐ２の伝搬する伝送路の形態が変化した際、信号波Ｐ２の伝搬モードが高次モードから準ＴＥＭモードに遷移する。

このとき、表面伝送路１５において発生した準ＴＥＭモードから高次モードへの遷移と、裏面伝送路１６において発生した高次モードから準ＴＥＭモードへの遷移とにより、表面伝送路１５及び裏面伝送路１６の各々が波長λ_Ｈの電磁波を放射する。伝搬モードが切り替わる部分、すなわち領域１５ｓ２及び領域１６ｓ２の部分は、伝送路における他の領域１５ｓ１及び領域１６ｓ１より、高インピーダンスになっている。また、領域１５ｓ２及び領域１６ｓ２の部分と比較すると、伝送路における他の領域１５ｓ１及び領域１６ｓ１が低インピーダンスとなっている。

表面伝送路１５及び裏面伝送路１６による電磁波の放射により、表面伝送路１５及び裏面伝送路１６を伝搬する信号波の電磁界成分から、所定の電磁界成分が漏洩する。ここで、表面伝送路１５及び裏面伝送路１６から放射される電磁波として漏洩する電磁界成分は、ブロードサイド結合線路において、表面伝送路１５から裏面伝送路１６に対して伝搬する電磁界成分に比較して少ない。そして、信号波Ｐ２は、裏面伝送路１６の端部１６ｃを介して、ポートＰ２から図示しない同軸ケーブルの内部導体に対して伝搬される。

図２及び図３において、平面視において、裏面励振グラウンド層１２と表面励振グラウンド層１３との各々の対向する辺のなす角度θは、本実施形態においては９０°に設計してある。ここで対向する辺とは、辺１２ｒ及び辺１３ｒの各々か、あるいは辺１２ｐ及び辺１３ｐの各々である。この対向する辺のなす角度θを調整することにより、電磁波として放射される、すなわち漏洩する電磁界成分の割合を制御することができる。角度θが小さくなるに従い、漏洩する電磁界成分の割合が増加し、大きくなるに従い、漏洩する電磁界成分の割合が低下する。

また、図２及び図３において、ギャップ領域である領域１５ｓ２及び領域１６ｓ２の長さは、図においては０．８ｍｍと設定されているが、この長さを調整することにより、漏洩する電磁界成分の割合を制御する。短くするほど（少なくとも０以上）電磁波の放射強度が低くなり電磁界成分の漏洩する割合が減少し、増加させるほど電磁波の放射強度が高くなり電磁界成分の漏洩する割合が増加する。領域１５ｓ２及び領域１６ｓ２の長さが０の場合には、電磁波の伝搬における伝搬モードの変換が起こらないため、漏洩は発生しない。
また、ギャップ領域である領域１５ｓ２及び領域１６ｓ２の幅は、放射される電磁波の指向性を制御することができる。幅が狭いほど指向性は高く、幅が広いほど指向性は低くなる。

図５は、表面伝送路１５及び裏面伝送路１６の各々における波長λ_Ｈの電磁波を放射を説明する概念図である。この図５においては、表面伝送路１５及び裏面伝送路１６における電圧分布及び電流分布それぞれを示されている。領域１５ｓ２及び領域１６ｓ２の部分が高インピーダンスのため、電圧値が高くなり、一方、電流値が低くなる。また、領域１５ｓ１及び領域１６ｓ１の部分が低インピーダンスのため、電圧値が低くなり、一方、電流値が高くなる。これは、高インピーダンスの信号源（領域１５ｓ２及び領域１６ｓ２の部分）により、波長λ_Ｈ／２のダイポールアンテナを励振させていることと等価である。すなわち、通常の波長λ_Ｈ／２のダイポールアンテナの電圧分布及び電流分布を入れ替えた動作と等価である。
これにより、本実施形態においては、低い周波数のみの電磁波に加えて、高い高周波を加えた２周波に対応する平面漏洩伝送路１を実現することができる。

図６は、本実施形態による平面漏洩伝送路１の反射特性Ｓ１１及び反射特性Ｓ２２を示す。この図６において、縦軸（左）は反射係数Ｓ１１を示し、縦軸（右）は反射係数Ｓ２２を示し、横軸が周波数を示している。実線で示す反射係数Ｓ１１及び破線で示す反射係数Ｓ２２の各々において、低周波側の２．４５ＧＨｚの特性及び高周波側の５．４４ＧＨｚの特性の双方ともに、反射係数が低いことが判る。また、実線と破線とが重なっていることから、ポートＰ１及びポートＰ２のいずれの方向からの進行する信号波にも同様の特性を有することが判る。

図７は、本実施形態による平面漏洩伝送路１の透過係数Ｓ２１及び透過係数Ｓ１２を示す。この図７において、縦軸（左）は透過係数Ｓ２１を示し、縦軸（右）は透過係数Ｓ１２を示し、横軸が周波数を示している。実線で示す反射係数Ｓ１１及び破線で示す反射係数Ｓ２２の各々において、低周波側の２．４５ＧＨｚの特性及び高周波側の５．４４ＧＨｚの特性の双方ともに、透過係数が高いことが判る。また、実線と破線とがほぼ重なっていることから、ポートＰ１及びポートＰ２のいずれの方向からの進行する信号波にも同様の特性を有することが判る。

図８は、本実施形態における平面漏洩伝送路１から放射される２．４５ＧＨｚの電磁波の指向性を示す放射パターンの図である。
図８において、方位角のアンテナパターンを極座標で示しており、円の直径方向の軸が放射強度（ｄＢ）を示している。図８においてはＹＺ平面におけるアンテナパターンを示している。
実線が本実施形態における平面漏洩伝送路１から放射される２．４５ＧＨｚの電磁波の放射パターンを示している（ＨＰ： horizontall polarization、すなわち水平偏波の場合）。放射パターンに指向性があり、９０°及び２７０°の各々の方位に指向性を有していることが判る。破線が本実施形態における平面漏洩伝送路１から放射される２．４５ＧＨｚの電磁波の放射パターンを示している（ＶＰ：vertical polarization、すなわち垂直偏波の場合）。垂直偏波（破線）の場合、放射パターンに指向性はなく、全方位に同様の強度の電磁波が放射されていることが判る。

図９は、本実施形態における平面漏洩伝送路１から放射される５．４４ＧＨｚの電磁波の指向性を示す放射パターンの図である。
図９において、方位角のアンテナパターンを極座標で示しており、円の直径方向の軸が放射強度（ｄＢ）を示している。図９においてはＹＺ平面におけるアンテナパターンを示している。
実線が本実施形態における平面漏洩伝送路１から放射される５．４４ＧＨｚの電磁波の放射パターンを示している（ＨＰ：垂直偏波）。放射パターンに指向性があり、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の各々の方位に指向性を有していることが判る。破線が本実施形態における平面漏洩伝送路１から放射される２．４５ＧＨｚの電磁波の放射パターンを示している（ＶＰ：水平偏波）。垂直偏波（破線）の場合、放射パターンに指向性はなく、全方位に同様の強度の電磁波が放射されていることが判る。

上述したように、本実施形態によれば、表面伝送路１５と裏面伝送路１６との各々が所定の距離を有する領域１５ｓ２及び領域１６ｓ２を重なるようにし、ブロードサイド伝送路の領域（ギャップ領域）を生成し、このブロードサイド伝送路の領域で表面伝送路１５及び裏面伝送路１６の各々における信号波の伝搬モードを変更し、電磁波を漏洩させるため、従来のように周期的にスタブを作成する必要がなく、平面漏洩伝送路の全長を従来に比較して短く作成することが可能となる。
また、本実施形態によれば、同軸ケーブルにより平面漏洩伝送を必要な箇所に接地できるため、配置場所に制約がなく、かつ漏洩させたい場所のみで電磁波を放射する平面漏洩伝送路を提供することが可能となる。

また、本実施形態によれば、伝送路の構造を基本として用い、信号波の伝搬モードを変更する際に電磁波が放射される特性を利用し、低周波側における電磁波の放射を、λ_Ｌ／２のオープンスタブの特性を有する裏面励振グラウンド層１２及び表面励振グラウンド層１３を用い、高周波側における電磁波の放射を表面伝送路１５及び裏面伝送路１６にて行うという簡易な構造により、２周波数に対応する平面漏洩伝送路１を形成することができる。また、本実施形態を１周波数のみの対応とする場合、２周波数に対応させる場合における低周波側のλ_Ｌ／２のオープンスタブの特性を有する裏面励振グラウンド層１２及び表面励振グラウンド層１３を用いて、電磁波の放射を行わせる構成とする。
本実施形態によれば、放射される低周波側の電磁波の調整を、裏面励振グラウンド層１２及び表面励振グラウンド層１３の辺の長さの調整で行い、一方、高周波側の電磁波の放射を、表面伝送路１５と裏面伝送路１６との長さの調整で行うため、周波数の設定が容易である。

また、本実施形態によれば、図８に示した低周波側の電磁波の放射パターンにおいて、放射の指向性が８の字状あるいは指向性がなく全方位に放射されるため、電磁波を反射させる反射器と組合わせた際、指向性の特性を予測し易い。
また、反射器を取り付ける場合、従来の漏洩同軸ケーブルの場合、不必要な場所からも電磁波が放射されるため、いずれに反射器を設けるかが不明である。しかしながら、本実施形態によれば、必要な位置に平面漏洩伝送路１が同軸ケーブルに介挿して配置するため、反射器を配置する位置を明確に把握することができる。

１…平面漏洩伝送路 １１…表面グラウンド層 １１ｂ，１１ｃ，１２ｐ，１２ｑ、１２ｒ，１２ｕ，１３ｐ，１３ｑ、１３ｒ，１３ｕ，１４ｂ，１４ｄ…辺 １１ｆ…溝 １２…裏面励振グラウンド層 １２ｂ，１３ｂ…頂点 １２ｃ，１３ｃ…底辺 １３…表面励振グラウンド層 １４…裏面グラウンド層 １５…表面伝送路 １６…裏面伝送路 １５ｓ１，１５ｓ２，１６ｓ１，１６ｓ２…領域 １５ｂ，１５ｃ，１６ｂ，１６ｃ…端部 １７…誘電体基板 １７ｃ，１７ｄ…エッジ １７ｒ…裏面 １７ｓ…表面

Claims (5)

1. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板の一方の面である表面に設けられた表面グラウンド層と、
   前記誘電体基板の他方の面である裏面に前記表面グラウンド層と対向して設けられ、前記表面グラウンド層と前記誘電体基板に生成されたビアで接続され、一辺が前記誘電体基板の第１端部と平面視で重なるように形成された裏面励振グラウンド層と、
   前記誘電体基板の表面に設けられ、一辺が前記誘電体基板の前記第１端部と対向する第２端部と平面視で重なるように形成された表面励振グラウンド層と、
   前記誘電体基板の裏面に設けられ、前記表面励振グラウンド層に対し、前記誘電体基板に生成されたビアで接続された裏面グラウンド層と、
   前記誘電体基板の表面に設けられ、一端が前記表面グラウンド層の近傍に配置され、他端が前記表面励振グラウンド層の前記一辺と対向する前記表面励振グラウンド層の第１領域に接続された表面伝送路と、
   前記誘電体基板の裏面に設けられ、一端が前記裏面励振グラウンド層の前記一辺と対向する前記表面励振グラウンド層の第２領域に接続され、他端が裏面グラウンド層の近傍に配置された裏面伝送路と
   を備え、平面視において、前記表面伝送路及び前記裏面伝送路の各々が所定のギャップ領域で重なっており、前記表面励振グラウンド層において、前記表面伝送路の他端が接続された前記第１領域から前記第２端部までの前記表面励振グラウンド層の外周の距離が前記表面伝送路の他端から見た、前記表面励振グラウンド層の入力インピーダンスが波長λ_１の伝搬信号に対して無限大となる長さであり、前記裏面励振グラウンド層において、前記裏面伝送路の一端が接続された前記第２領域から前記第１端部までの前記裏面励振グラウンド層の外周の距離が前記裏面伝送路の一端から見た、前記裏面励振グラウンド層の入力インピーダンスが波長λ_１の伝搬信号に対して無限大となる長さである
   ことを特徴とする平面漏洩伝送路。
2. 前記表面伝送路が平面視で前記裏面励振グラウンド層と重なる領域がマイクロストリップ線路となり、
   前記裏面伝送路が平面視で前記表面励振グラウンド層と重なる領域がマイクロストリップ線路となり、
   前記表面伝送路及び前記裏面伝送路の各々が重なる前記ギャップ領域がブロードサイド結合線路となる
   ことを特徴とする請求項１に記載の平面漏洩伝送路。
3. 前記表面伝送路から前記裏面伝送路に対して信号波が伝搬される場合、前記マイクロストリップ線路から前記ブロードサイド結合線路となるギャップ領域において、信号波の伝搬モードが変更され、前記表面伝送路から前記裏面伝送路に対して伝搬される電磁界の一部が漏洩し、前記表面励振グラウンド層が励振され、波長がλ_１の電磁波を放射し、
   前記裏面伝送路から前記表面伝送路に対して信号波が伝搬される場合、前記マイクロストリップ線路から前記ブロードサイド結合線となるギャップ領域において、信号波の伝搬モードが変更され、前記裏面伝送路路から前記表面伝送路に対して伝搬される電磁界の一部が漏洩し、前記裏面励振グラウンド層が励振され、波長がλ_１の電磁波を放射する
   ことを特徴とする請求項２に記載の平面漏洩伝送路。
4. ２つの異なった周波数の電磁波を放射させる際、平面視における前記表面伝送路の一端から前記裏面伝送路の他端までの距離が、前記表面伝送路の前記他端及び前記裏面伝送路の一端の各々から見た、前記表面伝送路及び前記裏面伝送路の平面視で重なる領域の特性インピーダンスが、前記第１裏面側グラウンド層が放射する電磁波の波長λ_１に比較して短い波長λ_２の伝搬信号に対して無限大となる長さで構成されており、前記表面伝送路及び前記裏面伝送路から波長λ_２の信号波を放射する
   ことを特徴とする請求項３に記載の平面漏洩伝送路。
5. 平面視において、前記第１裏面側グラウンド層の対向する第１の辺と、前記第１の辺に対向する前記第２表面グラウンド層の第２の辺との成す角度により、放射される波長λ_２の信号波の電磁波の強度を調整する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の平面漏洩伝送路。

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