JP2016178361A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波の送受信を行う導電体の形状が直線状以外の新規な構成のポスト壁導波管型のアンテナを得る。【解決手段】実施形態のアンテナは、第一導波管と、導電体と、を備える。前記第一導波管は、第一開口部が設けられた導電性の第一壁部と、前記第一壁部と間隔を空けて位置された導電性の第二壁部と、前記第一壁部と前記第二壁部とに亘った導電性の複数の柱部と、を有し、前記第一壁部と前記第二壁部と前記複数の柱部とに沿った第一導波路が設けられた。前記導電体は、前記第一開口部に挿入され前記第一導波管の外部から前記第一導波路の内部に延びた第一延部と、前記第一導波路の内部に位置され前記第一延部から前記第一延部の延び方向と異なる方向に延びた第二延部と、を有し、前記第一壁部、前記第二壁部、および前記複数の柱部から離間している。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、アンテナに関する。

従来、二つの導電性の壁部とこれら二つの壁部に亘った複数の導電性の柱部とを有した導波管が基板に設けられた、ポスト壁導波管型のアンテナが知られている。

特開２０１２−１９５７５７号公報 特開２０１３−２４７４９１号公報

この種のアンテナでは、一方の壁部から導波路の内部に延出し電磁波の送受信を行う導電体が直線状に形成されている。この種のアンテナにおいて、電磁波の送受信を行う導電体の形状が直線状以外の新規な構成が得られれば、アンテナの種類が増えるので、有意義である。

実施形態のアンテナは、第一導波管と、導電体と、を備える。前記第一導波管は、第一開口部が設けられた導電性の第一壁部と、前記第一壁部と間隔を空けて位置された導電性の第二壁部と、前記第一壁部と前記第二壁部とに亘った導電性の複数の柱部と、を有し、前記第一壁部と前記第二壁部と前記複数の柱部とに沿った第一導波路が設けられている。前記導電体は、前記第一開口部に挿入され前記第一導波管の外部から前記第一導波路の内部に延びた第一延部と、前記第一導波路の内部に位置され前記第一延部から前記第一延部の延び方向と異なる方向に延びた第二延部と、を有し、前記第一壁部、前記第二壁部、および前記複数の柱部から離間している。

図１は、第１実施形態のアンテナの斜視図である。 図２は、第１実施形態のアンテナの側面図である。 図３は、第１実施形態のアンテナの正面図である。 図４は、第１実施形態のアンテナの一部の側面図である。 図５は、第１実施形態のアンテナの一部の斜視図である。 図６は、第１実施形態のアンテナの一部の分解斜視図である。 図７は、第２実施形態のアンテナの一部を示す図である。 図８は、第３実施形態のアンテナの一部を示す図である。 図９は、第４実施形態のアンテナの斜視図である。 図１０は、第５実施形態のアンテナの斜視図である。 図１１は、第６実施形態のアンテナの斜視図である。 図１２は、第６実施形態のアンテナの側面図である。 図１３は、第６実施形態のアンテナの正面図である。 図１４は、第６実施形態のアンテナの一部の側面図である。 図１５は、第６実施形態のアンテナの一部の斜視図である。 図１６は、第７実施形態のアンテナの一部の断面図である。

以下、図面を参照して、実施形態について説明する。なお、以下の例示的な複数の実施形態には、同様の機能を有する構成要素が含まれている。同様の機能を有する構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。また、以下では、説明の便宜上、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向が規定される。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに直交する。

＜第１実施形態＞
図１〜３に示すように、本実施形態のアンテナ１は、基板１０を備える。基板１０は、偏平の直方体状の外観を呈している。基板１０は、導波管１１と、誘電体１２と、を有する。

導波管１１は、矩形板状に形成されている。図１〜４に示すように、導波管１１は、二つの壁部１３，１４と、複数の柱部１５と、を有して、ポスト壁導波管として構成されている。また、導波管１１の内部には、壁部１３と壁部１４と複数の柱部１５とに沿う導波路１６が設けられている。なお、図１〜３では、壁部１３，１４とは、太線で示されている。導波管１１は、導波部とも称され得る。導波管１１は、第一導波管の一例であり、壁部１３は、第一壁部の一例であり、壁部１４は、第二壁部の一例であり、導波路１６は、第一導波路の一例である。

壁部１３，１４と各柱部１５とは、金属材料によって構成され、導電性を有している。壁部１３，１４は、それぞれ矩形板状に形成されている。壁部１３と壁部１４とは、壁部１３の厚さ方向、すなわち導波管１１の厚さ方向（Ｚ方向）に互いに間隔を空けて並べられている。つまり、壁部１４は、壁部１３と間隔を空けて位置されている。

また、図６に示すように、壁部１３には、開口部２５が設けられている。開口部２５は、壁部１３の厚さ方向に壁部１３を貫通した貫通孔である。開口部２５は、第一開口部の一例である。

図１〜４に示すように、各柱部１５は、壁部１３と壁部１４とに亘っている。すなわち、各柱部１５は、壁部１３と壁部１４とに接続されている。各柱部１５は、一例として、円柱状に形成されている。柱部１５は、中空（筒状）であってもよいし、中実であってもよい。複数の柱部１５は、三つ（複数）の柱部群Ｇ１〜Ｇ３を含む。柱部群Ｇ１，Ｇ２は、導波管１１の長さ方向（Ｘ方向）に沿って一列に並べられた複数の柱部１５によって構成されている。柱部群Ｇ１と柱部群Ｇ２とは、導波管１１の幅方向（Ｙ方向）に互いに間隔を空けて、互いに略平行に配置されている。柱部群Ｇ３は、導波管１１の幅方向（Ｙ方向）に沿って一列に並べられた複数の柱部１５によって構成されている。柱部群Ｇ３は、導波管１１の長さ方向（Ｘ方向）の柱部群Ｇ１，Ｇ２の一端部間に配置されている。複数の柱部１５は、互いに間隔を空けて配置されている。各柱部群Ｇ１〜Ｇ３中で隣り合う柱部１５同士の間の間隔は、導波路１６から電磁波が漏れない長さに設定されている。

また、導波管１１には、電磁波が通る開口部１７（開放端部）が設けられている。開口部１７は、導波路１６に含まれる。開口部１７は、導波路１６の柱部群Ｇ３とは反対側の端部に設けられ、壁部１３と壁部１４との間に開口している。基板１０の厚さ方向と直交する方向（Ｙ方向）の開口部１７は、導波管１１の長さ方向（Ｘ方向）での柱部群Ｇ１，Ｇ２の他端部間と同じ幅を有する。導波路１６には、開口部１７を介して電磁波が出入りする。開口部１７は、第二開口部の一例である。

また、導波管１１には、誘電体１８が設けられている。誘電体１８は、壁部１３と壁部１４との間に設けられている。誘電体１８は、壁部１３と壁部１４との間における柱部１５以外の部分を埋めている。すなわち、誘電体１８は、矩形板状に構成されて、各柱部１５を囲うとともに、導波路１６を埋めている。誘電体１８は、誘電性材料によって構成され誘電性を有する。

また、誘電体１２は、矩形板状に形成されている。誘電体１２は、導波管１１の厚さ方向（Ｚ方向）に壁部１３と重ねられている。誘電体１２は、合成樹脂材料によって構成され誘電性を有している。

また、図１，５、６に示すように、誘電体１２には、マイクロストリップ線路１９が設けられている。マイクロストリップ線路１９は、誘電体１２における壁部１３とは反対側の面１２ａに設けられている。マイクロストリップ線路１９は、面１２ａの端部から、面１２ａの中央部に向かって延びている。マイクロストリップ線路１９における面１２ａの中央部側の端部１９ａは、導波管１１の厚さ方向に沿う視線で、導波路１６と重なっている。マイクロストリップ線路１９は、導電性材料によって構成され、導電性を有する。マイクロストリップ線路１９は、伝送線路（信号線）の一例である。

マイクロストリップ線路１９の端部１９ａには、同軸線路２３が接続されている。同軸線路２３は、内導体としての導電体２０と、外導体としての複数の柱部２１と、を有する。導電体２０および複数の柱部２１は、導電性材料によって構成され、導電性を有している。導電体２０および複数の柱部２１は、誘電体１２の厚さ方向（Ｚ方向）に誘電体１２を貫通している。導電体２０は、マイクロストリップ線路１９の端部１９ａから、導波路１６に向かって延びている。図４〜６に示すように、導電体２０は、延部２０ａ，２０ｂと、を有する。延部２０ａは、マイクロストリップ線路１９の端部１９ａから、すなわち導波管１１の外部から、導波路１６の内部に延びている。延部２０ａは、誘電体１２を貫通しているとともに、開口部２５に挿入されている。開口部２５に挿入されている延部２０ａは、壁部１３とは接していない。延部２０ｂは、延部２０ａの延び方向（Ｚ方向に沿った方向）と異なる方向に延びている。延部２０ｂは、螺旋状に形成されている。すなわち、延部２０ｂは、延部２０ａの延び方向と異なる螺旋方向に沿って延びている。延部２０ｂの延び方向は、電磁波を導く導波路１６の導波方向Ｆと交差し、非平行である。延部２０ｂは、延部２０ａから開口部１７に向かう。このような延部２０ｂは、図３から分かるように、導波路１６の導波方向Ｆに沿う視線で見たとき、延部２０ａから張り出す。延部２０ｂは、励振部を構成する。導電体２０は、壁部１３、壁部１４、および複数の柱部１５から離間している。延部２０ａは、第一延部の一例であり、延部２０ｂは、第二延部の一例である。

複数の柱部２１は、延部２０ａの周囲に配置されている。各柱部２１は、延部２０ａに沿って延びている。各柱部２１における壁部１３側の端部は、壁部１３に接続されている。また、各柱部２１における壁部１３とは反対側の端部は、導電性の接続部２２によって互いに接続されている。接続部２２は、マイクロストリップ線路１９の端部１９ａの周囲に設けられている。

上記構成のアンテナ１では、マイクロストリップ線路１９から給電された高周波エネルギ（電流）は、同軸線路２３から導電体２０における導波路１６の内部に位置された部分に至り、当該部分から電磁波として放射される。このとき、本実施形態では、導電体２０の延部２０ｂが螺旋状であるので、電磁波は、横成分と縦成分を有した円偏波となる。すなわち、アンテナ１は、円偏波を励振することができる。そして、導電体２０から放射された電磁波は、導波路１６に沿って進み、開口部１７から放射される。また、このようなアンテナ１は、円偏波の電磁波を受信することができる。上記構成のアンテナ１は、例えば、例えば、３Ｄプリンタ等によって製造することができる。

以上、説明したように、本実施形態では、導電体２０は、導波路１６の内部に位置され延部２０ａから延部２０ａの延び方向と異なる方向に延びた延部２０ｂを有する。よって、導電体２０の形状が直線状でない新規な構成のアンテナ１が得られるので、アンテナの種類を増やすことができる。

また、本実施形態では、延部２０ｂは、導波路１６の導波方向Ｆに沿う視線で見たとき、延部２０ａから張り出す。よって、導電体２０によって、円偏波の電磁波を送受信することができる。

＜第２実施形態＞
図７に示すように、本実施形態は、導電体２０の延部２０ｂが、螺旋状ではなく直線状である点が主に第１実施形態と異なる。延部２０ｂは、延部２０ａの延び方向（Ｚ方向）と交差（一例として直交）する方向に延びている。詳細には、延部２０ｂは、壁部１３の幅方向（Ｙ方向）に延びる直線状に形成されている。すなわち、延部２０ｂは、導波路１６の導波方向Ｆに沿う視線で見たとき、延部２０ａから張り出す。以上の構成では、導電体２０によって、円偏波の電磁波を送受信することができる。

＜第３実施形態＞
図８に示すように、本実施形態は、導電体２０が延部２０ａ，２０ｂの他に延部２０ｃを有する点が、第２実施形態と主に異なる。延部２０ｃは、導波路１６の内部に位置されている。延部２０ｃは、延部２０ｂの延部２０ａとは反対側に設けられ、延部２０ｂから壁部１３に向かって延びている。延部２０ｃは、延部２０ａに沿って延びている。延部２０ｃは、延部２０ａと略平行である。延部２０ｃは、第三延部の一例である。以上の構成では、導電体２０によって、円偏波の電磁波を送受信することができる。

＜第４実施形態＞
図９に示すように、本実施形態は、アンテナ１が基板１０の他に導波管３０を備えている点が、第１実施形態と主に異なる。導波管３０は、第二導波管の一例である。

導波管３０は、筒状に形成されてホーン型導波管を構成している。導波管３０は、基板１０の開口部１７側の端部に設けられている。導波管３０は、金属材料によって構成されて、導電性を有する。導波管３０の内部には、導波路３１が設けられている。導波路３１は、導波路１６に面して配置され、導波路１６と通じている。

導波管３０の基板１０側の端部３０ａは、矩形筒状に形成され、導波管３０の端部３０ａの反対側の端部３０ｂは、円筒状に形成され、導波管３０の断面は、端部３０ａから端部３０ｂに向かって拡径しながら変化する。これにより、導波路３１の、導波路１６側（端部３０ａ側）の一端部３１ａの断面よりも、一端部３１ａと反対側（端部３０ｂ側）の他端部３１ｂの断面の方が大きい。

また、導波管３０は、壁部１３，１４に連続して設けられている。詳細には、導波管３０の端部３０ａには、壁部１３と一体化された辺部３０ｃと、壁部１４と一体化された辺部３０ｄとが設けられている。本実施形態では、導波管３０、壁部１３，１４、および柱部１５は、一体成形されている。

以上、説明したように、本実施形態では、導波管３０が導波管１１に連続して設けられている。よって、導波管１１と導波管３０との結合部の構成を簡素化しやすい。

また、本実施形態では、導波路３１の一端部３１ａの断面が矩形であり、他端部３１ｂの断面が円形である。よって、円偏波をより放射しやすい。

＜第５実施形態＞
図１０に示すように、本実施形態は、導波管３０の形状が第１実施形態と主に異なる。本実施形態の導波管３０は、筒部３２，３３を有する。筒部３２は、端部３０ａ（辺部３０ｃ、辺部３０ｄ）を含む。筒部３２の基板１０側の端部３０ａは、矩形筒状に形成され、筒部３２の端部３０ａとは反対側の端部３０ｅは、円筒状に形成されている。また、筒部３３は、端部３０ｂを有して、筒部３２の端部３０ｅに接続されている。筒部３３は、端部３０ｅから端部３０ｂに向かうにつれて径が大きくなる円錐状に形成されている。以上の構成では、導波管３０が筒部３２の他に筒部３３を有するので、導波路３１の他端部３１ｂの開口面積を大きくすることができる。

＜第６実施形態＞
図１１〜１５に示すように、本実施形態は、導電体２０と導波管３０とが第４実施形態に対して主に異なる。本実施形態では、導電体２０は、延部２０ａを有するが、延部２０ｂは有しない。また、導波管３０は、角錐状に形成されている。以上の構成では、直線偏波の電磁波の送受信を行うことができる。

＜第７実施形態＞
図１６に示すように、本実施形態は、開口部１７に替えて開口部３５が設けられている点が第４実施形態と主に異なる。本実施形態では、電磁波が通る開口部３５は、壁部１３に設けられている。開口部３５は、壁部１３の厚さ方向（Ｚ方向）に壁部１３を貫通している。また、本実施形態では、柱部群Ｇ１，Ｇ２の柱部群Ｇ３とは反対側の端部間に、複数（図１６では一つだけが示されている）の柱部１５が設けられている。導波路１６には、開口部３５を介して電磁波が出入りする。開口部３５は、第二開口部の一例である。

また、導波管３０は、壁部１３における壁部１４とは反対側の面１３ａに設けられている。導波管３０は、開口部３５に導波路３１が重ねられた状態で、壁部１３に連続して設けられている。なお、導波管３０と開口部３５とは、壁部１４に設けられていてもよい。

以上、説明したように、本実施形態では、壁部１３と壁部１４との一方（一例として、壁部１３）には、開口部３５が設けられ、導波管３０は、開口部３５に導波路３１が重ねられた状態で、上記一方に連続して設けられている。よって、壁部１３，１４の厚さ方向に沿って伝播する電磁波の送受信を行うことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、第１〜第３実施形態のアンテナ１に第４〜第７実施形態のいずれかの導波管３０を設けてもよい。

１…アンテナ、１１…導波管（第一導波管）、１３…壁部（第一壁部）、１３ａ…面、１４…壁部（第二壁部）、１５…柱部、１６…導波路（第一の導波路）、１７，３５…開口部（第一開口部）、２０…導電体、２０ａ…延部（第一延部）、２０ｂ…延部（第二延部）、２０ｃ…延部（第三延部）、２５…開口部（第二開口部）、３０…導波管（第二導波管）、３０ａ…端部、３０ｂ…端部、３１…導波路（第二導波路）、３１ａ…一端部、３１ｂ…他端部。

Claims (10)

1. 第一開口部が設けられた導電性の第一壁部と、前記第一壁部と間隔を空けて位置された導電性の第二壁部と、前記第一壁部と前記第二壁部とに亘った導電性の複数の柱部と、を有し、前記第一壁部と前記第二壁部と前記複数の柱部とに沿った第一導波路が設けられた第一導波管と、
   前記第一開口部に挿入され前記第一導波管の外部から前記第一導波路の内部に延びた第一延部と、前記第一導波路の内部に位置され前記第一延部から前記第一延部の延び方向と異なる方向に延びた第二延部と、を有し、前記第一壁部、前記第二壁部、および前記複数の柱部から離間した導電体と、
   を備えたアンテナ。
2. 前記第二延部は、前記第一導波路の導波方向に沿う視線で見たとき、前記第一延部から張り出す、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記第二延部は、螺旋状である、請求項１または２に記載のアンテナ。
4. 前記第二延部は、直線状である、請求項１または２に記載のアンテナ。
5. 前記導電体は、前記第一導波路の内部に位置され前記第二延部の前記第一延部とは反対側に設けられ前記第一延部に沿った第三延部を有した、請求項４に記載のアンテナ。
6. 前記第一導波路と通じ前記第一導波路側の一端部の断面よりも前記一端部と反対側の他端部の断面の方が大きい第二導波路が設けられ、前記第一導波管に連続して設けられた筒状の第二導波管を備えた、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ。
7. 第一開口部が設けられた導電性の第一壁部と、前記第一壁部と間隔を空けて位置された導電性の第二壁部と、前記第一壁部と前記第二壁部とに亘った導電性の複数の柱部と、を有し、前記第一壁部と前記第二壁部と前記複数の柱部とに沿った第一導波路が設けられた第一導波管と、
   前記第一開口部に挿入され前記第一導波管の外部から前記第一導波路の内部に延びた導電体と、
   前記第一導波路と通じ前記第一導波路側の一端部の断面よりも前記一端部と反対側の他端部の断面の方が大きい第二導波路が設けられ、前記第一導波管に連続して設けられた筒状の第二導波管と、
   を備えたアンテナ。
8. 前記他端部の断面は、円形である、請求項６または７に記載のアンテナ。
9. 前記第一導波管には、前記第一壁部と前記第二壁部との間に開口し電磁波が通る第二開口部が設けられ、
   前記第二導波管は、前記第二開口部に前記第二導波路が重ねられた状態で、前記第一壁部および前記第二壁部に連続して設けられた、請求項６〜８のいずれか一項に記載のアンテナ。
10. 前記第一壁部と前記第二壁部との一方には、電磁波が通る第二開口部が設けられ、
    前記第二導波管は、前記第二開口部に前記第二導波路が重ねられた状態で、前記一方に連続して設けられた、請求項６〜８のいずれか一項に記載のアンテナ。

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